CC BY
17
БИОЛОГИЯ И ЭКОЛОГИЯ, ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 630.11
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 2. С. 123-132
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ БЕЗБАЗИСНОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ
Е. В. Авдеева, А. А. Извеков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Таксация объектов озеленения является неотъемлемой частью интегральной оценки качества системы озеленения городов. Существующие методики определения биометрических показателей не могут удовлетворить все требования для всестороннего изучения древесных растений. Описана авторская запатентованная технология определения биометрических параметров древесных растений безбазисным методом, отражены результаты расчетов точности способа, сформированы технические характеристики оборудования, необходимого для качественного проведения таксационных работ. Исследована зависимость погрешности от группы параметров фотосъемки. Установлено, что с увеличением разрешения фотоизображения погрешность уменьшается и остается в пределах допустимой нормы. Прослеживается разница в точности метода при различных фокусных расстояниях и ориентации кадра. Все расчеты показали высокую точность метода.
Представлено авторское масштабное устройство. Данное оборудование имеет множество технических преимуществ перед существующими аналогами. Помимо таксации древесных насаждений устройство следует применять в геодезии, предпроектных архитектурных изысканиях. Для расширения спектра применения масштабное устройство можно снабдить дополнительным навесным оборудованием, необходимым в той или иной сфере деятельности (нивелирная рейка, перекидной счетчик, строительный уровень и др.). Разработанный метод и оборудование определения биометрических показателей древесных растений в данный момент применяется для таксации насаждений ели сибирской и ели колючей в городе Красноярск. Отмечена высокая производительность работ и обширный объем полученной информации. С помощью современных технологий, например использование облачных хранилищ, исследователь имеет доступ к данным в любое время и в любом месте, что ускоряет обработку полевых материалов.
Ключевые слова: точность, таксация, масштабное устройство, фотография, объект озеленения.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 2, P. 123-132
METHOD OF BIOMETRIC PARAMETERS OF WOOD PLANTS DETERMINATION
ACCURACY ESTIMATION
E. V. Avdeeva, A. A. Izvekov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Inventory of landscaping objects is an integral part of the integrated assessment of the quality of the urban greening system. Existing methods of determining biometric indicators can't meet all the requirements for a comprehensive woody plants study. The article describes the author's patented technology for determining the biometric parameters of woody plants by the without-a-base method, the results of calculations of the accuracy of the method are reflected, and the technical characteristics of the equipment necessary for high-quality carrying out of taxation work are formed. The dependence of the error on a group of photography parameters was studied. It is established that with an increase in the resolution of the photo image, the error decreases and remains within the permissible norm. There is a difference in the accuracy of the method with different focal lengths and the frame orientation. All calculations showed high accuracy of the method.
The author's scale device is presented in the article. This equipment has many technical advantages over existing analogues. In addition to the taxation of tree plantations, the device should be used in geodesy, pre-design architectural
surveys. To expand the scope of application, a scale device can be equipped with additional attachments necessary in a particular field of activity (leveling rod, flip-flop counter, construction level, etc.). The developed method and equipment for the determination of biometric indicators of woody plants is currently applied for the taxation of plantations of Picea obovate and Picea pungens in the city of Krasnoyarsk. The high productivity of work and the extensive volume of the received information are marked. With the help of modern technologies, for example the use of cloud storage, the researcher has access to the data at any time and in any place, which speeds up the processing of field materials.
Keywords: accuracy, taxation, scale device, photograph, object of gardening.
ВВЕДЕНИЕ
Комфортное проживание в городе характеризуется многими факторами, в том числе и качеством окружающей среды. Многочисленные исследования экологического состояния среды показывают, что система озеленения выступает одним из наиважнейших элементов формирования урбоэкосистем [1-3]. Комплекс озелененных территорий города требует постоянной интегральной оценки качества насаждений и поддержание его в пределах требований, установленных нормативной документацией [4-6]. Существует множество методик, позволяющих оценить антропогенное воздействие на развитие насаждений [1; 3; 7]. При этом технология проведения сбора биометрической информации классическими способами лесной таксации затруднительна в условиях города. На основании этого целью работы является оценка точности авторского метода определения биометрических параметров древесных растений и выявление оптимальных технических характеристик оборудования для получения точных результатов.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Таксационные способы изменения биометрических параметров древесных насаждений подразделяются на базисные и безбазисные [8; 9]. При базисном способе требуется измерять расстояние от исследуемого объекта до наблюдателя. Однако когда древесные насаждения расположены вдоль магистрали, проведение измерений становиться невозможным, так как наблюдатель может находиться на проезжей части. В случае использования безбазисного метода определения дендрометрических показателей наблюдателю не требуется измерять расстояние от себя до древесного растения. Поэтому для проведения измерений биометрических параметров деревьев в условиях города рационально использовать безбазисный способ, при котором измерение объекта не зависит от места расположения наблюдателя.
