Issuu on Google+


МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

Международный научно-технический и производственный электронный журнал «Науки о Земле» (International scientific, technical and industrial electronic journal «GeoScience») является периодическим электронным изданием, цель которого публикация статей ученых и специалистов, занимающихся изучением широкого круга проблем, объединенных общим объектом исследования – Землей. Выходит 4 раза в год. Свидетельство Роскомнадзора Эл№Фс77-44805 от 29.04.2011, ISSN: 2223-0831, Журнал включен в Российский индекс научного цитирования, DOAJ (Directory of open access jornals).

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ д.т.н., проф. Баранов Владимир Николаевич / Baranov Vladimir N. д.т.н., проф. Батраков Юрий Григорьевич / Batrakov Yuriy G. к.т.н., доц. Гаврилова Лариса Анатольевна / Gavrilova Larisa A. академик РАН, НАНБ, д.г-м.н., проф. Гарецкий Радим Гаврилович / Garetsky Radim G. к.т.н., гл.ред. Докукин Петр Александрович / Dokukin Petr A. к.г-м.н., с.н.с. Докукина Ксения Александровна / Dokukina Ksenia A. к.т.н., проф. Зайцев А.К. / Zaitsev A.K. д.т.н., проф. Карпик Александр Петрович / Karpik Alexandr P. д.т.н., г.н.с. Кафтан Владимир Иванович / Kaftan Vladimir I. д.э.н., проф. Косинский Владимир Васильевич / Kosinskij Vladimir V. к.т.н., проф. Левин Евгений / Levin Eugene д.т.н., проф. Малинников Василий Александрович Malinnikov Vasily A. д.с-х.н., проф. Нагорный Виктор Дмитриевич / Nagorny Victor D. д.т.н., проф. Певнев Анатолий Кузьмич / Pevnev Anatoly K. д.с-х.н., проф. Плющиков Вадим Геннадьевич / Plushikov Vadim G. член-корр. РАН, д.т.н., проф. Савиных Виктор Петрович / Savinykh Victor P. д.т.н., проф. Татевян Сурия Керимовна / Tatevian Suriya K. д.ф-м.н., проф. Харченко Сергей Григорьевич / Kharchenko Sergey G. к.э.н., проф. Чепурин Евгений Михайлович / Chepurin Eugene M. к.т.н., проф. Юзефович Александр Павлович / Yuzefovith Alexandr P. РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Докукин Петр Александрович / Dokukin Petr A. Поддубский Антон Александрович / Poddubsky Anton A. Поддубская Ольга Николаевна / Poddubsky OlgaN. Комков Дмитрий Сергеевич / Komkov Dmitry S. Главный редактор: Докукин Петр Александрович dokukin@geo-science.ru Шеф-редактор: Поддубский Антон Александрович poddubsky@geo-science.ru Редактор международного отдела: Поддубская Ольга Николаевна Учредитель (издатель): ООО «ГеоДозор», Россия, Москва, 109129, а/я 39 Генеральный директор: Семисчастнов Олег Ярославович Почтовый адрес учредителя/редакции: Россия, Москва, 109129, а/я 39 Russia, Moscow, index 109129, PoBOX 39 Электронный адрес: http://geo-science.ru Электронная почта: jornal@geo-science.ru Страница «В Контакте»: http://vkontakte.ru/geoscience Страница на Facebook: https://www.facebook.com/pages/edit/?id=297004870315291 Размещение статьи в номере журнала на его официальном интернет-сайте http://geo-science.ru является свидетельством публикации. Авторские права сохраняются в соответствии с международными правилами. Авторы статей несут ответственность за содержание статей и за сам факт их публикации. Редакция не всегда разделяет мнения авторов и не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных. Редакция журнала не несет никакой ответственности перед авторами и/или третьими лицами и организациями за возможный ущерб, вызванный публикацией статьи. Редакция вправе изъять уже опубликованную статью, если выяснится, что в процессе публикации статьи были нарушены чьи-либо права или общепринятые нормы научной этики. О факте изъятия статьи редакция сообщает автору, который представил статью, рецензенту и организации, где работа выполнялась. В оформлении использована фотография Ильменского озера, Урал (авт. Докукина К.А.). INTERNATIONAL SCIENTIFIC, TECHNICAL AND INDUSTRIAL JOURNAL «GEO SCIENCE» № 3-2012

2


СОДЕРЖАНИЕ Геоинформатика / Geoinformatics Савиных В.П. Система получения координатно-временной информации для решения задач мониторинга / Savinykh V.P. System of reception of the coordinate and time information for solution of problems of monitoring ……………………………………………… Майоров А.А. Состояние и развитие геоинформатики / Mayorov A.A. Current status geoinformatics……………………………………………………………………………………... Цветков В.Я. Изучение геотехнических систем методами геоинформатики / Tsvetkov V.Ya. Analysis of geotechnical systems by geoinformatics methods………………… Розенберг И.Н. Геоинформационный мониторинг транспортных объектов / Rozenberg I.N. Geoinformatics monitoring of transport objects ………………………….. Романов И.А. Применение методов геоинформатики при анализе инновационных проектов на железнодорожном транспорте / Romanov I.A. Application of geoinformatics methods at analysis of railway transport`s innovative projects ……………………………..

5 11 17 20

26

Геодезия / Geodesy Dokukin P.A., Poddubsky A.A., Poddubskaya O.N.Satellite measurements analysis of the reference basis / Докукин П.А., Поддубский А.А., Поддубская О.Н Анализ спутниковых измерений эталонного базиса …………………………………………….. Дементьев В.Е. Определение вертикальной рефракции динамическими методами / Dementiev V.E. Determination of vertical refraction dynamic methods……………………… Максимова М.В. Применение местных систем координат / Maksimova M.V. Application of local coordinate systems ……………………………………………………..

29 36 43

Картография Малинников В.А., Беленко В.В. Создание картографических баз данных / Malinnikov V.A., Belenko V.V. Creation of cartographical databases…………………………... Маркелов В.М. Создание картографических логистических моделей / Markelov V.M. Creation of cartographical logistical models……………………………………………....

46 54

Фотограмметрия и дистанционное зондирование Варварина Е.А. Опыт создания цифровой картографической продукции с использованием комплекса воздушного лазерного сканирования и классической аэрофотосъемки / Varvarina E.A. Experience in a digital map products using complex airborne laser scanning and aerial photographs of classical…………………………………….

59

Ландшафтная архитектура Кордюков П.С. Регуляторы роста растений в питомнике, декоративном саду и их влияние на окружающую среду / Kordyukov P.S. Regulators of growth of plants in nursery, the decorative garden and their influence on environment……………………………………... Осинцева М.С. Вертикальное озеленение. Живые стены / Osintseva M.S. Vertical gardening. live walls…………………………………………………………………………….

65 69

Земледелие и мелиорация Шуравилин А.В., Табук Мусалем Ахмед Влагообеспеченность картофеля при капельном орошении в зависимости от режима увлажнения и формирования водоаккумулирующего почвенного слоя в условиях Омана / Shuravilin A.V., Tabuk Musalem Ahmed Provision with water of potatoes at a drop irrigation depending on a mode of moistening and formation of a water heat-sink soil layer in the conditions of OMAN……….

73

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

3


СОДЕРЖАНИЕ Мониторинг земель / Land monitoring Кордюков П.С. Алгoритмы тeрритoриaльнo-экoнoмичecкoгo зoнирoвaния и экoнoмичecкoй oцeнки гoрoдcких зeмeль / Kordyukov P.S. Algorithms of territorial and economic zoning and economic assessment of city lands…………………………………………………………………………………………….

87

Мнения / Opinions Данилов В.И. Причина возникновения магнитного поля Земли и планет (гипотеза) / Danilov V.I. The cause of the magnetic field of the Earth and planets (hypothesis)……………………………………………………………………………………...

92

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

4


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 528, 681.518

СИСТЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КООРДИНАТНО-ВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОНИТОРИНГА SYSTEM OF RECEPTION OF THE KOORDINATNO-TIME INFORMATION FOR SOLUTION OF PROBLEMS OF MONITORING

Савиных В.П./ Savinykh V.P. Член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, Президент Московского государственного университета геодезии и картографии Россия / Corresponding Member of RAS, Doctor of Science Professor, President of the Moscow State University of Geodesy and Cartography Russia e-mail:

Аннотация В статье рассмотрены вопросы получения координатно-временной информации для решения задач мониторинга. Отмечена необходимость создания единого геоинформационного пространства. Выделены проблемы, которые надо решить при создании системы получения координатно-временной информации для решения задач мониторинга обеспечение единства терминологического поля, обеспечение единства времени, обеспечение единства координат, реализацию координатной среды измерений, объединение наземных и спутниковых сетей. Раскрыто значение основа метрологического обеспечения измерений. Показано, что метрическую основу координатной системы образуют геодезические сети. Определены условия и задачи, которые необходимы для создания координатновременной информации для решения задач мониторинга. Ключевые слова Дистанционное зондирование, мониторинг, координатная среда, геодезические сети, геоданные.

Для решения проблемы мониторинга окружающей среды активно привлекаются космические методы. Для решения задач мониторинга [1] с использованием методов дистанционного зондирования необходимо создание единого геоинформационного пространства [2]. При создании единого геоинформационного пространства необходима система получения координатновременной информации [3]. При создании систем получения координатно-временной информации мониторинга на основе спутниковых технологий необходимо решить следующие проблемы: обеспечение единства

Abstract In article questions of reception of the koordinatno-time information for solution of problems of monitoring are considered. Necessity of creation of a uniform geoinformation field is noted. Problems which should be solved at creation of system of reception of the koordinatno-time information for solution of problems of monitoring maintenance of unity of a terminological field, maintenance of unity of time, maintenance of unity of co-ordinates, realisation of co-ordinate environment of measurements, association of land and satellite networks are allocated. Value a basis of metrological maintenance of measurements is opened. It is shown that the metric basis of co-ordinate system is formed by geodetic networks. Conditions and problems which are necessary for creation of the koordinatnotime information for solution of problems of monitoring are defined. Keywords Remote sounding, monitoring, co-ordinate environment, the geodetic networks, geodate.

терминологического поля [4], обеспечение единства времени [5], обеспечение единства координат, реализацию координатной среды измерений [6], объединение наземных и спутниковых сетей [7]. Все эти факторы играют существенную роль при создании систем получения координатно-временной информации и ее функционировании. Использование методов геоинформатики и космических методов повышает качество мониторинга земной поверхности и повышает качества прогнозов [8]. Особенностями современных технологий

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

5


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS сбора информации в геоинформатике и дистанционном зондировании [9] является то, что: 1) в настоящее время собираются не данные, а геоданные [5]; 2) в настоящее время собирается не информация, а формируются информационные ресурсы [10]; 3) на основе собранной информации проводят коррелятивный анализ [11] для выявления скрытых связей и отношений, что дает более полную картину мониторинга; 4) на основе собранной информации собирают геостатистические данные [12] для решения широкого круга задач. Создание системы получения координатно-временной информации связано с двумя проблемами: обеспечение единства времени и обеспечение единства координатной среды. Первая проблема решается и практически решена. Проблема единства координатной среды более сложная. Она связана: с выбором модели Земли; с выбором параметров референц-эллипсоида, с учетом кривизны Земли; с необходимостью преобразования координат, полученных в разных системах и др. Любая система получения координатновременной информации должна быть метрологически корректной и удовлетворять требованиям системы обеспечения единства измерений в соответствии с государственными законодательными актами и международными нормативными документами ISO, OIML и др. В метрологии различают научнотехническое и правовое направления. Первое направление метрологии направлено на создание эталонов, средств и методов измерений, методов оценки точности измерений и т.д. Второе направление метрологии направлено на создание регламентированных государством общих правил и норм измерительной техники Для поддержания единства измерений необходимо соответствующее метрологическое обеспечение (МО). Под единством измерений понимают такое их состояние, при котором результаты измерений выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероятностью. Тем самым обеспечивается сопоставимость результатов измерений. Метрологическое обеспечение − это совокупность научных и

организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Техническая основа метрологического обеспечения − измерительная техника. Она включает в себя систему эталонов единиц физических величин, систему передачи размеров единиц всем средствам измерений, государственную систему приборов (ГСП), систему испытаний, систему метрологической сертификации и т.д. Правовая основа метрологического обеспечения − государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). ГСИ − это комплекс нормативнотехнической документации (НТД) Госстандарта РФ. Метрическую основу координатной системы [6] образуют геодезические сети. Геодезические сети решают две задачи. Они обеспечивают единство геодезических и других пространственных измерений в рамках государства. Кроме того, сети позволяют работать в локальных системах координат, не привязываясь к единой координатной системе. Привязка (переход) к единой системе координат государства осуществляется путем привязки к точке сети. Это позволяет привести результаты измерений в геоцентрическую систему или в иную национальную систему Существует достаточно большое количество сетей. Все геодезические сети можно разделить по следующим признакам: По территориальному признаку: 1) 2) 3) 4)

глобальная национальные (ГГС) сети специального назначения (ГССН) съемочные сети По геометрической сущности:

1) плановые 2) высотные 3) пространственные Глобальные сети создаются на всю поверхность Земли спутниковыми методами, являясь пространственными с началом координат в центре масс Земли и определяемые в системе геоцентрических координат. Национальные сети делятся на:

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

6


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Государственную геодезическую сеть (ГГС) с определением координат в СК-95 в проекции Гаусса-Крюгера на плоскости и на Государственную нивелирную сеть (ГНС) с определением нормальных высот в Балтийской системе, т.е. от нуля Кронштадтского футштока. Геодезические сети специального назначения (ГССН) создаются в тех случаях, когда дальнейшее сгущение пунктов ГГС экономически нецелесообразно или когда требуется особо высокая точность геодезической сети. В зависимости от назначения эти сети могут быть плановыми, высотными, планово-высотными и даже пространственными и создаваться в любой системе координат. Съемочные сети являются обоснованием для выполнения топосъемок и создаются обычно планово-высотными. Государственная геодезическая сеть (ГГС) – система закрепленных на местности пунктов, положение которых определено в единой системе координат и высот, законодательно принятой в данном государстве. ГГС предназначена для решения следующих основных задач, имеющих хозяйственное, научное и оборонное значение: – установление и распространение единой государственной системы геодезических координат на всей территории страны и поддержание ее на уровне современных и перспективных требований; обеспечение – геодезическое картографирования территории России и акваторий окружающих ее морей; – геодезическое обеспечение изучения земельных ресурсов и землепользования, кадастра, строительства, разведки и освоения природных ресурсов; – обеспечение исходными геодезическими данными средств наземной, морской и аэрокосмической навигации, аэрокосмического мониторинга природной и техногенной сред; – изучение поверхности и гравитационного поля Земли и их изменений во времени; – изучение геодинамических явлений; обеспечение – метрологическое высокоточных технических средств определения местоположения и ориентирования.

Геодезические высоты пунктов ГГС определяют как сумму нормальной высоты и высоты квазигеоида над отсчетным эллипсоидом или непосредственно методами космической геодезии, или путем привязки к пунктам с известными геоцентрическими координатами. Нормальные высоты пунктов ГГС определяются в Балтийской системе высот 1977 года, исходным началом которой является нуль Кронштадтского футштока. Карты высот квазигеоида над общим земным эллипсоидом и референц-эллипсоидом Красовского на территории Российской Федерации издаются Федеральной службой геодезии и картографии России и Топографической службой ВС РФ. Масштаб ГГС задается Единым государственным эталоном времени-частотыдлины. В работах по развитию ГГС используются шкалы атомного ТA (SU) и координированного UTC (SU) времени, задаваемые существующей эталонной базой Российской Федерации, а также параметры вращения Земли и поправки для перехода к международным шкалам времени, периодически публикуемые Госстандартом России в специальных бюллетенях Государственной службы времени и частоты (ГСВЧ). Астрономические широты и долготы, астрономические и геодезические азимуты, определяемые по наблюдениям звезд, приводятся к системе фундаментального звездного каталога, к системе среднего полюса и к системе астрономических долгот, принятых на эпоху уравнивания ГГС. Метрологическое обеспечение геодезических работ осуществляется в соответствии с требованиями государственной системы обеспечения единства измерений. ГГС объединяет в одно целое: • • • •

астрономо-геодезические пункты космической геодезической сети (АГП КГС), доплеровскую геодезическую сеть (ДГС), астрономо-геодезическую сеть (АГС) 1 и 2 классов, геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов. Пункты

указанных

построений

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

7


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS совмещены или имеют между собой надежные геодезические связи. ГГС структурно формируется по принципу перехода от общего к частному и включает в себя геодезические построения различных классов точности: • • •

фундаментальную астрономогеодезическую сеть (ФАГС) высокоточную геодезическую сеть (ВГС), спутниковую геодезическую сеть 1 класса (СГС-1)

В указанную систему построений вписываются также существующие сети триангуляции и полигонометрии 1-4 классов. На основе новых высокоточных пунктов спутниковой сети создаются постоянно действующие дифференциальные станции с целью обеспечения возможностей определения координат потребителями в режиме близком к реальному времени. По мере развития сетей ФАГС, ВГС и СГС-1 выполняется уравнивание ГГС и уточняются параметры взаимного ориентирования геоцентрической системы координат и системы геодезических координат СК-95. На каждом пункте существующей ГГС в соответствии с «Инструкцией о построении государственной геодезической сети», М., Недра, 1966 г. определяются по два ориентирных пункта с подземными центрами, пронумерованные от направления на север по часовой стрелке, на расстоянии от центра пункта не менее 500 м в открытой и 250 м в занесенной местности, с обеспечением видимости на них непосредственно с центра. Высоты всех пунктов ГГС определены в основном тригонометрическим нивелированием по сторонам сети от пунктов, принятых за опорные, которые определены геометрическим нивелированием и расположены не реже чем 3 стороны полигонометрии или 75 км в сети триангуляции. Космическая геодезическая сеть представляет собой глобальное геодезическое построение. Координаты ее пунктов определены по доплеровским, фотографическим, дальномерным и лазерным наблюдениям искусственных спутников Земли

системы геодезического измерительного комплекса. Точность взаимного положения пунктов при расстояниях между ними около 1-1,5 тыс. км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,2-0,3 м. Из всего состава глобальной космической геодезической сети в ГГС по состоянию на 1995 год включены данные о 26 стационарных астрономо-геодезических пунктах, расположенных в границах астрономо-геодезической сети (АГС). Наряду с космической геодезической сетью существую также: доплеровская геодезическая сеть (ДГС), астрономогеодезическая сеть (АГС) 1 и 2 классов и геодезические сети сгущения (ГСС) 3 и 4 классов. Доплеровская геодезическая сеть (ДГС) представлена 131 пунктом, взаимное положение и координаты которых определены по доплеровским наблюдениям искусственных спутников Земли системы "Транзит". Точность определения взаимного положения пунктов при среднем расстоянии между пунктами 500-700 км характеризуется средними квадратическими ошибками, равными 0,4-0,6 м. Астрономо-геодезическая сеть (АГС) 1 и 2 классов состоит из 164306 пунктов и включает в себя: – ряды триангуляции 1 класса, сети триангуляции и полигонометрии 1 и 2 классов, развитые в соответствии с: «Основными положениями о построении государственной геодезической сети СССР», 1954.; «Основными положениями о построении государственной геодезической сети СССР», 1961.; «Инструкцией о построении государственной геодезической сети Союза ССР». М., Издательство геодезической литературы, 1961 г.; «Инструкцией о построении государственной геодезической сети Союза ССР». М., Недра, 1966 г.; Дополнениями и изменениями по астрономическим определениям к «Инструкции о построении государственной геодезической сети СССР», М.: Недра, 1966 г.; «Инструкцией по полигонометрии и трилатерации», М., Недра, 1976г.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

8


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS – траверсы полигонометрии 1 класса, базисы космической триангуляции большой протяженности, проложенные в соответствии со специальными техническими указаниями. Астрономо-геодезическая сеть 1 и 2 классов содержит 3,6 тысячи геодезических азимутов, определенных из астрономических наблюдений, и 2,8 тысячи базисных сторон, расположенных через 170-200 км. АГС-1 построена в виде полигонов со средним периметром 800 км, образованных звеньями триангуляции или в редких случаях полигонометрии, длиной до 200 км, расположенных вдоль меридианов и параллелей. Звено триангуляции состоит из ряда смежных треугольников, близких к равносторонним, с углами более 40o и сторонами длинее 20 км. В начале и конце каждого звена, т.е. в углах полигонов высокоточными светодальномерами измерены базисные стороны для масштабирования сети. На концах базисных сторон определены так называемые астропункты Лапласа, на которых измерены астрономические координаты. АГС-2 построена основном методом триангуляции в виде сплошных сетей треугольников заполняющих полигоны АГС-1, с углами более 30o и средней длиной сторон от 7 до 20 км. В АГС-2 базисные стороны должны быть не реже чем через 25 треугольников и обязательно в центре полигона 1 класса. АГС-2 созданная методом полигонометрии имеет вид ходов, опирающихся на пункты 1 класса и образующих в пересечении сплошную сеть 3-5 треугольников. В технологии геоинформационного мониторинга территории России одной из существенных проблем, возникающих при наблюдении больших по площади территорий, является необходимость согласования работы нескольких распределенных центров приема и обработки спутниковых данных [13]. Важной проблемой также является организация такой системы доступа к данным, которая была бы максимально независимой от конкретных регионов, где эти данные приняты и обработаны. Указанные задачи могут быть решены на основе развития национальной инфраструктуры пространственных данных на основе развития картографо-геодезического

фонда Российской Федерации [14] Именно такой подход обеспечивает применимость координатно-временной информации при работе с координированными объектами России и за рубежом. Литература Цветков В.Я. Геоинформационный мониторинг // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005.- №5. - с. 151 -155 2. Лебедев В. В. Геоинформационное пространство России // Вестник Российской академии наук. - 2005., -т75.,№3.- с.195-204. 3. 3 Цветков В.Я. Координатные системы в геоинформатике. - М.: Макс Пресс 2005 49 с. 4. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В. Я. Терминологические отношения // Фундаментальные исследования -2009. № 5. - с.146- 148 5. Малинников В.А., Цветков В.Я. Динамическая модель геоданных // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.49-53 6. Савиных В.П. Использование методов дистанционного зондирования для управления транспортом. // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 02-2012.- с.58-61. 7. Маркузе Ю. И., Антипов А. В. Возможности улучшения алгоритма объединения спутниковых и наземных сетей // Геодезия и картография. — 2004. — №4. —С. 16–21. 8. Цветков В. Я. Методы прогнозирования в геоинформационных технологиях//ИнформатикаМашиностроение. 1999. № 4. С. 44-47 9. Журкин И. Г., Цветков В. Я. Геоинформационное моделирование в ГИС при обработке данных дистанционного зондирования//Исследование Земли из космоса. -1998. -№ 6. -С. 40-51. 10. Цветков В.Я. Информационные модели и информационные ресурсы // Геодезия и аэрофотосъемка, - 2005.- №3 -. с. 85-91 11. Viktor Ya. Tsvetkov. Framework of Correlative Analysis // European Researcher,

1.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

9


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS 2012, Vol.(23), № 6-1, p.839- 844 12. Цветков В.Я. Геостатистика // Геодезия и аэрофотосъемка. – 2007. – №3. – с. 174–184 13. Бутин В.В. Организация наземного комплекса приема и обработки данных ДЗЗ // Геопрофи. – 2012.- №1. С.29-32. 14. Савиных В.П., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Развитие национальной

инфраструктуры пространственных данных на основе развития картографогеодезического фонда Российской Федерации.// Геодезия и аэрофотосъемка.2011.- №5. - с.85-91 © Савиных В.П., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

10


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 681.518

СОСТОЯНИЕ И РАЗВИТИЕ ГЕОИНФОРМАТИКИ CURRENT STATUS GEOINFORMATICS

Майоров А.А. / Mayorov A.A. Доктор технических наук, профессор, ректор Московского государственного университета геодезии и картографии / doctor of Technics, professor, Rector of Moscow State University of Geodesy and Cartography of Russia e-mail: rector@miigaik.ru

Аннотация В статье рассмотрены вопросы современного состояния и развития геоинформатики. Ключевые слова Геоинформатика, геоинформационные технологии.

молодой Геоинформатика является быстро развивающейся наукой. Это обуславливает необходимость периодического анализа ее состояния и развития [1]. Связующим элементом в геоинформатике являются пространственные отношения [2, 3]. Современная геоинформатика основана на

Abstract

Keywords Geoinformatics, GIS technology.

интеграции многих наук [4]. Это определяет ее возможности для междисциплинарного переноса знаний [5] из разных областей в геоинформатику и с помощью геоинформатики в другие области. Геоинформатика имеет три направления применения (рис.1).

Направления применения геоинформатики

Интеграция информатики и наук о Земле

Прикладное направление

Производство

Рис.1. Основные направления применения геоинформатики 1.

2.

Научное направление, основанное на интеграции математики, информатики и наук о Земле, изучающее пространственно временные явления (структуру, связи, элементы, динамику) на Земле и применимое для аналогичных исследований других объектов космического происхождения. Прикладное направление, связанное с

3.

разработкой технологий и систем для изучения и управления процессами и явлениями окружающего мира. Производство (в первую очередь картографическое) информационных продуктов специального и коммерческого назначения, используемых в картографическом производстве и в других сферах как

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

11


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS инструмент анализа принятия решений.

и

поддержки

с Геоинформатика оперирует геоинформацией и геоданными. Важным свойством геоинформации является интеграция трех групп геоданных данных «место», «время», «тема» в единую систему. Эта интеграция создает синергетический эффект [6], т.е. позволяет решать задачи, которые при разделении на отмеченные группы не решаются или реш��ются с меньшей эффективностью. Геоданные пространственно временные данные, отражающие свойства объектов, процессов и явлений, происходящих на Земле [7]. Геоданные можно связывать в пространственные отношения друг с другом [3], что дает, в частности при использовании ГИС и ГИС-технологий возможность производить новые сведения [2]. Обобщенно геоданные (ГД) можно представить как [7] ГД= ГД( ГПД, ВД, ТД, Св), где ГПД – геопространственные данные; ВД – временные данные; ТД – тематические данные; Св – различные связи между этими группами и внутри групп. Величины ГПД, ВД, ТД – играют роль независимых переменных в такой модели. Как потребность управления подвижными объектами или системами возникли динамические модели геоданных (ДМГД) [7]. Модели геоданных (ГД) также включают временные характеристики, но они отличаются от ДМГД. Под динамическими моделями геоданных понимают модели, позволяющие формировать информацию о состоянии объекта в реальном времени с учетом его пространственных отношений. Это дает основание формализовать отображение ДМГД как ДМГД= F( ГПД (t), ТД(t), Св (t) ) Здесь ГПД, ТД – уже не независимые переменные, а функции от времени. В общем случае связи также зависят от времени. Динамическая модель геоданных позволяет создавать специфическую модель, называемую ситуационной моделью. Ситуационная модель (СитМ) или информационная ситуация [8] отражает

реальную ситуацию, задает содержание процессов в ней. Главным в ней является описание отношений реальной ситуации, в которой находится объект исследования или управления. СитМ= φ(ДМГД)= φ [F( ГПД (t), ТД(t), Св (t) )] Геоинформатика широко используется для управления [9]. Применение динамической модели геоданных позволяет создать модель, применяемую в управлении. Управленческая модель геоданных (УМГД) включает следующую совокупность: объект управления (ОУ), управляющую систему (УС), каналы передачи управляющих воздействий, каналы приема информации (обратной связи) о состоянии ОУ, пространственные отношения с объектами внешней среды, которые связаны или влияют на состояние ОУ или на УС. За рубежом такие совокупности разнородных данных называют «Федерациями данных», отмечая их качественную разнородность. Однородные совокупности называют «коллекциями данных» УМГД= ψ(ДМГД)= ψ[F( ГПД (t), ТД(t), Св (t) )] Геоданные составляют основу сбора данных и по существу являются неким описанием, т.е. задают информационноописательную модель [10] Основной информационной системой применяемой в геоинформатике является геоинформационная система (ГИС). В Encyclopædia Britannica, Inc. 2007 [2] отмечается, что возможности ГИС используется, прежде всего, для проведения исследований и принятия решений, связанных с геологией, экологией, землепользованием, демографией, транспортом, и другими областями, большинство, которые касаются использования человеком окружающей среды. Среди тенденций развития ГИС следует отметить применение методов визуального моделирования как основы обработки информации в ГИС и в геоинформатике [11]. Современные тенденции развития геоинформатики показаны на рис.2. Современное состояние геоинформатики дает основание говорить о геоинформационном

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

12


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS подходе. Геоинформационный подход [12, 13] к анализу процессов и явлений включает: выделение трех групп данных «место» «время» «тема»; интеграцию данных; стратификацию данных; визуальное моделирование. Важным является развитие теоретических методов в геоинформатики. Геоданные делятся на естественные и искусственные. Это приводит к необходимости использования формальной и естественной классификации [14] при анализе геоданных. Научные исследования в любой науке должны завершаться введением понятий. Геоинформатика развивается и развивается ее терминологическая база. Определение понятия связано с терминологическим отношениями [15], формированием идеи, определения, суждений, метода, системы понятий. К сожалению, многие молодые ученые придумывают свои термины, не используют общепринятые и не согласуют вводимые термины с существующей научной терминологией. Это можно рассматривать как существующий недостаток геоинформатики. Важным в геоинформатике является выявление скрытых или латентных переменных. Решение этой задачи возможно на основе коррелятивного подхода и коррелятивного анализа [16].

