巴基斯坦卡洛特水電站地形測量的組織實(shí)施

馬力 白峰 周傳松 高圣益

摘要：巴基斯坦卡洛特水電站位于巴控克什米爾地區(qū)，前期基礎(chǔ)資料匱乏，交通不便，工作條件較差。為全面獲取滿足工程規(guī)劃設(shè)計(jì)要求的地形資料，針對性地采用了多種不同的技術(shù)手段，先后開展了壩址區(qū)和水庫區(qū)基本控制測量、壩址區(qū)大比例尺地形測量、水庫區(qū)地形測量、吉拉姆河統(tǒng)一高程測量及施工區(qū)無人機(jī)攝影測量等工作，其中率先開展衛(wèi)星大比例測量、無人機(jī)攝影測量和干流梯級水電站統(tǒng)一高程測量等工作，為卡洛特水電站設(shè)計(jì)施工提供了基礎(chǔ)測繪保障?？偨Y(jié)了該電站地形測量工作在方案設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)施、現(xiàn)場組織等方面的工作經(jīng)驗(yàn)，可為巴基斯坦及其他類似海外地區(qū)的測量工作提供參考。

關(guān)鍵詞：地形測量;無人機(jī);攝影測量;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：TV221 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.007

1 概 述

1.1 工程概況

卡洛特（Karot） 水電站位于巴基斯坦吉拉姆河（Jhelum）上，壩址處控制流域面積26 700 km2。工程為單一發(fā)電任務(wù)的水電樞紐，水庫正常蓄水位461m，正常蓄水位以下庫容1.52億m3，電站裝機(jī)容量720MW。

該電站是巴基斯坦首個(gè)完全使用中國技術(shù)和中國標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的水電投資項(xiàng)目，已于2018年9月順利實(shí)現(xiàn)大江截流，進(jìn)入全面施工階段。

1.2 地形測量概況

卡洛特水電站位于巴控克什米爾地區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜，交通不便。作為勘測設(shè)計(jì)的先行專業(yè)，測量工作前期面臨諸多特殊困難，基礎(chǔ)資料極其匱乏，周邊環(huán)境與政策不明，工作基礎(chǔ)和工作條件較差。

首先完成了壩址區(qū)和水庫區(qū)的地形測量工作，并將測量成果提供給水文專業(yè)，以便其開展1∶1 000大斷面測量和1∶2 000河道地形測量。隨后根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度，對測量成果進(jìn)行了多次復(fù)核更新與修補(bǔ)測量。2016年7月，與卡洛特工程測量中心建立的施工控制網(wǎng)建立聯(lián)系，至此地形測量工作基本完成。

期間先后開展了壩址區(qū)和水庫區(qū)基本控制網(wǎng)、壩址區(qū)大比例尺地形、水庫區(qū)地形、吉拉姆河統(tǒng)一高程、施工區(qū)無人機(jī)攝影等測量工作。率先在巴基斯坦開展或采用多項(xiàng)工作內(nèi)容和技術(shù)手段。

本文系統(tǒng)總結(jié)了該電站地形測量工作在方案設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)施、現(xiàn)場組織等方面的工作經(jīng)驗(yàn)。

2 地形測量的組織實(shí)施

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)

（1）在開展技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工作需要明確以下原則：①作業(yè)采用中國技術(shù)和中國標(biāo)準(zhǔn);②不同設(shè)計(jì)階段盡量采用同一平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng);③注意與吉拉姆河流域其他梯級電站的銜接，同時(shí)兼顧巴基斯坦國家審查要求;④前期設(shè)計(jì)成果應(yīng)便于轉(zhuǎn)換到施工控制網(wǎng)坐標(biāo)系下;⑤盡可能采用先進(jìn)技術(shù)，以保證質(zhì)量、降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）在上述原則指導(dǎo)下，確定了以下基本要求：①作業(yè)主要采用水利水電工程相關(guān)測量規(guī)范[1-2]。②設(shè)計(jì)采用巴基斯坦國家坐標(biāo)系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)。這主要是考慮到上下游梯級電站設(shè)計(jì)和建造時(shí)參考了位于卡洛特壩址區(qū)的國家控制點(diǎn)成果，另外采用巴基斯坦國家坐標(biāo)系統(tǒng)和高程基準(zhǔn)也是為了滿足該國國家審查的需要。③埋設(shè)基本標(biāo)石，并定期進(jìn)行復(fù)核測量，以便于后期與施工控制網(wǎng)建立聯(lián)系。④作為標(biāo)志性工程，應(yīng)率先將衛(wèi)星攝影測量、無人機(jī)攝影測量等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于巴基斯坦水電站工程中，為其他水電站的測量工作引路。⑤在對吉拉姆河開展統(tǒng)一高程測量等工作時(shí)，開展吉拉姆河統(tǒng)一高程測量。在地形測量工作啟動時(shí)，吉拉姆河干流規(guī)劃的梯級電站中曼格拉大壩已經(jīng)建成，科哈拉（Kohala）、阿扎德帕坦（Azad Pattan）已編制完成可行性研究報(bào)告，卡洛特電站的設(shè)計(jì)者正在準(zhǔn)備可行性研究工作，馬爾（Mahl）水電站尚處于規(guī)劃階段。各電站前期勘察設(shè)計(jì)由不同的公司完成，測量基準(zhǔn)點(diǎn)存在差異，部分基礎(chǔ)資料存在不一致。通過開展吉拉姆河統(tǒng)一高程測量，聯(lián)測并統(tǒng)一吉拉姆河所有梯級電站的沿線高程系統(tǒng)。

