CC BY
5
Научная статья УДК 528.46
Фактура фотосъёмочных и геометро-геодезических работ в применении к сельскохозяйственным землям
Олег Фёдорович Кузнецов1, Анастасия Петровна Иванова12, Марина Анатольевна Васильева1,
Виктория Викторовна Делигирова (Гунько)1
1 Оренбургский государственный университет
2 Оренбургский государственный институт путей сообщения - филиал Самарского государственного
университета путей сообщения
Аннотация. В статье рассматривается одно из направлений изыскательской деятельности в сельском хозяйстве, связанное с геодезическими исследованиями, - агрогеодезия, непосредственной задачей которой является решение многих проблем при выполнении полевых фотосъёмочных работ. Проведение изысканий при составлении новых проектов непосредственно в сельском хозяйстве, связанных с геодезическими исследованиями, несёт определённые сложности: охват большого геометрического пространственного земляного массива; ограниченный объём отправных предоставляемых данных; удалённость объектов от расположения лаборатории или проектной организации и др.
Ключевые слова: агрогеодезия, изыскания, земледелие, разбивка, фотостанция.
Для цитирования: Фактура фотосъёмочных и геометро-геодезических работ в применении к сельскохозяйственным землям / О.Ф. Кузнецов, А.П. Иванова, М.А. Васильева [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 186 - 190.
Оriginal article
The texture of photography and geometrical-geodetic works as applied to agricultural land
Oleg F. Kuznetsov1, Anastasia P. Ivanova12, Marina A. Vasilieva1, Victoria V. Deligirova (Gunko)1
1 Orenburg State University
2 Orenburg State Institute of Railways - a branch of Samara State University of Railways
Abstract. The article discusses one of the areas of exploration in agriculture - agrogeodesy, associated with geodetic research, the immediate task of which is to solve many problems when performing field photography. Carrying out surveys in the preparation of new projects related to geodetic research, directly in agriculture, carry certain difficulties, such as: coverage of a large geometrical spatial land mass; limited amount of data provided; remoteness of objects from the location of the laboratory or design organization, etc.
Keywords: agrogeodesy, survey, agriculture, breakdown, photo station.
For citation: Kuznetsov O.F., Ivanova A.P., Vasilyeva M.A., Deligirova (Gunko) V.V. The texture of photography and geometrical-geodetic works as applied to agricultural land. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2021; 90(4): 186 - 190. (In Russ.).
Агрогеодезия - одно из немногих направлений современной деятельности, которое является приоритетным в настоящее время, так как занимается не просто геометрической разметкой земли, а непосредственно применительно к агропромышленное™.
Задачей агрогеодезических исследований можно считать повышение рентабельности земледелия, для чего и необходим точный расчёт количества удобрений, семян, поливных площадей с учётом водонасыщения, и всё это на основе посекторной геометро-геодезической разбивки территории.
Полевые фотосъёмочные работы заключаются в рекогносцировке, выборе мест установки фотостанций и контрольных точек, определении выдержки, выполнении фотосъёмки [1].
Материал и методы. К полевым геодезическим работам относятся разбивка базиса при стереофотограмметрических измерениях и контрольные измерения. В зависимости от типа сооружения и поставленной задачи для
исследуемого сооружения определяются или все координаты X, У, 2, или только координаты У или 2 [2].
Точность определения пространственных координат точек объекта, как показывают формулы, зависит от отстояний до объекта, базиса съёмки и фокусного расстояния фотокамеры. Эти же параметры влияют на производительность работ, поэтому их следует устанавливать исходя из заданной точности работ [3].
Если выполняется стереофотограмметриче-ская съёмка и определению подлежат все координаты, то расчёт отстояния и базиса выполняется исходя из заданной точности определения координат У. Расчёт отстояния при нормальном случае съёмки выполняется по формуле (1):
*max — ~~тУ ~ ™р
BfmY fmY
rrip krrip'
(1)
где Шу - заданная точность определения отстояния;
Шр - точность определения продольного параллакса (с учётом всех составляющих погрешностей);
у f
к = — =--коэффициент съёмки (базисное
В р
отношение) [4].