Рис.2 Тенденции развития геоинформатики Специфическим геоинформатики является

направлением получение и

применение геознаний [17, 18]. Как направление развития геоинформатики продолжается интеграция методов геоинформатики и ДЗ. Особенностью современных методов обработки геоданных является опора на информационные [19] и геоинформационные единицы обмена, хранения и представления информации Важной составляющей геоинформатики является развитие геоинформационного мониторинга. Геомониторинг как геоинформационный мониторинг [20] основан на интегрированном подходе. Он включает сбор информации из различных источников и их интеграцию в единую интегрированную модель. На основе такой модели осуществляют анализ, прогнозирование и управление. Одним из направлений развития геоинформатики является геостатистика [21, 22]. Использование геостатистики применяется в первую очередь для объектов, имеющих вероятностные составляющие. Методы геостатистики широко применяются при цифровом моделировании [6]. Геостатистика также использует свои информационные единицы. Одной из основных информационной единице геостатистики является вариограмма. Геостатистика также позволяет создавать информационные поля пространственного характера [21]. Например, поля загрязнений в водной или воздушной среде или поля распределения месторождения полезных ископаемых. По существу геостатистика является теорией вероятностных полей, основанных на пространственных отношениях или создающих поля пространственных отношений [13]. Геоинформатика находит применение в ряде прикладных направлений. Применение геоинформатики в инженерных изысканиях реализуется как комплекс технических и экономических исследований местности с целью получения необходимых данных. Широко в различных областях применяют геоинформационное прогнозирование. Геоинформационное прогнозирование - набор методов разработки прогнозных оценок для поддержки принятия решений на основе анализа геоинформации [5, Целью геоинформационного 9]. прогнозирования является снижение уровня неопределенности при принятии решений.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

13


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Существует тенденция перехода к исследованию систем, вместо исследования изолированных объектов [1]. Переход от исследования объектов к исследованию систем состоит в том, что современные методы геоинформатики основаны на системном подходе. Он включает исследование не отдельного объекта, а исследование системы взаимосвязанных объектов, с учетом связей между ними и связей с внешней средой в которой они находятся. Переход от исследования отдельных явлений к исследованию комплексов основан на интегрированном подходе [4, 5]. Он включает построение интегрированных моделей при исследовании явлений и учета комплекса возможных факторов, которые влияют на исследуемое явление и тенденции его развития. Тенденция перехода [1] от цифровых карт к цифровым моделям базируется на отказе применения плоских картографических моделей при расчетах и анализе, особенно протяженных объектов свыше 20 км. Карта изначально представляет собой плоскую проекцию трехмерной поверхности. В силу этого она содержит ряд искажений реальной поверхности, которые возрастают при переходе к мелким масштабам. Цифровая модель изначально представляет собой трехмерную модель трехмерного объекта. При измерениях в геоцентрической системе она сохраняет привязку объекта к реальной поверхности земли и повторяет кривизну Земной поверхности в своих координатах [13]. Направление трехмерного моделирования тесно связано с использованием цифровых моделей. Классическое представление объектов в виде плоских карт или плоских чертежей не всегда позволяет отразить специфику объекта изысканий или соотнести его с окружающими объектами и местностью. Трехмерное моделирование позволяет рассматривать объект изысканий в реальной взаимосвязи м окружающей средой и принимать адекватное решение. Направление дополнения стационарных технологий проектирования и обмена мобильными технологиями реализует концепцию он-лайн связи проектировщика при работе в натуре со стационарными

комплексами или подразделениями, которые находятся на значительном удалении от объекта изысканий или проектирования. Это направление связано с мобильными технологиями и технологиями беспроводного Интернета. В основе технической реализации лежит использование специальных компьютеров называемых нетбуками и мобильных средств связи 3G и более поздних поколений. Среди множества связей в геоинформатике одними из важных являются геореференцные связ�� [18]. Они основаны на выявлении пространственных отношений и использовании этих отношений для поиска и получения новых знаний. Применение методов искусственного интеллекта является наиболее перспективным направлением в развитии геоинформатики. Они связаны с созданием интеллектуальных ГИС, с применением нейронных сетей, с развитием кибернетической пространственной инфраструктуры. Последнее время появилась тенденция применения мультиагентных систем и развитие методов интеллектуальной геоинформационной логистики. В геоинформатике в связи с использованием различных отношений и неявных связей интенсивно используется «нечисловая» математика и статистика. По существу это операции с нечеткой логикой и нечеткими множествами. Они связаны с исследованием объектов с нечеткими границами. Эти методы называют также методами теории возможностей, нечисловой математикой и нечисловой статистикой. Применение методов и средств геоинформатики, позволяет по новому осуществлять управление и поддержку принятия решений. Комплексный анализ данных о состоянии природной среды [4] и моделирования изменений среды с использованием цифровых карт и моделей, упрощает процедуры решения задач прогнозирования и позволяет решать сложные задачи оценки комплексных воздействий на окружающую среду, оперативно выявлять намечающиеся аномалии и принимать решения по их устранению. В частности геоинформатика позволяет по новому решать логистические задачи и привела к появлению направления – информационная (геоинформационная)

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

14


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS логистика [23]. Одно из перспективных направлений развитее инфраструктуры пространственных данных – служит основой обеспечения потребителей пространственной информацией [24] Основное преимущество геоинформатики в возможности комплексного анализа данных [1, 4], основанного на использовании пространственных отношений. В целом тенденция развития геоинформатики способствует обогащению ряда наук и методов исследования окружающего пространства геоинформационных технологий позволит расширить методы, применяемые при решении практических задач исследования окружающего мира. Литература 1.

2. 3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Малинников В.А., Майоров А.А., Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформатика: Тенденции развития / 8-я Международная научно-практическая конференция «Геопространственные технологии и сфера их применения». Материалы конференции. – М.: Информационное агентство «Гром» 2012 - с. 11-15. Encyclopaedia Britannica 2007 Ultimate Reference Suite DVD. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.59-61. Максудова Л.Г., Савиных В.П., Цветков В.Я. Интеграция наук об окружающем мире в геоинформатике//Исследование Земли из космоса. 2000. №1. С.40-45. Максудова Л.Г., Савиных В.П., Цветков В.Я. О междисциплинарной интеграции на основе геоинформатики // Геодезия и аэрофотосъемка. -2004. - №5. - с. 108-115. Майоров А.А., Нгуен Тхе Конг. Перспективы развития компьютерных технологий создания цифровых моделей рельефа // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 4 - с. 107- 110. Малинников В.А., Цветков В.Я. Динамическая модель геоданных // Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.49-53. Соловьёв И.В. Применение модели информационной ситуации в геоинформатике // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». 2011. — №2.. — с.40-43. Brail, R. K., Klosterman, R. EPlanning Support

10.

11. 12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22. 23.

Systems: Integrating Geographic Information Systems, Models, and Visualization Tools.. 2004. 1. Auflage. Цветков В.Я. Информационные модели и информационные ресурсы // Геодезия и аэрофотосъемка, - 2005.- №3 -. с. 85-91. Davis, B.E. GIS - A Visual Approach. 1996. Santa Fe: OnWord Press. Rozenberg I.N., Tsvetkov V.Ya. The Geoinformation approach // Eurupean Journal of Natural History. − 2009.. − № 5. − p 102 -103. 13 Майоров А.А., Матерухин А.В. Геоинформационный подход к задаче разработки инструментальных средств массовой оценки недвижимости геоинформатики // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - № 4 - с. 92-94. Цветков В.Я. Формальная и содержательная классификация // Современные наукоёмкие технологии. - 2008. - №.6 - с. 85-86. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В. Я. Терминологические отношения // Фундаментальные исследования -2009. - № 5. с.146- 148. Viktor Ya. Tsvetkov. Framework of Correlative Analysis // European Researcher, 2012, Vol.(23), № 6-1, p.839- 844. Малинников В.А., Майоров А.А., Савиных В.П., Цветков В.Я. Знания и пространственные знания. / 7-я Международная научнопрактическая конференция «Геопространственные технологии и сфера их применения». Материалы конференции. – М.: Информационное агентство «Гром» 2011 - с. 12-14. Цветков В.Я.. Геореференция как инструмент анализа и получения знаний // Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». 2011. — №2. с.63-65. Tsvetkov V.J. Logic units of information systems // European Journal Of Natural History. -2009. №1. - p.81-83. Цветков В.Я. Геоинформационный мониторинг // Геодезия и аэрофотосъемка, 2005.- №5. - с. 151 -155. Royle A.G.. A practical introduction to geostatistics. Technical report, Department of Mining and Mineral Sciences, 1977, The University of Leeds, Leeds, Great Britain. Цветков В.Я. Геостатистика // Геодезия и аэрофотосъемка. – 2007. – №3. – с. 174–184. Майоров А.А., Цветков В.Я. Информационная логистика // Математические методы и модели анализа и прогнозирования развития социально-экономических процессов черноморского побережья Болгарии

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

15


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Международной научно/Материалы практической конференции 16-23 июля 2012 г. – Бургас, Болгария, 2012, с.208- 210. 24. Савиных В.П., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Развитие национальной инфраструктуры пространственных данных на основе развития

картографо-геодезического фонда Российской Федерации // Геодезия и аэрофотосъемка.2011.- №5. - с.85-91. © Майоров А.А., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

16


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 681.518

ИЗУЧЕНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕТОДАМИ ГЕОИНФОРМАТИКИ ANALYSIS OF GEOTECHNICAL SYSTEMS BY GEOINFORMATICS METHODS

Цветков В.Я. / Tsvetkov V.Ya Доктор технических наук, профессор, академик Российской академии естествознания, академик Российской академии космонавтики им. Э.К. Циолоковского, ученый секретарь отделения 6 РАКЦ / doctor of Technics, professor, Russian Academy of Natural Sciences, Russian Academy of Cosmonautics. EK Tsiolokovskogo, scientific secretary of the sixth branch RAKTs e-mail: cvj2@list.ru

Аннотация В статье дается анализ и эволюция термина геотехническая система. Вводится понятие искусственной и естественной геотехнической системы. Описаны особенности искусственной и естественной геотехнической системы. Дается формальное описание геотехнической системы. Дается анализ понятий, связанных с термином «геотехнический» Показано, что все «геотехнические» задачи входят в сферу геоинформатики и решаются ее методами. Показано, что изучение геотехнических систем существенно реализуется методами геоинформатики. Сформулированы определения геотехнической системы с позиций геоинформатики. Ключевые слова Геоинформатика, геотехническая система, сложная система, системный подход.

системы Понятие геотехнической возникло первоначально в геологии. В частности, в литомониторинге введено понятие природно-технической системы (ПТС), или геотехнической системы (ГТС) [1]. Под геотехнической системой в этой области понимают совокупность инженерных сооружений и части геологической среды в зоне влияния, имеющей операционально фиксированные границы. Таким образом, при литологическом мониторинге геологическая среда рассматривается не сама по себе, а во взаимодействии с инженерными сооружениями. С появлением и развитием геоинформатики ряд терминов, введенных в геологии приобрели новое, расширенное значение. К числу таких терминов относят

Abstract In article the analysis and term evolution geotechnical system is given. The concept of artificial and natural geotechnical system is entered. Features of artificial and natural geotechnical system are described. The formal description of geotechnical system is given. The analysis of the concepts connected with the term "geotechnical" is given shown that all "geotechnical" problems enter into sphere of geoinformatics and dare its methods. It is shown that analysis of geotechnical systems is essentially realised by geoinformatics methods. Definitions of geotechnical system from geoinformatics positions are formulated. Keywords Geoinformatics, geotechnical system, complex system, the system approach.

«геомониторинг – геоинформационный мониторинг» и «геотехническая система». В качестве формального описания рассмотрим ГТС (GTS) как кортеж GTS = <E, R, SR, P, IO, LC, S, Gd>, где E – множество элементов системы; R – множество связей между элементами; SR – множество пространственных отношений; P – множество целей; IO – множество входов и выходов системы; LC- жизненный цикл системы; S – синергетичность такое свойство, которого нет ни у одного из составляющих систему элементов (частей системы); Gd – множество геоданных, составляющих основу информационного обеспечения. Ключевыми параметрами являются пространственные отношения и геоданные.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

17


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Геоданные делятся на естественные и искусственные. Геотехнические системы (GTS) делятся на естественные и также искусственные. Напомним, что под геотехнической системой понимают совокупность инженерных сооружений и части геологической (природной) среды, имеющей операционально фиксированные границы. Совокупность инженерных сооружений, неразрывно связанная с природной средой, определяет искусственную геотехническую систему. Части природной среды, имеющей операционально фиксированные границы и функционирующие как самоорганизующаяся (самостоятельная) система, представляют собой естественную геотехническую систему Например, Гольфстрим – естественная геотехническая система. Железная дорога — искусственная геотехническая система [2]. Каждая геотехническая система имеет целевое назначение, которое определяет характер взаимодействия и взаимосвязей всех элементов и подсистем системы. Геотехнические системы должны отвечать определенным принципам. Естественные геотехнические системы, созданные без участия человека, отвечают меньшему числу принципов: самоорганизации, системности структуры; иерархичности элементов и частей; интеграции элементов; согласованности элементов; единства системы и среды; полиморфности; синергетического эффекта. Искусственные геотехнические системы, созданные при участии человека, отвечают большему числу принципов [3]: системности; иерархичности; декомпозиции; интеграции; обратной связи; управляемости; контролируемости; согласованности; реализуемости; единства системы и среды; преемственности; полиморфности; синергетического эффекта. Для геоинформатики характерен системный подход [4] к рассмотрению процессов и явлений на земной поверхности. Мир на земной поверхности можно представить как совокупность геотехнических систем. Каждая геотехническая система должна иметь вход, выход и связи с внешней средой, системами более высокого и низкого порядка.

При использовании системного подхода геотехнической системой называют множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которые образуют целостность и единство, обладающее новым качеством, не присущим отдельным элементам Функционирование GTS протекает под «давлением» среды. В связи с этим на систему ложатся две группы задач: во-первых, некоторым образом выдержать «давление» среды; во-вторых, свободные ресурсы употребить на ее развитие. Для анализа GTS в геоинформатике рассмотрим использование этого термина геоэкологии. Достаточно разнообразное использование термина геотехнический системы и связанных с ней понятий дано в работе [4]. Выделим наиболее важные из них: • • • • • • • • •

геотехнический анализ; геотехническая безопасность; геотехнический мониторинг; геотехническое картографирование; оценка геотехнического состояния; геотехнический контроль; изучение геотехнической обстановки; геотехнический риск; исследование геотехнических природоохранных целей.

и

К этому можно добавить термины «модель геотехнической ситуации» Геотехнический анализ пространственных объектов полностью реализуется методами геоинформатики. Геотехническая безопасность представляет собой комбинацию информационной безопасности в геоинформатике и экологической безопасности. Геотехнический мониторинг является частью геоинформационного мониторинга и полностью использует его методы и технологии. Геотехническое картографирование основано на применении ГИС и полностью реализуется методами геоинформатики. Оценка геотехнического состояния полностью реализуется методами геоинформатики. Геотехнический контроль полностью реализуется методами геоинформатики и экологии.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

18


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS Изучение геотехнической обстановки полностью реализуется методами геоинформатики и экологии. Геотехнический риск определяется с применением методов экологии и геоинформатики. Исследование геотехнических и природоохранных целей полностью реализуется методами геоинформатики и экологии. Модель геотехнической ситуации представляет собой информационную модель в геоинформатике [6]. Это не является случайностью, поскольку для любых геотехнических систем ключевым фактором являются пространственные отношения [7], которые являются объектом исследования геоинформатики Таким образом, изучение геотехнических систем существенно реализуется методами геоинформатики. Это не случайно, поскольку геоинформатика является обобщением и интеграцией многих наук [8]. Геоинформационные модели объединяют многие специальные модели. Основой объединения являются информационные модели. Отсюда в геоинформатике широко представлены классы различных информационных моделей как средство объединения специальных моделей и специальных методов получения знаний. В заключении попытаемся сформулировать определение геотехнической системы с позиций геоинформатики. Геоинформатика строится на основе системного подхода, исследует организационно-технические системы и широко использует моделирование. С точки зрения системного похода [4] под геотехнической системой понимают множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которые образуют определенную целостность и единство, обладающее новым качеством, не присущим отдельным элементам. С точки зрения сложных организационно-технических систем (СОТС) [3] под геотехнической системой понимают искусственную или естественную самоорганизующуюся, динамическую, организационно-техническую совокупность

взаимосвязанных элементов, предназначенных для самоорганизации или достижения поставленных целей. С точки зрения моделирования [9] модель геотехнической системы – модель направленная на описание и раскрытие внешних и внутренних сущностей объектов и явлений окружающего мира, основанная на применении геоинформационных категорий как средства структурного анализа и интерпретации. Литература 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Цветков В.Я. Геоинформационный мониторинг // Геодезия и аэрофотосъемка, 2005.- №5. - с. 151 -155 Цветков В.Я., Кужелев П.Д. Железная дорога как геотехническая система //Успехи современного естествознания. –2009. – №4. – с. 5 Тихонов А.Н., Иванников А,Д., Соловьёв И.В., Цветков В.Я. Основы управления сложной организационно-технической системой. Информационный аспект. - М.: МаксПресс, 2010.-228с Монахов С.В., Савиных В.П., Цветков В.Я. Методология анализа и проектирования сложных систем. - М.: Просвещение, 2005. 264 с Шварев С. В. Методика оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием аэрокосмического зондирования/ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Специальность 25.00.36 – геоэкология. – М.: Московский государственный университете геодезии и картографии, 2006 – 142 с. Соловьёв И.В. Применение модели информационной ситуации в геоинформатике // Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». 2012. — №1. с.54-58. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.59-61. Максудова Л.Г., Савиных В.П., , Цветков В.Я Интеграция наук об окружающем мире в геоинформатике // Исследование Земли из космоса.- №1. - 2000. - с.46-50 Цветков В.Я. Модели и моделирование. -. М.: Госинформобр, 2006. -94 с. © Цветков В.Я., 2012

УДК 681.518 МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

19


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ТРАНСПОРТНЫХ ОБЪЕКТОВ GEOINFORMATICS MONITORING OF TRANSPORT OBJECTS

Розенберг И.Н. / Rozenberg I.N. Доктор технических наук, заместитель генерального директора ОАО «НИИАС» / Doctor of technical sciences, The assistant to the general director of Open Society "NIIAS"

e-mail: cvj2@list.ru

Аннотация В статье рассмотрен геоинформационный мониторинг транспортных объектов. Дана структура мониторинга. Выделены ключевые факторы геоинформационного мониторинга. Раскрываются понятия картографического, индикационного и репрезентативного мониторинга. Показано, что мониторинг некоторых оперативных явлений (оползневые процессы) в зоне транспортных магистралей на основе глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) не является эффективным. Для этой цели необходимы другие виды мониторинга, например интеллектуальные сети. Дана технологическая схема картографического мониторинга. Показано применение и значение геоинформационный мониторинга транспортных объектов в общей системе управления транспортом. Ключевые слова Геоинформатика, геоинформационный мониторинг, мониторинг транспортных объектов, пространственная информация.

Современный путь развития транспорта требует создания новых методов эксплуатации, управления и контроля. Основой реструктуризации и модернизации железных дорог должны стать качественно новые подходы, к числу которых относится геоинформационный мониторинг транспортных объектов. Геоинформационный мониторинг [1] применительно к транспортным объектам (рис.1) включает использование: геоинформационных технологий, геоинформационных систем, глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) [2], информационных единиц [3, 4], информационных моделей объектов мониторинга, баз геоданных для хранения информации об объектах мониторинга, методов информ��ционного мониторинга,

Abstract In article geoinformation monitoring of transport objects is considered. The monitoring structure is given. Key factors of geoinformation monitoring are allocated. Concepts of cartographical, indicator and representative monitoring reveal. It is shown that monitoring of some operative phenomena (sliding processes) in a zone of transport highways on the basis of global navigating satellite systems (GNSS) is not effective. Other kinds of monitoring, for example intellectual networks are necessary for this purpose. The technological scheme of cartographical monitoring is given. Application and value geoinformation monitoring of transport objects in the general control system of transport is shown. Keywords Geoinformatics, geoinformation monitoring, monitoring of transport objects, the spatial information.

логистических моделей, специальных моделей геоданных для управления транспортом [5], геоинформационного моделирования [6]. Все это применяется как для решения практических задач, так и для получения и накопления знаний. Геоинформационный мониторинг опирается на геоинформационный подход [7]. Это означает группировку геоданных по категориям «место» «время» «тема» и интеграция их в единую информационную основу [8]. Геоинформационный мониторинг опирается на интеграцию технологий и функций. Интегрирующей функцией обладают цифровые модели и цифровые карты [9], что создает возможность объединять разнородные информационные ресурсы.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

20


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS

Рис.1. Структура геоинформационного мониторинга транспортных объектов дает Интегрирующая функция возможность создавать гипертекстовую структуру данных, входящих в информационную основу. Графические и картографические визуальные модели в геоинформатике отображают обширное информационное пространство. В это пространство входит множество пространственных отношений [10] между объектами реального мира и их атрибутами. Геоинформационный мониторинг включает наблюдение за объектом, наблюдение его взаимодействия с окружающей средой, оценку и прогноз взаимодействия объекта и среды, подготовка информации по выработке управляющих решений. Главная цель мониторинга управление транспортным объектом. Геоинформационный мониторинг опирается стратифицированную информационную основу [1]. Стратификация геоданных с включением отношений иерархии [11] означает создание иерархической модели, визуально представляемой как совокупность слоев с общей тематикой и признаками. Принципиальным в таком описании является возможность использования логических и теоретико-множественных операций для получения новых знаний об объектах изысканий и явлениях на поверхности Земли. Выявление пространственных отношений [10] дает возможность находить слабые и сильные, явные и неявные связи между объектами,

находящимися в разных точках пространства. Визуальное моделирование является ключевым в представлении, интерпретации и обработке данных геоинформационного мониторинга. Снижение информационной нагрузки на пользователя достигается использованием визуальных средств представления и анализа геоинформации. К ключевым факторам геоинформационного мониторинга относят: геоданные, ассоциативную связь, базы геоданных, глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС) [2], коррелятивный анализ [12], информационное моделирование [6], динамические модели геоданных [5]. Геоинформационный мониторинг направлен на выявление и использование связей и отношений, среди которых ведущую роль играют пространственные [10]. В геоинформационном мониторинге функция наблюдения включает сбор информации и ее унификацию. Для решения задач комплексного анализа и обработки больших объемов информации в современном геоинформационном мониторинге появилась новая функция аналитической или оперативно-аналитической обработки данных. Поскольку все функции мониторинга связаны, то в геоинформационном мониторинге их отображают как некий латинский квадрат. Эти функции приведены в табл.1. Таблица 1. Основные функции мониторинга 1.Сбор, и унификация

2.Анализ

3.Прогноз

4.Управление

Следует подчеркнуть интегрированность этих функций. Все они тесно взаимосвязаны и образуют не линейную цепочку, а некую систему с полной связью каждой функции с любой из трех остальных. На рис.2 дана технологическая схема мониторинга. На схеме отражены основные блоки системы мониторинга исходная информация из разных источников поступает в подсистему наблюдения, в которой осуществляется унификация разноформатных данных и сведение их в единую

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

21


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS интегрированную информационную среду. Унифицированная информация поступает в геоинформационную систему, с которой связаны три подсистемы контроля, оценки и прогнозирования, управления. В зависимости от типа ГИС эти подсистемы могут быть внешними или встроенными в ГИС. Подсистемы контроля и

прогнозирования опираются на базу данных, которая помимо хранения данных включает нормативных моделей и картографический фонд. Последний служит средством визуального представления данных и средством поддержки принятия оперативных решений.

Подсистема наблюдения

ГИС

Подсистема оценки состояния и динамики и прогнозирования

Подсистема контроля

Подсистема управления

База данных Модели оценки состояния и динамики

Нормативные модели

Модели управления

Картографический фонд

Окружающая среда Объект мониторинга

Рис.2 Структура геоинформационного мониторинга Тематические карты, получаемые с помощью ГИС можно рассматривать как синтез различного рода данных о состоянии объекта мониторинга, динамике основных природно-антропогенных процессов, их связь с моделями управления. Подсистема оценки и прогнозирования опирается на базу или совокупность моделей

оценки и прогнозирования. Подсистема управления опирается на систему управляющих моделей. Таким образом, все подсистемы мониторинга используют различные наборы моделей, что упрощает работу специалиста в предметной области и исключает разработку программного обеспечения для оценок и

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

22


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS В результате выработки решений. управляющего решения оказывается воздействие на объект мониторинга. Особое место занимает транспортная инфраструктура. К ней относят территориально распределенные объекты природного ландшафта и урбанизированные территории, а также специализированные объекты мосты, туннели, здания и пр. Транспортная инфраструктура представляет собой пространственный ареальный объект и отображается визуально с помощью картографических моделей. Поэтому для транспортной инфраструктуры применяют специальный картографический мониторинг. Картографический мониторинг — это мониторинг пространственных объектов, основной формой представления результатов которого является картографическая. На рис.3 дана схема картографического мониторинга транспортной инфраструктуры По существу мониторинг транспортной инфраструктуры сводится к формированию модели информационной ситуации [13] в форме цифровых карт или в форме цифровой модели. Стрелка показывает, что модель информационной ситуации служит для поддержки принятия решений, а сам картографический мониторинг входит в общий комплекс мониторинга.

Рис.3. Картографический мониторинг транспортной инфраструктуры

Геоинформационный мониторинг использует пространственную информацию для решения задач, связанных с положением и изучением объектов и явлений на земной поверхности. К числу объектов транспортной инфраструктуры следует отнести природные территории в зоне функционирования транспортных магистралей и дорог. К числу явлений на земной поверхности и, влияющими на функционирование транспорта являются оползневые процессы [14]. Факторы формирования оползневых процессов, делятся на две группы: факторыусловия, отражающие исходное состояние геологической среды; факторы-процессы и воздействия, изменяющие исходное состояние склонов. Исследования по анализу состояния и развития оползневых процессов показали недостаточную эффективность механизма ГНСС для прогнозирования оползней. По существу при проявлении оползня спутниковые приемники, стоящие на оползнеопасных склонах, успевают просигнализировать об изменении состояния, после чего их сносит вместе с оползневой массой. Это дало основание ввести понятия индикативного и репрезентативного мониторинга. Индикативный мониторинг явлений – это мониторинг, сигнализирующий о явлении, но не позволяющий прогнозировать его. Репрезентативный о мониторинг – это мониторинг, позволяющий прогнозировать явление до его появления. По этой причине мониторинг оползней, основанный на применении ГНСС, относят к индикативным. Репрезентативный о мониторинг – это мониторинг, основанный на применении интеллектуальных сетей (ИнСт) [15], включающий систему датчиков и интеллектуальные механизмы обработки информации. Введение таких понятий расширило теорию и практику геоинформационного мониторинга. На рис.4 дана схема применения геоинформационного мониторинга транспортных объектов. На нижнем уровне (сбор) осуществляется сбор информации. Информация поступает из центров обработки информации данных от глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

23


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS из центров обработки геоданных получаемых от интеллектуальных сетей (ИнСт). Информация поступает из центров обработки информации о состоянии путевого хозяйства (ПХ), из центров обработки информации о состоянии подвижного состава (ПС). Эта информация унифицируется,

интегрируется и в результате создается интегрированная информационная основа. Для анализа результатов мониторинга, применительно к задачам мониторинга формируются информационные единицы, которые служат основой построения информационных моделей мониторинга.

Эффект Безопасность

Надежность

Достоверность

Применение Ситуационные центры

ИТС, АСУ

Собственник подвижного состава

Интеграция данных и мониторинг

Сбор Центры обработки информации ГНСС и ИнСт

Центры обработки информации о ПХ

Центры обработки информации о ПС

Рис. 4. Применение геоинформационного мониторинга транспортных объектов. Особенностью геоинформационного мониторинга транспортных объектов является то, что он является многоцелевым. Результаты мониторинга представляются в различных формах на уровне (применение) в системы управления транспортом (ИТС, АСУ), в ситуационные центры по анализу планированию и принятию стратегических решений. Наконец, эти результаты поступают собственнику подвижного состава для контроля его эксплуатации и решения финансовых вопросов.

Таким образом геоинформационный мониторинг транспортных объектов с одной стороны можно рассматривать частным случаем геоинформационного мониторинга. С другой стороны, он имеет свою специфику и вводит в практику мониторинга такие его разновидности как картографический, индикационный и репрезентативный. С содержательной стороны геоинформационный мониторинг направлен в значительной степени на среду и инфраструктуру и в первую очередь решает

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

24


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS задачи динамики. В целом геоинформационный мониторинг транспортных объектов служит основой решения оперативных, тактических и стратегических задач при управлении транспортом. Он является неотъемлемой частью современных методов управления транспортными системами.

8.

9.

10.

Литература 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

В.Я. Геоинформационный Цветков мониторинг // Геодезия и аэрофотосъемка. 2005.- №5. - с. 151 -155. Розенберг И.Н., Тони О.В., Цветков В.Я. Интегрированная система управления железной дорогой с применением спутниковых технологий // Транспорт Российской Федерации. – 2010. –№ 6. – с.5457. Цветков В. Я. Информационные единицы сообщений // Фундаментальные исследования. – 2007. - №12. - с.123 – 124. Viktor Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Florodi’s Ideas Development // European Researcher, 2012, Vol.(25), № 7, p.1036- 1041. Цветков В.Я. Модель геоданных для управления транспортом //Успехи современного естествознания. –2009. – №4. – с. 50-51. Цветков В.Я. Информационные модели как основа обработки информации в ГИС // Геодезия и аэрофотосъемка. -2005. №2, - с. 118-123 Rozenberg I.N., Tsvetkov V.Ya. The Geoinformation approach // Eurupean Journal of

11.

12.

13.

14.

15.