2.2 坐標(biāo)基準(zhǔn)的建立

巴基斯坦國家測量系統(tǒng)最早在18～19世紀(jì)由英國建立，目前多套坐標(biāo)系統(tǒng)并存[3]?？逄厮娬镜匦螠y量采用的坐標(biāo)系統(tǒng)使用了Everest-1830橢球和蘭伯特等角圓錐投影（LCC），有兩條標(biāo)準(zhǔn)緯線。其長度比例因子為0.998 969 1?；緟?shù)見表1。

平面系統(tǒng)采用巴基斯坦國家平面坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)采用巴基斯坦國家高程系統(tǒng)。所有的平面坐標(biāo)采用巴基斯坦東北坐標(biāo)系統(tǒng)（E，N，H），高程坐標(biāo)采用國家高程基準(zhǔn)。該項(xiàng)目利用巴基斯坦國家測繪部門在卡洛特壩址區(qū)旁設(shè)立的基準(zhǔn)標(biāo)石（Standard Bench Mark，SBM）建立了項(xiàng)目區(qū)的控制網(wǎng)。

需要指出的是，地形測量工作中采用的巴基斯坦國家坐標(biāo)系統(tǒng)主要在勘察和設(shè)計(jì)階段使用。2016～2017年，卡洛特工程測量中心建立了施工控制網(wǎng)[4]。兩套坐標(biāo)基準(zhǔn)之間建立了準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，相關(guān)成果也根據(jù)需要進(jìn)行了相互轉(zhuǎn)換。

2.3 壩址區(qū)和水庫區(qū)基本控制測量

為保證測區(qū)平面和高程控制的精度及控制測量系統(tǒng)的統(tǒng)一，將巴基斯坦國家坐標(biāo)系統(tǒng)及高程基準(zhǔn)引入至庫區(qū)的基本控制網(wǎng)。

平面控制測量采用D級GPS控制測量，高程控制測量采用四等水準(zhǔn)測量。在壩區(qū)布設(shè)了6個(gè)固定標(biāo)石，在庫區(qū)布設(shè)了11個(gè)固定標(biāo)石。

壩址區(qū)和水庫區(qū)基本控制測量完成后，2015～2016年進(jìn)行了兩次現(xiàn)場復(fù)核，復(fù)核更新了存在位移、損毀的基本控制點(diǎn)。

2.4 壩址區(qū)大比例尺地形測量

在壩址區(qū)開展了1：500比例尺地形測量，采用1 m等高距。采用全野外數(shù)字地形測量方法，按全要素測繪。

巴基斯坦官方語言為英語和烏爾都語，但民間主要普及烏爾都語。為便于地形圖的使用和溝通，在壩址區(qū)和水庫區(qū)的地名、注記調(diào)繪工作中，均請卡洛特本地人員用英文進(jìn)行了標(biāo)注。

壩址區(qū)1∶500地形測量完成后，后續(xù)根據(jù)各專業(yè)需要又進(jìn)行了零星補(bǔ)充測量。2015～2016年進(jìn)行了兩次復(fù)核更新，修測、補(bǔ)測存在變化的地物和地貌， 實(shí)際完成總測量面積約4.8 km2。

2.5 水庫區(qū)地形測量

在水庫區(qū)開展了1∶2 000地形測量，采用2 m等高距，同樣采用全要素測繪。庫區(qū)1∶2 000地形測量基本完成后，隨著勘察設(shè)計(jì)階段的深入，對地質(zhì)、施工、移民、水文、環(huán)境等各專業(yè)提出了新的測量需求，實(shí)際完成水庫區(qū)總測量面積約42.8 km2。

卡洛特水電站壩址距上游阿扎德帕坦水電站壩址約27 km，庫區(qū)右岸位于巴基斯坦旁遮普?。≒unjab），庫區(qū)左岸位于巴控克什米爾地區(qū)。啟動庫區(qū)地形測量工作時(shí)，不具備基本的交通、住宿和安全條件，難以全面開展工作。

為完成庫區(qū)地形測量以保證勘察設(shè)計(jì)工作的順利開展，在充分論證的基礎(chǔ)上，率先利用高分辨率衛(wèi)星立體攝影測量的方法，用于庫區(qū)1∶2 000地形測量。先后獲取了525 km2的美國GeoEye/WorldView 0.5 m分辨率衛(wèi)星立體影像，在數(shù)字?jǐn)z影測量工作站上完成了主要的地形要素測量。請巴基斯坦本地人員采用現(xiàn)場調(diào)繪的方法補(bǔ)充地名、注記等要素。

