5月27日,2020珠峰高程測量隊成功登頂并順利完成測量任務 。
.jpg)
.jpg)
與此同時 ,由南方測繪集團聯(lián)合自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)定制開發(fā)的“高原冰雪探測雷達系統(tǒng)”
、由南方測繪集團常州工廠定制生產(chǎn)的覘標作為此次測量的主力設備登頂珠峰
,經(jīng)受住了珠峰頂上低氧、高寒
、低壓
、大風等極端惡劣使用環(huán)境的考驗,成功完成珠峰高程測量任務
。
.jpg)
登頂?shù)难┥罾走_(右下角)和覘標(圖片來源于:光明網(wǎng))
高原冰雪探測雷達系統(tǒng)簡稱為雪深雷達,它并不是常規(guī)測量中使用的設備 。雪深雷達主要利用天線發(fā)射和接收高頻電磁波來探測地面雪深
,通過雪深雷達觀測獲得珠峰峰頂冰雪層厚度,并將其從珠峰峰頂雪面海拔高中扣除
,即獲得珠峰峰頂巖石面海拔高,也就是俗稱的“珠峰高程”
。
2020年3月 ,多套定制的雪深雷達和峰頂覘標就進駐珠峰,由珠峰高程測量隊員在實際環(huán)境下進行頻繁測試
,以確保正式測量過程正常順利
。
.jpg)
.jpg)
5月初,南方測繪西安分公司總經(jīng)理馬卓齊和技術員李喜喜專程趕往珠峰大本營,代表南方測繪集團探望珠峰高程測量隊,贈送慰問品,同時與測量隊員們溝通了解此次南方測繪提供設備的使用情況,以便根據(jù)需求提供及時的服務。
南方產(chǎn)品應用在哪里,南方測繪星級服務就在哪里。在交談中我們了解到,歷經(jīng)前期研制過程中近乎苛刻的實驗測試后,上珠峰后的雪深雷達表現(xiàn)出色。
.jpg)
.jpg)
首次確定聯(lián)合國產(chǎn)定制
時間退回到2019年6月。
自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)項目部主任柏華崗、隊員陳真、南方測繪多名技術員在北京會聚,大家討論的一個重點就是:能不能定制全國產(chǎn)化的高原冰雪探測雷達系統(tǒng)用于2020珠峰高程測量。
柏華崗曾參與過2005年珠峰高程測量,同時將參與2020年珠峰高程測量。他提出,定制的設備除了要能滿足2005年珠峰高程測量時所使用的雪深雷達高強度三防、抗高寒等基礎要求外,還需要解決多傳感器集成的問題。2005年使用的雪深雷達探測儀,雷達與GNSS之間主要通過一條線來串聯(lián),無法做到時間同步和位置同步——GNSS雖然一直在測量,但要同時獲取某個時間點的GNSS數(shù)據(jù)和雷達數(shù)據(jù) ,需要先對GNSS時間點做標記,再去對應雷達的時間
,相對比較復雜
。也正是因為沒有做到時間同步、位置同步
,后期數(shù)據(jù)解算效率降低。
此前,國測一大隊已經(jīng)聯(lián)系過瑞典、意大利等相關產(chǎn)品的多個廠家,對方都表示,定制要求“難度之大,空前絕后”,并且數(shù)量又不多,考慮到研發(fā)難度和經(jīng)濟效益,都明確拒絕。對方不愿意接受條件,柏華崗也不愿意降低要求。多次碰壁后,柏華崗提出,“就一定要是進口廠家嗎,能否試一試讓具有實力的國內(nèi)企業(yè)或單位聯(lián)合定制,實現(xiàn)設備的國產(chǎn)化?”