Natural History. − 2009.. − № 5. − p 102 -103. Цветков В.Я. Создание интегрированной информационной основы ГИС// Геодезия и аэрофотосъемка. – 2000. - №4. - с.150-154. Цветков В.Я. Цифровые карты и цифровые модели // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2000. №2. - с.147-155. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.59-61. Цветков В.Я. Логика в науке и методы доказательств. - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany 2012 -84 с. Viktor Ya. Tsvetkov. Framework of Correlative Analysis // European Researcher, 2012, Vol.(23), № 6-1, p.839- 844. Розенберг И.Н., Цветков В.Я. Информационная ситуация. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – 12. – с.126-127 Скнарина Н.А. Разработка геоинформационной технологии исследования оползневых процессов. Диссертация, к.т.н. – М.: МИИГАиК, 2012. – 168с. Скнарина Н.А. Решение задач расстановки сети датчиков при организации геоинформационной системы мониторинга оползнеопасных склонов // Кибернетика. 2011. - № 6.- с.34-37. Гановер: Kybernetikaverlag. © Розенберг И.Н., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

25


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS УДК 681.518

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ГЕОИНФОРМАТИКИ ПРИ АНАЛИЗЕ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ APPLICATION OF GEOINFORMATICS METHODS AT ANALYSIS OF RAILWAY TRANSPORT`S INNOVATIVE PROJECTS

Романов И.А. / Romanov I.A. аспирант Московского института инженеров электроники и математики (МИЭМ), Москва, Россия / The post-graduate student of the Moscow institute of engineers of electronics and mathematics (MIEM), Moscow, Russia e-mail: ir123456aa@yandex.ru

Аннотация В статье рассмотрены особенности внедрения открытых инноваций в сфере железнодорожного транспорта. Раскрыты особенности открытых инноваций. Показано, что открытые инновации требуют учета факторов, больше чем обычные инновации. К числу этих факторов относятся пространственные факторы. Это определяет необходимость применения пространственных отношений при внедрении открытых инновационных проектов. Показаны проблемы при внедрении открытых инноваций. Показаны задачи и методы, которые требуются для решения проблем. Показана связь решений задач с методами геоинформатики. Доказано, что методы геоинформатики являются основой для внедрения открытых инноваций на железнодорожном транспорте. Ключевые слова Геоинформатика, инновации, открытые пространственные отношения, базы геоданных.

инновации,

Железнодорожный транспорт и инфраструктура железнодорожного транспорта – представляют собой геотехническую систему [1]. Эта геотехническая система характеризуется размещением на большой территории. На этой территории в разных регионах существуют разные климатические и экономические характеристиками. Анализ и использование различных факторов при их изменении в пространстве возможен только за счет выявления и учета пространственных отношений [2]. Выявлением учетом и использованием пространственных отношений занимается геоинформатика.

Abstract The article analyzes features of an intrusion of open innovations in railway transportation sphere are considered. Features of open innovations are opened. It is shown that open innovations demand the account of factors, it is more than customary innovations. Spatial factors concern number of these factors. It defines necessity of application of spatial relations at an intrusion of open innovative projects. Problems are shown at an intrusion of open innovations. Problems and methods which are required for solution of problems are shown. Communication of solutions of problems with geoinformatics methods is shown. It is proved that geoinformatics methods are a basis for an intrusion of open innovations on a railway transportation. Keywords Geoinformatics, the innovations, open innovations, spatial relations, bases of the geodata.

Геоинформатика, как наука, характеризуется интеграцией других научных направлений [3]. Это определяет то, что методы геоинформатики являются одним из инструментов изучения железной дороги [4] и инструментом изучения инновационных процессов на железной дороге [5]. Следовательно, анализ многих процессов на железнодорожном транспорте, связанных с пространственными характеристиками требует использования методов геоинформатики. К таким процессам относятся и инновационные процессы [6]. Необходимо отметить особенности инновационных проектов на железнодорожном транспорте.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

26


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS В двадцатом веке преобладала концепция развития инновационной деятельности на основе вертикальной интеграционной модели. В этом случае конкурентное преимущество компаний достигается за счет использования собственных ресурсов: функционирования крупных научно-исследовательских лабораторий и комплексов внедрения, которые используют для продвижения инновационных проектов. Это закрытые инновационные проекты [6]. Всю прибыль от них получает кампания разработчик. Однако, в конце 20 века, произошли изменения, которые привели к появлению нового типа инноваций, как по структуре, так и по организации, и по ее продвижению – открытые инновации [7]. В этом случае компания выходит на рынок с новым продуктом не только благодаря собственным внутренним ресурсам, но также в сотрудничестве с другими организациями. Термин «открытые инновации» ввел в научный оборот Генри Чесбро в книге «Открытые инновации. Новый путь создания и использования технологий» (2003) [8]. Открытые инновации – это новый подход, который позволяет получать максимальную прибыль от совместного создания и коммерциализации инновационных проектов. Компании должны открыть доступ к своим изобретениям и технологиям, чтобы получить от их реализации максимальную прибыль. Технологии открытых инноваций доказали свою эффективность в таких компаниях как Nokia, IBM и Procter & Gamble. Открытые инновации вовлекают в сотрудничество изготовителей, поставщиков, клиентов, или просто изобретателей, которые способствуют созданию и/или модификации и продвижению проекта. Открытые инновации как объект и проект требуют изучения характеристик внешней среды, с которыми эта инновация взаимодействует. Внедрение открытых инноваций требует не только привлечение сторонних организаций, но и изучение большего числа факторов. Одним из таких факторов являетс�� пространственный фактор. Кроме того, открытая инновация является более сложным проектом по сравнению с обычной (закрытой) инновацией и поэтому близка к понятию обобщенная инновационная система [9].

Выделяют три основные задачи [8] открытых инноваций: мотивация, интеграция, эффективное использование инноваций. Анализ этих задач, применительно транспорту приводит к необходимости решения следующих проблем: • • • •

проблема выбора области внедрения или областей внедрения инновационной разработки; проблема учета или не учета пространственных факторов для данной инновации; проблема выбора соисполнителей в регионах; проблема синхронизации работ основных исполнителей и соисполнителей.

Решение этих проблем обязательно требует привлечения методов геоинформатики. Ниже приведены методы решения этих проблем, пронумерованные последовательно по всем проблемам. Проблема выбора области внедрения или областей внедрения инновационной разработки требует использования геостатистических данных и баз данных с информацией о возможных соисполнителях. 1.

2.

использования Необходимость геостатистических данных приводит к привязке статистики к координатам или к применению методов геостатистики [10]. Необходимость использования баз данных с информацией о возможных соисполнителях на заданной территории приводит к использованию баз геоданных.

Проблема учета или не учета пространственных факторов для инновации требует 3.

Выявления пространственных отношений. Пространственные отношения [2] являются основой в геоинформатике и находятся методами геоинформатики.

Проблема выбора регионах требует: 4.

соисполнителей

в

Использования картографической базы данных для визуализации региональной информации.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

27


ГЕОИНФОРМАТИКА / GEOINFORMATICS 5. 6.

Использования базы геоданных. В современной концепции развития такая информация также входит в инфраструктуру пространственных данных.

перечисленные вида Все три информационных систем хранения создаются с применением методов геоинформатики. Проблема синхронизации работ основных исполнителей и соисполнителей распадается на стратегическую, тактическую и оперативную. 7.

8.

9.

Стратегическая синхронизация работ планируется на основе решения сетевой задачи и/или построения сетевой модели. Это делается без привлечения методов геоинформатики. Тактическая синхронизация работ планируется на основе использования базы геоданных. Это решение входит в пункт 5. Оперативная синхронизация работ требует создания единого информационного пространства в режиме on-line. Эта задача решается применением спутниковых технологий [11], что также входит в сферу геоинформатики.

В целом решение этих проблем делает возможным внедрение открытой инновации. Как видно из анализа решений, методы геоинформатики применяются в прямой или косвенной форме почти во всех этих решениях. В сфере транспорта, участники инновационного проекта выбираются с учетом анализа отраслевых интересов. Поэтому применение геоинформатики учитывает не только интересы участников проекта, но и интересы отрасли в целом. Таким образом, применение методов геоинформатики при анализе инновационных проектов на железнодорожном транспорте является обязательным условием внедрения открытых инноваций. Применение геоинформатики создает условия для эффективного внедрения открытых инноваций на железнодорожном транспорте и является важным механизмом развития путевого хозяйства. Литература 1.

Цветков В.Я., Кужелев П.Д. Железная

дорога как геотехническая система // Успехи современного естествознания. – 2009. – №4. – с. 52. 2. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.59-61. 3. Максудова Л.Г., Савиных В.П., Цветков В.Я. Интеграция наук об окружающем мире в геоинформатике // Исследование Земли из космоса. -2000. -№1. - с.40-45. В.Я., Кужелев П.Д. 4. Цветков Геоинформационные системы и технологии как новый метод изучения транспортных сетей // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2002. - №5. - с.155-161. 5. Цветков В.Я. Информатизация, инновационные процессы и геоинформационные технологии. // Геодезия и аэрофотосъемка - 2006.- №4 с. 112-118. 6. Цветков В. Я., Омельченко А. С. Инновация и инновационный процесс как сложная система // Качество, инновации, образование. - 2006. - №2. - с.11- 14. 7. Chesbrough, H., Vanhaverbeke, W., West, J. Open Innovation: Researching a New Paradigm. – Oxford University Press, 2006. 8. Chesbrough, H.W. Open Innovation: The new imperative for creating and profiting from technology. Boston: Harvard Business School Press, 2003. 9. Цветков В.Я. Обобщенная инновационная система // Математические методы и модели анализа и прогнозирования развития социально-экономических процессов черноморского побережья Болгарии /Материалы Международной научно-практической конференции 16-23 июля 2012 г. – Бургас, Болгария, 2012, с.240- 243. 10. Цветков В.Я. Геостатистика // Геодезия и аэрофотосъемка. – 2007. – №3. – с. 174– 184. 11. Розенберг И.Н., Тони О.В., Цветков В.Я. Интегрированная система управления железной дорогой с применением спутниковых технологий // Транспорт Российской Федерации. – 2010. –№ 6. – с.54-57. © Романов И.А., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

28


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY УДК 528.2

Статья на английском языке

SATELLITE MEASUREMENTS ANALYSIS OF THE REFERENCE BASIS АНАЛИЗ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЭТАЛОННОГО БАЗИСА

Докукин П.А. / Dokukin P.A. Кандидат технических наук, заместитель декана по инновационной деятельности и развитию, Аграрный факультет Российского университета дружбы народов / Candidate of Tech.Sci., deputy of dean on innovative activity and development, Agriculture Faculty of the People`s Friendship University of Russia e-mail: petrdokukin@mail.ru

Поддубский А.А. / Poddubsky A.A. Старший преподаватель кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра, Аграрный факультет Российского университета дружбы народов / Senior teacher of department of soil science, agriculture and land cadaster, Agriculture Faculty of the People`s Friendship University of Russia e-mail: a.poddubsky@mail.ru

Поддубская О.Н. / Poddubskaya O.N. Кандидат филологических наук, доцент / Candidate of philological sciences, associate professor e-mail: a.poddubsky@mail.ru

Аннотация В научной статье представлены результаты исследования точности спутниковых наблюдений выполненных на эталонном базисе в различных комбинациях, получены зависимости точностных характеристик от продолжительности сеанса наблюдений и длины базовой линии, выполнено сравнение полученных точностных характеристик с паспортными данными используемой аппаратуры. Ключевые слова Спутниковые наблюдения, точность, базовая линия, сеанс наблюдений, GPS.

Wide introduction of satellite geodetic equipment in production demands especially its careful checkings and researches for what there are special laboratories, stands and reference

Abstract In the scientific article the results of research of exactness of satellite supervisions are presented executed on a standard base in different combinations, dependences of descriptions of exactness are got on duration of session of supervisions and length of datum line, comparing of the got descriptions of exactness is executed to passport information of in-use apparatus. Keywords Satellite supervisions, exactness, datum line, session of supervisions, GPS.

geodetic constructions, including reference baseline of the Scientific and educational Chkalovsky base of the State university on land management, certified by the Central research

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

29


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY institute of geodesy, aerial photograph and cartography of F.N.Krasovsky for metrological certification of geodetic and satellite equipment. The reference basis of 1850 m, consists of 10 sections (20, 120, 240, 312, 360, 480, 624, 768, 1080 and 1850 m). In 2010 the measurements by unifrequent satellite receivers of the geodetic class Trimble R3 were carried out on the basis. The measurements were done with the assistance of the following students of faculty “Urban cadaster” (The State university of lnd use planning) A. Zinovyev, P. Anufriev, A.Firsov, M. Minigaleev, E.Delfontsev, A.Moroz. The programme of satellite supervision on reference baseline of the scientific and educational Chkalovsky base included the following actions:

1.

2.

3.

Satellite supervision on the conditional ends of basis for which points P20 and P768 of the basis are chosen as on the actual ends of basis metal pyramids are established which can negatively affect the accuracy of the supervision. Duration of the supervision session was 85 minutes. The determination of the dependence of the accuracy of satellite supervision depending on the duration of the session (5, 15, 30, 45, 60 and 85 minutes) and the lengths of the base line (20, 120, 240, 312, 360, 480, 620, and 760 meters). Check of compliance of passport characteristics of used equipment to actual data.

Results of the measurement (within 85 minutes) of the total length of the basis – a piece of P20-P768 are given in tab. 1. Table 1.

Parameters of the baseline P20-P768 Line Time Ratio 46,900 dX -556,906

P20-P768 85 minutes Parameters of the base line (the decision fixed, L1 fixed) Average quadratic Factor of Horizontal Vertical RDOP deviation, м dispersion accuracy accuracy 0,010 6,536 0,252 0,001 0,006 dY dZ dh dN dE 492,419 81,950 -7,558 157,387 731,101

The reference value of the distance of P20-P768 makes S Pэт20− P 768 = 747,847 m, the excess is hPэт20− P 768 = −7,557 m. Thus, the divergence of the measured values of the distance S P 20− P 768 and the excess hP 20− P 768 with the reference values makes-15 mm and 1 mm respectively. The results of the comparison of the measured length and the excess of the pieces of basis with their reference values received at different durations of a session of measurements are given in tab. 2. Apparently from tab. 2, rough divergences with the reference values are characteristic for base lines between the points close to (P20P120) or in the forest area (P20-240, P20-312). Data for the other lines (P20-P360, P20-P480, P20-P624) are shown in fig. 1-2. The maximum divergence in distances makes 0,011 m, in

Inclined distance 747,888 dU -7,601

S, м 747,832 azimuth 77°51'04"

excess is 0,023 m. The accuracy goes down at 15-45 minutes interval of time, then it rises. The dependence of the average quadratic deviation (RMS) on the duration of satellite supervision session for all lines is shown in fig. 3. The most rough accuracy of measurements is for lines P20-P240 (ranges from 15 to 30 mm) and P20-P312 (ranges from 10 to 52 mm). Apparently, it is caused by two reasons: Firstly, the reference baselines P240 and P312 are at the centre of a narrow strip in the center of the clearing of the forest, so that the accuracy of satellite observations can be affected by trees covering the review of the constellation of GPS satellites. Secondly, the graphics shows that in the range from 15 to 45 minutes there was a decrease (increase in RMS) of accuracy for almost all lines. Presumably this is due to a failed satellite constellation geometry over the place at this period of time, indicating a need for planning procedures before starting the observation.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

30


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Table 2 Comparison of length and excess of pieces of basis with reference values

Line

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,548 222,606 290,685 339,729 459,809 603,821

Line

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

0,433 -2,677 1,207 0,009 0,005 0,007

Line

5

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

-1,663 -20,616 -5,419 -6,253 -6,922 -6,070

Line

Duration of a session, minutes

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

-0,075 -2,755 -0,523 -0,003 0,008 0,008

15

30 45 60 Length S, m 99,972 99,973 99,973 99,973 220,192 219,994 219,935 219,930 291,458 294,262 294,074 291,899 339,728 339,728 339,728 339,729 459,809 459,807 459,806 459,807 603,821 603,818 603,817 603,818 Divergence with reference value 0,009 0,008 0,008 0,008 -0,263 -0,065 -0,006 -0,001 0,434 -2,370 -2,182 -0,007 0,010 0,010 0,010 0,009 0,005 0,007 0,008 0,007 0,007 0,010 0,011 0,010 Excess of dh, m -1,744 -1,741 -1,740 -1,740 -4,754 -4,500 -4,480 -4,473 -5,838 -7,099 -6,904 -5,934 -6,252 -6,260 -6,263 -6,256 -6,923 -6,929 -6,937 -6,925 -6,067 -6,069 -6,083 -6,068 Divergence with reference value 0,006 0,003 0,002 0,002 0,255 0,001 -0,019 -0,026 -0,104 1,157 0,962 -0,008 -0,004 0,004 0,007 0,000 0,009 0,015 0,023 0,011 0,005 0,007 0,021 0,006

As appears from technical characteristics of the satellite systems Trimble R3, the accuracy of observation in statics and easy statics are: in plan 5 мм + 0,5 мм ⋅ D ⋅ RMS ,

(1)

5 мм + 1,0 мм ⋅ D ⋅ RMS ,

(2)

on height

where D is the length of the base line. According to formulas (1) and (2) the comparison of passport characteristics of satellite equipment with the data received at supervision on the reference basis was done. The results of comparison are presented in tab. 3. In columns of differences red and negative sizes show the excess of the value of

85

Etalon

99,974 219,538 291,897 339,729 459,806 603,818

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,007 0,391 -0,005 0,009 0,008 0,010 -1,740 -4,248 -5,935 -6,253 -6,925 -6,070

-1,738 -4,499 -5,942 -6,256 -6,914 -6,062

0,002 -0,251 -0,007 -0,003 0,011 0,008

the actual accuracy characteristics over theoretical, dark blue positive values mean that real mistakes there are less than theoretical. At 5 minutes duration of the session the real accuracy of satellite supervision is lower than theoretical for the base lines, connecting a starting point of the basis P20 with points located around and inside the forest area (line P20-P120, P20-P240, P20-P312). The accuracy of measurement of three other base lines is higher than the declared in technical characteristics of the equipment. At 15 minutes, 30 minutes and 45 minutes duration of the session the rough accuracy is observed only for lines P20-240, P20-312 (P240 and P312 points are located in the forest area). At 60 minutes and 85 minutes duration of the session the rough accuracy is only observed for the line P20-P240.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

31


Расхождения с этал. расстояниями (м)

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

0,012 0,011 0,010 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 5

15

30

45

60

85

Время (мин) Time P20-P360

P20-P480

P20-P624

Fig. 1. Divergences of distances with reference values (P20-P360, P20-P480, P20-P624) 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000 -0,005

5

15

30

45

60

85

Время (мин) Time P20-P360

P20-P480

P20-P624

Fig. 2. Divergences of the excess with reference values (P20-P360, P20-P480, P20-P624)

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

32


0,056 0,054 0,052 0,050 0,048 0,046 0,044 0,042 0,040 0,038 0,036 0,034 0,032 0,030 0,028 0,026 0,024 0,022 0,020 0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000

P20-P240

P20-P120

0,005 0,004 0,003

0,007

0,012

5

0,004 0,003

0,011

P20-P312

0,009 0,008 0,007

0,020

P20-P360

Время (мин)

0,004

0,008 0,007 0,006

30

0,018

15

0,019

45

0,020

0,006 0,005 0,004

0,014

0,020

P20-P480

60

0,043

0,006 0,005

0,016

0,030

P20-P624

85

0,053

ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY

Fig. 3. Dependence of an average quadratic deviation on the duration of the satellite supervision session

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

33


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Table 3 Comparison of the actual accuracy with passport characteristics Line

Length S, м

RMS, м

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,004 0,020 0,011 0,003 0,003 0,003

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,007 0,018 0,012 0,003 0,004 0,005

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,007 0,019 0,043 0,008 0,006 0,004

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,007 0,020 0,053 0,008 0,008 0,009

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,006 0,020 0,014 0,006 0,005 0,004

P20-P120 P20-P240 P20-P312 P20-P360 P20-P480 P20-P624

99,981 219,929 291,892 339,738 459,814 603,828

0,006 0,030 0,016 0,005 0,005 0,005

Accuracy in plan, м Actual Theoretical Difference 5 minutes duration of the session 0,202 0,005 0,197 11,795 0,007 11,788 1,902 0,007 1,895 0,001 0,006 -0,005 0,002 0,006 -0,004 0,001 0,006 -0,005 15 minutes duration of the session 0,004 0,005 -0,001 1,092 0,007 1,085 0,602 0,007 0,595 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,006 -0,005 0,002 0,007 -0,005 30 minutes duration of the session 0,002 0,005 -0,003 0,425 0,007 0,418 2,139 0,011 2,128 0,003 0,006 -0,003 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,006 -0,005 45 minutes duration of the session 0,002 0,005 -0,003 0,023 0,007 0,016 1,928 0,013 1,915 0,002 0,006 -0,004 0,003 0,007 -0,004 0,004 0,008 -0,004 60 minutes duration of the session 0,001 0,005 -0,004 0,021 0,007 0,014 0,010 0,007 0,003 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,006 -0,005 85 minutes duration of the session 0,001 0,005 -0,004 0,314 0,008 0,306 0,010 0,007 0,003 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,006 -0,005 0,001 0,007 -0,006

Thus, in open areas the real accuracy of measurements corresponds to and in most cases exceeds the specifications indicated in the passport of the satellite equipment Trimble R3, for statics and easy statics. For the district closed by tree crowns it is required either a release of the review of satellites for disturbances (cutting) or increasing the observation session

Accuracy on height, м Actual Theoretical Difference 0,164 12,946 1,440 0,002 0,003 0,002

0,005 0,009 0,008 0,006 0,006 0,007

0,159 12,937 1,432 -0,004 -0,003 -0,005

0,006 1,066 0,331 0,002 0,002 0,004

0,006 0,009 0,009 0,006 0,007 0,008

0,000 1,057 0,322 -0,004 -0,005 -0,004

0,004 0,383 1,611 0,005 0,002 0,002

0,006 0,009 0,018 0,008 0,008 0,007

-0,002 0,374 1,593 -0,003 -0,006 -0,005

0,003 0,038 1,309 0,004 0,005 0,007

0,006 0,009 0,020 0,008 0,009 0,010

-0,003 0,029 1,289 -0,004 -0,004 -0,003

0,002 0,036 0,015 0,002 0,002 0,001

0,006 0,009 0,009 0,007 0,007 0,007

-0,004 0,027 0,006 -0,005 -0,005 -0,006

0,002 0,196 0,015 0,001 0,001 0,001

0,006 0,012 0,010 0,007 0,007 0,008

-0,004 0,184 0,005 -0,006 -0,006 -0,007

As a result of research the following conclusions are drawn: 1.

2.

It is not recommended to carry out singlefrequency satellite supervision at points under trees, or the duration of the session should be increased more than 85 minutes As expected with an increase in the length and duration of the session, satellite

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

34


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY observation accuracy of definitions of distances and excess increased, but at a certain time interval (15-45 min) the accuracy has declined sharply, indicating a failed satellite configuration on the spot observations. Thus, it is necessary to plan the satellite observation, that is often neglected now. 3. It is known that the standard software states the overestimated accuracy that is confirmed by researches [1, 2] from which results follows that the formal estimates received from processing with the use of the standard software can differ from real on the average at 7-12 times. From the aforesaid the conclusion is about the necessity of the obligatory metrological certification not only GPS measurements means, but also the software delivered with them. 4. During the research on the reference basis recognized by Central Scientific Research Institute of Geodesy and Cartography as an exemplary gage, it was established that declared in the passport of equipment of

Trimble R3 the accuracy corresponds real, therefore satellite systems of chair of geodesy and geoinformatics of the State university on land management are suitable for use in the scientific, educational and production purposes. Literature 1.

2.

Kaftan V.I., Tatevian R.A. Local control network of the fiducial GLONASS/GPS station / IAG, Section I - Positioning, Comission X - Global and Regional Networks, Subcommission for Europe (EUREF), Publication No 9, Munchen 2000.- p. 333-337 Dokukin P. A. Definition of the temporary center of a high-precision geodetic network by GPS measurements//Land management, inventory and monitoring of lands. – 2006No. 2. – p. 104-106

© Dokukin P.A., Poddubsky A.A., Poddubskaya O.N., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

35


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY УДК 528.061:522.92

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ РЕФРАКЦИИ ДИНАМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ DETERMINATION OF VERTICAL REFRACTION DYNAMIC METHODS

Дементьев В.Е. / Dementiev V.E. Кандидат технических наук, старший научный сотрудник ООО “Геодезия и строительство» / Ph.D., Senior Research Fellow in the company, "Surveying and Construction" тел.: 8-495-783-56-39 e-mail: Dementiev@yandex.ru

Аннотация Приведены основы теории динамических методов определения рефракции, которые были предложенные в начале 70-х годов прошлого столетия. Эти методы позволяют определять рефракцию в реальном масштабе времени, т.е одновременно с выполнением геодезических наблюдений. Ключевые слова Статические методы, динамические методы, структурная характеристика, градиент, флуктуации излучения, рефракция.

Методы определения рефракции можно разделить на динамические и статические [35]. Cтатические методы определения рефракции основываются по умолчанию на том положении, что атмосфера является средой, не изменяющейся в период наблюдений. В действительности атмосфера как всякая реальная среда неоднородна и к тому же все время находится в непрерывном движении. Оценка чисел Рейнольдса, характеризующих переход из ламинарного течения газа в турбулентное, для атмосферного движения показывает, что все они имеют турбулентный характер. Вследствие турбулентности в атмосфере, являющейся газообразной средой, границы между её отдельными частями весьма неопределённы и изменчивы, как во времени, так и в пространстве и поэтому ее оптические свойства непрерывно и хаотически меняются. По этой причине случайным образом меняется и угол рефракции. Поэтому при подходе к решению задачи по определению рефракции должна

Abstract The article presents the basic theory of dynamic methods for the determination of refraction, which have been proposed in the early 70-ies. These methods allow us to determine the refraction in real time, concurrently with geodetic observations Keywords Static methods, dynamic methods, structural characterization, the gradient, the fluctuations of the radiation, refraction.

учитываться турбулентность атмосферы, во многом определяющая её оптические свойства. Если с высокой скоростью измерять в течение определенного периода одно и то же направление на цель, то все получаемые результаты будут в различной степени искажены за счет влияния рефракции. Полученные данные, представляющие собой ряд измерений случайного процесса, позволяют восстановить и оценить изменение угла рефракции за время наблюдений, но не величину угла рефракции. Таким образом, непосредственно измерять угол рефракции в момент наблюдений при выполнении большинства работ практически не возможно, так как не известно истинное направление на визирную цель, а измеряемые направления искажены за счет влияния рефракции, значение которой всё время изменяется. Для определения реальных оптических свойств атмосферы и величины рефракции необходимо использовать информацию об условиях прохождения света на всей трассе в момент

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

36


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY измерений. Классическое решение задачи определения рефракции, когда рассматриваются условия прохождения света в атмосфере, находящейся в статическом состоянии, для реальной атмосферы не совсем корректно [2-3]. При этом зачастую используются точечные измерения в одной двух точках трассы, а результаты экстраполируются на всю трассу, а не редко и на район, что не позволяет определить с достаточной точностью величину рефракции для данной трассы. По времени периоды наблюдений рефракции, как правило, также не совпад��ют со временем выполнения измерений, в результаты которых вносят полученные поправки за рефракцию. Чтобы решить задачу по определению рефракции в реальной атмосфере, необходимо использовать физические и математические зависимости, определяющие поле метеорологических элементов и показателя преломления в турбулентной атмосфере в момент выполнения измерений. Эти данные можно получить , например, за счет измерения искажений в электромагнитной (звуковой) волне, прошедшей трассу. Впервые на возможность получения информации о структуре турбулентности на основе искажений в световой волне было указано в работе [14]. К настоящему времени разработан ряд методов и аппаратура, позволяющие оценить статистические характеристики оптического излучения в атмосфере [1,12,13]. Вместе с тем, теория такого природного явления как рефракция света в атмосфере, на которой основаны все статические методы , совершенно не учитывает динамику и оптику турбулентной атмосферы. С другой стороны, случайные искажения, возникающие в световой волне, прошедшей слой турбулентной атмосферы достаточно хорошо изучены и выявлены. В основу всех динамических методов определения рефракции положена ранее не изученная связь между такими физическими явлениями, как рефракций и случайными искажениями в световой волне [3-9]. Т.е. в этих методах используется физическая зависимость между такими явлениями, как пульсации метеоэлементов, вызывающих флуктуации оптического излучения, прошедшего слой турбулентной атмосферы и

детерминированным эффектом рефракции в поле температурного градиента. Теория динамической рефракции основана на положении ( теореме) о том, что пульсaции показателя преломления воздуха прямо пропорциональны градиенту показателя преломления. Данное положение обосновывается тем, что в теории турбулентности пульсации величин пропорциональны их градиентам. Следовательно, пульсации метеоэлементов в турбулентном поле также пропорциональны их градиентам. Таким образом, пульсации показателя преломления воздуха ∆ n,которые обусловлены пульсациями метеоэлементов , также пропорциональны вертикальному градиенту показателя преломления. Эта зависимость является основополагающей при определении рефракции на основе измерения флуктуаций параметров световой волны, прошедшей слой турбулентной атмосферы. Такая зависимость обусловлена тем, что обе эти величины ( пульсации показателя преломления воздуха и вертикальный градиент ) функционально зависимы от метеоэлементов: (давления, температуры и влажности) а, следовательно, функциональная зависимость между пульсациями показателя преломления. вызывающими флуктуации волны, и рефракцией является обоснованной. Методы определения вертикальной рефракции на основе измерения статистических характеристик электромагнитной волны можно назвать динамическими методами определения рефракции, так как они учитывают динамику атмосферы. Используемые ранее классические методы определения рефракции, практически не учитывали динамику атмосферы и поэтому их можно назвать статическими[3-5]. Так как траектория светового луча в атмосфере полностью обусловлена условиями прохождения света в среде со случайными неоднородностями, то рефракцию также необходимо определять, используя соответствующие закономерности, которые в настоящее время разработаны для описания метеорологических полей в турбулентной атмосфере [1,12,14].

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

37


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Как известно, градиент показателя преломления воздуха зависит от градиентов температуры dТ/dh, давления dP/dh и влажности de/dh [17]: dn n − 1 dT =− + dh T dh

n − 1 dP 1 n − 1 de − e P dh e e dh 1 − 0,155 6,45 − P P 1

В атмосфере всегда имеют место пульсации метеоэлементов, которые вызывают пульсации показателя преломления, и, как следствие этого, – случайные изменения рефракции. Основное влияние на величину рефракции оказывает вертикальный градиент rв температуры. Поэтому для практических расчетов угла вертикальной рефракции для горизонтальных трасс обычно используется формула [17]:

PL ρ " rв = 0,278 T 2 + L

L

∫ 0

78,85 ⋅ 10 −6

P dT xdx. . T 2 dh

Для однородных трасс [17]: rв = 8,13 LP2 (0,0342 + dT ) , (1) dh T

Если в атмосфере средняя температура убывает с высотой dT/dh = γа = - 0,0098 град/м, то при вертикальном перемещении выделенного объема воздуха его температура не отличается от окружающей. Поэтому флуктуаций температуры при вертикальном перемешивании не происходит. Условием возбуждения флуктуаций температуры за счет турбулентного перемешивания в термически расслоенной атмосфере является неравенство dT/dh ≠ γа. Кинематика турбулентности, как и структура поля температуры и показателя преломления неотделимы. Изменение температуры на 1 град. С приводит к изменению показателя преломления на величину ~ 1⋅10 –6. Таким образом, определяя значение пульсаций метеоэлементов или пульсаций показателя преломления ∆n ( либо величин, характеризующих эти пульсации), можно оценить вертикальный градиент показателя преломления dn/dh , а, следовательно, и угол рефракции.

