巴基斯坦卡洛特水电站地形测量的组织实施

马力 白峰 周传松 高圣益

摘要：巴基斯坦卡洛特水电站位于巴控克什米尔地区，前期基础资料匮乏，交通不便，工作条件较差。为全面获取满足工程规划设计要求的地形资料，针对性地采用了多种不同的技术手段，先后开展了坝址区和水库区基本控制测量、坝址区大比例尺地形测量、水库区地形测量、吉拉姆河统一高程测量及施工区无人机摄影测量等工作，其中率先开展卫星大比例测量、无人机摄影测量和干流梯级水电站统一高程测量等工作，为卡洛特水电站设计施工提供了基础测绘保障。总结了该电站地形测量工作在方案设计、技术实施、现场组织等方面的工作经验，可为巴基斯坦及其他类似海外地区的测量工作提供参考。

关键词：地形测量;无人机;摄影测量;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：TV221 文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.03.007

1 概 述

1.1 工程概况

卡洛特（Karot） 水电站位于巴基斯坦吉拉姆河（Jhelum）上，坝址处控制流域面积26 700 km2。工程为单一发电任务的水电枢纽，水库正常蓄水位461m，正常蓄水位以下库容1.52亿m3，电站装机容量720MW。

该电站是巴基斯坦首个完全使用中国技术和中国标准建设的水电投资项目，已于2018年9月顺利实现大江截流，进入全面施工阶段。

1.2 地形测量概况

卡洛特水电站位于巴控克什米尔地区，周边环境复杂，交通不便。作为勘测设计的先行专业，测量工作前期面临诸多特殊困难，基础资料极其匮乏，周边环境与政策不明，工作基础和工作条件较差。

首先完成了坝址区和水库区的地形测量工作，并将测量成果提供给水文专业，以便其开展1∶1 000大断面测量和1∶2 000河道地形测量。随后根据项目进度，对测量成果进行了多次复核更新与修补测量。2016年7月，与卡洛特工程测量中心建立的施工控制网建立联系，至此地形测量工作基本完成。

期间先后开展了坝址区和水库区基本控制网、坝址区大比例尺地形、水库区地形、吉拉姆河统一高程、施工区无人机摄影等测量工作。率先在巴基斯坦开展或采用多项工作内容和技术手段。

本文系统总结了该电站地形测量工作在方案设计、技术实施、现场组织等方面的工作经验。

2 地形测量的组织实施

2.1 技术设计

（1）在开展技术设计时，根据工作需要明确以下原则：①作业采用中国技术和中国标准;②不同设计阶段尽量采用同一平面坐标系统、高程系统;③注意与吉拉姆河流域其他梯级电站的衔接，同时兼顾巴基斯坦国家审查要求;④前期设计成果应便于转换到施工控制网坐标系下;⑤尽可能采用先进技术，以保证质量、降低安全风险。

（2）在上述原则指导下，确定了以下基本要求：①作业主要采用水利水电工程相关测量规范[1-2]。②设计采用巴基斯坦国家坐标系统和高程基准。这主要是考虑到上下游梯级电站设计和建造时参考了位于卡洛特坝址区的国家控制点成果，另外采用巴基斯坦国家坐标系统和高程基准也是为了满足该国国家审查的需要。③埋设基本标石，并定期进行复核测量，以便于后期与施工控制网建立联系。④作为标志性工程，应率先将卫星摄影测量、无人机摄影测量等先进技术应用于巴基斯坦水电站工程中，为其他水电站的测量工作引路。⑤在对吉拉姆河开展统一高程测量等工作时，开展吉拉姆河统一高程测量。在地形测量工作启动时，吉拉姆河干流规划的梯级电站中曼格拉大坝已经建成，科哈拉（Kohala）、阿扎德帕坦（Azad Pattan）已编制完成可行性研究报告，卡洛特电站的设计者正在准备可行性研究工作，马尔（Mahl）水电站尚处于规划阶段。各电站前期勘察设计由不同的公司完成，测量基准点存在差异，部分基础资料存在不一致。通过开展吉拉姆河统一高程测量，联测并统一吉拉姆河所有梯级电站的沿线高程系统。

2.2 坐标基准的建立

巴基斯坦国家测量系统最早在18～19世纪由英国建立，目前多套坐标系统并存[3]。卡洛特水电站地形测量采用的坐标系统使用了Everest-1830椭球和兰伯特等角圆锥投影（LCC），有兩条标准纬线。其长度比例因子为0.998 969 1。基本参数见表1。

平面系统采用巴基斯坦国家平面坐标系统，高程系统采用巴基斯坦国家高程系统。所有的平面坐标采用巴基斯坦东北坐标系统（E，N，H），高程坐标采用国家高程基准。该项目利用巴基斯坦国家测绘部门在卡洛特坝址区旁设立的基准标石（Standard Bench Mark，SBM）建立了项目区的控制网。

需要指出的是，地形测量工作中采用的巴基斯坦国家坐标系统主要在勘察和设计阶段使用。2016～2017年，卡洛特工程测量中心建立了施工控制网[4]。两套坐标基准之间建立了准确的转换关系，相关成果也根据需要进行了相互转换。