На основе изученных материалов авторами разработаны методика и оборудование для измерения и расчета биометрических параметров древесных растений [10; 11]. Данная технология относится к способу измерения биометрических параметров древесных растений при проведении научных исследований и инвентаризации зеленых насаждений в условиях урбанизированной среды, а также в лесной отрасли при выполнении таксационных обследований. При таксации городских насаждений замеряются следующие биометрические параметры: высота дерева от основания до верхушечной части кроны, максимальные диаметры кроны в двух взаимно-перпендикулярных
направлениях и их высоты, штамб растения, диаметр ствола на высоте 1,3 м. Дополнительно оценивается фитонасыщенность, эстетическое и санитарно-гигиеническое состояние древесного растения, а также другие прямые, косвенные и качественные показатели (площадь освещенной/затененной поверхности, уровень асимметрии кроны, наклон ствола и др.).
Среди безбазисных методов известен способ измерения биометрических параметров растущего дерева при помощи высотомера Христена [8; 9], недостатком которого является возможность определения только вертикальных размеров (общая высота, штамб, высота до максимального диаметра кроны). Сложность использования данного способа заключается в одновременном визировании трех точек, при этом дрожание руки сказывается на точности измерения. Погрешность измерений в значительной степени зависит от правильной установки масштабного шеста возле дерева. Также существует способ измерения таксационных характеристик с помощью видеосъемки [1]. Способ относится к группе безбазисных методов, позволяющий отказаться от измерения высоты дерева высотомером и оценить габитус деревьев. Недостатками способа видеосъемки является то, что измерения проводят два человека - таксатор и его помощник. Во время видеосъемки помощник переходит от растения к растению, а вертикальная проекция тела помощника используется как масштабный объект, при этом для сохранения устойчивого положения на местности помощник может отклониться от вертикального положения, тогда его проекция будет иметь величину отличную от истинной высоты, которая складывается из его роста, высоты обуви и головного убора. К тому же помощник стоит на земле, покрытой травой либо снегом, что затрудняет определение опорной точки. Данные обстоятельства влияют на погрешность измерений. При работе с отснятым материалом на компьютере появляется дополнительный этап обработки -раскадровка видеоматериала и выбор наиболее подходящих кадров, что повышает трудоемкость работы.
Разработанный авторами способ измерения биометрических параметров древесных растений при помощи фотосъемки безбазисным методом заключается в следующем: масштабное устройство устанавливают рядом с древесным растением на одной линии, перпендикулярной направлению оси фотографирования; на планшете, установленном на масштабном устройстве, выставляют необходимую информацию (порядковый номер дерева, номер обследуемого участка, диаметр ствола дерева на высоте 1,3 м и др.). С достаточного расстояния производят фотосъемку объекта таким образом, чтобы все растение целиком вмеща-
лось в кадр, а фотоаппарат не поворачивался в вертикальной плоскости. Полученный снимок загружают в среду графического редактора, дающего возможность «послойно» наносить изображения (например, отрезок, линию, окружность, квадрат и т. д.), изменять свойства изображения и проводить их измерения. Снимок также может быть обработан в любой системе автоматизированного проектирования (САПР). Использование цифровой фотокамеры высокого разрешения (планшетного компьютера) позволяет приступить к расчетам без дополнительных операций по предварительной обработке в лабораторных или непосредственно полевых условиях.
В графическом редакторе поверх снимка изображают необходимые отрезки и определяют их размеры программными средствами: отрезок, повторяющий изображение шеста; отрезки искомых параметров древесных растений (высота растения, штамб, диаметр кроны, высота до максимального диаметра кроны и др.). Расчеты проводятся по формуле (1) и заносятся в ведомость обследования:
Y =
L • У l
(1)
где У, - искомый параметр, м; Ь - длина масштабного шеста, м; yi - длина отрезка искомого параметра в графическом редакторе на фотоизображении; I -длина отрезка масштабного шеста в графическом редакторе на фотоизображении.
