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【摘 要】RTK在内蒙一带露天煤矿开采中是一种新的常用的GPS测量方法，是GPS测量技术和传输技术的结合，它采用了载波相位动态实时差分方法。由于RTK测量模式、测量精度的极大变革，其测量技术应用广泛，延伸到各个行业。RTK作业与常规作业相比，极大地提高了野外作业效率，降低了劳动成本，RTK测量技术在鄂尔多斯露天煤矿中也被广泛应用。
【关键词】RTK中继站；露天煤矿；应用
1. RTK系统
1.1 RTK工作原理
RTK（Real Time Kinematic）技术即实时动态测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，能实时的提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。载波相位差分可分为修正法和差分法两种。前者是将基准站载波相位的修正量发送给用户站，然后解算出用户站的实时坐标，此方法速度较慢，定位精度较差；后者是将基准站的载波相位发送给用户站，由用户站求差得出整周模糊度进而得到坐标数据，此方法速度快，精度高，是真正的RTK技术。
其工作原理是：（1）在基准站上安置一台GPS接收机，通过它连续不断的观测所有可见的GPS卫星，并将观测结果和测站的坐标信息全部发送到用户观测站；（2）在用户观测站同样有GPS接收机，其通过无线电接收设备即接收GPS卫星信号，也接收基准站通过无线电传输设备传送的观测数据；（3）通过差分计算，对观测值进行实时处理，从而精确的计算并显示用户观测站的三维坐标及其精度，历时不足一秒钟；（4）完成整周模糊度未知数的解算，在结果确定后，只要能保持有四颗以上的卫星观测值的跟踪，便可以实时给出定位结果，缩短观测时间。
1.2 RTK测量技术优点
（1）工作效率高。在矿区的一般地形地勢下，RTK设站一次即可完成采场的测量，极大的减少了传统测量中仪器的搬动次数，只需一人便可完成流动站的操作，工作速度提升，劳动强度有所降低，测量精度也较高。
（2）定位精度高。只要RTK工作的环境条件满足基本要求，在其作业半径范围内进行测量能够实时得到厘米级的定位精度，数据来源可靠，误差小。
（3）降低了作业条件的要求。RTK能够全天候进行作业，且其所需要满足的条件也很简单，不需要基准站和流动站之间满足光学通视，只需要满足“电磁波辐射通视”即可，在地形地势复杂的地区，只要能满足这些条件，也能很好的开展测量工作，受能见度、气候等因素的影响较小，使测量工作简单易行。
（4）操作简便。现如今随着科技的不断发展，RTK的操作也越来越简单、自动化。在流动站利用软件控制系统，只需简单的按照步骤输入相应的数值即可获取二维坐标，可自动实现多种测量功能，同时还可将测得的数据进行整理、存储、转换等，最后倒入到计算机中利用AutoCAD对这些数据进行计算，从而得到最终的结果。
1.3 RTK测量技术的不足
RTK测量技术与常规测量相比，为露天煤矿土石方剥离验收工作带来了革命性的飞跃，RTK技术的使用大大提高了测量的速度，以前多人的测量工作现在完全可以一人操作，降低了劳动成本。但是RTK在实际测量工作中也有一些缺点和不足，主要表现为以下几个方面：
（1）受卫星状况限制。由于GPS卫星系统的空间组成和信号强度，不易传统阻挡其传播的障碍物，导致在某段时间或某区域内不能很好的被卫星覆盖。此时观测到的卫星信号较弱，在遮挡比较严重的茂密森林或城市较密集、高大建筑物较多的地区无法正常进行作业，减少一天中可作业的时间。
（2）受天空环境影响。中午受电离层干扰大，共用卫星数少，常常接收不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。
（3）作业半径降低。由于RTK测量极易受到高大建筑物、死角和高频信号源等的干扰，信号在传输过程中有所衰减，导致作业半径缩小，流动站的观测精度随着作业半径的增加，作业精度逐渐降低。同时也增加了观测时间。
（4）受RTK通讯现状约束。露天煤矿进行RTK测量时，若遇到有矿坑、死角等地区，GPS卫星信号弱甚至无信号，会致使RTK作业出现盲区，信号强度低，初始化困难，不能实现RTK实时作业。如果多矿区、多采区的验收工作同时进行，就会制约测量工作的进行，降低工作效率。