Наиболее точные результаты при наибольшем
продвиге работ получатся при так называемом
оптимальном значении коэффициента съемки
копт (или продольного параллакса ропт), который
определяется по формуле (2):
Y
к — — —
/ /
0,5 С
В Ропт ^т; где l - полезный размер кадра по оси хх;
хтах - максимально возможное значение абсцисс на снимке.
Для фототеодолитов, у которых применяются фотопластинки формата 13^18 см, хтах находится в пределах 75 - 88 мм.
Значение копт при формате кадра 13^18 см и фокусном расстоянии f = 200 мм примерно равно: копт ~ 2,5. При f = 100 мм оптимальное значение коэффициента съёмки копт « 1,3.
Величина базиса фотографирования рассчитывается по формуле (3):
B = Y-^ = YV- = -, fmY f к'
(3)
где значения к, р следует принимать оптимальными [5].
Топографические карты и планы необходимы также для проектирования планировки и застройки сельских населённых пунктов.
Результаты исследования. При съёмке высоких сооружений потребно рассчитывать минимальное значение отстояния, при котором будет обеспечен захват здания по высоте (4):
Y ■ =
ч,
приёмов измерений практически не увеличивает точность), а количество снимков может быть доведено до 6 - 12. При внутреннем раскрытии этой темы, в любом случае, для получения контроля измерений с каждой фотостанции не должно быть меньше двух снимков. Если в задачу работ входит определение только координат X, 2, то максимально допустимое отстояние Утах устанавливается исходя из заданной точности их определения. С учётом оптимальных параметров съемки хтах = ропт получим (5) [5]:
у г~~;;—7 у
гпх = - + щ= -т,
f
mz
= ?f:
z + mv = Jmz
(5)
откуда получим расчётные формулы (6) для определения ординат X, 2:
при определении только ко-
= /
™x,z
Vm£z +
= /■
mx,z
(6)
mY
(«И
(4)
^тах
где 2тах - высота сооружения относительно фотокамеры;
^тах - максимальное значение аппликаты на снимке.
Если в натуре отстояние У меньше рассчитанного по формуле (4) значения Ут;п, то съёмку следует выполнить или с более высоких точек, или при наклонном положении оптической оси фотокамеры.
Если при расчётах окажется, что Утах, рассчитанное по формуле (1), меньше Ут;п, найденного по формуле (4), то следует увеличить точность определения продольного параллакса Шр и координат шх, шг точек на снимке. Увеличение точности достигается увеличением количества приёмов измерений снимка на стереоприборе и увеличением числа снимков. Число приёмов измерений одного снимка обычно устанавливается в пределах 2 - 3 (дальнейшее увеличение числа
Фактически базис фотографирования устанавливают параллельно основной продольной оси объекта или конструкции. Если с одного базиса съёмку всего объекта невозможно выполнить, то разбивают створную линию, на которой через расчётное значение длины базиса, формула (3), закрепляют точки стояния фототеодолитов. При оптимальных значениях базиса и отстояния правая фотостанция первого базиса будет левой фотостанцией второго базиса и так далее. Такое расположение базисов и фотостанций обеспечивает наибольшую точность при наименьшем количестве фотостанций и снимков. В пределах стереопары должно быть намечено не менее четырёх контрольных точек, располагающихся по углам стереопары. При определении поправок за изменение элементов ориентирования должно быть не менее пяти точек 1 - 5. В любом случае целесообразно иметь не менее одной-двух дополнительных контрольных точек [6].
Контрольные точки можно определять различными способами, обеспечивающими заданную точность. Обычно координаты X, У определяют прямой засечкой с линии базиса, координаты 2 нижних точек - нивелированием, а верхних точек - промером от нижних точек. Координаты У можно определять промерами от линии базиса. При геодезическом определении контрольных точек необходимо составлять абрис. Контрольные точки следует маркировать: это способствует повышению точности не только фотограмметрических, но и геодезических работ при определении их координат. Целесообразно также маркировать и определяемые точки. Маркировочные знаки
можно изготовлять на бумаге и приклеивать их на сооружение. Форма маркировочного знака выбирается произвольно. Наиболее просто изготовить крестообразный маркировочный знак, который обеспечивает и высокую точность измерений на снимке. Ширина луча маркировочного знака в масштабе снимка должна быть порядка 0,03 - 0,05 мм, длина - 0,1 - 0,2 мм. Размеры маркировочного знака Ь можно рассчитать по известным параметрам съёмки (7):
У
1 = у1, (7)
где I - соответствующий размер маркировочного знака на снимке.