Задача, решаемая предлагаемым методом, состоит в повышении точности измерения биометрических параметров древесных растений и упрощении процесса измерения.
Для применения данного метода измерения рекомендуется использование следующего оборудования: авторское масштабное устройство [11], фотоаппарат, компьютер с установленным на нем пакета прикладным программ САПР или графическим редактором.
При разработке масштабного устройства к нему предъявлялись следующие требования: самоустановка масштабного шеста в вертикальное положение, хорошая устойчивость, простота в использовании и конструкции, при проведении фотосъемки масштабное устройство должно быть отчетливо видно на фотоизображении при различных погодных и ландшафтных
условиях, ремонтопригодно и компактное в собранном виде для транспортировки.
Данные требования полностью удовлетворяются в разработанном авторами масштабном устройстве. Так, самоустновка масштабного шеста в вертикальное положение обеспечивается карданным шарниром, соединяющий штатив и масштабный шест на нижнем конце которого установлен груз; концы масштабного шеста окрашены яркой контрастной с окружающей средой краской для точного визирования (рис. 1).
Для фотоаппарата допустимы следующие технические характеристики: диапазон изменения фокусного расстояния объектива (зум объектива) не должен приводить к появлению на фотоизображении оптических аберраций (погрешность изображения, формируемая оптической системой: дисторсия, астегматизм и др. [12; 13]), высокое разрешение матрицы аппарата для получения четких снимков. Фотоаппарат может быть снабжен дополнительными устройствами и механизмами для уменьшения погрешности фотосъемки (стабилизатор изображения, вспышка, штатив и др.) [14-16].
Оценка точности данного метода измерения проведена на объекте, размеры которого промерены рулеткой MATRIX Status 3 fixations арт. 31035 с точностью измерения ±1,3 мм [17]. В качестве измеряемого объекта выбран панельный пятиэтажный дом, у которого вычислялись параметры высоты каждого этажа с учетом межпанельных швов. Для проведения фотосъемки использовалось авторское масштабное устройство и фотоаппарат Canon EOS 1100D с объективом Canon ZOOM LENS EF-S 18-55 mm 1:3.5-5.6 IS II [18].
Методика исследования заключается установке масштабного устройства рядом на одной линии с измеряемым объектом, геометрические параметры которого известны, и фотографированием данной «сцены» с расстояния 5 метров с последующим отдалением с шагом в 5 метров до 50 метров (отсечка пройденного расстояния проводилась лазерным дальномером Bosch PLR 25, точность которого составляет ±2 мм [19]. По мере отдаления в кадр попадали последующие вертикальные пятиэтажные части дома, которые тоже измерялись (рис. 2).
Масштабный телескопический шест с грузом
Карданный шарнир
Штатив
Рис. 1. Масштабное устройство для определения биометрических параметров древесных растений
Рис. 2. Примеры фотоизображений с установленным разрешением 12МП, фокусным расстоянием 18 мм снятые с расстояния 10 и 35 метров соответственно
На каждой точке производилась серия снимков: в горизонтальной и вертикальной ориентации кадра; в трех значениях фокусного расстояния - 18, 35 и 55 мм; и с различным разрешением - 0,3 МП (мегапиксель), 2,5, 3,4, 6,3 и 12 МП. Полученные данные обработаны статистическим методом [20], с использованием пакетов прикладных программ Microsoft Office и САПР Компас 3D.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для данного пятиэтажного панельного дома действительная высота первого этажа составляет 3,48 м, второго - 6,18, третьего - 8,88, четвертого - 11,58 и пятого - 14,28 м. Длина масштабного шеста равна 1,5 м. Аналитические расчет высоты этажа производились по формуле (1).
Оценка точности метода относительно разрешения фотоаппарата показала, что фотосъемка с разрешением кадра 0,3 мегапикселя имеет очень сильную погрешность (рис. 4). Далее по мере увеличения разрешения данные остаются в диапазоне пятипроцентной ошибки, что допустимо для таксационных измерений [21]. Следует отметить, что в результатах расчетов для разрешения кадра 2,5 МП еще возможны промахи при визировании масштабного шеста. На рис. 3 приведена разница в детализации изображения между наименьшим и наибольшим разрешением кадра.