（5）耗电量大。RTK测量时耗电量较大，若需要长时间作业，需要携带多个电池、电瓶才能连续作业。
RTK在实际测量中有常规测量所没有的优势，但是也有其不足之处，因此在实践工作中不断探索和研究，采取一定的措施，扬长避短，可以有效的解决其不足。
2. RTK中继站
针对上述问题，通过进一步深入研究，提出了RTK中继站技术。该技术是通过网络物理层上面的连接设备，将RTK基准站的信号，在其信号覆盖的范围内，通过中继站的接收和转发，扩大基准站信号的覆盖范围，由于中继站的接收和发射半径覆盖面大，这样不管流动站是否在基准站的覆盖范围内，通过中继站将信号的再生、放大、加强处理后，都可以进行正常的RTK作业。中继站一般在架设位置上，在能接收基准站信息的基础的尽量选择较远、较高的地方，这样加强后的信号才能够传输的更远。如图 1所示。
3. RTK中继站在鄂尔多斯露天矿的具体应用
结合内蒙鄂尔多斯露天煤矿的实际情况，具体介绍了RTK中继站在露天矿测量中的应用情况。
3.1作业依据
国家测绘局于1992年发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》和中华人民共和国能源部于1989年制定的《煤矿测量规程》。
3.2采用的仪器：上海华测X91接收机
3.3外业数据采集流程
3.3.1准备工作
在出发进行测量工作前，先检查接收机是否均正常工作，并确保所携带的电池电量充满，若要作业一天，则需要携带3块以上电池，最后检查配件是否齐全，如天线、手簿、电源线等。 3.3.2架设基准站
基准站一般架设在视野开阔，地势较为平坦的地区以便安装设备，保证设备的安全，同时还需要远离会干扰卫星信号的物体，如高压输变电设备、无线电通讯设备等，还要考虑基准站的覆盖范围，应尽可能布设在较高的位置，这样信号不容易被遮挡，信号能有效的覆盖周围地区。
3.3.3设置基准站
在已知点上架设三脚架（两个三脚架之间距离至少三米），固定好GPS接收机和天线（要做到严格整平对中），将接收机和天线连接好后，打开接收机，输入基准站的坐标，如果坐标已知且已经保存在JOB中，选择相应的点即可，然后输入天线高。待电台状态箭头闪烁后仪器便开始工作。
3.3.4流动站工作
在基准站启动成功后并且数据发射正常后，架设好流动站，打开接收机电源，用手簿启动流动站接收机，设置“坐標系统管理”中的各项参数与基准站的设置相同，通过新建任务，设置坐标系，进行测量，过20秒左右当黑色的“单点定位”变为红色的“浮动”值，最后变为“固定”值，就可以进行测量工作了。
3.3.5架设中继站
当遇到矿坑或排土场等不利于RTK测量的时候，发现基准站的信号微弱，不能进行正常的测量工作。此时即可将中继站架设在排土场附近或矿坑深部上方的适当位置，使中继站能够接收基准站发来的信号，流动站也可以正常的接收数据，起到一个加强信号强度、承接的作用。
3.3.6经点校正工作
大部分测量工作使用的是国家坐标系或地方坐标系，而GPS测量的结果是WGS84坐标系，因此需要求出两种坐标系的转换参数以进行点的校正。输入已知点的平面坐标和WGS84坐标，在“测量”菜单下根据校正方法进行校正，如果有多个点需要校正，重复此步骤即可。若要在某地区长时间进行测量工作，为了避免每天进行点校正工作，可以在测量前重置当地坐标，这样就不必每天进行点校正工作，节省时间。
4.结论
利用RTK技术在露天煤矿矿区测量，在遇到矿坑、排土场等影响基准站信号的地方，可能出现RTK作业盲区，不能实现RTK实时作业，影响测量工作的进展，此时采用中继站技术能很好的解决此问题，它能够有效的扩大基准站的信号，加强信号的强度，使测量工作顺利进行。通过RTK中继站在露天矿中的测量实践表明，采用RTK中继站，使用较少的人员便能完成工作，提高了工作效率和测量精度，节省费用。
参考文献：
[1]曹春杰 露天煤矿采空区上方作业安全平台厚度确定及爆破设计[J]煤炭工程 2013（09）25-27页.
[2]邢建国 魏长明 郭昌平 工程测量坐标系的转换及精度分析[J]陕西煤炭 2013（06）15-17页.