Сущность методики определения рефракции на основе измерения статистических характеристик световой волны заключается в том, что всю информацию об условиях прохождения на трассе несет свет, прошедшей трассу. Чтобы оценить рефракцию, необходимо получить эту информацию об условиях прохождения света в условиях турбулентной атмосферы. Направлению научных исследований, связанному с разработкой эмпирических методов определения рефракции в турбулентной атмосфере в последние годы посвящено целый ряд публикаций [2,10,11,1324]. Однако в этих работах нет теоретического обоснования зависимости рефракции от флуктуаций параметров волны, прошедшей слой турбулентной атмосферы. С учетом этих исследований в работах [3-9] дано теоретическое и экспериментальное обоснование методов определения рефракции света, распространяющегося в турбулентной атмосфере. В них оценивается регулярные изменения показателя преломления с высотой на фоне беспорядочных флуктуаций показателя преломления воздуха. Эти флуктуации содержат информацию о градиенте показателя преломления и, следовательно, о величине рефракции. Как известно [1,12,13], структурная характеристика поля показателя является преломления воздуха С2n параметром, определяющим интенсивность турбулентных пульсаций показателя преломления: Dn( r) =<[n(r + r 0)-n(r 0)]2> = С2n. r2 /3, l0<< r< < L0 Структурная функция Dn(r) и структурная характеристика поля показателя преломления Сn2 могут быть выражены соответственно через структурную функцию DT(r) и структурную характеристику Ст поля температуры: 2 Dn(r) = <(n(r+r0) –n(r 0) ) > = 2 <N > =DT(r) 10-12 < T > 2 ;

10 −6 K (λ ) < P > CT , (2) < T >2 где r и r0 - радиусы-векторы точек поля показателя преломления; <N>, <T>, <P> Cn =

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

38


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY — средние значения индекса рефракции, температуры и давления; величина CT выражена в град⋅см – 1/ 3; Сn — в см – 1/ 3; P — в миллибарах (1 мб=102 Па). Обычно значения С Т 2 лежат в пределах (10- 6 …10- 3) град2⋅см- 2/3. Значение К(λ) выражено в град/мбар и может быть найдено из выражения K(λ) = Nλ Т0 /Р0. Здесь Nλ = 77,6Р/Т + 0,584Р/Тλ2 — 0,06 е; Т0=288° К; Р0=1013,25 мб=1,01325-105 Па; е парциальное давление водяного пара. При выполнении экспериментальных работ величину СТ2 в приземном слое атмосферы можно определить из градиентных измерений температуры и скорости ветра по формуле [1]:

прямо пропорциональна аномальному вертикальному градиенту температуры ( γaн = dT/dh - γa ). Так как Сn и СТ функционально связаны между собой (см. формулу (2) ), то величина Сn также прямо пропорциональна вертикальному градиенту температуры γан, т.е. - величине ( dT/dh - γa). Причём, коэффициент пропорциональности зависит от метеоусловий на трассе и длины волны света. В свою очередь пульсации показателя преломления воздуха прямо пропорциональны пульсациям температуры σn = ( n – 1) σT /T. Используя выражения (2) и (3), можно найти зависимость между вертикальным градиентом температуры и структурной характеристикой поля показателя преломления [3-5]:

CT2 = C2a2(Ri)(χh)4/3(dT/dh - γa)2 , (3) где СТ имеет размерность град/см -1/3; C2 =2,8; χ -постоянная Кармана равная 0,4; h — высота, на которой измеряют градиент температуры; γа = - 0,98°/100м адиабатический градиент ; a2(Ri ) — универсальная функция; Ri -число Ричардсона (см. рис.1), которое характеризует степень температурной стратификации атмосферы.

Рис.1. Универсальная функция a2(Ri) [1] Как видно из формулы (3), структурная характеристика поля температуры CT2 , характеризующая интенсивность пульсаций температуры в турбулентной атмосфере,

106 Сn < T > 2 dT + γa = =± dh K (λ ) < P > Ca( Ri)( χh) 2 / 3 =±

B(λ )C n < T > 2 +γa, < P > h 2 / 3 a ( Ri )

(4)

dT -вертикальный температуры.град/м; dh T – температура воздуха, град К; B(λ)= 10 6 мбар/град ; Р – давление, мбар; К (λ )Сχ 2 / 3 C=1,67 – универсальная постоянная; a(Ri) — универсальная функция , которая может быть выбрана в зависимости от температурной стратификации атмосферы (см. табл.1); χ= 0,4- постоянная Кармана; h – эквивалентная высота, см; γа = -0,98°/100м адиабатический градиент. Значения B(λ) в зависимости от длины волны λ представлены в табл.2. Формула (4) характеризует связь между пульсациями показателя преломления воздуха и вертикальным градиентом температуры. В свою очередь интенсивность пульсаций показателя преломления воздуха характеризуются величиной Сn.

где

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

39


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY Таблица 1. Зависимость а2(Ri) и a(Ri) от числа Ричардсона Ri

Ri 2 a (Ri) a(Ri)

Неустойчивая -0,4 -0,3 -0,2 2.26 2,23 2,20 1,50 1,49 1,48

Температурная стратификация атмосферы Безразличная -0,1 --0,05 - 0,025 0 +0,025 +0,05 2,16 2,00 1,85 1,65 1,50 1,40 1,47 1,41 1,36 1,28 1,22 1,17

Устойчивая +0,1 +0,2 +0,3 0,92 0,56 0,48 0,96 0,75 0,69

Таблица 2. Значения B(λ) в зависимости от длины волны λ λ,мкм 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2

K(λ), град/мбар 96,7 87,8 84,8 82,4 81,6 81,0 80,5 80,2 79,9 79,7

Как известно, величина вертикального угла рефракции зависит от вертикального градиента температуры (см (1)). Cтруктурная характеристика поля показателя преломления воздуха для трассы может быть получена как из метереологических измерений, так и непосредственно из оптических измерений [1]. Метеорологический метод определения Сn2 при измерениях на неоднородных трассах приводит к значительным ошибкам и поэтому в таких условиях он обычно не применяется. В последние годы в основном используются оптические методы определения структурной характеристики поля показателя преломления. Почти любой эксперимент по определению статистичеких характеристик световой волны, прошедшей слой турбулентной атмосферы, позволяет найти интенсивность турбулентных пульсаций, характеризующуюся величиной Сn2. В частности структурная характеристика Сn2 может быть найдена по результатам измерений дисперсии флуктуаций логарифма амплитуды, разности фаз, или смещений изображения в фокальной

B(λ),мбар/град 1,141⋅104 1,256⋅104 1,301⋅104 1,339⋅104 1,352⋅104 1,361⋅104 1,370⋅104 1,375⋅104 1,380⋅104 1,384⋅104

плоскости приемной линзы и др. способами [1,12,13]. Оптические методы дают возможность экспериментально определить усреднённое значение структурной характеристики поля показателя преломления C n2 для всей трассы, что позволяет, используя это значение, найти усреднённое значение вертикального градиента температуры dT воздуха [3-5]: dh 10 6 С n < T > 2 dT +γa= =± dh K (λ ) < P > Ca ( Ri )( χh) 2 / 3 B(λ )C n < T > 2 =± +γa. < P > h 2 / 3 a ( Ri)

(5)

Так как при измерении Сn2 оптическими методами каждый сеанс измерений занимает короткий промежуток времени (единицы секунд), то изменения метеорологических величин T,P,e будут незначительны и поэтому для расчетов можно использовать не осредненные их значения, а полученные в одной точке трассы.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

40


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY При практических расчетах усреднённого значения вертикального градиента показателя преломления для горизонтальных трасс можно использовать выражение [3-5]: B(λ )C 1 dP P dn − 2 γ a ± 2 / 3 n ) ,(6) = 78,85⋅10-6( T dh T dh h a ( Ri) где T и P -значения температуры и давления, полученные на станции в момент измерений, dP P а = 0,0342 мбар/м [5]. dh T Используя (1) и (5) получим rВ = 8,13 L (0,000244

B(λ )C P ± 2/3 n ) 2 h a ( Ri ) T

подобным образом. Поэтому измерение рефракции возможно только в реальном масштабе времени, что может быть реализовано в момент выполнения геодезических наблюдений путем измерения статистических характеристик волны, прошедшей турбулентную трассу. Литература 1.

2.

(6)

Формула (6) подтверждает функциональную связь между такими физическими явлениями как пульсации показателя преломления, вызывающие случайные искажения в электромагнитной (звуковой) волне, и рефракцией [3-9]. Таким образом, угол вертикальной рефракции r” можно определить, измеряя статистические характеристики Ψ оптического излучения, прошедшего слой турбулентной атмосферы, а так же температуру T и давление P на трассе, выполнив следующую последовательность преобразований [3-5]: Ψ --→ Сn --→ СТ --→dT/dh --→dn/dh--→ r” ↑ P;T Основная задача при определении рефракции динамическими методами заключается в оценке усреднённого значения структурной характеристики поля показателя преломления C n2 для всей трассы, которое является важнейшей характеристикой оптического поля турбулентной атмосферы и может быть определен на основе измерений статистических характеристик электромагнитной (звуковой ) волны. Так как в атмосфере Земли имеет место только турбулентное движение, характеризующееся быстрой изменчивостью полей метеоэлементов, то и рефракция меняется во времени и пространстве

3.

4.

5.

6.

7.

Гурвич А. С., Кон А. С., Миронов В.И., Хмелевцов С.С. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере /Под ред. В. И. Татарского. М. 1976.С.278. Виноградов В. В., Сухов Г. Н., Медовиков А. С., Шарапов В. В. Определение рефракции при геодезическом нивелировании по размытию изображения регулярных структур. // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1985. № 3. С.32-39. 3. Дементьев В.Е. Современная геодезическая техника и её применение. Тверь. : ООО ИПП «АЛЕН». 2006. С. 592 4. Дементьев В.Е. Рефракция и миражи. М. : Галлея –Принт.2009. С.391. 5. Дементьев В.Е. Рефракция в турбулентной атмосфере М. : Галлея –Принт.2011. С..398. 6. Дементьев В. Е. Об определении вертикальной рефракции // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 1973. № 5. С. 29—31. 7. Дементьев В.Е. Способ учета погрешности за вертикальную рефракцию при угловых измерениях. /Авторское свидетельство на изобретение ( патент) № 2 489 117/18-10. Заявлено 23.05.77. 8. Дементьев В. Е. Определение вертикальной рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка. //Квантовая электроника. 1982. Т. 9. № 4. С. 786—796. Дементьев В.Е., Круглов Ю.С., Лежнев Н.Б., Морозов А В., Сеидов А., Сосин О. М. Измерение углов прихода пучка лазерного излучения с помощью лазерного сканирующего теодолита для определения вертикальной рефракции. //Известия АНТ.Cерия физико-техническая. № 5. 1989. Джуман Б. М. Редуцирование зенитных расстояний на период спокойных изображений по вертикальным колебаниям изображений визирных целей //В кн.: Геодезия и аэрофотосъемка. Львов. 1978. Вып. 28. С. 17—28. Джуман Б.М. , Павлив П.В. , Стащишин И.И. Метод определения нивелирной рефракции по колебаниям изображений //В сб.: Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Львов. 1979 вып.30. С. 66-69.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

41


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY 8.

9. 10. 11. 12.

13.

14.

15.

12 Зуев В.Е. , Банах В.А., Покасов В.В., Оптика турбулентной атмосферы. Л. Гидрометеоиздат.1983.С. 270. Миронов В.Л. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере.// Новосибирск. Изд-во Наука. Сибирское отделение. 1981.С.286. Обухов А.М.Изв. Ан СССР, сер. геофизич,1953, № 2.С.155-165 Островский А.П., Стащишын И. И., Терещук А. И. Изыскание эффективных методов учета нивелирной рефракции //В сб.: Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Львов. 1986. Вып. 30. С. 83-88 Островский А.П.,Тлустяк Б.Т. , Суюнов А.С. Об учете вертикальной рефракции в условиях Средней Азии.// Геодезия и картография. № 5. 1987. С. 19-21. 15. Островский А.П. ,Суюнов А.С. Турбулентный метод учета вертикальной рефракции в условиях Средней Азии. //В сб.: Геодезия, картография и аэрофотосъемка. Львов. вып. 49. 1989. С.112-120. Островский А.П., Мороз А.И Теория и практика флуктуационного метода определения вертикальной рефракции.// Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка. 2000. №3. С.11-29 Учет атмосферных влияний на астрономогеодезические измерения. Под редакцией Островского А.Л. М. Недра. 1990.С.235.

16. Ваhnert G. Вildflimmern und terrеstaishe refraction. Vermessungtechnik. № 4. 1985. P. 127128. 17. Brunner F.K. Vertical refraction angle derived from the variance of the angle- of – arrival fluctuations. Conf. “Refraction influences in astrometry and geodesy”. Kensington. Univers. New Yels. 1979.P.227-238. 18. Brunner F.K. Atmospheric turbulence and its effects on direction measurements Sun and Planet systems 6th Eur.Reg. Meet Astron.. Dubrovnik. 19 –23 Okt.. 1981. Dordrecht e.a.. 1982. 19. Brunner F.K. Electromagnetic wave propagation and refraction in the atmosphere. Final report (1979-1983) ” Trav. Assoc. inst. geo Vol.27 Rapp. gen. ef rapp.Tecn.18 Assem gein. Hambourg. aout, 1983”. Paris. 1984. 20. P. 89-102. (англ). 21. Brunner F.K. Experimental determination of the coefficients of refraction from heat flux measurements “ Proc. Int. Symp. Electromagn..Distance Measur. and Influence Atmos. Refraction. 1977. Delft. 1978. P. 245-260. 22. Brunner F.K. Geodesy Refraction Wave propogation Atmosphere //Eff. Electromagn.Berlin e. a. 1984. P. 1-6. 23. Brunner F.K. Geodetic Refraction. Berlin. 1984. © Дементьев В.Е., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

42


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY УДК 528

ПРИМЕНЕНИЕ МЕСТНЫХ СИСТЕМ КООРДИНАТ APPLICATION OF LOCAL COORDINATE SYSTEMS

Максимова М.В. / Maksimova M.V. Аспирант, старший преподаватель кафедры прикладной геодезии Московского государственного университета геодезии и картографии / The post-graduate student, the senior teacher of the chair of applied geodesy of the Moscow State University of Geodesy and Cartography тел. +7 (903) 614-70-63 e-mail: olimarianna@mail.ru

Аннотация В настоящее время на территориях городов в РФ существуют множество геодезических систем координат. Необходимость преобразования координат и установления параметров преобразования возникает при развитии городских геодезических сетей по спутниковым технологиям и введении новой системы координат. На небольших территориях применяют местные системы координат. Все полученные координаты перевычисляются в государственную систему координат, действующую на этой территории, с помощью параметров перехода (ключей), которые в настоящее время не соответствуют появившимся новым системам координат, и точность перевычисления не соответствует современным требованиям. Ключевые слова Геодезия, системы координат, параметры преобразования, глобальные навигационные спутниковые системы, проблемы перехода.

Развитие геодезической деятель��ости в Российской Федерации привело к тому, что к настоящему времени на территориях городов существуют разные геодезических систем координат : • Глобальные: WGS 84, ПЗ-90. • Государственные: СК-42; СК-95; (отменена). • Местные системы координат.

СК-63

Под местной системой координат понимается условная система координат, устанавливаемая в отношении ограниченной территории, не превышающей территорию субъекта Российской Федерации, начало отсчета координат и ориентировка осей координат которой смещены по отношению к началу отсчета координат и ориентировке осей координат единой государственной системы

Abstract Now in the territories of cities in the Russian Federation are used set of the geodetic coordinate systems. Necessity of transformation of coordinates and establishment of parameters of transformation arises at development of the city geodetic networks on satellite technologies and introduction of new coordinate system. The local coordinate systems of are used in small territories. All received coordinates are calculated in the state system of coordinates operating in this territory by means of parameters of transition (keys), which don't correspond now to the appeared new coordinate systems, and accuracy of recalculation doesn't correspond to modern requirements. Keywords Geodesy, system of coordinates, transformation parameters, transition parameters, global navigating satellite systems, problems of transition.

координат, используемой при осуществлении геодезических и картографических работ [1]. Местные системы координат устанавливаются для проведения геодезических и топографических работ при инженерных изысканиях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, межевании земель, ведении кадастров и осуществлении иных специальных работ [2]. Постановлением Правительства РФ от 03.03.2007 N 139 были введены правила установления местных систем координат [1]. В практической деятельности возникает необходимость перевычисления координат пунктов из какой-либо местной системы координат (МСК) в государственную систему координат (ГСК) или местную кадастровую систему координат. Задача преобразования координат и

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

43


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY преобразования установления параметров возникает также при развитии городских геодезических сетей по спутниковым технологиям и введении новой системы координат. Таким образом, все это приводит к проблеме преобразования (трансформирования) координат. При трансформировании могут возникнуть несколько вариантов. Наилучший это когда известны математические зависимости получения каждой системы координат. В геодезических работах принята конформная проекция Гаусса - Крюгера, на которой должны основываться все построения систем координат и их преобразования. Это связано не только с удобством работ, но и с вычислением различных поправок (редукций), получаемых на основе математических формул для этой проекции. На основе математических формул конформного преобразования построены системы координат СК-42, СК63, СК-95. Обязательным требованием при установлении местных систем координат является обеспечение возможности перехода от местной системы координат к государственной системе координат, который осуществляется с использованием параметров перехода (ключей). Каждая местная система координат может создаваться с одной или несколькими трех или шести градусными зонами. Для перехода необходимо знать ∆х и ∆у условного начала и разворот системы — ∆α или располагать 3-мя исходными пунктами условной системы связанными с действующей ГСК. Кроме того, переход может быть осуществлен при наличии нескольких пунктов, координаты которых известны в той или системе. Чем больше таких пунктов, тем точнее можно получить ключи. Параметры местных систем координат и ключи перехода к государственной системе координат (формулы и правила, по которым координаты точек в одной системе можно получить в другой системы) устанавливает Росреестр по согласованию с Минобороны РФ. Но в ряде случаев эти данные были уничтожены или утеряны, а самое главное - в настоящее время они не соответствуют появившимся новым системам координат, и точность перевычисления не соответствует современным требованиям. В ряде источников [3, 4, 5] утверждается,

что обязательным требованием при установлении местных систем координат является обеспечение возможности перехода от местной системы координат к государственной системе координат, который будет осуществляться с использованием общих для всей территории РФ параметров перехода (ключей). Однако, большинство топографических карт было сделано в системе координат 1942 года, которая по всей территории РФ, дает разные ошибки определения координат, на востоке, к примеру, они доходят до 20 метров и имеют значительные региональные деформации, поэтому мы никак не можем использовать единые ключи для всей территории РФ. Для перевычисления координат из МСК в государственную систему координат и обратно необходимо использовать современные алгоритмы и программные комплексы, позволяющие выполнить совместное уравнивание плоских и пространственных геодезических сетей, а так же преобразование плоских прямоугольных координат из системы в систему без потери точности. На основе многолетнего производственного опыта специалистов предприятий Роскартографии вышло в свет «Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS», которое является первым нормативным документом, регламентирующим порядок и технологию геодезических работ с применением спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS в городах. Если известны математические законы, по которым создавалась МСК, то ключи переводам можно найти с достаточной точностью по координатам одноименных пунктов в обеих системах. Но если эти законы не известны, то погрешности преобразования координат могут достигать нескольких дециметров, а в отдельных случаях и метров. Многие МСК создавались путем ортогонального проектирования эллипсоида на плоскость. Для небольших участков искажения в длинах линий и углах малы, и поэтому можно подобрать довольно точные формулы конформного преобразования. Однако на практике наиболее часто применяются более простые

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

44


ГЕОДЕЗИЯ / GEODESY преобразования математические формулы координат на плоскости с четырьмя параметрами преобразования [3] - это две величины смещения начал координат (∆X, ∆Y), и изменение масштаба разворот осей проектирования m:

xмск = ∆X 42 m cos γ + ∆Y42 m sin γ + x0 y мск = ∆Y42 m cos γ − ∆X 42 m sin γ + y0 0 ∆X 42 = X 42 − X 42

∆Y42 = Y42 − Y420 0

0

где 42 , 42 – координаты начального пункта в СК-42, m – масштаб МСК, γ – угол поворота между осями координат в МСК и в СК-42. Формулы обратного преобразования даны также в [3]. Эти формулы положены в основу преобразования координат в некоторых программах (Credo, Object Lend и др.). В руководстве пользователя программ ограничений нет, и при преобразовании координат они не соблюдаются, что приводит к недопустимым погрешностям. В результате получают искаженный картографический материал. При удалении от начальной точки более 15 км погрешности преобразования координат по этим формулам возрастают до нескольких дециметров и более. Ограничения при использовании этих формул составляют

Y42max − Y42min ≤10 км, Y42

max

≤ 35 км.

Необходимо заметить, что Гост Р 517942008 “Глобальные навигационные спутниковые системы, системы координат, методы преобразований координат определяемых точек” формул по преобразованию плоских прямоугольных координат из местной системы в государственную не дает вообще. Поскольку в топографических и кадастровых работах применяются несколько различных систем координат, то происходит

регулярный пересчет координат пунктов и точек из одной системы координат в другую. В этом случае при применении приближенных формул погрешности преобразования координат будут накапливаться, что приведет к определенным трудностям в составлении и мониторинге земельного и городского кадастра. Поэтому должен быть строгий подход как к формулам преобразования координат, так и к методикам. Все ранее изложенное свидетельствует о том, что в настоящее время необходима разработка методических рекомендаций по правилам перехода из государственных систем координат в местные системы координат и обратно. Это решило бы многие проблемы, связанные с преобразованиями между государственными и местными координатами, возникающие при выполнении огромного спектра инженерно-геодезических работ. Литература 1.

2.

3.

4.

5.

Постановление от 3 марта 2007 г. № 139 «Об утверждении Правил установления местных систем координат». Демьянов Г.В., Майоров А.Н., Побединский Г.Г. Местные системы координат, существующие проблемы и возможные пути их решения. Геопрофи, №2,2009, с.52-57 Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS/ГКИНП (ОНТА)-01-27103. - М.: ЦНИИГАиК, 2003. -182 с. Герасимов А.П., Назаров В.Г. Местные системы координат. - М: ООО «Издательство «Проспект», 2010. - 64 с. ГОСТ Р 51794-2008 «Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек» © Максимова М.В., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

45


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY УДК 528.9

СОЗДАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ БАЗ ДАННЫХ CREATION OF CARTOGRAPHICAL DATABASES

Малинников В.А. / Malinnikov V.A. Доктор технических наук, профессор, проректор Московского государственного университета геодезии и картографии / doctor of Technics, professor, Vice-rector of Moscow State University of Geodesy and Cartography of Russia e-mail: rector@miigaik.ru

Беленко В.В. / Belenko V.V. Аспирант Московского государственного университета геодезии и картографии Россия/ The post-graduate student Moscow State University of Geodesy and Cartography e-mail: belenko.V.V@yandex.ru

Аннотация В статье рассмотрены вопросы создания картографических баз данных с использованием геоинформационных систем (КБГД). Показано принципиальное различие между картографическими базами данных, создаваемыми по классической схеме, и картографическими базами данных, создаваемыми на основе использованием ГИС. Показаны особенности КГБД. Раскрыта проблема пространственного согласования данных в базах геоданных. Описана методика создания картографической базы данных ГИС для геоэкологической оценки застраиваемых территорий. Приведен пример практической оценки. Ключевые слова Картография, картографические базы данных, геоданные, геоэкологическая оценка.

В настоящее время широко используют геоинформационные технологии для поддержки принятия решений [1] при мониторинге [2], при геомоделировании [3] и при изучении окружающей среды [4]. При этом всегда используют картографические базы данных для хранений картографической информации. Однако часто происходит путаница, когда базы данных, создаваемые на основе ГИС [5] трактуют как классические базы данных [6]. Первые базы данных служили основой автоматизированных информационных

Abstract In article questions of creation of cartographical databases with use of geoinformation systems (CGDB) are considered. Basic distinction between the cartographical databases created under the classical scheme, and the cartographical databases created on a basis by use GIS is shown. Features CGDB are shown. The problem of the spatial coordination of the geodata given in bases is opened. The technique of creation of cartographical database GIS, for a geoecological estimation of built up territories is described. The example of a practical estimation is resulted. Keywords Cartography, cartographical databases, geodate, a geoecological estimation.

систем (АИС) и работали преимущественно с информацией фактического типа, например, характеристиками объектов и их связей. По мере развития АИС появилась возможность обрабатывать текстовые документы на естественном языке, а также изображения и другие форматы представления данных. Несмотря на то, что принципы хранения данных в классических БД и баз данных ГИС (в дальнейшем баз геоданных БГД) одинаковы, методы их построения и алгоритмы обработки в них заметно различаются. Поэтому необходимо различать

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

46


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY картографические базы данных, создаваемые по классической схеме (БД), и картографические базы данных, создаваемые на основе ГИС. Последние являются базами геоданных (БГД) [5]. Проектирование картографических баз данных (КБД), создаваемых по классической схеме, использует следующую иерархию моделей [6]: инфологическая модель, логическая модель, даталогическая модель, физическая модель. В этих базах данных ассоциативные связи не применяют и нет универсальных принципов организации данных. По этой причине две картографические базы данных (КБД), созданные разными разработчиками могут существенно отличаться. Данные в таких КБД требуют конвертации при необходимости обмена между ними. Проектирование картографических баз данных, создаваемых на основе ГИС (КБГД), использует ассоциативные связи и уже заданную структуру геоданных [7]. При этом для создания картографической базы данных в ГИС используются универсальные принципы организации данных [8], которые преобразуют данные из разных источников в единую информационную основу ГИС. Ассоциативность БГД означает связь картографического (графического) представления с табличным [9]. Она дает возможность вводить информацию в таблицы путем построения графических образов на электронной карте, а не только путем заполнения таблиц, как в классических БД. Особенностью геоинформационных систем является то, что информация в них представляется в виде геоинформационных моделей. Эти модели не только являются разновидностью моделей, но и служат семантическими информационными единицами [10, 11], которые каждая в отдельности и в совокупности создают разные смысловые значения. Две картографические базы данных (КБГД), созданные разными разработчиками на основе одной ГИС, структурно не отличаются. Данные в таких КБГД не требуют конвертации при необходимости обмена между ними. Еще одним отличием между картографическими базами данных (КБД),

создаваемыми по классической схеме, и картографическими ГБД является задание пространственных отношений в явной и визуальной форме в КГБД и отсутствие такого механизма в КБД. Основным вопросом реализации картографических баз данных, создаваемых на основе ГИС, является выбор модели представления и отображения геоданных на существующие системы управления базами данных, т.е. практически речь идет о размещении геоданных в среде какой-либо SQL-подобной СУБД, а именно: SQL-сервер, Oracle, DB2, Informix, Sybase. Помимо атрибутивной информации, с размещением которой в реляционной БД проблем не может быть, БГД содержит еще и графические данные в четырех представлениях, требующие специальных методов и приемов для их отображения в реляционной среде: • векторные данные для представления пространственных объектов, • растровые данные для представления непрерывных полутоновых изображений, сеточных тематических данных и поверхностей, • нерегулярные триангуляционные сети (TINs) для представления поверхностей, • адреса и локаторы (locators) для нахождения географического положения. Таким образом, при создании КБГД возникает важная проблема проверки и коррекции пространственной согласованности геоданных [5]. Проверка пространственной согласованности (несогласованности) требует разработки процедур обнаружения несогласованности и выбора критериев определения ошибок согласованности. Проверка пространственной согласованности должна учитывать все особенности этих категорий. Цель проверки состоит в том, чтобы гарантировать, что геометрический объект и пространственные признаки геообъектов правильно обработаны базой геоданных. На рис.1 показана схема метода проверки пространственной согласованности. Отправные точки – окружающая среда и база геоданных.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

47


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY

Рис. 1. Схема проверки согласованности в КБГД

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

48


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY Список свойств объектов фиксируется на основе наблюдений окружающей среды и исследования наиболее используемых пространственных моделей геоданных. Выбирая свойства из этого списка согласно модели геоданных и качественным спецификациям базы геоданных, можно сформировать список свойств, необходимых для каждой ГИС. Сформированный список свойств используется для проверки геометрической согласованности набора геоданных. Назначение модели геоданных [7] состоит в том, чтобы представить окружающую среду в базе геоданных. Это представление должно быть простым и должно отражать существенные для решения поставленных задач особенности реальных объектов. В зависимости от модели геоданных, можно построить соответствующий список свойств, подходящих для ГИС, выбирая свойства из списка. Этот процесс показан на рис.1 стрелкой, названной выбором. База геоданных имеет концептуальный и структурный уровни. Концептуальный уровень - единственный, который полностью находится в ведении конечного пользователя. Через выбранную модель геоданных этот уровень определяет логическую организацию геоданных в базе геоданных. Структурный уровень описывает все структуры используемых геоданных для хранения геообъектов. ГИС содержит инструментальные средства манипулирования базой геоданных. Целесообразно различать два вида инструментальных средств: инструментальные средства обработки, то есть процессы, которые вычисляют результаты запросов, анализа, вывода, и инструментальные средства интерфейса, которые обеспечивают конечного пользователя средствами формирования этих запросов. В нашем случае, этот интерфейс содержит механизм определения топологических ограничений, интерфейс коррекции топологических ошибок, который предлагает все возможные исправления для каждой ошибки, и интерфейс коррекции геометрических ошибок. Уровень средств обработки содержит методы доступа к данным (которые зависят от структур геоданных), ведение журнала ошибок и процесс проверки топологических ограничений (трансляция

ограничений и проверка). Чтобы можно было был применить методологию к конкретной базе геоданных, прежде всего, следует определить необходимую степень адаптации. Первый шаг процесса обнаружения ошибок должен адаптировать структуру к рассматриваемому набору геоданных. При этом определенной адаптации подвергаются как топологический, так и геометрический уровни. Первая стадия предполагает выбор свойств, которые релевантны обрабатыва��мой базе геоданных. Затем следует обратиться к картографической модели геоданных, используемой в ГИС. Мы можем далее получить информацию из существующего документа о качестве (спецификации качества), в котором есть указания о том, что нужно проверять, а что нет. Полученный таким образом исчерпывающий список геометрических свойств (относительно модели геоданных и спецификаций) должен быть зафиксирован в картографической базе геоданных. Каждый вид ошибки обрабатывается определенным способом. Проверка согласованности на предмет структурных ошибок осуществляется процедурами, предназначенными для конкретной базы геоданных. Данные принципы были использованы при разработке методики создания картографической базы данных ГИС для геоэкологической оценки застраиваемых территорий [2]. На сегодняшний день картографирование и оценка на этой застраиваемых территорий требует разработок детальных картографических материалов, опирающихся на достоверные и оперативные методы получения экологической информации, включая полевые исследования и космические методы. Применение картографических баз данных, создаваемых на основе ГИС, позволило осуществить геоэкологическую оценку застраиваемых территорий в предпроектный период строительства, с детальностью, отвечающей масштабам Методика может 1:10000–1:25000. рассматриваться также как дополнение к федеральному документу “Инженерноэкологические изыскания для строительства” (СП 11-102-97).