Ось абсцисс графика на рис. 4 состоит из групп по параметру разрешения кадра в порядке возрастания. Каждая группа включает в себя значения относительной погрешности фотоизображений для трех фокусных расстояний и двух видов ориентации кадра. Запись типа «ФР 18 ВТ» в группе 0,3 МП означает -фокусное расстояние 18 мм (ФР 18), вертикальная (ВТ) ориентация кадра разрешением 0,3 мегапикселя (0,3 МП), или «ФР 55 ГО» в группе 12 МП - фокусное расстояние 55 мм (ФР 55), горизонтальная (ГО) ориентация кадра с разрешением 12 мегапикселей.
Оценка точности метода в зависимости от горизонтальной и вертикальной съемки показала, что наиболее точные данные получены при вертикальной съемке, обусловленные минимизацией влияния оптических аберраций от объектива фотоаппарата на полученном изображении. При вертикальной съемке в кадр попадает меньше объектов, поэтому при проведении таксации объекта озеленения потребуется сделать большее количество снимков, чем при горизонтальной. На рис. 5-7 приведена серия графиков зависимости относительной погрешности для разных фокусных расстояний и ориентации кадра. Для лучшей презентации результатов из графиков исключены результаты погрешности для разрешения 0,3 МП. На рисунках графики сгруппированы в соответствии с ориентацией кадра.
а б
Рис. 3. Пример детализации изображения при минимальном и максимальном разрешении
а - 0,3 МП; б - 12 МП
ФР18 ВТ О 00 0 !— со и~) ГО е 0,3 о |_ и-1 ГО о. е МП 1— со иП 1Л о_ 0 О |-Г) щ 0 н со со | О. 0 О |_ 00 1—1 0 1— со ш го о_ 0 2,5 О |_ 1Л го 0 МП 1— со Ц-! 1Л 0 О 1_ и"> 1.0 0 1— со со г-1 0 О 00 с*. 0 1— со 1Г1 го о. 0 3,4 О 1= 1Л ГО 0 МП к со иО 1Л о_ 0 О |_ и-. и"» 0 1— со 00 *—1 0 О |_ со т—1 о. 0 1— со 1л го 0 6,3 О и"!. ГО 0 МП н со т 1Л о. 0 О |_ иО 1-П 0 1— со 00 о. 0 О |_ 00 1—1 0 К ФР35ВТ Й О |-0 го а. 0 МП 1— со и"» 1Л 0 О ЬП т 0
Разрешение кадра, МП (Мегапиксель)
■2 этаж ■3 этаж ■4 этаж ■5 этаж
■Допустимоезначение погрешности при таксации насаждений
Рис. 4. График относительной погрешности в зависимости от разрешения кадра при всех фокусных расстояниях и ориентациях кадра
На рис. 5 видно, что в группе графиков с вертикальной ориентацией снимка (графики синего цвета) большинство значений погрешности измерений располагаются ниже трех процентов.
Подобное поведение прослеживается и на рис. 6 для значений погрешности при фокусном расстоянии 35 мм.
Разброс значений на рис. 7 объясняется тем, что при съемке в столь большом фокусном расстоянии (55
мм) возникает размытие изображения из-за вибрации тела оператора - для стабилизации фотоаппарата требуется штатив.
Результаты расчетов оценки погрешности авторского безбазисного метода определения биометрических параметров древесных растений приведены в табл. 1.