作者简介：
李恩义，男，（1970.7—）汉族，毕业于北京煤炭管理干部学院，采矿工程专业，采矿工程师职称，从事煤炭企业安全生产管理工作。
【关键词】RTK中继站；露天煤矿；应用
1. RTK系统
1.1 RTK工作原理
RTK（Real Time Kinematic）技术即实时动态测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，能实时的提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。载波相位差分可分为修正法和差分法两种。前者是将基准站载波相位的修正量发送给用户站，然后解算出用户站的实时坐标，此方法速度较慢，定位精度较差；后者是将基准站的载波相位发送给用户站，由用户站求差得出整周模糊度进而得到坐标数据，此方法速度快，精度高，是真正的RTK技术。
其工作原理是：（1）在基准站上安置一台GPS接收机，通过它连续不断的观测所有可见的GPS卫星，并将观测结果和测站的坐标信息全部发送到用户观测站；（2）在用户观测站同样有GPS接收机，其通过无线电接收设备即接收GPS卫星信号，也接收基准站通过无线电传输设备传送的观测数据；（3）通过差分计算，对观测值进行实时处理，从而精确的计算并显示用户观测站的三维坐标及其精度，历时不足一秒钟；（4）完成整周模糊度未知数的解算，在结果确定后，只要能保持有四颗以上的卫星观测值的跟踪，便可以实时给出定位结果，缩短观测时间。
1.2 RTK测量技术优点
（1）工作效率高。在矿区的一般地形地勢下，RTK设站一次即可完成采场的测量，极大的减少了传统测量中仪器的搬动次数，只需一人便可完成流动站的操作，工作速度提升，劳动强度有所降低，测量精度也较高。
（2）定位精度高。只要RTK工作的环境条件满足基本要求，在其作业半径范围内进行测量能够实时得到厘米级的定位精度，数据来源可靠，误差小。
（3）降低了作业条件的要求。RTK能够全天候进行作业，且其所需要满足的条件也很简单，不需要基准站和流动站之间满足光学通视，只需要满足“电磁波辐射通视”即可，在地形地势复杂的地区，只要能满足这些条件，也能很好的开展测量工作，受能见度、气候等因素的影响较小，使测量工作简单易行。
（4）操作简便。现如今随着科技的不断发展，RTK的操作也越来越简单、自动化。在流动站利用软件控制系统，只需简单的按照步骤输入相应的数值即可获取二维坐标，可自动实现多种测量功能，同时还可将测得的数据进行整理、存储、转换等，最后倒入到计算机中利用AutoCAD对这些数据进行计算，从而得到最终的结果。
1.3 RTK测量技术的不足
RTK测量技术与常规测量相比，为露天煤矿土石方剥离验收工作带来了革命性的飞跃，RTK技术的使用大大提高了测量的速度，以前多人的测量工作现在完全可以一人操作，降低了劳动成本。但是RTK在实际测量工作中也有一些缺点和不足，主要表现为以下几个方面：
（1）受卫星状况限制。由于GPS卫星系统的空间组成和信号强度，不易传统阻挡其传播的障碍物，导致在某段时间或某区域内不能很好的被卫星覆盖。此时观测到的卫星信号较弱，在遮挡比较严重的茂密森林或城市较密集、高大建筑物较多的地区无法正常进行作业，减少一天中可作业的时间。
（2）受天空环境影响。中午受电离层干扰大，共用卫星数少，常常接收不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。
（3）作业半径降低。由于RTK测量极易受到高大建筑物、死角和高频信号源等的干扰，信号在传输过程中有所衰减，导致作业半径缩小，流动站的观测精度随着作业半径的增加，作业精度逐渐降低。同时也增加了观测时间。
（4）受RTK通讯现状约束。露天煤矿进行RTK测量时，若遇到有矿坑、死角等地区，GPS卫星信号弱甚至无信号，会致使RTK作业出现盲区，信号强度低，初始化困难，不能实现RTK实时作业。如果多矿区、多采区的验收工作同时进行，就会制约测量工作的进行，降低工作效率。
（5）耗电量大。RTK测量时耗电量较大，若需要长时间作业，需要携带多个电池、电瓶才能连续作业。