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

49


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY

Рис. 2. Структура проверки и коррекции согласованности ГИС Практическая реализация разработанной

методики осуществлена на примере тестовой

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

50


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY территории, которая находится в Московской области и расположена к югу от МКАД в пяти километрах по Варшавскому шоссе (55⁰ 32′с.ш., 37⁰35′ в.д.). Территория относится к Московской области Ленинского муниципального района с административным центром в городе Видное. Общая площадь территории составляет 5,72 км2. Протяженность с запада на восток — 1,915 км, с севера на юг — 2,791 км. Для создания географической основы карт тестовой территории использованы

космический снимок со спутника Quick Bird, с пространственным разрешением 2,4 м (съемка: апрель 2008 года). Снимок получен в 4-х спектральных зонах электромагнитного спектра: 450-520 нм, 520-580, 625-695 нм, 760900 нм (рис. 3) и стереопара со спутника Alos Prism (съемка: июнь 2008 года, разрешение 2,4 м). Снимок первоначально геометрически привязан к UTM-проекции Меркатора (WGS84) 37 зоны Северного полушария и ориентирован в направлении север-юг.

Рис. 3. Космический снимок исследуемой территории с ИСЗ Quick Bird, апрель 2008 г. Масштаб 1:15 000 На основе разработанной методики была создана картографическая база данных (КБГД). На рис. 4 приведена картографическая модель регулирования градостроительной деятельности,

построенная с использованием снимка и разработанной методики и КГБД. Практическая реализация методики на тестовой территории и полученные результаты, подтвердили, что разработка картографической базы данных КБГД для

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

51


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY локальных геоэкологической оценки застраиваемых территорий является необходимым функциональным инструментом для обработки, анализа, хранения большого объема разнородной информации на предпроектной стадии градостроительного проектирования капитального строительства. Функции ГИС позволяют оперативно получать необходимую для этого информацию в электронном виде и на бумажном носителе.

Полученные результаты могут быть использованы разными организациями для экологически обоснованного размещения строительных объектов, поэтапного планирования хозяйственной деятельности, природоохранных мероприятий, для разработки проектов детальной планировки, проектов застройки функциональных зон объектов вплоть до генеральных планов.

Рис. 4. Картографическая модель регулирования градостроительной деятельности. Масштаб 1:15 000 МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

52


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY Литература 1.

2.

3.

4.

5.

В.Я. Применение Цветков геоинформационных технологий для поддержки принятия решений // Геодезия и аэрофотосъемка, 2001. - №4. -с.128-138 Малинников В.А., Беленко В.В. Мониторинг природных и техногенных геоэкологических систем Хибинского горнопромышленного узла по данным космической съемки // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. – 2011. – № 4. – с. 83–87 Журкин И. Г., Цветков В. Я. Геоинформационное моделирование в ГИС при обработке данных дистанционного зондирования//Исследование Земли из космоса. -1998. -№ 6. -с. 40-51. Подгорная Н.А., Садова С.В., Беленко В.В. Использование спутниковых радионавигационных систем при изучении параметров окружающей среды // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. – 2010. – № 2. – с. 34–37. Розенберг И.Н., Цветков В.Я., Матвеев С.И., Дулин С.К. Инте грированная система управления железной дорогой/Под ред. В. И.

Якунина. М.: ИПЦ «Дизайн. Информация. Картография», 2008. -144с. 6. Малинников В.А., Цветков В.Я Базы данных. Введение в основы. - М.: МИИГАиК, 2009 - 76 с. 7. Малинников В.А., Цветков В.Я. Динамическая модель геоданных // Международный научнотехнический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.49-53. 8. Цветков В.Я. Цифровые карты и цифровые модели // Геодезия и аэрофотосъемка, 2000, №2. с.147-155. 9. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н.. Цветков В.Я. Геоинформатика. - М.: МаксПресс 2001 -349 с. 10. Tsvetkov V.Ya. Logic units of information systems // Eurupean Journal of Natural History. − 2009.. − № 2. − p 99-100. 11. Цветков В. Я. Семантика геоинформационных единиц / Материалы 4-й Международной конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» Москва 12-13 марта - М.: Информационное агентство «Гром», 2008 - с.69-71. © Малинников В.А., Беленко В.В., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

53


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY УДК 528.9

СОЗДАНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ЛОГИСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ CREATION OF CARTOGRAPHICAL LOGISTICAL MODELS

Маркелов В.М. / Markelov V.M. Соискатель Московского государственного университета геодезии и картографии Россия / The competitor of the Moscow State University of Geodesy and Cartography e-mail: cvj2@mail.ru

Аннотация В статье рассмотрено применение картографических моделей при решении логистических задач. Раскрываются два вида моделей: топологические и тематические логистические карты. Показано значение пространственных отношений как элемента интеграции картографии, логистики и геоинформатики. Дана технологическая последовательность составления логистических карт на основе базовой карты. Дана технологическая модель создания тематических логистических карт. Показаны особенности отдельных этапов построения логистических карт. Даются предложения по созданию тематических слоев и условным знакам для логистических карт. Приводятся две матрицы смежности топологических моделей как пример инструмента поддержки принятия решений при выборе оптимальных транспортных перевозок. Ключевые слова Картография, логистические карты, логистика, геоинформатика.

В настоящее время тематические карты широко применяются при решении широкого круга задач. Это обусловлено их цифровой формой хранения и представления в электронном виде [1]. Одним из новых картографических решений является построение логистических картографических моделей для решения задач в сфере логистики. Связующим элементом логистики, картографии и геоинформатики являются пространственные отношения [2]. Поэтому построение логистических картографических моделей опирается на использование ГИС и методов геоинформатики [3, 4]. Термин «картографические логистические модели» объединяет термины «логистические карты» и «топологические логистические модели». Для определения места логистических карт рассмотрим их в сравнении с

Abstract In article application of cartographical models at solution of logistical problems is considered. Two kinds of models reveal: topological and thematic logistical cards. Value of spatial relations as element of integration of cartography, logistics and geoinformatics is shown. The technological sequence of drawing up of logistical cards on the basis of a base card is given. The technological model of creation of thematic logistical cards is given. Features of separate stages of construction of logistical cards are shown. Offers on creation of thematic layers and conventional signs for logistical cards are given. Two matrixes of a contiguity of topological models as an example of the tool of support of decision-making are resulted at a choice of optimum transport carriages Keywords Cartography, logistical maps, logistics, geoinformatics.

географическими картами. Основные признаки классификации географических карт: масштаб, пространственный охват, содержание и назначение. Эти признаки соотносятся и с логистическими картами. Логистические карты можно определить как вид географических карт, предназначенных для решения задач в сфере логистики и управления транспортными и материальными потоками. При составлении логистических карт рекомендуется использовать технологическую схему, показанную на рис.1. Следует отметить, что базовая карта составляется при ее отсутствии в базе геоданных (БГД) ГИС. Если она существует, то осуществляют ее разгрузку. Базовая карта должна удовлетворять следующим основным т��ебованиям:

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

54


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY • •

возможность точной обеспечивать локализации тематической нагрузки; обеспечивать формирование представления о топографических особенностях картографируемой территории; не должна быть перегружена общегеографическим содержанием с тем, для обеспечения читаемости и восприятия

Составление базовой карты

специальной нагрузки логистической карты.

создаваемой

Информация, используемая для создания слоев цифровых логистических карт, может быть графической (координатной) и семантической (атрибутивной). Графические материалы могут быть представлены в растровом или векторном форматах.

Разгрузка базовой карты

Нанесение специального содержания

Рис.1. Технологическая последовательность составления логистических карт на основе базовой карты Метод разгрузки определяется в зависимости от особенностей составляемой карты и осуществляется за счет тех объектов, которые не играют существенной роли для тематического содержания. Из элементов рельефа, показанных на БК, могут быть сохранены только те, которые являются наиболее значимыми для характеристики данной территории Основное содержание логистических карт определяется отображаемой конкретной темой, задачей. По широте охвата логистические карты делятся на глобальные, региональные и локальные. В зависимости от характера и степени практической направленности содержания различают следующие логистические карты: оценочные; рекомендательные; прогнозные. Оценочные логистические карты показывают эффективность использования ресурсов для решения логистических задач. Рекомендательные логистические карты указывают способы рационального принятия решений логистических задач. Прогнозные логистические карты показывают на сценарии развития ситуации, отвечая на вопрос «что – если?». На рис.2 показана технология построения логистических карт. На первом этапе создается цифровая картографическая основа логистической карты. Для ее создания выбирается базовая карта. В зависимости от решаемых логистических задач содержание

базовой карты упрощается за счет исключения некоторых элементов содержания. Например, содержание базовой карты упрощается за счет исключения рельефа. Важным для логистических карт городских территорий крупных масштабов является слой транспортной доступности. На нем отображаются: •

схемы движения всех видов наземного и подземного общественного транспорта с указанием остановочных пунктов и интервалов движения; знаки указания уровня доступности для других видов транспорта; возможности выбора мест приложения труда и т.д.

Основными атрибутивными материалами для данного слоя являются: результаты хронометража по времени проезда на различных видах транспорта по городским магистралям; результаты обследований для выявления регулярных временных и пространственных характеристик передвижений транспорта; результаты обследований для определения конъюнктурных (нерегулярных) передвижений. результаты обследований частоты движения транспортных средств по основным магистралям. На втором этапе идет постановка логистических задач. Следующий этап является специфическим. Он отражает

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

55


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY представления современную тенденцию моделей в виде информационных единиц [5, 6] или в виде семантических информационных единиц [7, 8]. По существу этот этап включает: • • • •

задание базовых терминологических понятий; задание отношений между этими понятиями [9]; формализацию этих понятий; построение информационных единиц, семантика которых соответствует значению терминов [10].

Эти единицы и являются логистическими информационными единицами.

были приняты обозначения: • • • •

следующие

цветовые

Железные дороги — черный цвет; Шоссейные дороги — коричневый цвет; Трассы авиалиний — темно синий цвет; Водные маршруты — розовый цвет;

Эти цвета приводятся в табл. 1 и 2. На следующем этапе создаются тематические слои дополнительно к слоям базовой карты. Типичными для логистических карт среднего и мелкого масштаба типичными являются следующие дополнительные слои: • • • • •

Железные дороги; Шоссейные дороги; Трассы авиалиний; Водные маршруты; Населенные пункты ресурсной поддержки (склады, заправка, сервис, ремонт, перегрузка и т.п.).

Для логистических карт крупного масштаба в дополнение к перечисленным типичными являются следующие дополнительные слои: •

Рис. 2. Создание логистических карт Логистические информационные единицы служат основой создания логистических условных знаков. Этим исключается произвол в выборе обозначений и соответствие с уже разработанными условными знаками. Такое соответствие обусловлено тем, что новые термины, которые служат в дальнейшем основой построения условных знаков, создаются в системе терминологических отношений [9]. Эта система включает термины, применяемые в картографии. Следовательно, новые термины являются согласованными в системе терминологических отношений. В ходе первичных исследований для обозначения логистических условных знаков

• • • •

слой земельных участков, связанных с ними ограничений и обременений, и территорий с особым режимом использования; слой техногенного загрязнения; слой транспортной доступности; слой транспортных потоков; слой зон обслуживания;

этапов создается После всех картографическая модель, которая по существу представляет собой модель информационной ситуации [11] в логистике. Заключительный этап представляет собой визуальных анализ, который служит основой поддержки принятия решений. Топологические модели опираются на взвешенные графы. Как известно, графам в соответствие ставятся таблицы (матрицы) смежности. Эти матрицы смежности эффективно использовать при интермодальных перевозках. В табл.1 приведены сравнительные показатели перевозок разными видами транспорта по времени. В табл.2 приведены сравнительные показатели перевозок разными видами

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

56


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY транспорта по стоимости. Цветом выделены соответствующие виды транспорта. Ставилась задача перевозки определенного количества груза из пункта A в пункт G через промежуточные пункты B,C, D,

E, F. Варианты 1-3 отражают перевозки одним видом транспорта. Варианты 4-5 соответствуют интермодальным перевозкам (разные виды транспорта). Таблица 1.

Матричная модель (матрица смежности) временных затрат Модели перевозок Время (дни)

Вариант А 1 2 3 4 5

В

С

D

E

0,5

0,5

0,5

0,5

1

F

1 1

всего G 2 4 1 0.1 1

2 4 4 1.1 2 Таблица 2.

Матричная модель (матрица смежности) стоимостных затрат Вариант 1 2 3 4 5

Модели перевозок Стоимость (условные относительные единицы) А В С D E F G 30 10 1 1 1,5 1 1,5 10 2 1 1 4

Как видно из табл.2 вариант 3 (автомобильный транспорт) и вариант 5 (вторая интермодальная перевозка) по стоимости равны. Однако табл.1 отдает предпочтение варианту 5. Выводы Использование картографических моделей при решении логистических задач нормативно обоснованно и необходимо. Разработка содержания и оформления тематических логистических карт по оценке городских территорий имеет свою специфику и не противоречат технологическим схемам создания тематических карт. Логистическая карта должна отображать информационную ситуацию, влияющую на логистику, а не быть просто частью общегеографической карты. Анализ информационного обеспечения логистических задач дает основание утверждать, что картографические модели позволяют более оперативно осуществлять

всего 30 10 6 12 6

принятие решений в сфере логистики. Литература 1.

2.

3.

4.

5.

Цветков В.Я. Цифровые карты и цифровые модели // Геодезия и аэрофотосъемка. - 2000. - №2. - с.147-155. Цветков В.Я. Пространственные отношения в геоинформатике// Международный научно-технический и производственный журнал «Науки о Земле». Выпуск 01-2012.- с.59-61. Розенберг И.Н., Цветков В.Я. Интеллектуализация транспортной логистики // Железнодорожный транспорт. - 2011. - № 4. - с 38—40 Цветков В.Я., Маркелов В.М. Интеллектуализация логистики с применением геоинформатики // Международный журнал экспериментального образования. – 2012. - №6. – с.111-112. Tsvetkov V.Ya. Information objects and information Units // Eurupean Journal of

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

57


КАРТОГРАФИЯ / CARTOGRAPHY 6.

7.

8.

9.

Natural History. − 2009.. − № 2. − p 99. Цветков В. Я. Информационные единицы сообщений // Фундаментальные исследования. - 2007, - №12. - с.123 – 124. В. Я. Семантика Цветков информационных единиц // Успехи современного естествознания // 2007. -. №10.- с. 103-104. Viktor Ya. Tsvetkov. Semantic Information Units as L. Florodi’s Ideas Development // European Researcher, 2012, Vol.(25), № 7, p.1036- 1041. Тихонов А.Н., Иванников А.Д., Цветков В. Я. Терминологические отношения //

Фундаментальные исследования -2009. № 5. - с.146- 148 10. Цветков В.Я. Логика в науке и методы доказательств. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2012 – 86с. ISBN: 978-3-659-15115-6 11. Розенберг И.Н., Цветков В.Я. Информационная ситуация. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2010. – 12. – с.126-127 © Маркелов В.М., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

58


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

УДК 528.7

ОПЫТ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОЙ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ВОЗДУШНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ И КЛАССИЧЕСКОЙ АЭРОФОТОСЪЕМКИ EXPERIENCE IN A DIGITAL MAP PRODUCTS USING COMPLEX AIRBORNE LASER SCANNING AND AERIAL PHOTOGRAPHS OF CLASSICAL

Варварина Е.А. / Varvarina E.A. Аспирант кафедры аэрофотогеодезии, Государственный университет по землеустройству / postgraduate student of chair “Aerofotogeodesy”, State University of Land Use Planning тел. 8(916)718-37-17,8(910)441-43-98 e-mail: varvarinakatya@rambler.ru

Аннотация Рассмотрен практический опыт создания цифровой картографической продукции с использованием воздушного лазерного сканирования и аэрофотосъемки. Приведены примеры рабочих материалов. Представлены данные о применяемых методиках, полученных результатах и контроль точности основных процессов. Ключевые слова Фотограмметрия, дистанционное зондирования, воздушное лазерное сканирование, аэрофотосъемка, цифровая картографическая продукция.

В настоящее время воздушное лазерное сканирование прочно вошло в повседневную практику. Имея ряд практических технологических преимуществ, воздушное лазерное сканирование широко используется в топографо-геодезических, инженерноизыскательских, землеустроительных и экологических работах. С большим успехом методы воздушного лазерного сканирования (воздушной лазерной локации) применяются для создания цифровых моделей рельефа местности и насыщенных городских ландшафтов, таксации леса, прогнозирования зон затопления, мониторинга береговой линии, мониторинга газо-, нефте-проводов, мониторинга линий электропередач и многого другого. Существует принятая классификация приложений лазерного сканирования по характеру выходного продукта или по отрасли применения. В данной работе рассмотрен опыт создания цифровой картографической

Abstract This paper describes and describes practical experience in creating digital cartographic products using airborne laser scanning and aerial photographs. The examples of working materials. Also provides data on the methods used, results and accuracy control key processes. Keywords Photogrammetry, remote sensing, airborne laser scanning, aerial photography, digital mapping products.

продукции по данным воздушной лазерной локации и аэрофотосъемки. На борт летательного аппарата установлены: широкоформатная цифровая аэросъемочная камера Vexcel UltraCam D (формат кадра 17310x11310 dpi, разрешение на местности 8.6 см, высота фотографирования 1000 м, на борт установлен аэросъемочный лазерно– локационный комплекс ALTM 3100 (характеристики приведены в табл.1)). Для наземных измерений использовали двухчастотный GPS/GLONASS приемник Hi-Target V9-S (точность в плане:2.5 мм+ 1мм/км, Точность по высоте: 5 мм+1мм/км). Таким образом, в полете одновременно происходили процессы: аэрофотосъемки (непосредственно получение цифрового изображения местности), определение координат центров фотографирования каждого снимка (нахождение трех элементов внешнего ориентирования снимка) и лазерное сканирование местности (построение цифровой модели местности). Таблица 1.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

59


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

Технические характеристики аэросъемочного лазерно–локационного комплекса ALTM 3100 Количество регистрируемых отражений лазерного импульса Регистрация интенсивности Частота сканирования Угол сканирования Результат сканирования Компенсация кренов Ширина полосы съемки Система геопозиционирования

Частота излучения лазера (в режиме нескольких целей) Расхождение лазерного луча Класс лазера Габариты и вес лазерного сенсора

до 4 измерений дальностей по каждому импульсу, включая последнее отражение Динамический диапазон 12 bit для каждого измерения 70 Гц Изменяемый; от 0 до ± 25°, с шагом ±1º Угол сканирования x Частота сканирования ≤ 1000 Частота обновления 5 Гц (Угол сканирования + Угол комп. крена = 30°, напр. ± 20° дает ± 10° компенсации) 1000 м POS AV™ 510 (OEМ) включает встроенный 72-канальный GNSS приемник (GPS и GLONASS) 70 кГц (максимум AGL 2.5 kм) Двойное расхождение: 0.25 мrad (1/e) и 0.8 мrad (1/e), номинальное Класс IV (FDA CFR 21) 298 мм х 249 мм х 437 мм, 23 кг

По результатам «воздушных» работ и предварительных камеральных были получены следующие материалы: 1.

2. 3.

4.

5. 6.

Бинарные файлы с точками лазерного отражения (далее ТЛО), полученные в результате воздушной лазерной локации – 472 шт.; Файл проекта (в формате *.prj фирмы Terrasolid) – 1 шт.; Цифровые аэрофотоснимки в формате TIFF (без сжатия, с разрешением 300 точек на дюйм, глубина цвета – 48, ширина/высота – 5440/4080 точек) - 6650 шт.; Файлы элементов ориентирования пространственной привязки аэрофотоснимков (в формате *.iml фирмы Terrasolid) – 9 шт.; Файл с параметрами аэрофотокамеры (в формате *.cal фирмы Terrasolid) – 1 шт.; Файл каталога координат точек границы объекта аэрофотосъемки в формате *.doc – 1 шт

Примеры аэрофотоснимков представлены ниже на рис.1-4. Так как в процессе аэрофотосъемки были определены координаты центров фотографирования каждого снимка, то процесс взаимного ориентирования снимков был несколько упрощен. Исходя из геодезической изученности объекта съмки был составлен проект планово-высотной привязки так, что опорная сеть (состоявшая из пунктов государственной геодезической сети) создает благоприятную для фотограметрической триангуляции основу.

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

60


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

На рис.5 представлена схема проекта планов-высотной привязки с указанием расположения пунктов государственной геодезической сети.

Для контроля точности фототриангуляции и построения ортофотоплана были выбраны 46 контрольных точек. Схема расположения контрольных точек представлена на рис.6. Была произведена оценка точности фототриангуляции, ее данные представлены в табл.2. Таблица 2 Оценка точности фототриангуляции

Макс Мин среднее

Рис.5

∆ Z, м -0,783 0,093 0,472

Далее была построена цифровая модель местности и цифровая модель рельефа. Для этого использовались точки лазерного отображения, полученные в результате лазерного сканирования. Т.к. сначала ТЛО классифицировалась автоматически либо с помощью специальных команд либо с помощью специально написанного программного макроса, после автоматического классифицирования производилась ручная проверка и корректировка. При классификации растительности выделяются следующие слои: • • •

Рис.6

Расхождения координат ∆ X, м ∆ Y, м 0,476 0,414 -0,143 0,001 0,246 0,319

Low vegetation – низкая растительность; Medium vegetation – средняя растительность; High vegetation – высокая растительность;

Получив правильную модель земли, можно приступать к выделению растительности. Растительность выделяется командой TerraScan (Main Window) Classify Routine By height from ground. Смысл этого алгоритма в том, что он классифицирует точки, отстоящие на заданное расстояние от слоя земли, в указанные слои. Растительность классифицируется на три слоя: Low vegetation (низкая растительность), Medium vegetation (средняя растительность) и High vegetation (высокая растительность). Высота каждого слоя над землей обычно определяется техническим заданием. В данном случае параметры такие:

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

61


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

• • •

Low vegetation –от 0 до 0.5 метра над землей; Medium vegetation-от 0.5 до 1.0 метра над землей; High vegetation-от 1.0 до 100 (или выше) метров над землей.

Основная цель выделения растительности – это получить слой точек, в который гарантированно будут попадать крыши домов. То есть крыша дома вряд ли будет в 20 или даже в 100 сантиметрах от земли. Потом из этого слоя будут, выделятся крыши домов. Создается слой «Building». В этот слой выделяем здания из слоя «High vegetation» (от 1,5 до 50 метров). По ортофотоснимки можно легко увидеть все достойные внимания сооружения (а точнее, их крыши). К сожалению, в слое «High vegetation» находятся не только крыши зданий, но и кроны деревьев, столбы, провода и т.п. задача – отделить крыши зданий (только крыши) от всего остального, поместив их в отдельный слой. Создается слой «Water». В этом слое обрабатываются синхронно снимки и слой «земля». По снимку оконтуривается местность (река, озеро, ручей или другой объект гидрографии). Внутри контура точки классифицируется как «вода». Цифровая модель рельефа (далее ЦМР) была построена в виде регулярной триангуляционной сети. Построение ЦМР производилось в программном обеспечении Microstation по данным воздушной лазерной локации, точкам лазерного отражения класса «земля». Результат построенной ЦМР был представлен в текстовом формате ASCII. Далее был произведен процесс ортофототрансформирования и соответственно контроль точности ортофототрансформирования, по тем же 46 контрольным точкам. Согласно пункту 4.9 Инструкции [5]: «Точность создаваемых цифровых фотопланов оценивается по опорным и контрольным фотограмметрическим точкам, по линиям соединения фрагментов («порезам»), полученным со смежных снимков, и сводками со смежными фотопланами. Контроль планового

положения контрольных фотограмметрических точек выполняется по разности плановых ко��рдинат изображений этих точек на фотоплане и их значений, выбранных из соответствующих каталогов. Величины погрешностей в плановом положении опорных и контрольных точек не должны превышать в масштабе создаваемого фотоплана 0,5 мм в равнинных и в всхолмленных районах и 0,7 мм- в горных. Не совмещение контуров по линии соединения фрагментов не должно быть более 0,7 мм, а в горных районах -1,0 мм» Для масштаба 1:2000 величины допустимых погрешностей составляют: для равнинных территорий 1 м; для всхолмленных районов 1.4 м. Контроль планового положения контрольных фотограмметрических точек выполнялся по разности плановых координат изображений этих точек на фотоплане и их значений по данным воздушной лазерной локации. Для наглядности были составлены абрисы контрольных точек, примеры которых представлены на рис.7.

Рис.7. Примеры абрисов контрольных точек

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

62


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

Так же согласно Инструкции [5]: «Контроль изобразительного качества фотоплана осуществляется визуальным сравнением с эталоном. При этом должно быть обращено особое внимание на проработанность деталей, одинаковую тональность и оптическую плотность по стыкам фрагментов соседних снимков (расхождение до 0,15 ед.), а для цветных и спектрозональных изображений - на одинаковость цветов. Размеры сторон и диагоналей фотоплана не должны отличаться от теоретических более чем на 0,2 мм». В результате проведения работ по контролю точности ортофтотрансформирования было выполнено: 1.

2.

Рассчитаны величины допустимых погрешностей для масштаба 1:2000: для равнинных территорий 1 м; для всхолмленных районов 1.4 м. Рассчитаны величины расхождений на контрольных точках: максимально расхождение составило 0,932 м; среднее расхождение составило 0,489 м; Средняя квадратическая ошибка составила 0,526 м.

В результате выполненных работ недопустимых погрешностей не обнаружено. Следовательно, дополнительные работы по планово-высотному обоснованию не требуются. Созданная продукция (цифровые ортофотопланы масштаба 1:2000) соответствуют требованиям Инструкции [5]. На рис.9 приведен фрагмент полученного ортофотоплана масштаба 1:2000. Для создания цифровой топографической продукции было произведено камеральное дешифрирование ортофотопланов. В процессе дешифрирования, наряду с распознованием и отображением уверенно дешифрирующихся объектов, были отмечены участки, по которым требуется полевое дешифрирование. В семантическом заполнении таких объектов указывалось «не уточнено».

Рис.9. Фрагмент ортофотоплана При камеральном дешифрировании соблюдались следующие принципы: 1.

2.

3.

Приоритетность материалов, которые наиболее соответствуют современному состоянию местности и не содержат субъективных ошибок. Возрастание достоверности опознания объекта с увеличением количества используемых для опознания признаков изображения объекта - этот принцип объясняет возможность недостоверного дешифрирования объектов из-за отсутствия полевого дешифрирования и как следствие не всегда достаточное количество признаков для опознавания объектов. Ранжирование признаков объекта в соответствии с их значимостью для опознавания объекта в конкретной ситуации- этот принцип объясняет субъективность опознавания объекта в конкретной ситуации.

Данные о рельефе были получены по результатам камеральной обработки материалов воздушной лазерной локации следующим образом: 1.

2.

По результатам воздушной лазерной локации построена регулярная триангуляционная сеть По регулярной триангуляционной сети построена ЦМР

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

63


ФОТОГРАММЕТРИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING

3.

4. 5. 6.

В ПО Microstation построена модель горизонталей с шагом соответствующим масштабу 1:2000 Горизонтали были импортированы в базовое ПО MapInfo. В ПО MapInfo горизонтали были сглажены и согласованы с ситуацией В ПО MapInfo были построены все недостающие элементы рельефа

Для корректной работы по созданию цифровой картографической продукции и согласно нормативно-правовым документам были составлены редакционно-технические указания (далее РТУ) на выполнение работ по созданию цифровой картографической продукции. Цифровые топографические планы создавались с использованием файла библиотек условных знаков и стилей линий в соответствие с классификатором слоев ПО ГИС MapInfo, с соблюдением всех топологических связей объектов. Формирование цифровых топографических карт производилось методом объединения классифицированных объектов цифровых топографических планов в векторные слои. Литература 1.

2.

3.

4.

Обиралов А.И., Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А. Фотограмметрия и дистанционное зондирование. М.: Колосс, 2006. ГКИНП-02-033-82 Инструкция по топографическим съемкам в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. ГКИНП (ГНТА)-17-004-99 Инструкция о порядке контроля и приемки геодезических, топографических и картографических работ. ГОСТ 28441-99 Картография цифровая. Термины и определения.

5.

6.

7. 8.

9. 10.

11. 12.

13.

14.

15.

16.