2.3 坝址区和水库区基本控制测量

为保证测区平面和高程控制的精度及控制测量系统的统一，将巴基斯坦国家坐标系统及高程基准引入至库区的基本控制网。

平面控制测量采用D级GPS控制测量，高程控制测量采用四等水准测量。在坝区布设了6个固定标石，在库区布设了11个固定标石。

坝址区和水库区基本控制测量完成后，2015～2016年进行了两次现场复核，复核更新了存在位移、损毁的基本控制点。

2.4 坝址区大比例尺地形测量

在坝址区开展了1：500比例尺地形测量，采用1 m等高距。采用全野外数字地形测量方法，按全要素测绘。

巴基斯坦官方语言为英语和乌尔都语，但民间主要普及乌尔都语。为便于地形图的使用和沟通，在坝址区和水库区的地名、注记调绘工作中，均请卡洛特本地人员用英文进行了标注。

坝址区1∶500地形测量完成后，后续根据各专业需要又进行了零星补充测量。2015～2016年进行了两次复核更新，修测、补测存在变化的地物和地貌， 实际完成总测量面积约4.8 km2。

2.5 水库区地形测量

在水库区开展了1∶2 000地形测量，采用2 m等高距，同样采用全要素测绘。库区1∶2 000地形测量基本完成后，随着勘察设计阶段的深入，对地质、施工、移民、水文、环境等各专业提出了新的测量需求，实际完成水库区总测量面积约42.8 km2。

卡洛特水电站坝址距上游阿扎德帕坦水电站坝址约27 km，库区右岸位于巴基斯坦旁遮普省（Punjab），库区左岸位于巴控克什米尔地区。启动库区地形测量工作时，不具备基本的交通、住宿和安全条件，难以全面开展工作。

为完成库区地形测量以保证勘察设计工作的顺利开展，在充分论证的基础上，率先利用高分辨率卫星立体摄影测量的方法，用于库区1∶2 000地形测量。先后获取了525 km2的美国GeoEye/WorldView 0.5 m分辨率卫星立体影像，在数字摄影测量工作站上完成了主要的地形要素测量。请巴基斯坦本地人员采用现场调绘的方法补充地名、注记等要素。

在保证成图质量的基础上，该技术方法提高了库区测量的效率，同时显著降低了现场作业的安全风险。该方法在卡洛特水电站工程中的成功应用也形成了良好的示范效应，可推广到其他水电站工程中。

2.6 吉拉姆河统一高程测量

为统一吉拉姆河干流5个梯级电站的高程基准，在吉拉姆河干流从曼格拉大坝到科哈拉水电站河段开展了统一高程测量，如图1所示。实施时间为2015年8～11月。

采用三等水准测量进行统一高程测量。主要工作包括水准点标石埋设、三等水准测量、复核科哈拉和马尔水电站已有四等水准成果、联测马尔-阿扎德帕坦-卡洛特-曼格拉4个水电站坝址附近水准点。

统一高程测量涉及的范围从科哈拉坝址至曼格拉大坝，埋设水准点标石29个，联测各个电站已有控制点7点，实测三等水准路线长度361.1 km。

2.7 施工区无人机摄影测量

2016年5月，因库区复建公路沿线有较大范围的塌岸情况，需对塌岸复建路段的地形图进行1∶500补充地形测量，并完成规划道路的纵横断面测量。

实施上述任务时，利用无人机进行了航空摄影测量，获取了无人机航测影像，并在此基础上完成了1∶500补充地形测量，检验精度满足测量规范要求。这也是在巴基斯坦各水电站工程中，首次将无人机摄影测量技术应用于大比例尺地形测量工作中。

2016年6月，在卡洛特水电站坝址区又利用固定翼无人机成功获取了覆盖完整的8 cm分辨率高清立体影像，并完成航空影像控制测量15 km2，为地形资料的测量更新提供了新的技术手段。

上述测量工作中，在航摄时使用了当时先进的双频差分GPS固定翼无人机设备，采用抛射起飞和自动伞降，获取了优于10 cm的高清立体航空影像;像控测量和检查点测量时使用了RTK和全站仪设备;空中三角测量内业加密和信息采集与编辑均在摄影测量工作站上完成。

3 结 语

卡洛特水电站地形测量完全使用中国技术和中国标准，有利于相关测量工作的展开。但在巴基斯坦特殊的环境下，其地形测量的技术设计、技术实施、现场组织仍面临很多特殊的要求和困难，在某些情况下还需谨慎突破现有规范，果断引入先进的技术手段。本文总结了该电站地形测量工作情况，可供其他类似工程参考。

参考文献：

[1] SL 197-1997 水利水电工程测量规范（规划设计阶段）[S].

[2] SL 197-2013 水利水电工程测量规范[S].

[3] Mugnier， Clifford. Islamic Republic of Pakistan[J].  Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，2009（75）：739-740.

[4] 王志崗，杨生春.  巴基斯坦卡洛特水电站首级施工控制网的建立[J]. 人民长江，2018，49（S2）：151-153.

（编辑：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