RTK在实际测量中有常规测量所没有的优势，但是也有其不足之处，因此在实践工作中不断探索和研究，采取一定的措施，扬长避短，可以有效的解决其不足。
2. RTK中继站
针对上述问题，通过进一步深入研究，提出了RTK中继站技术。该技术是通过网络物理层上面的连接设备，将RTK基准站的信号，在其信号覆盖的范围内，通过中继站的接收和转发，扩大基准站信号的覆盖范围，由于中继站的接收和发射半径覆盖面大，这样不管流动站是否在基准站的覆盖范围内，通过中继站将信号的再生、放大、加强处理后，都可以进行正常的RTK作业。中继站一般在架设位置上，在能接收基准站信息的基础的尽量选择较远、较高的地方，这样加强后的信号才能够传输的更远。如图 1所示。
3. RTK中继站在鄂尔多斯露天矿的具体应用
结合内蒙鄂尔多斯露天煤矿的实际情况，具体介绍了RTK中继站在露天矿测量中的应用情况。
3.1作业依据
国家测绘局于1992年发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》和中华人民共和国能源部于1989年制定的《煤矿测量规程》。
3.2采用的仪器：上海华测X91接收机
3.3外业数据采集流程
3.3.1准备工作
在出发进行测量工作前，先检查接收机是否均正常工作，并确保所携带的电池电量充满，若要作业一天，则需要携带3块以上电池，最后检查配件是否齐全，如天线、手簿、电源线等。 3.3.2架设基准站
基准站一般架设在视野开阔，地势较为平坦的地区以便安装设备，保证设备的安全，同时还需要远离会干扰卫星信号的物体，如高压输变电设备、无线电通讯设备等，还要考虑基准站的覆盖范围，应尽可能布设在较高的位置，这样信号不容易被遮挡，信号能有效的覆盖周围地区。
3.3.3设置基准站
在已知点上架设三脚架（两个三脚架之间距离至少三米），固定好GPS接收机和天线（要做到严格整平对中），将接收机和天线连接好后，打开接收机，输入基准站的坐标，如果坐标已知且已经保存在JOB中，选择相应的点即可，然后输入天线高。待电台状态箭头闪烁后仪器便开始工作。
3.3.4流动站工作
在基准站启动成功后并且数据发射正常后，架设好流动站，打开接收机电源，用手簿启动流动站接收机，设置“坐標系统管理”中的各项参数与基准站的设置相同，通过新建任务，设置坐标系，进行测量，过20秒左右当黑色的“单点定位”变为红色的“浮动”值，最后变为“固定”值，就可以进行测量工作了。
3.3.5架设中继站
当遇到矿坑或排土场等不利于RTK测量的时候，发现基准站的信号微弱，不能进行正常的测量工作。此时即可将中继站架设在排土场附近或矿坑深部上方的适当位置，使中继站能够接收基准站发来的信号，流动站也可以正常的接收数据，起到一个加强信号强度、承接的作用。
3.3.6经点校正工作
大部分测量工作使用的是国家坐标系或地方坐标系，而GPS测量的结果是WGS84坐标系，因此需要求出两种坐标系的转换参数以进行点的校正。输入已知点的平面坐标和WGS84坐标，在“测量”菜单下根据校正方法进行校正，如果有多个点需要校正，重复此步骤即可。若要在某地区长时间进行测量工作，为了避免每天进行点校正工作，可以在测量前重置当地坐标，这样就不必每天进行点校正工作，节省时间。
4.结论
利用RTK技术在露天煤矿矿区测量，在遇到矿坑、排土场等影响基准站信号的地方，可能出现RTK作业盲区，不能实现RTK实时作业，影响测量工作的进展，此时采用中继站技术能很好的解决此问题，它能够有效的扩大基准站的信号，加强信号的强度，使测量工作顺利进行。通过RTK中继站在露天矿中的测量实践表明，采用RTK中继站，使用较少的人员便能完成工作，提高了工作效率和测量精度，节省费用。
参考文献：
[1]曹春杰 露天煤矿采空区上方作业安全平台厚度确定及爆破设计[J]煤炭工程 2013（09）25-27页.
[2]邢建国 魏长明 郭昌平 工程测量坐标系的转换及精度分析[J]陕西煤炭 2013（06）15-17页.
作者简介：
李恩义，男，（1970.7—）汉族，毕业于北京煤炭管理干部学院，采矿工程专业，采矿工程师职称，从事煤炭企业安全生产管理工作。