ГКИНП (ГНТА)-02-036-02 Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. ОСТ 68-3.7.1-03 Цифровые модели местности. Каталог объектов местности. Состав и содержание. ОСТ 68-3.4.1-03 Карты цифровые. Оценка качества данных. Основные положения. ОСТ 68-3.8-03 Карты цифровые. Программные средства создания цифровой картографической продукции открытого пользования. Общие технические требования. ГОСТ Р ИСО 19105-2003 Географическая информация. Соответствие и тестирование. ГОСТ Р 52155–2003 Географические информационные системы федеральные, региональные, муниципальные. Общие технические требования. ГОСТ Р 52293-2004 Карты электронные топографические. Общие требования. ГОСТ Р 52438-2005 Географические информационные системы. Термины и определения. ГОСТ Р 52439-2005 Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу. ГОСТ Р 52571-2006 Географические информационные системы. Совместимость пространственных данных. Общие требования. ГОСТ Р 52572-2006 Географические информационные системы. Координатная основа. Общие требования. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. – М.: ФГУП «Картгеоцентр», 2005. © Варварина Е.А., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

64


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА УДК 712

РЕГУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ В ПИТОМНИКЕ, ДЕКОРАТИВНОМ САДУ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ REGULATORS OF GROWTH OF PLANTS IN NURSERY, THE DECORATIVE GARDEN AND THEIR INFLUENCE ON ENVIRONMENT

Кордюков П.С. / Kordyukov P.S. Председатель научного студенческого общества, Российский университет дружбы народов / Chairman of scientific student society, The People`s Friendship University of Russia e-mail: pkordyukov@mail.ru

Аннотация В статье рассмотрен метод воздействия регуляторов роста растений в питомнике, декоративном саду и их влияние на окружающую среду. Ключевые слова Регуляторы роста, цитокинин, ИМК, фиторегуляторы, дефицит питания.

Регуляторы роста очень сильное средство для управления растением, и как любое другое сильное средство, для осознанного, правильного и безопасного применения требует определенных профессиональных знаний. Выбор препаратов оказывающих влияние на разные процессы в растении, очень широк. Фиторегуляторы открывают перед нами неисчерпаемые возможности для управления растениями. Они могут и должны использоваться в тех случаях, когда мы хотим радикально перестроить ростовые процессы, повысить устойчивость растений к неблагоприятным условиям, повысить сопротивляемость растений вредоносным микроорганизмам и насекомым, преодолеть токсическое действие химикатов, повысить привлекательность растений и исправить некоторые практически неизбежные недостатки отдельных культур и сортов. Проблемы, с которыми сталкиваются создатели декоративных садов, а также

Abstract In research work the method of influence of regulators of growth of plants in nursery, a decorative garden and their influence on environment is considered. Keywords Growth regulators, citokinin, IMK, phytoregulators, deficiency of a food.

садовники, осуществляющие уход за растениями, весьма разнообразны. Именно это зачастую не позволяет высказать готовые рекомендации для каждого конкретного случая. Для правильной реакции на то или иное событие в жизни растений, особенно учитывая их разнообразие в декоративном саду, надо представлять, как устроено растение и как осуществляют свое действие фиторегуляторы [4]. Все процессы образования, превращения и разрушения веществ в организме находятся под управлением биологических катализаторов - ферментов. То есть, количество того или иного вещества в клетке зависит от активности ферментов, участвующих в образовании этого вещества или его разрушении. Другой путь изменения содержания вещества – это активный транспорт белками-переносчиками, иными словами, с какой интенсивностью вещество закачивается в клетку или выкачивается из нее. Ферменты и переносчики - по

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

65


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

белки. химическому строению Следовательно, для их построения ��еобходимы соответствующие гены, определяющие последовательность аминокислотных остатков в молекуле, а значит её форму и свойства. Большая часть генов ферментов и переносчиков относится к генам индуцибельным, то есть требующим для своей активации неких сигналов, включающих и выключающих их работу. Фитогормоны – один из инструментов управления генами и активностью транспортных белков. Сигналами, управляющими активностью генов или транспортных белков в значительной степени являются молекулы веществ, которые вырабатываются как побочный или параллельный продукт при важнейших физиологических процессах, и служащих показателями их интенсивности. Эти вещества прошли длительный отбор в ходе эволюции и получили название фитогормонов. Особый интерес представляет тот факт, что гормон ауксин, вырабатывающийся апексом побега, активирует деятельность меристем корня и управляет таким образом ростом корневой системы, и наоборот, цитокинин, гормон образующийся в корнях, необходим для активации меристем побега, а следовательно, управляет развитием надземной части растения. Именно за счет таких гормональных взаимодействий различных органов и выстраивается система растения, как целостного организма [5]. Помимо стимуляторов роста, известны и гормоны – ингибиторы. Эти вещества необходимы растению для преодоления неблагоприятных условий. Этилен тормозит процессы роста, переключая обмен веществ на производство вторичных метаболитов, в частности на производство фенольных веществ, алкалоидов и терпеноидов – веществ, обуславливающих защитные функции и определяющих окраску лепестков и аромат. Другой гормон ингибитор, абсцизовая кислота, отвечает за состояние покоя, блокируя ростовые процессы перед наступлением похолодания.

Регуляторы роста растений, разрешенные к применению Все препараты проходят ряд тестов на безопасность и эффективность, после чего принимается решение об их регистрации и предназначении. Рынок регуляторов роста регламентируется Госхимкомиссией при Минсельхозе РФ. Отдельно регистрируются препараты для профессионального и любительского использования. Следует иметь ввиду, что разработчики рекомендуют применение своего препарата на тех культурах, где он может применяться в максимальных объемах, и поэтому, рекомендации препаратов на декоративных растениях не слишком популярны. Некоторые регуляторы роста растений зарегистрированы как удобрения, что позволяет существенно сократить затраты на процедуру регистрации [1]. К фиторегуляторам не стоит относиться, как к панацее, способной разрешить все проблемы выращивания красивых растений. Действие этих веществ будет действительно эффективным, если соблюдать следующие правила: Передозировка препарата почти всегда вызывает обратный негативный эффект, который может привести к полной потере декоративности и гибели растений; фиторегуляторы не окажут на растение заметного действия, если растение ослаблено недостатком воды и питательных веществ; строго соблюдайте инструкции производителя препарата по концентрации и норме расхода. Применение фиторегуляторов. Укоренение Эффективный способ вегетативного размножения, как зеленое черенкование, просто невозможно без обработки черенков ауксином. Для любителей удобнее всего пользоваться Корневином и погружать срезы в препарат непосредственно перед высадкой на укоренение в условия искусственного тумана, а профессионалы чаще всего пользуются спиртовым раствором ИМК в концентрации 3 000 мг/л, также обмакивая срезы в этот раствор непосредственно перед высадкой. Надо всячески избегать попадания

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

66


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

раствора на листья, а также для приготовления раствора использовать 70% спирт [6]. Хорошие результаты дает предварительная обработка маточных растений препаратами ретардантного действия. Подавление гиббереллинов в этом случае сдвигает баланс в сторону преимущественного развития корневой системы, что самым благоприятным образом отражается и на проценте укоренения и на последующем развитии укорененных черенков. Уже после формирования нового побега, на стадии подращивания укорененных черенков, хорошие результаты должны показать препараты на основе гидрокикоричной кислоты – Циркон и Домоцвет, поскольку они будут препятствовать быстрому разрушению ауксина, образующегося в них [7]. Ветвление саженцев и их стимуляция Большинство декоративных и плодовых культур имеют склонность расти одним единственным высоким побегом, что объясняется могучим апикальным доминированием верхушечной почки [2]. Для получения ветвистых саженцев обычно проводят формирующую обрезку, суть которой заключается, в удалении этой доминирующей почки. Однако при этом саженец остается в питомнике еще на один год. Избежать лишних затрат, связанных с дополнительным временем пребывания растения в питомнике можно с помощью обработки препаратом Цитодеф. Обработку следует проводить методом опрыскивания на ранних стадиях роста побегов. Если на многолетних цветах совместить такую обработку с обработкой ретардантами, например препаратом Моддус, то можно получить компактное растение, густо покрытое цветками. Так выращивают немцы и голландцы хризантемы и цветочную рассаду. Чаще всего для этой цели используют препарат В-9 (алар). Перевозка растений При перевозке растения испытывают настоящий стресс, связанный с тряской, изменением ориентации в пространстве,

температурным дискомфортом, а при длительных перевозках – еще и недостатком влаги. Поэтому, обработка растений за 1-2 суток до отправки препаратами, активирующими синтез стрессовых белков способна в значительной степени повысить устойчивость растений к перевозке и обеспечить их лучшую адаптацию на новом месте. Наилучшие результаты при этом следует ожидать от Эпина. Подготовка и посадка растений Применения фиторегуляторов при подготовке растений к посадке - не самый популярный приём, но не потому, что он не эффективен, а потому, что о нем мало кто знает [3]. Перед посадкой очень важно замочить растение для того, чтобы восстановить заполненность водой всех водопроводящих сосудов и трахей. А если при замачивании в воду добавить небольшие (не более 2,5 - 5 мг/л) количества ауксина, лучше в виде препарата Корнерост или Гетероауксин, и слегка травмировать корневую систему надрезами кома, то приживаться и расти такие саженцы будут гораздо лучше. После посадки и обильных поливов, призванных удалить воздушные полости и прижать почву к корням, имеет смысл пролить растения раствором препарата Рибав-Экстра, а также провести опрыскивание кроны Цирконом или Домоцветом. Еженедельно в течение месяца, рекомендуется проливать вновь высаженные растения раствором препарата СуперГумисол. Хорошие результаты также получены при применении препарата Байкал ЭМ-1 и НВ-101. Особенно это важно при пересадке взрослых растений. Внешний вид растений и их улучшение Растениям обычно не хватает сразу двух или нескольких элементов. Можно научиться точно узнавать специфические симптомы недостаточности некоторых элементов при внешнем осмотре. Внимательно следить за ростом растений и их изменениями. Необходимо корректировать дефицит питания в дополнение к регулярной программе подкормок, но не вместе с ней.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

67


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

Не добавлять дополнительные питательные вещества к обычной питательной смеси. Вместо этого необходимо добавить корректирующее удобрение отдельно, но не в дни регулярных подкормок, а в другие дни, с последующим отдельным поливом.

4. 5.

Литература 1.

2.

3.

Кордюков П.С. Щербакова О.В., Природная флора и её использование. М.: Российский университет дружбы народов, Издательство, 2011. С.237. Сукха Д.Ш., Кордюков П.С. Использование природной флоры в садово-парковом и ландшафтном строительстве. М.: Российский университет дружбы народов, Издательство, 2012. С.304. Ким И.А., Кордюков П.С. Современный ландшафтный дизайн сада. Озеленение и

6.

7.

благоустройство территорий. М.: Российский университет дружбы народов, Издательство, 2012. С.300. Каплин В.Г. Основы экотоксикологии. М.: Колос, 2007. С.217. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Н.Н. Третьяков и др.; под ред. Третьякова. – М.: Колос, 2000. С.43. Кириллов Ю.И., Немченко В.В., Думанская Г.А. Рост и развитие растений: Учеб. пособие / Под общ. ред. Павлова В.Д. - Курган: Зауралье, 2001. C.154. Регуляторы роста растений / Под ред. B.C. Шевелухи. - М.: Агропром, 1990. С.178. © Кордюков П.С., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

68


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE УДК 712

ВЕРТИКАЛЬНОЕ ОЗЕЛЕНЕНИЕ. ЖИВЫЕ СТЕНЫ VERTICAL GARDENING. LIVE WALLS

Осинцева М.С. / Osintseva M.S. Студентка Аграрного факультета, Российский университет дружбы народов / Student of Agriculture Faculty, The People`s Friendship University of Russia e-mail: osintseva.m@gmail.com

Аннотация В обзорной статье рассмотрены основные методы и технологии создания живых стен, а также их практическое применение. Ключевые слова Вертикальные сады, ЕИВ, микроклимат, сфагнус, растения субтропиков.

Ни для кого не секрет, что рост и развитие современных городов неизбежно сокращает городские территории, где можно было бы активно использовать традиционные виды озеленения. Наиболее эффективной альтернативой и популярным решением этой проблемы специалисты во всем мире признают метод вертикального озеленения [1]. Вертикальное озеленение как нигде востребовано в современном, большом мегаполисе. Все чаще и чаще профессионально выполненные, красивые и гармоничные объекты вертикального озеленения появляются на улицах городов, в парках и скверах, во дворах школ и жилых домов. Вертикальное озеленение позволяет оживить городской пейзаж, насытить природную флору, наполнить его яркими красками свежей зелени [2]. Также это единственный способ украсить живыми растениями участки, на которых невозможно высадить цветы и растения в открытый грунт. Вертикальное озеленение переживает сегодня самый настоящий бум. И этому есть

Abstract In a review the main methods and technologies of creation of live walls, and also their practical application are presented. Keywords Vertical gardens, EIV, microclimate, sfagnus, plants of subtropics.

довольно много объяснений. Во-первых, это красиво. Одетое в зелень здание эффектно выделяется среди своего каменного окружения и привлекает всеобщее внимание, что в равной мере нравится как архитекторам, так и их заказчикам. Вовторых, экологично. В переполненных городах отчаянно не хватает зелени. В то время как поросший растениями фасад способен заменить небольшой скверик, при этом совершенно не занимая дорогостоящих квадратных метров городской земли. Втретьих, практично. Зеленый покров помогает зданию избежать перегрева летом и защищает его от теплопотерь зимой, служит дополнительным слоем изоляции. Еще один важный аргумент в пользу зеленых стен: оболочка из растений позволяет снизить эффект «городского теплового острова», когда из-за способности построек накапливать и отдавать тепло температура в городе может превышать температуру пригорода на 5–8 градусов, что в условиях глобального потепления — настоящее бедствие. Ну и последняя значительная

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

69


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

вертикального причина популярности озеленения — появление новых остроумных решений и технологий, позволяющих не просто увивать стены здания плющом, но и разбивать на них самые настоящие живые сады [3]. Вертикальные сады - относительно новое направление, это часть здания с растительностью на стене, которая придает характерную привлекательность и уникальность фасаду. Они могут быть на фасадах и внутри зданий, на стенах, колоннах, а также могут представлять собой малые архитектурные формы. Некоторые придерживаются такого мнения, что растения, ползущие по стене, медленно разрушают её или отделку, штукатурку здания. Если в стене есть трещины, то корни растений могут за них цепляться, расширять уже существующие дефекты, а потому на такие фасады озеленять не стоит. Тут нет другого выхода, как ремонт фасадов, поддержание отделки зданий в чистоте. Не рекомендуется озеленять и внешние стены деревянных строений, но в таких случаях можно применять обрешетку или специальные опоры. Тут следует сказать и о другом моменте. Подчас, прочное здание имеет неприглядный фасад, а косметический ремонт не дает долговременных результатов. То использование озеленения позволяет надолго скрыть имеющиеся недостатки, украсить фасад оригинальным оформлением [4]. Когда растения достигают крыши, их нужно подрезать, чтобы они не забивали водостоки или не портили черепичное или другое покрытие. Технологии вертикального озеленения не стоят на месте, так дизайнер по ландшафту из Франции Патрик Блан создал систему вертикального декора. Патрик Бланк (Patrick Blanc) является пионером в данной области [9]. Впервые Патрик Бланк выступил с наглядными примерами реализации своих идей в 1994 году во время парижского фестиваля ландшафтного дизайна. Он обнаружил множество видов, способных расти вертикально, практически без почвы и при недостаточном освещении. Это навело ему мысль о том, что при обеспечении таких

растений питательным раствором и поверхностью, где есть, за что зацепиться корням, можно озеленять практические любые по форме плоскости. Глубокие знания ботаники позволили ему составлять целые зеленые композиции, как художнику. Его растительные картины цветут, меняя рисунок на протяжении сезонов. Патрик Бланк научился выращивать до 30 видов на одном квадратном метре. Испытывая острое желание максимально озеленить современные урбанизированные территории и превращая бетонную серость мегаполисов в произведения дизайнерского искусства, Бланк очень скромно характеризует свою работу - «Я просто стараюсь примирить город с природой». Конструкция состоит из металлической рамы, закрепляемой на стене здания. К раме крепится каркас из пластика, в свою очередь, удерживающий тонкие высокопористые полиамидные пластины, формирующие нечто вроде войлока [5]. В этом материале пускают свои корни растения. Растения имплантируют в виде семян. Сеть трубок, спрятанных позади пластика, подаёт питательный раствор, содержащий минеральные элементы, необходимые для роста растений. Циркуляция питательных веществ осуществляется с помощью насосов. Таким образом, удается буквально "вырастить" фасад здания. Пожалуй, какие либо описания и никакая визуализация интерьера не способна передать истинную красоту, размах огромных вертикальных панелей с зелеными растениями [10]. Общий вес подобных конструкций обычно не превышает 30 кг/м2, поэтому технология может использоваться на стенах любой площади и высоты, рассчитанных на подобную относительно небольшую нагрузку. А при виде такой красоты, просто захватывает дух. Таким образом, вертикальный сад можно создать в качестве отдельного декоративного элемента, кроме того, он является оптимальным способом эффектно оформить даже самый обычный интерьер. Стены из живых растений могут быть односторонними или двусторонними, в виде стелы, колонны, пирамиды, куба; заполнять

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

70


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

ниши, эркеры, лоджии; использоваться как перегородки. Имеется также настенная модификация, которая, подобно картине вешается на стену [6]. Живые стены идеально подходят для оформления интерьеров, для установки в комнатах отдыха сотрудников; в собственном зимнем саду; в офисных, жилых и других помещениях. Вертикальное озеленение, помимо чисто декоративных функций применение живого ковра, дает вполне конкретные ощутимые преимущества: • • •

очищает воздух от пыли; насыщает воздух кислородом; увлажняет воздух в помещении за счет («производительность» естественного испарения влаги (ЕИВ) до 195 мл./час с одного кв.м. живой стены); способствует повышению психологического комфорта в помещении.

Благодаря вышеперечисленному, при установке в помещении живых стен по технологии вертикального озеленения, повышается работоспособность сотрудников, при установке в жилом помещении улучшает его микроклимат, что благотворно сказывается на самочувствии и настроении [7]. Существуют также и технические проблемы: первая - это обеспечение, достаточного освещения, но при установке подсветки из светодиодных ламп - она исчезает, причём затраты на электроэнергию весьма незначительны, вторая проблема обеспечение герметичности и создание дренажной и отводящей воду системы, так как стена должна быть не только элементом декорирования, но и быть практичной в эксплуатации. В целом это решаемо, при соблюдении конструктивных особенностей планировки размещения растений на вашей стене. Изначально для посадки вертикальных садов были выбраны горные растения Таиланда и Малайзии, более двух тысяч видов тропических растений способны укореняться на скалистых склонах в условиях недостаточного освещения, малого количества минеральных веществ и

недостатка влаги, поэтому их можно использовать для посадки на городских стенах, где условия сходны с горными. Выбор растений, произрастающих в горных районах, является хорошим решением для создания растительных вертикальных стен. Такие растения хорошо переносят ветры, имеют развитую корневую систему, требуют минимального количества воды для орошения и минеральных удобрений, являются низкорослыми. Эти растения великолепно адаптированы для высотной посадки. Что отличает горные растения субтропиков — это потрясающая красивая окраска и крупные листья, но они не единственные представители горной растительности, которые могут быть использованы для вертикального озеленения. Как правило, в холодных странах растения субтропиков используются для устройства интерьерных оранжерей, где имеется недостаток света и солнечной энергии. С их помощью можно создать красивую зеленую композицию, которая не будет страдать при искусственном освещении. Если говорить о почвенном слое для вертикальных садов, то мох-сфагнум традиционно используется для разведения тропических растений, например, орхидей. В настоящий момент множество растений выращивается и продается именно в сфагнуме. Причем распространенное удобрение — торф, является именно перегнившим сфагнумом. Сухой мох способен впитать в себя воды в 20 раз больше собственной массы. Он идеален в качестве плодородной основы вертикальных садов [8]. Названию этому виду мха дали греки, «сфагнус» на греческом языке обозначает губку. Кроме того, мох сфагнум имеет противогрибковые свойства, обладает антибактериальными и дезинфицирующими качествами, имеет превосходную воздухопроницаемость. Мох-сфагнум используют «ленивые» цветоводы, такая подкормка цветов гарантирует меньший уход, а растения всегда вырастают здоровыми и имеют роскошную лиственную систему, а также хорошо цветут. В настоящий момент большинство

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

71


ЛАНДШАФТНАЯ АРХИТЕКТУРА / LANDSCAPE ARCHITECTURE

требовательных растений при разведении укореняют именно с помощью сфагнума. Следует отметить теплоизоляционные свойства мха сфагнума, еще в старину им утепляли избы, а садоводы утепляют мхом растения перед морозами. Такая подстилка позволяет сохранить даже не морозостойкие виды растений. Мох сфагнум практически сразу привлек внимание дизайнеров, занимающихся вертикальным озеленением, именно с точки зрения придания определенных свойств почвенному слою, который должен не терять свои свойства при вертикальной установке. Потрясающая технология вертикального озеленения возвращает городским пространствам и фасадам утраченную связь с живой природой. Заполнить живыми растениями улицы и интерьеры стало возможно без выделения дополнительной площади. При этом эмоциональное воздействие вертикального озеленения значительно превосходит привычные зимние сады или комнатные цветы. Литература 1.

Завадская Л.В., Вертикальное озеленение. М.: Издательский дом МСП, 2005, С.107.

Сукха Д.Ш., Кордюков П.С. Использование природной флоры в садово-парковом и ландшафтном строительстве. М.: Российский университет дружбы народов, Издательство, 2012. С.304. 3. Карпов А. А., Вертикальное озеленение в саду, во дворе, на балконе, Феникс, 2002, С.185. 4. Лысиков А. Б., Вертикальное озеленение. Дизайнерские решения. Выбор растений, Фитон+, 2012, С.93. 5. Костырко Д.Р., Вертикальное озеленение вашего двора, АСТ, Сталкер, 2006, С.53. 6. Лысиков А. Б., Вертикальное озеленение. Уроки садового дизайна, Фитон+, 2008, С.42. 7. Брагина В. И., Белова 3. П., Сидоренко В. М., Вертикальное озеленение зданий и сооружений, Будiвельник, 1980, С.75. 8. Хрусталева С., Сад. Часть 2. Вертикальное озеленение, Диля, 2008, С.143. 9. M. Hugues, R.R. Rubite, Y. Kono et C.-I. Peng, « Begonia blancii (sect. Diploclinium), a new species endemic to the Philippine island of Palawan », dans Botanical Studies, vol. 52, 2011, p. 203-209 10. Préface, Le Vert. Dictionnaire de la couleur. Mots et expressions d'aujourd'hui (XXe-XXIe siècles), CNRS Éditions, coll. CNRS Dictionnaires, Paris, 2012. ISBN : 978227107095-1 2.

© Осинцева М.С., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

72


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION УДК 631.67

ВЛАГООБЕСПЕЧЕННОСТЬ КАРТОФЕЛЯ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РЕЖИМА УВЛАЖНЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ВОДОАККУМУЛИРУЮЩЕГО ПОЧВЕННОГО СЛОЯ В УСЛОВИЯХ ОМАНА PROVISION WITH WATER OF POTATOES AT A DROP IRRIGATION DEPENDING ON A MODE OF MOISTENING AND FORMATION OF A WATER HEAT-SINK SOIL LAYER IN THE CONDITIONS OF OMAN

Шуравилин А.В. / Shuravilin A.V. Доктор сельскохозяйственных наук профессор кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра, Российский университет дружбы народов / Doctor of agricultural sciences, professor of department of soil science, agriculture and land cadastre, The People`s Friendship University of Russia e-mail: jornal@geo-science.ru

Табук Мусалем Ахмед / Tabuk Musalem Ahmed Аспирант кафедры почвоведения, земледелия и земельного кадастра Российского университета дружбы народов e-mail: jornal@geo-science.ru Аннотация Изложены результаты трехлетних исследований по режиму капельного орошения картофеля в зависимости от порога предполивной влажности почвы и создания водоаккумулирующего почвенного слоя из природных материалов. Установлено, что при поддержании дифференцированного порога предполивной влажности почвы на уровне 70-80-70% НВ по межфазным периодам: соответственно «посадка – начало бутонизации», «начало бутонизации – окончание роста ботвы» и «окончание роста ботвы – техническая спелость клубней» обеспечивается наиболее эффективное использование оросительной воды и достигается высокая урожайность картофеля. При этом внесение в почву сапропеля для создания водоаккумулирующего слоя способствует снижению затрат оросительной воды в среднем на 5,6% и повышению урожайности клубней картофеля не менее чем на 10%. Ключевые слова Оман, картофель, почва, капельное орошение, контур промачивания, режим предполивной влажности, оросительная норма, водопотребление, сапропель, голубая глина, урожайность.

возделывание В Омане сельскохозяйственных культур, в том числе картофеля, возможно только при орошении. Под картофелем заняты незначительные площади – всего 327 га при валовом

Abstract Results of three-year researches on a mode of a drop irrigation of potatoes depending on a threshold of preirrigation humidity of the soil and creation of a water heat-sink soil layer from natural materials are stated. It is established that at maintenance of the differentiated threshold of preirrigation humidity of the soil at level of 70-80-70 % of NV on the interphase periods: respectively «landing – the budding beginning», «the budding beginning – the completion of growth of shaw» and «the completion of growth of shaw – technical ripeness of tubers» provides the most effective use of irrigating water and high productivity of potatoes is reached. Thus entering into the sapropel soil for creation of a water heat-sink layer promotes decrease in expenses of irrigating water on the average for 5,6 % and to increase of productivity of tubers of potatoes not less than for 10 %. Keywords Oman, potatoes, soil, drop irrigation, moistening contour, mode of preirrigation humidity, irrigating norm, water consumption, sapropel, blue clay, productivity.

производстве за год 4 000 тонн и средней урожайности – 12,3 т/га, что недостаточно для растущей потребности населения. Только менее 10% населения удовлетворяется картофелем, производимым

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

73


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

внутри страны, а более 90% импортируется из других стран. При орошении картофеля в Омане используются в основном дождевание. Малообъёмные способы орошения, в том числе капельное, применяются на небольших площадях без научного обоснования. Исследования, проведённые в разных странах мира, свидетельствуют о высокой экономической и эколого-технологической эффективности капельного способа орошения, при котором обеспечивается экономия оросительной воды и повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 40 – 100%, по сравнению с дождеванием. Однако, технология капельного орошения при интенсивном возделывании картофеля в Омане не изучалась. В условиях острого дефицита влаги, который отмечается в Омане, большое значение при орошении придаётся экономному расходованию воды посредством создания водоаккумулирующего слоя и повышения влагоёмкости, особенно на лёгких почвах путём внесения минеральных добавок, обеспечивающих наиболее эффективное использование влаги из почвы. В Омане такие исследования не проводились. В связи с этим цель наших исследований заключалась в разработке научно обоснованной водосберегающей технологии капельного орошения картофеля, возделываемого на легких полупустынных почвах Омана на основе оптимизации порога предполивной влажности почвы и создания водоаккумулирующего слоя, путем применения минеральных добавок, обеспечивающих повышение водоудерживающей способности почвы и ее влагоемкости. Исследования проводились на территории центральной части плато Нежд, прилегающей к южной части региона Дофар, на землях сельскохозяйственной исследовательской станции Недж, которая расположена на высоте 282м над уровнем моря. За период вегетации картофеля погодные условия в годы исследований мало чем отличалась от среднемноголетних данных. В вегетационные периоды

температура воздуха составляла 24,1-24,7 °С при среднемноголетней температуре за декабрь – апрель равной 24,3° С. Сумма осадков за период вегетации картофеля декабрь – апрель выпадало от 4,1 до 5,8 мм при среднемноголетней величине 4,5мм. Дефицит естественного увлажнения за апрель - декабрь по годам исследований изменялся в пределах 1400,9-1446,2 мм в 2011/2012 г., и эти показатели мало отличались от среднемноголетней величины. Почвы – пустынные коричневые долинные вертисоли представлены легкими супесями, ограничено пригодные для сельскохозяйственного использования, характеризуются грубой структурой, низким плодородием и высокой фильтрационной способностью и для получения высокого урожая картофеля необходимо большое количество оросительной воды. Плотность сложения почвы по глубине увеличивается от 1,42 до 1,48 г/см3 и в среднем для метрового слоя составляет 1,45 г/см3. Величина наименьшей влагоемкости в верхнем слое 0 – 30 см составляет 15,3% и в метровом слое остается на уровне 16,4% от массы. Впитывание влаги за первый час наблюдений составило 189 мм при скорости впитывания 3,15 мм/мин. За шесть часов наблюдений впиталось 528 мм воды со средней скоростью впитывания 1,47 мм/мин. При этом коэффициент фильтрации составил 13,24 м/сут. Почвы опытного участка бедные органическим веществом и питательными элементами. Почвы щелочные (pH-7,9). Содержание гумуса в почве очень низкое = 0,015% в слое почв�� 0-30 см. Количество общего азота (около 0,01%). Почва не обеспечена доступным фосфором, его содержание очень низкое – 3,14 мг/кг в слое почвы 0-30 см. Содержание обменного калия составляет 0,2-0,4 мг/100 г почвы. Количество карбоната кальция в почве очень высокое – более 40-50. Почвы незасоленные. При капельном орошении картофеля нами изучались различные режимы предполивной влажности почвы (фактор А). Для аккумуляции влаги в коневой зоне растений при каждом режиме предполивной

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

74


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

влияние влажности почвы изучалось природных материалов (сапропель и голубая глина) обеспечивающих повышение влагоемкости почвы (фактор Ф). Схема опыта приведена в табл.1. Расчетный слой почвы по межфазным периодам принимался 0,4 – 0,5 – 0,5м. Полевой опыт заложен в трехкратной повторности. На всех вариантах опыта рельеф, почвенные и гидрогеологические условия были идентичны. Полевой опыт заложен в соответствии с методикой Б.А. Доспехова В процессе исследований (1985). использовались стандартные, общепринятые и современные методики. Агротехника выращивания картофеля сорта Спунта Йеменской селекции в опыте принималась общепринятой для условий Омана с дополнением изучаемых приемов согласно вариантам опыта. После вспашки проводится влагозарядковый полив затоплением поливной нормой – 600-800 м3/га с целью уплотнения и выравнивания почвы и снижения некапиллярной скважности и для лучшего распределения органических удобрений. Применяли гребневую схему посадки 70×25 см. Расстояния между капельными трубопроводами принимались 70 см, а между капельницами – 25 см. Наши исследования показали, что при расходе капельницы 1,50 л/час на фоне

внесения в почву природных компонентов для создания водоаккумулирующего слоя, регулируя продолжительностью полива, можно добиться необходимого объема увлажняемой зоны, как по глубине, так и по ширине промачивания. Из данных табл.2 следует, что при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ без создания водоаккумулирующего слоя глубина промачивания составляла 32 см за первый час, 49 см за два часа и 62 см - через три часа, а диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности составляла 21 см, 34 см и 44 см соответственно. Таким образом, расчетная глубина увлажнения 4050 см обеспечивается капельным поливом при его продолжительности в течение двух часов. Следует отметить, что ширина увлажняемой зоны по контуру промачивания при возделывании картофеля принята нами 40 см. Для увлажнения такой ширины контура увлажнения потребовалось 2,5 часа. Создание в почве аккумулирующего слоя из природных компонентов (сапропель, голубая глина) приводило к увеличению ширины контура увлажнения за счет повышения влагоемкости почвы и некоторому снижению глубины увлажнения почвы. При этом заданная ширина контура увлажнения обеспечивается при поливе картофеля в течение двух часов, а расчетная глубина промачивания за 2-2,5 часа.