Для всех контрольных точек обязательно определять координаты У.
Если поправки определяют с использованием уравнений поправок, то для четырёх контрольных точек необходимо измерять и координаты X, 2 независимо от того, подлежат ли они определению при исполнительной съёмке. Для дополнительных контрольных точек можно определять, кроме отстояний У, только координаты X; если же определению подлежат только координаты 2, то для дополнительных контрольных точек можно определять только координаты 2 [6].
Если поправки за нарушение элементов ориентирования определяют с использованием уравнений поправок, то кроме координат У, для всех контрольных точек (которых должно быть не менее 5) дополнительно следует определять только координаты X, если необходимо определять абсциссы точек сооружения, и только координаты 2, если они уже подлежат определению при исполнительной съёмке.
Концентрация научно-справочного материала позволяет рассматривать обособленно фотостанции. Для фотостанций определяют координаты центра проекции Xs, У$, 2s, и длину базиса в той же системе, что и контрольные точки. Координаты 2$ определяют только в том случае, если необходимо знать координаты 2 для точек сооружения [7].
Координаты Xs определяют простым промером по линии базиса, координаты 2$ - путём нивелирования по миллиметровой линейке, которую приставляют нулём к координатной метке хх на прикладной рамке фототеодолита. Удобно изготовить специальный колпачок на объектив фототеодолита, к центру которого крепят или приставляют нуль линейки, по которой выполняют нивелирование.
Координаты У$ определяют по формуле (8): У$ = Ув - е,
где е - внецентренность передней узловой точки объектива (расстояние от вертикальной оси вращения фототеодолита до передней узловой точки объектива ~ 1000 мм).
Как указано выше, базис целесообразно устанавливать параллельно основной плоскости сооружения. Если с одного базиса съёмка всего сооружения невозможна, то разбивают створную линию, на которой закрепляют точки стояния фотостанций.
Если засечка контрольных точек осуществляется с нескольких (более чем с двух) точек створной (базисной) линии, то точность установки створа должна быть порядка 1/5шу. Если засечка осуществляется только с двух базисных точек или вообще с других точек и обеспечена единая координатная система для всех контрольных точек, то разбивка створа может быть выдержана с погрешностью, превышающей допуск к определению координат У, поскольку остаточные погрешности, вызванные ошибками установки фотостанций, будут учтены поправками, определяемыми по контрольным точкам. Влияние погрешности установки фотостанции в створе ДУ$ на искажение абсцисс снимка рассчитывают по формуле (9):
AYS
Ах =
(9)
Формула (9) показывает, что при плоском сооружении (У ~ const) искажение Ax будет пропорционально абсциссе x точки на снимке [8].
При отступлении деталей сооружения от общей плоскости будет возникать соответствующее искажение абсцисс, вызываемое глубиной сооружения (10):
, . x&Ts
го
(10)
где Уо - отстояние до основной плоскости сооружения.
Откуда получим формулу (11) для допуска к точности установки фотостанций в створ линии базиса:
Yq
AYS
(11)
АУх
где AY - глубина сооружения;
x - максимальное значение координаты x (или z) на снимке;
5x - допустимое искажение координат, обусловленное погрешностью разбивки створа. Значение 5x следует устанавливать порядка 1/3 - 1/5 от погрешности определения продольного параллакса на снимке, принятой при расчёте максимального отстояния Ymax по формуле (1).
При Y0 = 50 мм, AY = 10 мм, x = 75 мм, 5x = 0,001 мм получим:
50-50000 Щ = 0,001 = 3 мм.
5 10-75 .
Если при выполнении работ установка фотостанций в створ выполняется с большей погрешностью (например, по условиям местности), то с заданной точностью следует определять координаты Y фотостанций.