正是此時的想法,促成了2020珠峰高程測量雪深雷達的全國產(chǎn)化定制和實測。
此次會談后,又多次實地考察,確定由南方測繪集團聯(lián)合國測一大隊定制開發(fā)“高原冰雪探測雷達系統(tǒng)”,并敲定了設備定制要求:①要求系統(tǒng)能夠透過一定深度冰雪混合物探測巖石界面,并對檢測位置實時定位,探測精度達到厘米級,探測深度至少6米;②“高原探冰雪雷達系統(tǒng)”集成雷達主機、收發(fā)天線、GNSS、供電系統(tǒng)、存儲設備等部件,不能配用顯示器
,總重量不超過5kg;③雷達設備外接GNSS天線
,且雷達設備中心與GNSS中心對應
,精度cm級;④設備組裝簡單
,低溫低氣壓高原環(huán)境下可正常工作
;⑤雷達數(shù)據(jù)格式中能夠有歷元時間,與GNSS時間對應
;⑥存儲:“高原探冰雪雷達”對GNSS原始觀測數(shù)據(jù)要存儲一份
;⑦確保整套系統(tǒng)能在零下40℃能夠正常工作1小時。
接到定制任務,南方測繪集團積極響應號召
,與自然資源部
、中國測繪科學研究院
、陜西測繪地理信息局、自然資源部第一大地測量隊(國測一大隊)等保持溝通
,主動作為
,調(diào)動集團技術力量攻克科研難題。南方衛(wèi)星導航立即成立高原冰雪探測雷達系統(tǒng)技術攻關組
,由南方衛(wèi)星導航副總工程師丁永祥牽頭,技術員程少華作為多方的聯(lián)絡人
,南方測繪西安分公司作為一線支持與聯(lián)絡……開啟了此次設備的攻關之旅
。
峰回路轉(zhuǎn)的攻關過程
雪深雷達的定制研發(fā)主要經(jīng)歷了幾個大的階段:第一階段方案設計論證;第二階段設計生產(chǎn);第三階段整機試驗;第四階段多臺研制、測試;第五階段現(xiàn)場實測。如果順利的話,所有這些都可以在2019年完成。
在后來的設備實際制造過程中才發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)預定的技術目標,并沒有那么簡單
。硬件方面的集成,不能只是將GNSS主機頭接到雷達儀上
,而是將主機頭分解成模塊集成到設備中
,并對不同版本的模塊進行升級和測試。數(shù)據(jù)方面
,GNSS
、雷達都是電磁波信號,為了保障所獲取北斗數(shù)據(jù)的信噪比
,確保數(shù)據(jù)質(zhì)量
,電磁波干擾問題必須解決。再者
,珠峰峰頂?shù)臏y量需要一次到位
,所采集數(shù)據(jù)要實現(xiàn)極端條件下多途徑安全可靠的保存。最后
,雷達的時間要求精確到ns
,數(shù)據(jù)采集頻率50Hz
。而在設備極端環(huán)境測試方面
,實驗室零下40℃氣溫條件下破壞性試驗2小時后,再將設備拿出來正常采集
。
另外在定制和測試過程中我們發(fā)現(xiàn),原定的那些技術參數(shù)是無法滿足實際測量要求的,好幾個方面都需要根據(jù)實測需求進行提升和修正
。
這些需求方進一步的要求和測試出現(xiàn)的問題,讓整個研發(fā)團隊都繃緊了弦:固件的穩(wěn)定性、屏蔽層的效果
、雷達數(shù)據(jù)與GNSS 數(shù)據(jù)時間同步、數(shù)據(jù)質(zhì)量問題
、信號燈藍紅顯示問題等等需要解決
。
為此 ,南方測繪集團發(fā)動南方衛(wèi)星導航的研發(fā)團隊:測繪事業(yè)部大量測試拆開的主板
、天線采集數(shù)據(jù)
,在不同環(huán)境下測試
、分析數(shù)據(jù)
;系統(tǒng)三部定制軟件模塊內(nèi)嵌到主板
,解決50Hz采集以及數(shù)據(jù)質(zhì)量問題;系統(tǒng)二部聯(lián)合解決信號屏蔽
、抗干擾問題
;測繪事業(yè)部與系統(tǒng)二部定制特定的線纜
,解決信號傳輸問題
;系統(tǒng)三部解決定位設備與雷達采集的時間同步問題……
在多部門的默契配合下,看似一團亂麻的困難被一一拆解消化
。
與此同時,在柏華崗的指導下
,南方測繪技術團隊頻繁地進行精度測試、時間匹配測試
、數(shù)據(jù)的存貯測試。
此次研發(fā)過程中,碰到的困難還不止技術本身
,攻關最吃緊的時候恰逢疫情爆發(fā),大家的出行受影響
,還有的技術員被隔離
。不能見面就遠程聯(lián)系溝通,多地聯(lián)動解決
,有問題就一遍遍測試、改進
,整個項目組都繃緊一根弦
,加快進度、解決問題
,確保設備如期
、高質(zhì)量供應。
高原冰雪探測雷達系統(tǒng)助力珠峰高程測量
設備交付一個多月后 ,自然資源部宣布2020珠峰高程測量正式啟動,此后的一個多月時間里
,全行業(yè)的目光都投向那英雄測量隊所在的世界之巔
,關注著這次國產(chǎn)測繪儀器裝備主要擔綱測量任務的國家測繪科技發(fā)展水平的檢閱。
柏華崗評價 ,對比2005年珠峰高程測量所使用的雪深雷達探測儀
,本次“高原冰雪探測雷達系統(tǒng)”亮點頗多:①重量更輕。包括集成的雷達主機
、收發(fā)天線、GNSS
、供電系統(tǒng)
、存儲設備等部件在內(nèi),整體重量不超過5kg
;②雷達
、GNSS全國產(chǎn)化。其中雷達探測深度≥5米
,探測精度<5%*D(D為探測深度)
,GNSS實時定位并記錄數(shù)據(jù),可實現(xiàn)-40℃超低溫環(huán)境下連續(xù)作業(yè)
;③集成度高
,在雷達內(nèi)部全面實現(xiàn)系統(tǒng)集成,實現(xiàn)時間同步
、位置同步
,每道雷達數(shù)據(jù)均有相應的GNSS數(shù)據(jù)對應并儲存;④數(shù)據(jù)解算速度更快
。
成立三十多年來,南方測繪堅持多重科研體系,自主創(chuàng)新