Таблица 1. Схема полевого опыта при капельном орошении № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Режим предполивной влажности почвы (фактор А) 70% НВ в течение вегетации

80% НВ в течение вегетации Дифференцированный режим по межфазным периодам 70 – 80 – 70% НВ

Субстрат (фактор В) Почва без минеральных добавок (контроль) г Почва + сапропель из расчета 200 /растение г Почва + голубая глина из расчета 200 /растение Почва без минеральных добавок г Почва + сапропель из расчета 300 /растение г Почва + голубая глина из расчета 300 /растение Почва без минеральных добавок г Почва + сапропель из расчета 300 /растение г Почва + голубая глина из расчета 200 /растение

Примечание. Межфазные периоды принимались следующие: 1-й «Посадка – начало бутонизации», 2-й «Начало бутонизации – окончание роста ботвы», 3-й «Окончание роста ботвы – техническая спелость клубней».

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

75


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

Таблица 2 Контур промачивания почвы при капельном орошении в зависимости от предполивной влажности и аккумулирующего слоя при расходе капельницы 1,5л/час Режим предполивной влажности почвы в слое 0,5м 70% НВ без природных добавок

Продолжительность полива в минутах 30 60 90 120 150 180

Показатели в см Глубина промачивания

22

32

41

49

56

62

12

21

28

34

39

44

18

28

36

43

51

57

15

26

34

40

45

49

Глубина промачивания

20

30

38

46

53

59

Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности

14

25

33

41

46

50

80% НВ без природных добавок

Глубина промачивания

26

37

44

52

59

65

17

25

33

39

45

50

80% НВ + сапропель

Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности Глубина промачивания Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности

21

32

38

46

52

59

22

31

39

44

49

53

Глубина промачивания

22

33

40

48

53

60

Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности

20

29

37

43

48

52

70% НВ + сапропель

70% НВ + голубая глина

80% НВ + голубая глина

Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности Глубина промачивания Диаметр (ширина) контура увлажнения по поверхности

Аналогичные изменения в параметрах контура промачивания отмечались и при поддержании режима предполивной влажности почвы 80% НВ. Здесь прослеживалось тенденция некоторого увеличения глубины и ширины промачивания, по сравнению с режимом предполивной влажности 70% НВ. Так, при нижнем пределе влажности почвы 80% НВ без внесения в почву природных компонентов заданная глубина увлажнения формируется через 1,5-2 часа, а ширина по фронту увлажнения - через 2 часа. Внесение в верхний пахотный слой почвы минеральных добавок также способствовало образованию более шаровидной формы контура увлажнения почвы. Причем оптимальный профиль увлажнения формируется по глубине через 1,5-2 часа, а по ширине увлажняемой зоны – за 90 минут. Таким образом, формирование водоаккумулирующего слоя из сапропеля и голубой глины обеспечивает некоторое увеличение объема увлажняемой зоны и влажности верхнего слоя почвы. Показатели измерения геометрии контура увлажнения позволили установить долю орошаемой

площади при капельном поливе, которая в среднем составляла 0,43. Полученные нами данные по режиму капельного орошения картофеля в зависимости от предполивной влажности почвы и наличия водоаккумулирующего слоя из природных добавок приведены в табл. 3. Из приведенных данных следует, что при поддержании нижнего предела предполивной влажности почвы на уровне 70% НВ число поливов изменялось от 40 до 46, а оросительная норма – от 5476 до 6184 м3/га в зависимости от года исследований и природных добавок, из которых сформирован водоаккумулирующий слой. Поддержание более высокого порога предполивной влажности почвы (80% НВ) в вариантах 4-6 приводило к более частому проведению поливов и большему значению оросительной нормы. В варианте 4, где поливы проводились при повышении влажности почвы в расчетном слое до 80% НВ и не создавался водоаккумулирующий почвенный слой оросительная норма картофеля в годы исследований изменялась в пределах 6844-7261 м3/га и в среднем за три года исследований составляла 7040 м3/га, а число поливов по годам колебалось от 78 до

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

76


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

82 и в среднем было проведено 79,7 поливов. Полученные значения по числу поливов и величине оросительной нормы были наибольшими из изучаемых в опыте режимов предполивной влажности почвы. По сравнению с режимом влажности почвы 70% НВ (вариант 1) оросительная норма была больше в среднем на 1070 м3/га или на 17,9%, а число поливов увеличилось на 35 или на 78,3%. Это обусловлено более частым проведением поливов при более высокой влажности почвы меньшими поливными нормами. Создание водоаккумулирующего слоя также способствовало снижению числа поливов на 4-5 и объема оросительной воды на 389-419 м3/га или на 5,5-6,0%. Природные материалы – сапропель и голубая глина – оказывали примерно одинаковый эффект по снижению затрат оросительной воды при поливах картофеля. В вариантах 7-9 с дифференцированным режимом предполивной влажности почвы соответственно 70-80-70% НВ по межфазным периодам: «посадка-начало бутонизации», «начало бутонизацииокончание роста ботвы» и «окончание роста ботвы-техническая спелость клубней», число поливов и оросительная норма были больше по сравнению с влажностью почвы 70% НВ, но меньше чем при предполивной влажности Так, в варианте 7 с 80% НВ. дифференцированным режимом увлажнения, но без создания водоаккумулирующего почвенного слоя число поливов по годам исследований изменялось в пределах 55-60, а оросительная норма – 6264-6128 м3/га и в среднем эти показатели равнялись 57,7 поливов и 6445 м3/га. Таким образом, в рассматриваемом варианте по сравнению с аналогичным, но с режимом предполивной влажности почвы 70% НВ (вар. 1), в среднем за годы исследований было проведено на 13 поливов больше, а оросительная норма возросла на 475 м3/га или на 8%. Однако в сравнении с боле высоким режимом влажности почвы – 80% НВ (вар. 4), в среднем число поливов было меньше на 22, а оросительная норма – на 595 м3/га или на 8,5%.

При дифференцированном режиме влажности почвы 70-80-70% НВ также как и при других режимах предполивной влажн��сти почвы внесение природных материалов для создания водоаккумулирующего слоя в почве способствовало снижению затрат оросительной воды в среднем на 334-363 м3/га или на 5,2-5,6% и на 4 полива. В целом полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что с увеличением режима предполивной влажности почвы увеличивается оросительная норма и число поливов независимо от наличия водоаккумулирующего слоя в почве. Так в среднем за годы исследований в вариантах 13 при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ оросительная норма составляла 5776 м3/га и было проведено 42,3 полива. При дифференцированном режиме предполивной влажности почвы 70-80-70% НВ число поливов увеличилось до 55,1, а оросительная норма возросла до 6213 м3/га или на 437 м3/га (на 7,6%) и на 13 поливов по сравнению с режимом влажности 70% НВ. Наибольшее число поливов (в среднем 76,6) и наибольшая оросительная норма (в среднем 6770 м3/га) было характерно для вариантов 4-6 с режимом предполивной влажности почвы 80% НВ. Здесь в среднем оросительная норма была больше на 995 м3/га или на 17,2%, а поливов было проведено на 34,4 больше по сравнению с режимом влажности почвы 70% НВ. В сравнении с дифференцированным режимом важности почвы (вар. 7-9) рассматриваемые показатели были больше на 437 м3/га (7,6%) и на 12,8 поливов. В среднем за годы исследований в вариантах 1-3 оросительная норма при режиме влажности почвы 70% НВ составляла 5776 м3/га, при дифференцированном режиме (вар. 7-9) 70 – 80 – 70% НВ – 6213 м3/га и при повышении режима влажности почвы 80% НВ (вар. 4-6) – 6771м3/га. При повышении режима влажности почвы с 70 до 80% НВ оросительная норма увеличивалась в среднем на 995 м3/га или на 17,2%. При этом число полив заметно возрастало. Если при режиме влажности почвы 70% НВ за

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

77


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

вегетационный период картофеля было проведено 40-46 поливов, то при поддержании влажности почвы на уровне 80% НВ число поливов увеличилось до 7382. Таким образом, при повышении режима влажности почвы 70% НВ до 80% НВ дополнительно потребовалось провести 3336 поливов. При дифференцированном режиме влажности почвы 70 – 80 – 70% НВ число поливов занимало промежуточное положение между режимами 70% НВ и80% НВ и за период вегетации картофеля было проведено 52-60 поливов. Анализ полученных данных по режиму орошения картофеля при капельном орошении свидетельствует о том, что режим орошения картофеля по годам исследований изменялся незначительно с колебаниями в размерах оросительной нормы от 200 до 400 м3/га и числе поливов от одного до двух. В среднем за годы исследований наибольшее число поливов и наибольший объем оросительной воды отмечались в фазу «начало цветения – окончание роста ботвы». В зависимости от фазы развития картофеля изменялась поливная норма. Средние поливные нормы за период вегетации картофеля при режиме влажности картофеля 70% НВ составляли 134,0 – 138,0 м3/га. В вариантах 4 – 6 с режимом предполивной влажности почвы 80% НВ средняя поливная норма составила 88,4 м3/га и мало изменялась по рассматриваемым вариантам. Поливные нормы варьировали в небольших пределах 111,7 – 113,3 м3/га. Наибольшая доля оросительной воды приходится на фазу «начало цветения – окончание роста ботвы» – 26,5 – 33,8%, а меньше всего – в фазы «посадка – всходы» (13,2 – 15,6%) и «бутонизация – начало цветения» (11,7 – 14,1%). Таким образом, на режим капельного орошения картофеля оказывает большое влияние компоненты, используемые для создания в почве водоаккумулирующего слоя. В среднем за годы исследований в вариантах без формирования водоаккумулирующего слоя при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ оросительная норма составляла 5970 м3/га и была подана за 44,7 поливов. Применение

дифференцированного режима предполивной влажности 70-80-70% НВ в вар. 7 приводило к увеличению числа поливов на 13 и оросительной нормы – на 475 м3/га (на 8%). Поддержание более высокой предполивной влажности почвы – 80% НВ (вар. 4) – увеличивало число поливов на 34,3 и оросительную норму на 1070 м3/га (на 17,9%), по сравнению с режимом влажности почвы 70% НВ. Создание водоаккумулирующего слоя из природных материалов способствовало снижению числа поливов в среднем на 3; 4 и при режимах 5 соответственно предполивной влажности почвы 70% НВ, 7080-70% НВ и 80% НВ. Использование в качестве водоакккумулирующего слоя сапропеля обеспечивало снижение оросительной нормы на 5,2-6,0%, а голубой глины – на 4-4,7-5,5%. С увеличением режима предполивной влажности почвы отмечается тенденция снижения показателей оросительной нормы. В нашем опыте ежегодно за шесть дней до пасадки картофеля проводился влагозарядковый полив затоплением нормой 800 м3/га для создания условий проведения поливных работ. Затем одновременно с посадкой осуществлялся капельный полив картофеля для увлажнения корнеобитаемого слоя почвы 0,5 м до наименьшей влагоемкости. Этот полив учитывался как вегетационный. В послепосадочный период влажность почвы регистрировалась ежедневно тензиометрами. Отклонения фактической влажности почвы перед поливами от заданного нижнего порога предполивной влажности почвы изменялись в пределах ±(0,9-3% по НВ). После завершения последнего полива картофель находился в фазе технической спелости клубней. Поэтому в целях создания благоприятных условий для уборки картофеля влажность расчетного слоя почвы была снижена до уровня 55-58% НВ и почва была достаточно сухой. Таким образом в течение вегетационнного периода от посадки до уборки картофеля влажность почвы регулировалась поливами. На период посадки она обеспечивала своевременное появление всходов, а к уборке –

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

78


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

благоприятные условия для сбора урожая картофеля. Определение закономерностей водопотребления картофеля при капельном орошении определялось в зависимости от различных режимов предполивной влажности почвы, а также от формирования водоаккумулирующего слоя из сапропеля и голубой глины и без него. Опытные данные по элементам водного баланса орошаемого поля и водопотреблению картофеля по фазам развития и в целом за вегетационный период в среднем за годы исследований приведены в табл. 4 и 5. Анализ полученных данных показывает, что суммарное водопотребление картофеля возрастает с увеличением влагообеспеченности растений и снижается в вариантах с внесением в почву природных компонентов из сапропеля и голубой глины. Так, при режиме предполивной влажности почвы 70% НВ в контроле (вар. 1) без водоаккумулирующего слоя суммарное водопотребление по годам исследования варьировало в пределах 6407-6770 м3/га и в составляла 6541 м3/га, а среднем среднесуточное – соответственно 57,7-61,0 м3/га и 58,9 м3/га. При этом режиме влажности почвы внесение природных материалов для создания водоаккумулирующего слоя способствовало снижению суммарного водопотребления до 6064-6467 м3/га, в среднем до 6238 м3/га или на 303 м3/га (4,6%), а среднесуточного водопотребления – до 53,7-60 м3/га (в среднем 55,5 м3/га). Следует отметить, что различия в показателях суммарного водопотребления при внесении в почву сапропеля и голубой глины для создания водоаккумулирующего слоя по сравнению с контролем были незначительные и соответственно составляли 4,9 и 4,4%. Повышение режима предполивной влажности почвы с 70% НВ до 80% НВ приводило к увеличению суммарного и среднесуточного водопотребления соответственно до 6990-7803 м3/га и 59,767,9 м3/га в зависимости от года исследования и наличия водоаккумулирующего почвенного слоя из природных материалов. Так, в варианте 4 без создания водоаккумулирующего слоя

суммарное водопотребление изменялось от 7403 до 7803 м3/га и в среднем за три года составляло 7573 м3/га, а среднесуточное – соответственно 64,4-67,9 м3/га и 65,9 м3/га. Формирование водоаккумулирующего слоя как и при режиме влажности почвы 70% НВ снижало водопотребление картофеля. При формировании водоаккумулирующего слоя из сапропеля суммарное водопотребление было меньше в среднем на 434 м3/га (на 5,7%), а при использовании голубой глины – (5,3%). При этом на 399 м3/га среднесуточное водопотребление в среднем уменьшилось с 65,9 до 61,0 м3/га и до 61,8 м3/га соответственно при внесении в почву сапропеля и голубой глины. Однако, полученные различия в показателях водопотребления при использовании природных материалов из сапропеля и глины также были несущественными. Таким образом, поддержание более высокого порога предполивной влажности почвы приводит к закономерному увеличению водопотребления картофеля. Так с повышением режима предполивной влажности с 70 до 80% НВ суммарное водопотребеление картофеля в вариантах без водоаккумулирующего слоя увеличилось в среднем за три года с 6541 до 7573 м3/га или на 1032 м3/га (на 15,8%), а среднесуточное – с 58,9 до 65,9 м3/га. В вариантах 4 и 5 с наличием водоаккумулирующего слоя водопотребление в среднем увеличилось при использовании сапропеля на 916 м3/га и голубой глины – на 921 м3/га (на 14,7%), а среднесуточное – с 55,1 до 61,0 м3/га и с 55,8 до 61,8 м3/га соответственно. Анализ полученных данных в вариантах опыта 7-9 с дифференцированным режимом орошения свидетельствует о том, что значение показателей суммарного и среднесуточного водопотребления картофеля занимают промежуточное положение между режимами предполивной влажности почвы 70% НВ и 80% НВ. При этом закономерности изменения водопотребления сохраняются как и в других режимах предполивной влажности почв. Так, в варианте 7 с дифференцированным режимом предполивной влажности почвы 70-80-70% НВ без водоаккумулирующего слоя суммарное водопотребление картофеля

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

79


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

по годам исследования изменялось в пределах 6837-7199 м3/га и среднесуточное – от 60,5 до 63,7 м3/га при средних показателях соответственно 6997 и 61,9 м3/га. Внесение в почву природных добавок из сапропеля и голубой глины способствовало снижению значений водопотребления. При этом водоаккумулирующий слой из сапропеля снижал суммарное водопотребление в среднем до 6620 м3/га или на 377 м3/га (5,4%) и среднесуточное водопотребление – с 61,9 до 57,6 м3/га, а почвенный слой из голубой глины – в среднем с 6997 до 6649 м3/га или на 348 м3/га (на 5%), а среднесуточное водопотребление – в среднем до 58,3 м3/га. Следует отметить, что при различных режимах предполивной влажности почвы фомирование водоаккумулирующего слоя обеспечивало снижение показателей суммарного водопотребеления картофеля в пределах 4,4-5,7%. Различия в показателях водопотребления при внесении минеральных добавок из сапропеля и голубой глины были несущественны. Однако по годам исследования при изучаемых пределах предполивной влажности изменения в значениях водопотребления были более заметными. Наиболее высокие показатели водопотребления картофеля отмечались в 2010/2011 г., а наименьшие – в 2009/2010 г. Выявленные изменения в показателях суммарного и среднесуточного водопотребления картофеля обусловлены в основном размерами оросительных норм и особенностями погодных условий вегетационных периодов конкретных лет. Сравнительные данные по динамике водопотребления картофеля в течение вегетации показали, что наиболее высокие значения характерны для фазы «цветениеокончание роста ботвы», которая является критическим периодом по влагообеспеченности картофеля. Максимальное водопотребление совпадает с периодом активного клубнеобразования. В этот период опасны перерывы в водообеспечении растений. Повышение режима предполивной влажности почвы приводило к увеличению значений водопотребления практически во все рассматриваемые фазы роста и развития

картофеля. При этом внесение природных материалов из сапропеля и голубой глины для формирования водоаккумулирующего слоя способствовало снижению показателей водопотребления. Количественные характеристики статей водного баланса в суммарном водопотреблении картофеля показали, что наименьший удельный вес в суммарном водопотреблении принадлежит атмосферным осадкам, несколько больше растения используют влагу из почвенных запасов, а наибольшее количество воды поступает растениям от оросительной нормы. В вариантах 1-3 атмосферные осадки в среднем составляли 51 м3/га, а их доля в суммарном водопотреблении картофеля в среднем составляла 0,8%. Запасы используемой влаги из активного слоя почвы в этих вариантах варьировали от 472 до 544 доля в суммарном м3/га, а их водопотреблении картофеля не превышала 7,5-8,7%. Основной составляющей водного баланса является оросительная норма, которая изменялась в зависимости от года исследований и наличия в почвенном слое природных компонентов от 5476 до 6184 м3/га при ее удельном весе в суммарном водопотреблении от 90,3 до 91,9%. При этом, в контрольном варианте без природных добавок доля оросительной воды (в среднем 91,3%), а в вариантах 2 и 3 с природными почвенными добавками из сапропеля и глины составляла в среднем 91,1% и 91%. В вариантах 4-6 с планируемым режимом влажности почвы перед поливами на уровне 80% НВ количество осадков оставалось таким же, что и при режиме влажности 70% НВ, но их доля в суммарном водопотреблении снизилась до 0,5-0,8% и в среднем составляла 0,7%. Используемые запасы почвенной влаги при этом изменялись в пределах 443-501 м3/га, а их удельный вес в суммарном водопотреблении составлял 6,1-7,-%. Объем оросительной воды в суммарном водопотреблении картофеля также оставался наибольшим и варьировал по годам исследования в зависимости от внесения в почву природных компонентов от 6446 до 7261 м3/га, а их удельный вес изменялся в пределах 92,293,4%.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

80


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

Таблица 3 Распределение поливов и оросительной воды по фазам развития картофеля при капельном орошении Посадка - всходы Вариант

Всходы – начало бутонизации Объем Число орос.воды поливов , м3/га

Начало бутонизации – полное цветение

Число поливов

Объем орос. воды, м3/га

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6 6 6 11 10 10 7 7 7

754 803 799 997 936 943 075 921 908

11 10 11 20 20 20 12 12 13

1283 1182 1245 1503 1471 1484 1386 1414 1481

5 5 5 10 9 9 9 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

7 6 6 12 11 11 8 7 7

815 858 862 1063 998 977 1032 984 976

12 11 11 21 21 21 13 13 13

1374 1263 1324 1598 1569 1563 1467 1496 1552

5 5 6 11 10 10 10 8 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6 6 6 11 10 10 9 7 7

795 814 820 1018 949 945 1005 951 957

11 11 11 21 20 20 12 12 13

1306 1233 1292 1570 1520 2531 1417 1425 1518

5 5 5 10 9 9 10 8 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6,3 6 6 11,3 10,3 10,3 8 7 7

788 825 827 1026 961 955 1007 952 947

11,3 10,7 11 20,7 20,3 20,3 12,3 12,3 13

1321 1226 1287 1557 1520 1526 1422 1445 1517

5 5 5,3 10,3 9,3 9,3 9,7 7,7 8

Число поливов

Объем орос. воды, м3/га

Цветение – окончание роста ботвы

Число поливов

2009/2010 г. 667 14 708 11 747 12 923 21 825 19 842 19 864 18 688 18 712 17 2010/2011 г. 751 14 768 12 825 12 992 22 911 20 924 21 937 19 764 19 778 18 2011/2012 г. 670 14 765 11 738 12 935 21 856 20 847 20 929 18 741 18 739 17 Среднее за три года 696 14 747 11,3 770 12 950 21,3 864 19,7 871 20,0 910 18,3 731 18,3 743 17,3

Объем орос. воды, м3/га

Окончание роста ботвы – техн. спелость клубней Объем Число орос. воды, поливов м3/га

Всего за вегетацию Число поливов

Объем оросительной воды, м3/га

1976 1648 1739 1965 1832 1826 1683 1676 1594

8 8 7 16 15 15 9 8 8

1125 1135 1002 1456 1382 1373 1356 1212 1258

44 40 41 78 73 73 55 52 53

5805 5476 5532 6844 6446 6468 6264 5911 5953

2072 1753 1802 2071 1906 1941 1754 1747 1673

8 8 7 16 15 16 10 9 9

1172 1216 1083 1537 1444 1465 1438 1269 1303

46 42 42 82 77 79 60 56 55

6184 5858 5896 7261 6828 6870 6628 6260 6282

2009 1672 1781 1991 1872 1867 1717 1704 1617

8 8 7 16 15 15 9 8 9

1141 1180 1017 1501 1392 1425 1375 1254 1267

44 41 41 79 74 74 58 53 54

5921 5664 5648 7015 6589 6615 6443 6075 6098

2019 1691 1774 2009 1870 1878 1710 1709 1628

8 8 7 16 15 15,3 9,3 8,3 8,7

1146 1177 1034 1498 1406 1421 1396 1245 1276

44,7 41,0 41,3 79,7 74,7 75,3 57,7 53,7 54

5970 5666 5692 7040 6621 6651 6445 6082 6111

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

81


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

Таблица 4 Элементы водного баланса и суммарное водопотребление картофеля в среднем за годы исследований, м3/га № вари анта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Элементы водного баланса

Посадка всходы

Всходы – бутон изация

Бутон изацияначало цветения

Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого Oсадки Запасы влаги из почвы Oросительная вода Итого

11

15

14

10

Окончание роста ботвы – техническа я спелость клубней 1

174

-1

-9

4

352

520

788

1321

696

2019

1146

5970

973 11

1335 15

702 14

2033 10

1499 1

6541 51

172

-5

-5

3

341

506

825

1226

747

691

1177

5666

1008 11

1236 15

756 14

1704 10

1519 1

6223 51

169

-2

-7

10

340

510

827

1287

770

1774

1034

5692

1007 11

1300 15

777 14

1794 10

1375 1

6253 51

107

-5

10

-7

377

482

1026

1557

950

2009

1498

7040

1144 11

1567 15

974 14

2012 10

1876 1

7573 51

100

7

-2

0

362

467

961

1520

864

1870

1406

6621

1072 11

1542 15

876 14

1880 10

1769 1

7139 51

102

-2

5

0

367

472

955

1526

871

1878

1421

6651

1068 11

1539 15

890 14

1888 10

1789 1

7174 51

169

-1

-70

4

399

501

1007

1422

910

1710

1396

6445

1187 11

1436 15

854 14

1724 10

1796 1

6997 51

140

22

-57

0

382

487

952

1445

731

1709

1245

6082

1103 11

1482 15

688 14

1719 10

1628 1

6620 51

143

24

-62

0

382

487

947

1517

743

1628

1276

6111

1101

1556

695

1638

1659

6649

Цветение – окончание роста ботвы

Всего

51

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 32012

82


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

Таблица 5 Суммарное водопотребление в основные фаза роста и развития картофеля, при капельном орошении в зависимости от режима предполивной влажности почвы и внесения в почву природных компонентов в среднем за три года Фазы развития

всего

за сутки

всего

за сутки

всего

за сутки

всего

за сутки

Окончание роста ботвы – техническая спелость клубней за всего сутки

1

973

57,2

1335

44,5

702

58,5

2033

75,3

1499

2

1008

59,3

1236

41,2

756

58,2

1704

60,9

3

1007

59,2

1300

43,3

777

59,8

1794

4

1144

67,3

1567

52,3

974

69,6

5

1072

63,1

1542

49,7

876

6

1068

62,8

1539

49,6

7

1187

69,8

1436

8

1103

64,9

9

1101

64,8

№ варианта

Посадка – всходы

Всходы – начало бутонизации

Начало бутонизации – полное цветение

Цветение – окончание роста ботвы

Всего

всего

за сутки

60,0

6541

58,9

1519

60,8

6223

55,1

66,4

1375

55,0

6253

55,8

2012

71,9

1876

75,0

7573

65,9

62,6

1880

62,7

1769

70,8

7139

61,0

890

63,6

1888

65,1

1789

71,6

7174

61,8

47,9

854

65,7

1724

61,6

1796

71,8

6997

61,9

1482

47,8

688

49,1

1719

61,4

1628

65,1

6620

57,6

1556

50,2

695

53,5

1638

58,5

1659

66,4

6649

58,3

При этом наибольшие показатели были получены в варианте 4 без внесения в почву природных добавок. Здесь оросительная норма в водном балансе в среднем составляла 93%. Внесение в почву природных добавок из сапропеля и голубой глины заметно снижало объем оросительной воды в среднем на 5,5-6,0%. Однако удельный вес оросительной воды в суммарном водопотреблении уменьшился незначительно, в среднем до 92,7%. В вариантах 7-9 с дифференцированным режимом поддержания предполивной влажности почвы на уровне 70-80-70% НВ тенденция в распределении элементов водного баланса и их удельном весе в суммарном водопотреблении сохранялись аналогично с режимами предполивной влажности почвы 70 и 80% НВ. Таким образом, удельный вес в суммарном водопотреблении картофеля при внесении в почву природных компонентов имел тенденцию некоторого увеличения используемых запасов почвенной влаги и одновременно некоторого снижения объема оросительной воды. В целом удельный вес осадков, используемых запасов почвенной

влаги и оросительной воды в суммарном водопотреблении изменялся несущественно и в среднем по вариантам опыта соответственно составил 0,8%, 7,2% и 82%. Однако с повышением режима предполивной влажности почвы отмечалась тенденция увеличения доли оросительной воды и снижение доли используемых запасов влаги из почвы в суммарном водопотреблении картофеля. Анализ данных элементов водного баланса в суммарном водопотреблении по фазам развития картофеля также свидетельствует о наибольшем удельном весе оросительной воды, существенно меньшей доле используемых почвенных запасов и практически отсутствии осадков. Таким образом, в засушливых полупустынных условиях Омана водопотребление картофеля определяется в основном дефицитом естественной влагообеспеченности, изменениями запасов влаги в почве от посадки до уборки картофеля и в меньшей степени зависит от климатических условий периода исследований. В целом суммарное водопотребление картофеля при

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

83


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

рассматриваемых режимах предполивной влажности почвы и в зависимости от формирования водоаккумулирующего слоя из природных материалов в среднем за годы исследований изменяется в пределах 62237573 м3/га. При это с увеличением режима предполивной влажности почвы от 70% НВ до 80% НВ суммарное водопотребление возрастает в среднем на 14,7-15,8%. Причем при всех режимах предполивной влажности почвы формирование водоаккумулирующего почвенного слоя из сапропеля и голубой глины способствовало снижению суммарного водопотребления картофеля в среднем по вариантам режимов влажности почвы на 4,4-5,7%. Отмечено, что в суммарном водопотреблении наибольший расход воды (91-93%) принадлежит

оросительной норме, что необходимо учитывать при установлении потребности растений в орошении и составлении плановых поливов. В зависимости от порога предполивной влажности почвы (уровень увлажнения) и формирования в верхнем пахотном горизонте почвы водоаккумулирующего слоя из природных компонентов (сапропель, голубая глина). Значения урожайности картофеля существенно изменялись. Наши данные (табл. 6) показали, что с повышением режима предполивной влажности почвы и созданием в верхнем слое почвы водоаккумулирующего слоя из природных компонентов, особенно из сапропеля, во все годы исследований заметно увеличивалась урожайность картофеля. Таблица 6 Урожайность клубней картофеля при капельном орошении Отклонение от контроля