Очевидно, с такой же точностью, с какой следует установить фотостанции в створ, следует и определять внецентренность е передней узловой точки объектива фотокамеры. При ше > 10 мм внецентренность можно определить простыми измерениями линейкой по корпусу фотокамеры, считая, что положение передней узловой точки находится примерно в центре объектива [9].
Ключевым моментом изысканий в агрогео-дезическом направлении является достоверность и аккуратность проводимых измерений. При больших требованиях к точности определения внецентренности следует выполнять специальные исследования.
Требования к точности измерений базиса между точками, с которых выполняется засечка контрольных точек, должна соответствовать заданной точности определения координат X контрольных точек. Искажение координат х, вызываемое сдвигом центра проекции AXs, будет определяться по формуле (12):
Ах = f-AXS.
(12)
При плоских объектах (У « const) это искажение будет учитываться постоянным членом Oq уравнений поправок. При отступлении деталей от общей плоскости объекта возможно возникновение дополнительного искажения, вызываемого глубиной сооружения, формула (13):
, . / AXS
(13)
Откуда получим формулу (14) для определения допуска к точности измерения базиса фотографирования:
Y02
АХ5 = -г^:8х.
AYf
(14)
Например, при Y0 = 50 м, AY = 10 м, f= 200 мм, 8x = 0,001 мм получим:
50 • 50000 AXS = „п 0,001 « 1 мм.
5 10-200
Требования к точности измерения координат центра проекции будут определяться также по формуле 14 [10].
Выводы. Проведённые исследования и расчёты позволяют рационализировать организацию территорий с устройством сельскохозяйственных угодий, например пастбищ, наделов фермерам, садово-огороднических плантаций и т.д.
В связи с разрастающимися массивами городов создаются предпосылки к разработке новых
топографических карт и планов, для проведения экономической оценки сельскохозяйственных земель и их эффективного использования, что возможно при предлагаемом серьёзном, фактурном, фотосъёмочном и геометро-геодезическом исследовании.
Литература
1. Кузнецов О.Ф., Артамонова С.В., Обухова Т.Г. Геодезические работы по установлению (восстановлению) границ земельных участков: учебное пособие [Электронный ресурс] / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Оренбург. гос. ун-т». Оренбург: ОГУ, 2015. 159 с.
2. Кузнецов О.Ф. Инженерная геодезия: учебное пособие [Электронный ресурс] / М-во образования и науки Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования «Оренбург гос. ун-т». Оренбург: ОГУ, 2013.
3. Кузнецов О.Ф., Иванова А.П., Миронов Н.А. Аспекты проектирования инженерных сооружений // Образовательная среда сегодня и завтра: сб. научных трудов IX Междунар. науч.-практич. конф. / под общ. ред. Г.Г. Бубнова, Е.В. Плужника, В.И. Солдаткина. М., 2014. С. 247 - 249.
4. Информационная система МЕГАНОРМ [Электронный ресурс]. URL: https://meganorm.ru/ Data2/1/4294845/4294845419.htm
5. Руководство по применению фотограмметрических методов для составления обмерных чертежей инженерных сооружений. Российская Федерация. СНиП от 1 января 1984 года [Электронный ресурс]. URL: http://docs.pravo. ru/document/view/21936568/
6. Кузнецов О.Ф. Опыт составления фотограмметрических исполнительных съёмок сооружений. / Кузнецов О.Ф., Васильева М.А., Федулова А.А. // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием). 2020. С. 246-250.
7. Кузнецов О.Ф., Иванова А.П., Васильева М.А. Опыт определения точности монтажа панелей поперечных стен фотограмметрическим способом // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: материалы Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием). Оренбург, 2021. С. 255 - 258.
8. Руководство по применению фотограмметрических методов для составления обмерных чертежей инженерных сооружений [Электронный ресурс]. URL: http://rudocs. exdat.com/docs/index-131261 .html?page=3
9. StandartGOST.ru - бесплатные ГОСТы и магазин документов [Электронный ресурс]. URL: https:// standartgost.ru/g/pkey-14294845419.pdf
10. Кузнецов О.Ф. Детальная разбивка круговых кривых по стрелам прогиба // Вестник Оренбургского государственного университета. 2007. № 3 (66). С. 167 - 170.
Олег Фёдорович Кузнецов, почётный геодезист РФ. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный
университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13.