在保證成圖質(zhì)量的基礎(chǔ)上，該技術(shù)方法提高了庫區(qū)測量的效率，同時(shí)顯著降低了現(xiàn)場作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。該方法在卡洛特水電站工程中的成功應(yīng)用也形成了良好的示范效應(yīng)，可推廣到其他水電站工程中。

2.6 吉拉姆河統(tǒng)一高程測量

為統(tǒng)一吉拉姆河干流5個(gè)梯級電站的高程基準(zhǔn)，在吉拉姆河干流從曼格拉大壩到科哈拉水電站河段開展了統(tǒng)一高程測量，如圖1所示。實(shí)施時(shí)間為2015年8～11月。

采用三等水準(zhǔn)測量進(jìn)行統(tǒng)一高程測量。主要工作包括水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)、三等水準(zhǔn)測量、復(fù)核科哈拉和馬爾水電站已有四等水準(zhǔn)成果、聯(lián)測馬爾-阿扎德帕坦-卡洛特-曼格拉4個(gè)水電站壩址附近水準(zhǔn)點(diǎn)。

統(tǒng)一高程測量涉及的范圍從科哈拉壩址至曼格拉大壩，埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石29個(gè)，聯(lián)測各個(gè)電站已有控制點(diǎn)7點(diǎn)，實(shí)測三等水準(zhǔn)路線長度361.1 km。

2.7 施工區(qū)無人機(jī)攝影測量

2016年5月，因庫區(qū)復(fù)建公路沿線有較大范圍的塌岸情況，需對塌岸復(fù)建路段的地形圖進(jìn)行1∶500補(bǔ)充地形測量，并完成規(guī)劃道路的縱橫斷面測量。

實(shí)施上述任務(wù)時(shí)，利用無人機(jī)進(jìn)行了航空攝影測量，獲取了無人機(jī)航測影像，并在此基礎(chǔ)上完成了1∶500補(bǔ)充地形測量，檢驗(yàn)精度滿足測量規(guī)范要求。這也是在巴基斯坦各水電站工程中，首次將無人機(jī)攝影測量技術(shù)應(yīng)用于大比例尺地形測量工作中。

2016年6月，在卡洛特水電站壩址區(qū)又利用固定翼無人機(jī)成功獲取了覆蓋完整的8 cm分辨率高清立體影像，并完成航空影像控制測量15 km2，為地形資料的測量更新提供了新的技術(shù)手段。

上述測量工作中，在航攝時(shí)使用了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的雙頻差分GPS固定翼無人機(jī)設(shè)備，采用拋射起飛和自動傘降，獲取了優(yōu)于10 cm的高清立體航空影像;像控測量和檢查點(diǎn)測量時(shí)使用了RTK和全站儀設(shè)備;空中三角測量內(nèi)業(yè)加密和信息采集與編輯均在攝影測量工作站上完成。

3 結(jié) 語

卡洛特水電站地形測量完全使用中國技術(shù)和中國標(biāo)準(zhǔn)，有利于相關(guān)測量工作的展開。但在巴基斯坦特殊的環(huán)境下，其地形測量的技術(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)施、現(xiàn)場組織仍面臨很多特殊的要求和困難，在某些情況下還需謹(jǐn)慎突破現(xiàn)有規(guī)范，果斷引入先進(jìn)的技術(shù)手段。本文總結(jié)了該電站地形測量工作情況，可供其他類似工程參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2] SL 197-2013 水利水電工程測量規(guī)范[S].

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[4] 王志崗，楊生春. ?巴基斯坦卡洛特水電站首級施工控制網(wǎng)的建立[J]. 人民長江，2018，49（S2）：151-153.

（編輯：唐湘茜）

Organization and implementation of topographic survey of Karot Hydropower Station in Pakistan

MA Li，BAI Feng，ZHOU Chuansong，GAO Shengyi

（Changjiang？Spatial？Information？Technology？Engineering？Co.，Ltd.（Wuhan）， Wuhan 430010，China）

Abstract： Karot Hydropower Station is located in Pakistan-administered Kashmir， with poor basic information， poor transportation and poor working conditions in the early topographic survey stage. In order to obtain the terrain data to meet the requirements of engineering planning and design， a variety of different technical means were used in the topographic survey. The contents of topographic survey include the control survey in the dam site area and reservoir area， the large scale topographic survey in the dam site area， the topographic survey in the reservoir area， the unified height system survey of Jhelum River，and UAV photogrammetry. Large scale satellite photogrammetry， UAV？photogrammetry？and？Unified？height？survey？were？first？introduced？to？the？topographic？survey？of Karot hydropower station in Pakistan. This paper summarizes some work experience in technical design， technical implementation and organization， which can provide some references for the similar work in Pakistan and other overseas project.

Keywords： topographic survey; UAV; photogrammetry; Karot Hydropower Station; Pakistan