Урожайность, т/га №

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Вариант опыта Режим влажности 70% НВ без внесения в почву минеральных добавок (контроль) Режим влажности 70% НВ + сапропель 200 г./раст. Режим влажности 70% НВ + голубая глина 200 г./раст. Режим влажности 80% НВ без внесения в почву минеральных добавок (контроль) Режим влажности 80% НВ + сапропель 200 г./раст Режим влажности 80% НВ + голубая глина 200 г./раст. Дифференцированный режим влажности 70-80-70% НВ без внесения в почву минеральных добавок Дифференцированный режим влажности 70-80-70% НВ+ сапропель 200 г. /раст. Дифференцированный режим влажности 70-80-70% НВ+ голубая глина 200 г. /раст. НСР05 по фактору А (режим предполивной влажности почвы) НСР05 по фактору В (внесение минеральных добавок в почву) НСР05 по взаимодействию факторов А и В

2009/ 2010

2010/ 2011

2011/ 2012

среднее

т/га

%

21,4

19,6

13,9

18,3

-

100

24,3

21,3

15,3

20,3

2,0

110,9

22,3

20,2

14,5

19,0

0,7

103,8

27,4

24,1

17,8

23,1

4,8

126,2

30,3

26,3

20,2

25,6

7,3

139,9

28,4

25,2

18,4

24,0

5,7

131,1

26,4

23,8

17,0

22,4

4,1

122,4

28,9

25,7

19,5

24,7

6,4

135,0

27,6

24,5

17,8

23,3

5,0

127,3

1,23

1,14

0,91

1,54

0,78

0,55

0,46

0,89

1,52

1,27

1,04

1,82

В среднем за годы исследований наиболее высокая урожайность картофеля (25,6 т/га) получена в варианте 5 при поддержании порога предполивной влажности на уровне 80% НВ в активном слое почвы и внесении в верхний почвенный горизонт сапропеля для формирования водоаккумулирующего слоя. В этом случае уровень урожайности картофеля был выше контроля (вар. 1) в среднем на 7,3 т/га или на

При режиме предполивной 39,9%. влажности почвы 70% НВ и отсутствии в почве водоаккумулирующего слоя значения урожайности в среднем составляли 18,3 т/га, а при внесении в почву природных компонентов из сапропеля и голубой глины показатели урожайности увеличивались соответственно на 2 т/га (10,9%) и 0,7 т/га (3,8%). Варианты 4 и 6, где режим предполивной влажности почвы

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

84


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

поддерживался на уровне 80% НВ в течение всего периода вегетации, обеспечивали формирование более высокой урожайности картофеля по сравнению с порогом предполивной влажности 70% НВ. Так, в варианте 4 без природных компонентов урожайность картофеля в среднем за годы исследований составляла 23,1 т/га и была больше чем при режиме влажности 70% НВ на 4,8 т/га или на 26,2%. Примерно аналогичное увеличение результатов по урожайности получено и при внесении в верхний почвенный горизонт природных компонентов из сапропеля и голубой глины. Здесь при внесении в почву сапропеля урожайность картофеля в среднем повысилась с 20,3 до 25,6 т/га или на 5,3 т/га (26,1%), а при внесении глины – соответственно с 19,0 до 24,0 т/га или на 5,0 т/га (26,3%). Следовательно при капельном орошении картофеля с поддержанием более высокого режима предполивной влажности почвы в течение всего периода вегетации с 70 до 80% повышается его урожайность в среднем на 26,1-26,3%. Формирование высокая урожая клубней картофеля отмечалось также при дифференцированном водном режиме почвы 70-80-70% НВ. При этом поддержание более высокого порога предполивной влажности почвы 80% НВ в межполивной наиболее требовательный к условиям водного питания период «начало бутонизации – окончание роста ботвы» обеспечивало растения картофеля бесперебойным снабжением влагой. В среднем за годы исследований с режимом предполивной влажности почвы 70-80-70% НВ урожайность картофеля составляла 22,4 т/га; 24,7 и 23,3 т/га соответственно в вариантах 7; 8 и 9 без создания водоаккумулирующего почвенного слоя и при его формировании из сапропеля и голубой глины. По сравнению с постоянным режимом предполивной влажности почвы 70% НВ в течение вегетации урожайность картофеля в среднем повышалась на 4,1 т/га (22,4%), на 4,4 т/га (21,7%) и на 4,3 т/га (22,6%) соответственно в вариантах без формирования водоаккумулирующего слоя и с его созданием из сапропеля и голубой глины. Однако, по сравнению с более высоким режимом предполивной влажности

почвы – 80% НВ, урожайность картофеля при дифференцированном режиме 70-8070% НВ была несколько ниже – соответственно на 0,7 т/га (3,1%), 0,9 т/га (3,6%) и 0,7 т/га (3,0%) в вариантах без формирования водоаккумулирующего слоя и при его формировании из сапропеля и голубой глины. Следует отметить, что закономерности формирования урожайности картофеля при комбинациях различных уровней водообеспечения растений водой – 70% межполивные периоды «посадка – начало бутонизации» и «окончание роста ботвы – техническая спелость клубней» и 80% НВ – в критический период для картофеля «начало бутонизации – окончание роста ботвы» оставались одинаковыми с закономерностями формирования урожая с постоянным режимом предполивной влажности почвы в течение периода вегетации на уровне 80% НВ. Сравнения полученных данных по урожайности при дифференцированном режиме 70-80-70% НВ и постоянном режиме 80% НВ показало, что полученное увеличение роста урожайности картофеля не превышало 3,6%, а выявленные различия были несущественны. В связи с этим полученные данные по урожайности при различных режимах предполивной влажности почвы свидетельствуют о целесообразности формирования водного режима с дифференцированным поддержанием порога предполивной влажности почвы на уровне 70-80-70% НВ. Выполненные исследования также показали, что внесение в почву природных компонентов из сапропеля и голубой глины не только обеспечивает экономное использование оросительной воды, но и повышает урожайность картофеля. Внесение в почву сапропеля для формирования водоаккумулирующего слоя при всех изучаемых режимах влажности почвы приводило к увеличению урожайности картофеля на 2,0-2,5 т/га или на 10,3-10,9%, а при внесении в почвенный слой голубой глины – на 0,7-1,3 т/га или на 3,8-5,8% по сравнению с вариантами без водоаккумулирующего почвенного слоя. В целом приведенные результаты исследований свидетельствуют о

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

85


ЗЕМЛЕДЕЛИЕ И МЕЛИОРАЦИЯ / AGRICULTURE AND LAND-RECLAMATION

целесообразности формирования в почве водоаккумулирующего слоя из сапропеля. образом, полученные Таким результаты исследований по капельному орошениюкартофеля показали, что с учетом экономного расходования оросительной воды наиболее благоприятные условия влагообеспеченности достигаются при ее формировании с дифференциацией предполивной влажности почвы по

межфазным периодам на уровне 70-80-70% НВ. При этом в качестве водоаккумулирующего слоя следует использовать сапропель, который повышает урожайность картофеля не менее чем на 10%. © Шуравилин А.В., Табук Мусалем Ахмед, 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

86


МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / LAND MONITORING УДК 338.984

AЛГOРИТМЫ ТEРРИТOРИAЛЬНO-ЭКOНOМИЧECКOГO ЗOНИРOВAНИЯ И ЭКOНOМИЧECКOЙ OЦEНКИ ГOРOДCКИХ ЗEМEЛЬ ALGORITHMS OF TERRITORIAL AND ECONOMIC ZONING AND ECONOMIC ASSESSMENT OF CITY LANDS

Кордюков П.С. / Kordyukov P.S. Председатель научного студенческого общества, Российский университет дружбы народов / Chairman of scientific student society, The People`s Friendship University of Russia e-mail: pkordyukov@mail.ru

Аннотация В обзорной статье рассмотрены основные алгоритмы экономической оценки городских земель и территориально-экономического зонирования. Ключевые слова Экономическая оценка, зонирование, ГКОЗП, коммуникационные факторы, ГЗК.

Проблемы переходного периода к рыночной экономике, по крайней мере, в части становления цивилизованных рыночных земельных отношений в крупных городах России и создания для этого адекватной системы экономической оценки городских земель, вполне преодолимы и решаемы. Методы здесь просты и естественны, а возможно и единственны. Прежде всего — это конкретный и детальный экономический анализ поведения основных субъектов экономических отношений — федеральных и городских властей, организаций и предприятий различных форм собственности, и простых граждан [11]. При самом добросовестном изучении всех экономических теорий, их творческом осмыслении и применении к современным условиям переходной экономики России вряд ли можно ожидать адекватных результатов. Похожий путь от плановой экономики к рыночной не проходила еще ни

Abstract In a review the basic algorithms of an economic estimation of the city earths and territorially-economic zoning are considered. Keywords Economic estimation, zoning, GKOZP, communication factors, GZK.

одна страна, и теория переходной экономики только еще создается. Ситуация похожего характера проявляется и в области оценки недвижимости. Несмотря на то, что оценщикам хорошо известны все методы и стандарты оценки, принятые в мировой практике, несмотря на многочисленные попытки ряда оценщиков применить их в России, в реальных рыночных отношениях, они практически не используются. Одна из причин этого - прямолинейный подход к выработке критериев адекватности результатов оценки на основе рыночной теории, без учета того, что сделки происходят в условиях очень высокой неопределенности и обоюдных рисков. К тому же это происходит в ситуации, когда отсутствуют наиболее важные институты рыночной системы, и прежде всего ипотечное кредитование, система длинных денег, создающая благоприятные условия для развития инвестиционного процесса [1].

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

87


МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / LAND MONITORING

Можно сколько угодно говорить, что рынок неполноценный, не соответствующий западным стандартам, но продавцы и покупатели все же находят друг друга, находят компромисс своих противоречивых, а часто и противоположных интересов, и совершают тысячи сделок. Условия таких компромиссов в неравновесных условиях переходной экономики — малоисследованная область экономической науки и прогнозирование может дать очень большой разброс результатов. Определенные шаги в области создания нормативной правовой базы уже сделаны. Так, проектом II части Налогового Кодекса Российской Федерации предусмотрено взимание земельного налога на основе кадастровой стоимости земельного участка. Госкомземом России разработан проект Федерального закона “Об оценке земель”, который в настоящее время находится на доработке [5]. В отдельных субъектах Российской Федерации проводились оценочные работы в рамках реализации постановления Правительства от 15.03.97 № 319 “О порядке определения нормативной цены земли”. Используемые в процессе оценочных работ методики зачастую базируются на слепом копировании международной практики оценки без учета специфики законодательства Российской Федерации и существующих российских условий политической, экономической и социальной жизнедеятельности [9]. Большинство недостатков развития рыночных земельных отношений связано с проблемами экономической оценки городских земель. Эти проблемы носят объективный характер: инерция многих десятилетий безжалостного отношения к земле, бездумного освоения бюджетных средств, создание и развитие городов вокруг или в интересах важнейших заводов, а не для людей, живущих в них, все еще дает о себе знать. Сейчас, когда городская администрация получила в свое распоряжение не только весьма дорогостоящую земельную недвижимость со всеми ее улучшениями, способными приносить большие доходы, но и серьезные обременения по ее обслуживанию и

воспроизводству, ложащиеся тяжелым бременем на городской бюджет и внебюджетные фонды, проблема экономической оценки городской земельной недвижимости встала со всей остротой [12]. От ее адекватного решения зависит возможность принятия оптимальных управленческих решений по постепенному превращению городской земельной недвижимости в полноценный капитал, приносящий реальную отдачу как городу в целом, так и каждому его жителю, созданию справедливой системы платного землепользования. Основные факторы, определяющие стоимость городских земель и кадастровую стоимость земельного участка, формируются из того, что городская территория выступает в экономических отношениях как пространственно-распределенный ресурс [4], удовлетворяющий требованию объективной экономической оценки городской территории с соответствующей инженернотранспортной инфраструктурой и благоустройством, а также учитывающей уровень развития сферы культурно-бытового обслуживания, инженерно-геологические условия строительства, озеленение, природно-ландшафтные, микроклиматические условия и обременения в использовании земель [7]. Тем не менее рыночные отношения постепенно набирают силу. Показателен в этом отношении пример Москвы: за 4 года средняя цена сделок выросла примерно в 2 2,5 раза, общий объем продаж на первичном рынке возрос почти в 10 - 11 раз, достигнув уровня в 220 млн. долл. США, а объем залоговых сделок с выкупленными правами аренды земли на вторичном рынке уже превысил этот уровень. И это без учета оплаты земельных участков в натуральной форме по инвестиционным контрактам. Понятно, что при всех отрицательных моментах, любой независимый эксперт даже по этим обобщенным показателям придет к однозначному выводу: земельный рынок в Москве есть, и он динамично развивается. Усилия Правительства Москвы и руководства Москомзема по развитию рыночных земельных отношений не оказались безрезультатными, при всех издержках становления земельного рынка. И

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

88


МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / LAND MONITORING

большую роль здесь сыграли оценщики земли. Вместе с тем, по мере развития рыночных земельных отношений в Москве, стали все более отчетливо проявляться и их недостатки. Прежде всего — это отсутствие системы долгосрочного кредитования участников рыночных земельных отношений, недостаточный уровень правовой защиты интересов инвесторов, расплывчатость экономических критериев для согласования компромиссной цены сделки и ряд других. Многие из этих проблем, как и пути их решения, разработанные на основе опыта практической работы в условиях реального земельного рынка. В системе государственной кадастровой оценки городских земель должны учитываться все основные факторы, влияющие на оценку с точки зрения различных видов функционального использования: •

• • •

локализационные факторы, связанные с удорожанием строительства в зависимости от физико-географических и инженерно-геологических характеристик территории: рельефа, несущей способности грунтов, гидрогеологии, карстовых явлений, сейсмики и т.д.; экологические факторы, связанные с ущербами реципиентам в зависимости от загрязненности окружающей среды по воздуху, шуму, магнитным излучениям, загрязненности почв; инфраструктурные факторы, связанные с проблемно-ориентированным учетом предшествующих вложений в общегородскую транспортную, инженерную и социальную инфраструктуры; факторы престижа и репутации районов города с точки зрения различных функций; факторы стоимости отчуждения из-под существующего использования; коммуникационные факторы, связанные с затратами времени людей на передвижения в городе и затратами на пассажиро- и грузоперевозки.

Доминирующую роль играют коммуникационные факторы, или факторы местоположения в городе [6]. Методика позволяет определить удельные показатели кадастровой стоимости земель поселений в целом и кадастровых кварталов в составе поселений по видам функционального использования земель. Удельные показатели кадастровой стоимости земель служат основой для расчета кадастровой стоимости земельных участков. Методика основана на статистическом анализе рыночных цен и иной информации об объектах недвижимости. При расчете удельных показателей кадастровой стоимости земель используются адаптированные для российской практики подходы и методы оценки недвижимости. Рассматривая территорию города как единый сложный многофункциональный организм, как среду обитания человека, правильно рассчитанная стоимость городских земель станет для органов местного самоуправления рычагом повышения эффективности использования городской территории и ее дальнейшего целенаправленного развития [2]. Алгоритм расчета кадастровой стоимости земельных участков, приведенный в Методике, разработан с учетом следующих требований: Преемственность при проведении ГКОЗП: Используется опыт и технологии оценочных работ, выполняемых в рамках землеустроительной, градостроительной, природоохранной и риэлтерской деятельности, с учетом практики управления земельными ресурсами поселений отраслевых подразделений территориальных органов исполнительной власти [3]; Объективность учета существенных ценообразующих факторов: Адекватность результатов ГКОЗП рыночному представлению о ценности (полезности, выгодности, значимости) объекта ГКОЗП обеспечивается применением современных методов обработки статистических данных, а также математического моделирования зависимости кадастровой стоимости земельных участков от факторов, оказывающих наибольшее влияние на

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

89


МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / LAND MONITORING

потребительскую ценность (полезность) земель, что обеспечивает возможность учета слабо формализуемых неколичественных параметров и экспертных оценок; Достоверность и доступность исходной информации: Состав первичных данных формируется на основе статистической и иной информации, используемой землеустроительными, градостроительными, иными службами и оценщиками в своей деятельности [8]; Совместимость с системой государственного земельного кадастра (далее ГЗК): Обеспечивается совместимость с системой ГЗК как исходных данных, так и результатов ГКОЗП и как следствие, совместимость программных средств ГКОЗП с автоматизированной системой ГЗК. Многофункциональность и иерархичность Методики: Обеспечивается ГКОЗП по видам функционального использования земель и реализуется иерархический принцип расчета кадастровой стоимости земельных участков на основе последовательного учета ценообразующих факторов на уровне субъекта РФ, территории административного района, территории поселения, кадастрового квартала и конкретного земельного участка; Простота и универсальность использования специального программного обеспечения Методики (далее СПО): Предполагается возможность реализации СПО с использованием имеющихся в распоряжении пользователя технических средств на основе доступных программных продуктов. СПО, реализующее Методику, предусматривает обработку информации, представляемой в максимально разнообразных формах, с минимумом требований к ее свойствам и формам представления; Адаптация подходов и методов оценки недвижимости: Подходы и методы оценки недвижимости адаптируются к работам по ГКОЗП за счет расширения статистической базы расчетного алгоритма (используется вся существующая информация о сделках с земельными участками и иными объектами недвижимости) и применения методов

математической статистики, а также интерполяции получаемых данных и результатов ГКОЗП на территориях административных районов, поселений и по видам функционального использования земель, для которых отсутствует информация о сделках с земельными участками. Если говорить о фискальной системе земельных платежей, то она не только исчерпала свои возможности, но и привела к нарастающему антагонизму городской администрации и добросовестных землепользователей. Она затрудняет и переход к управлению единым комплексом недвижимости, включая и проведение коммунальной реформы. Но управлять единым комплексом недвижимости, включающим городские земли со всеми их улучшениями, найти пути справедливого, социально и экономически обоснованного реформирования городского коммунального хозяйства, создание полноценной системы долгосрочного ипотечного кредитования без проведения экономической оценки городских земель невозможно. Приведены и многочисленные примеры полученных результатов на первом этапе экономической оценки городских земель, их сопоставление и ряд предварительных выводов. Опыт первого этапа массовой экономической оценки городских земель, охватывающей примерно половину территории Москвы, индивидуальной оценки нескольких тысяч земельных участков, по которым совершены реальные рыночные сделки, позволил сделать выводы о том, что главной проблемой является не адаптация хорошо известных классических методов оценки к условиям реально существующего рынка, а в гораздо большей степени неполноценность информационного обеспечения, проблемы получения адекватных исходных данных для оценки. В процессе выполнения работ выделяются статистическая и экспертноаналитическая составляющие методики. Статистическая составляющая методики применяется при условии наличия в городах достаточного количества сделок, совершаемых ежегодно с объектами недвижимости определенного вида функционального использования, и

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

90


МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ / LAND MONITORING

равномерно распределенных в границах городской черты. В результате определяется типовой объект недвижимости, стоимость которого является средней по городу. Экспертно-аналитическая составляющая методики позволяет определить коэффициенты относительной ценности кадастровых кварталов. Коэффициенты определяются путем проведения факторного анализа всех созданных слоев на электронной карте города по объектам влияния на стоимость земли. Кроме того, при расчете коэффициентов относительной ценности применяются данные экспертной оценки, с помощью которых корректируются соотношения вклада ценообразующих факторов, влияющих на кадастровую стоимость земель [10]. Эксперты заполняют типовые анкеты, выражая в своих ответах мнение об относительной значимости факторов в оценке земель различного функционального использования. Даже при тщательном отборе методов оценки, дающих устойчивые результаты для реально существующего информационного обеспечения с достаточно высокой точностью (18–35%), можно говорить лишь о первом этапе создания системы экономической оценки городских земель [13]. Безусловно, достигнутая точность оценки в 18–35% при перепаде стоимости городских земель от центра города к периферии в 25–55 раз позволяет по результатам оценки провести достаточно объективное и экономически обоснованное территориально-экономическое зонирование города с выделением не менее 20 - 25 градаций стоимости земель и разработать систему обоснованных экономических нормативов землепользования. Эти данные дают и достаточно объективные ориентиры для индивидуальной оценки земельных участков, разработки бизнес-планов конкретных инвестиционных проектов. В неравновесных условиях сложного периода перехода к рыночной экономике, когда отсутствует даже ряд институтов полноценного рынка недвижимости, включая землю, сложные проблемы характерны и для науки, в том числе и экономической, и для системы образования, да и для общественной жизни в целом,

говорить о создании совершенной системы оценки городских земель преждевременно [14]. Литература 1.

2.

3. 4.

5.

6.

7.

8.

9. 10.

11.

12.

13.

14.

Теория и методы оценки недвижимости: Учебное пособие /Под ред. засл. деят. науки РФ, д-ра экон. наук, проф. В.Е. Есипова. – СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 1998. - С. 159. Федотова М.А., Уткин Э.А. Оценка недвижимости и бизнеса. Учебник. – М.: Ассоциация авторов и издателей “ТАНДЕМ”. Издательство “ЭКМОС”, 2000г. - С. 352. Тарасевич Е.Г. Оценка недвижимости /СПбГТУ, СПб., 1997. - С. 424. В.А. Горемыкин. Российский земельный рынок /Учебное и практическое пособие.М.: ИНФРА-М, 1996. - С. 176. Н.Г.Волочков. Справочник по недвижимости.- М.: ИНФРА-М, 1996. - С. 672. Организация оценки и налогообложения недвижимости, т.1 /Под ред. Дж. Эккерта.М.: "СТАР ИНТЕР", 1997. - С. 382. Экономика и управление недвижимостью. / Под общ. ред. П.Г. Грабового. Смоленск: Изд-во “Смолин Плюс”, М.: Изд-во “АСВ”, 1999. - С. 97. Справочное пособие. Организация кадастрового учета земель в России. Федеральная служба земельного кадастра России, 2002. - С. 54. Иконицкая И.А. Земельное право Российской Федерации. М, 2002. С. 63. Волков Г.А. Принципы земельного права России. М.: ОАО "Издательский дом "Городец", 2005. С. 84. Прорвич В. A., Meцгyp Ф. Е., Лукьяница А. А., Арсеньев С. В. Алгоритмы экономической оценки городских земель и территориально-экономического зонирования // В сб. материалов ежегодной Всероссийской конференции "Оценка национального богатства страны". М., 1998. С. 91-96. Григорьев В. В., Федотова М. А. Оценка предприятия: теория и практика. М.:ИНФРА-М, 1997. Маршалл А. Принципы экономической науки: Пер. с англ. М.: Изд. группа "Прогресс", 1995. Оценка земельной собственности / Под. ред. К. Эккерта.; Пер. с англ. Красногорск, 1993.

© Кордюков П.С., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

91


МНЕНИЯ / OPINIONS УДК 528.2, 521

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ И ПЛАНЕТ (ГИПОТЕЗА) THE CAUSE OF THE MAGNETIC FIELD OF THE EARTH AND PLANETS (HYPOTHESIS)

Данилов В.И. / Danilov V.I. Инженер-радиотехник / Engineer-radiotrician e-mail: danvlad@bk.ru

Аннотация В статье представлена гипотеза возникновения и поддержания магнитного поля Земли и планет. Дополнительно рассмотрены некоторые вопросы по строению Земли. Ключевые слова Магнитное поле, строение ядра Земли, дрейф континентов, Земля, Луна, планеты.

В данной статье сделана ответить на следующие вопросы:

попытка

1. Какова природа возникновения магнитного поля Земли. 2. Почему на противоположной от Луны стороне Земли тоже возникают приливы. силы заставляют двигаться 3. Какие материки. 4. Почему Земля не круглая 5. Каковы причины резких изменений астрономического времени. 6. Почему Луна повернута одной стороной к Земле. 7. Причины разогрева Земли. 8. Почему на Солнце возникают «магнитные трубки». Попробуем дать на поставленные вопросы предполагаемые нами ответы: Если представить Землю как неподвижный шар (рис.1), наполненный различными по плотности и удельному весу веществами, а её любимый спутник Луну - как источник силы гравитации, действующий на эти вещества, то очевидно, что более тяжелые структуры будут «оседать» к ближней к Луне оболочке шара и распределение по плотности

Abstract The article presents the hypothesis of the emergence and maintenance of magnetic field of the Earth and planets. Additionally, some questions on the structure of the Earth. Keywords Magnetic field, the structure of the kernel Earth, the drift of continents, Earth, moon, planets.

и массе внутри Земли будет неравномерно не только по глубине, но и по направлению к спутнику.

Рис 1. Распределение масс Согласно современным теориям строения Земли вещества ниже нижней мантии находятся в жидком состоянии (металлическая фаза)- плазме - где электроны отдельны от ядер. Но так как ядра гораздо тяжелее электронов, то очевидно, что в «осадок» выпадут именно они. Тогда получается, что внутри Земного ядра произошло разделение не только по массе, но и по электрическому потенциалу. Таким образом, ядро Земли имеет вид диполя со значительно смещенным центром масс, где

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

92


МНЕНИЯ / OPINIONS

«+» и основная масса ядра находятся ближе к Луне. При движении Луны относительно Земли эта часть земного ядра будет следовать за Луной и тем самым создается направленное движение электрически заряженных частиц и одновременно круговое, циклическое смещение центра массы Земли относительно её оболочки. Если эту гипотезу принять за основу, то становится понятным появление магнитного поля у Земли и наличие его у других планет, в том числе и Солнца, где есть спутники и отсутствие где их нет (например Венера) или планета остыла и не имеет жидкого внутреннего ядра ( Луна) и изменение полярности магнитного поля при измененном

направлении вращения спутника(ов) - (Марс) или наличия сложного поля при сложных взаимоотношениях планеты со спутниками (Уран, Нептун). Сравнение магнитных полей планет в зависимости от наличия и свойств спутников приводится в табл.1. Естественно на поведение этого заряженного ядра влияют кроме Луны все планеты и Солнце. Дополнительным подтверждением гипотезы могут служить суточные и годовые изменения направления напряженности магнитного поля, т.е. зависимость поля от положения Земли относительно других объектов влияния. Таблица 1.

Планета

Спутники

МЕРКУРИЙ

НЕТ

ВЕНЕРА

НЕТ

МАРС

2

ЮПИТЕР

17+ кольцо

САТУРН

18+кольцо

УРАН

21+кольцо

НЕПТУН

8

Магнитное поле 1% Земного, дипольное, направлено вдоль оси вращения, которая перпендикулярна плоскости орбиты НЕТ Собственное вращение планеты очень медленное. Магнитное поле в 500 раз слабее земного. Полярность поля противоположна земному. Фобос восходит на Западе заходит на Востоке. Влияние Деймоса из-за удаленности слабее. В 20 раз сильнее Земного. Полярность противоположна земной

Почти равно Земной и противоположно по направлению. Меньше Земного и наклонено на 60 град. к оси ращения. Полярность противоположна Земной. Вращение Урана обратное. Вращение спутников обратное. Орбиты спутников круто наклонены Сложное магнитное поле

Кроме приливов на обращенной к Луне стороне Земли существуют приливы на противоположной стороне, по величине примерно одинаковые. Наличие такого явления в литературе объясняется уменьшением сил притяжения Луны, хотя если сравнивать силы действующие на поверхность Земли в местах отлива (т.2) и прилива на «теневой» от Луны части Земли (т.1), то силы притяжения в «тени» должны быть больше т.к. к притяжению от центра Земли добавляется, хоть и ослабленное, притяжение Луны и уровень океана в т.1 должен быть ниже, чем уровень при отливе в т.2, на самом деле он почти такой как в т.3. Как по-другому можно это объяснить? Если следовать гипотезе, то можно предположить что тяжелая часть ядра Земли, следующая за Луной, настолько далеко смещается от противоположного края Земли, что дает о себе знать квадрат расстояния и сила притяжения от ядра на поверхности

ослабевает, что и вызывает приливной эффект. Другими словами сила притяжения в точке на Земле зависит не только от положения Луны, но и следующего за ней центра массы Земли. (Здесь не имеется в виду общий центр масс связки Земля-Луна).

Рис.2. Силы действующие на точки на поверхности Земли при равномерном распределении масс.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

93


МНЕНИЯ / OPINIONS

Рис. 3. Силы действующие на точки на поверхности Земли при смещенном центре. По-видимому, некогда подобные процессы происходили и на Луне. В процессе остывания тяжелые массы внутреннего вещества сгруппировались в основном, и то неравномерно, в обращенной к Земле стороне планеты, превратив, таким образом, Луну в своеобразного «Ванькувстаньку», заставив ее поворачиваться к нам одной и той же тяжелой стороной. Это подтверждается еще и тем, что известно, что ранее она обладала сильным магнитным полем, а теперь только остаточным. Таким образом, сила притяжения Земли не только удерживает (вместе с силой притяжения Луны) Луну на орбите спутника, но и заставляет ее поворачиваться, а на это тратится энергия. Гипотеза движения по кругу неравномерного по массе и заряду

внутреннего ядра Земли может помочь объяснить процессы поддержания высоких температур внутри Земли, замедления вращения Земли, природу возникновения землетрясений, появления сил заставляющих дрейфовать континенты, скачков астрономического времени, т.к. появляются постоянные силы взаимодействия между ядром и мантией, а там, внутри, наверно не все гладко. Это же ядро заставляет Землю «выпучиваться» по экватору, придавая ей форму отличную от шара. Подобное явление по-видимому происходит с Солнцем и его спутникамипланетами. Если представить что этот «тяжелый», следующий за планетами – спутниками, центр Солнца, при сильном притяжении планет, «всплывает» на поверхность Солнца и при этом является заряженным электрическим потенциалом и находится в движении, то это может привести к появлению на поверхности Солнца «магнитных трубок »- т.е. к местам выхода на поверхность обеих полюсов магнитного поля Солнца. Также получается что внешняя оболочка Земли мало связана с процессами происходящими между планетами и поэтому может «свободно» вращаться относительно центра массы, при этом меняя положение магнитных полюсов. © Данилов В.И., 2012

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ «НАУКИ О ЗЕМЛЕ» № 3-2012

94


Науки о Земле (Geo-Science) №03-2012