Анастасия Петровна Иванова, доктор технических наук, профессор. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13; Оренбургский государственный институт путей сообщения - филиал ФГБОУ ВО «Самарский государственный университет путей сообщения». Россия, 460004, г. Оренбург, пр-т Бр. Коростелёвых, 28/1- 28/2, ivaanastassia27@mail.ru
Марина Анатольевна Васильева, кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, zmarvas@mail.ru
Виктория Викторовна Делигирова (Гунько), кандидат технических наук. ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет». Россия, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, gunko.82@list.ru
OlegF. Kuznetsov, honorary surveyor of the Russian Federation. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia.
Anastasia P. Ivanova, Doctor of Technical Sciences, Professor. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia; Orenburg State Institute of Railways - a branch of Samara State University of Railways. 28/1 -28/2, Ave. Br. Korostelevs, Orenburg, 460004, Russia, ivaanastassia27@mail.ru
Marina A. Vasilyeva, Candidate of Technical Sciences. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, zmarvas@mail.ru
Victoria V. Deligirova (Gunko), Candidate of Technical Sciences. Orenburg State University. 13, Pobedy Ave., Orenburg, 460018, Russia, gunko.82@list.ru
Научная статья
УДК 621.3
doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-190-196
Обзор, анализ и перспективы использования теплогенерирующих ветроустановок в системах отопления и горячего водоснабжения
Виктор Гаврилович Петько1, Максим Борисович Фомин1,
Ильмира Агзамовна Рахимжанова1, Александр Борисович Колесников2,
Александр Сергеевич Садчиков2, Ирина Валерьевна Колесникова3
1 Оренбургский государственный аграрный университет
2 ООО «Тюльганский электромеханический завод»
3 Оренбургский государственный университет
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы тепло- и электроснабжения производственных и бытовых объектов от ветроустановок с непосредственным преобразованием механической энергии ветротурбин в тепловую энергию путём жидкостного трения активаторов, совершающих вращательное движение. Произведён обзор конструктивных схем существующих ветроустановок такого назначения и их принципа действия. Предпочтение отдаётся ветроустановкам с прямым соединением валов ветротурбины и активатора без промежуточного редуктора, как наиболее простым надёжным и экономичным. При этом для минимизации размеров теплогенератора, что актуально именно для тихоходных активаторов, соединённых с ветротурбиной по безредукторной схеме, предложена защищённая патентом конструкция ветроустановки с теплогенератором на базе шестерёнчатого насоса. Для ветротурбин с горизонтальной осью вращения, имеющих вращающуюся головку, разработано устройство связи контуров теплогенератора и системы отопления. Рассмотрена возможность повышения бесперебойности электроснабжения автономных объектов от ветроустановок, основным назначением которых является производство тепла. Тепловой энергией при этом потребитель обеспечивается от аккумулятора тепла, значительно более энергоёмкого и дешёвого по сравнению с электрическим аккумулятором. Предложена схема оптимизации загрузки ветроустановки в условиях переменного графика электропотребления.
Ключевые слова: теплогенератор, механическая характеристика, шестерёнчатый насос, коэффициент использования, мощность, циркуляция.
Для цитирования: Обзор, анализ и перспективы использования теплогенерирующих ветроустановок в системах отопления и горячего водоснабжения / В.Г. Петько, М.Б. Фомин, И.А. Рахимжанова [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2021. № 4 (90). С. 190 - 196. doi: 10.37670/2073-0853-2021-90-4-190-196.
Original article
Review, analysis and prospects for the use of heat-generating wind turbines in heating and hot water supply systems
Viktor G. Petko1, Maxim B. Fomin1, Ilmira A. Rakhimzhanova1, Alexander B. Kolesnikov2,
Alexander S. Sadchikov2, Irina V. Kolesnikova3
1 Orenburg State Agrarian University
2 OOO "Tyulgansky Electromechanical Plant"
3 Orenburg State University
Abstract. The article deals with the issues of heat and power supply of industrial and household facilities from wind turbines with direct conversion of mechanical energy of wind turbines into thermal energy by means of fluid friction of activators performing rotational motion. An overview of the design diagrams of existing wind