Рис. 5. Значения относительной погрешности для фокусного расстояния 18 мм
Рис. 6. Значения относительной погрешности для фокусного расстояния 35 мм
4
3 2 -1
0 - 2,5 МП 3,4 МП 6,3 МП 12 МП -1этаж ВТ • 2 этаж ВТ * 3 этаж ВТ ф 4этаж8Т ■ 1 этаж ГО 2 этаж ГО —Зэтаж ГО
Рис. 7. Значения относительной погрешности для фокусного расстояния 55 мм Таблица 1
Расчет относительной погрешности безбазисного метода определения биометрических параметров древесных растений
Среднее значение высоты этажа, м Сумма отклонений Квадрат суммы отклонений Количество измерений Среднеквадратичная погрешность Среднеквадратичная погрешность среднего арифметического Коэффициент Стьюдента Доверительный интервал Относительная погрешность
<Низм>, м м м2 п Бп Б г, при 95 % ±ДИ 5, %
Фокусное расстояние объектива 18 мм. Горизонтальная ориентация кадра
0,3 МП
1 4,181 36,472 1330,207 52 5,107 0,708 2,01 1,423 34,03
2 7,449 63,435 4023,999 50 9,062 1,282 2,01 2,577 34,60
3 10,980 90,286 8151,562 43 13,931 2,124 2,02 4,29 39,07
4 14,570 113,637 12913,368 38 18,682 3,031 2,02 6,123 42,02
5 18,565 137,111 18799,426 32 24,626 4,353 2,04 8,88 47,83
2,5 МП
1 3,528 2,477 6,136 52 0,347 0,048 2,01 0,129 2,72
2 6,229 2,450 6,003 50 0,350 0,049 2,01 0,131 1,57
3 8,934 2,336 5,457 43 0,360 0,055 2,02 0,149 1,24
4 11,616 1,379 1,902 38 0,227 0,037 2,02 0,100 0,65
5 14,391 3,543 12,553 32 0,636 0,112 2,04 0,308 1,58
3,4 МП
1 3,483 0,172 0,030 52 0,024 0,003 2,01 0,006 0,17
2 6,151 -1,466 2,149 50 0,209 0,030 2,01 0,060 0,98
3 8,791 -3,824 14,623 43 0,590 0,090 2,02 0,182 2,07
4 11,405 -6,658 44,329 38 1,095 0,178 2,02 0,360 3,16
5 13,968 -9,994 99,880 32 1,795 0,317 2,04 0,647 4,63
6,3 МП
1 3,465 -0,754 0,569 52 0,106 0,015 2,01 0,030 0,87
2 6,107 -3,646 13,293 50 0,521 0,074 2,01 0,149 2,44
3 8,733 -6,315 39,879 43 0,974 0,149 2,02 0,301 3,45
4 11,350 -8,731 76,230 38 1,435 0,233 2,02 0,471 4,15
5 13,951 -10,543 111,155 32 1,894 0,335 2,04 0,683 4,90
12 МП
1 3,501 1,084 1,175 52 0,152 0,021 2,01 0,042 1,20
2 6,159 -1,052 1,107 50 0,150 0,021 2,01 0,042 0,68
3 8,806 -3,196 10,214 43 0,493 0,075 2,02 0,152 1,73
4 11,430 -5,708 32,581 38 0,938 0,152 2,02 0,307 2,69
5 14,067 -6,802 46,267 32 1,222 0,216 2,04 0,441 3,13
Фокусное расстояние объектива 35 мм. Горизонтальная ориентация кадра
0,3 МП
1 3,550 2,098 4,402 30 0,390 0,071 2,04 0,145 4,08
2 6,268 2,123 4,507 24 0,443 0,090 2,09 0,188 3,00
3 9,039 2,861 8,185 18 0,694 0,164 2,11 0,346 3,83
4 12,663 5,416 29,333 5 2,708 1,211 2,77 3,354 26,49
5 15,572 6,462 41,757 5 3,231 1,445 2,77 4,003 25,71
Продолжение табл. 1
№ этажа Среднее значение высоты этажа, м Сумма отклонений Квадрат суммы отклонений Количество измерений Среднеквадратичная погрешность Среднеквадратичная погрешность среднего арифметического Коэффициент Стьюдента Доверительный интервал Относительная погрешность
<Низм>, м м м2 п Бп Б г, при 95 % ±ДИ 5, %
2,5 МП
1 3,536 1,687 2,846 30 0,313 0,057 2,04 0,116 3,28
2 6,234 1,303 1,698 24 0,272 0,056 2,09 0,117 1,88
3 8,921 0,742 0,551 18 0,180 0,042 2,11 0,089 1,00
4 11,56 -0,102 0,010 5 0,050 0,022 2,77 0,061 0,53
5 14,189 -0,455 0,207 5 0,227 0,102 2,77 0,283 1,99
3,4 МП
1 3,535 1,657 2,746 30 0,308 0,056 2,04 0,114 3,22
2 6,241 1,460 2,132 24 0,304 0,062 2,09 0,130 2,08
3 8,938 1,053 1,109 18 0,255 0,060 2,11 0,127 1,42
4 11,534 -0,231 0,053 5 0,115 0,051 2,77 0,141 1,22
5 14,179 -0,504 0,254 5 0,252 0,113 2,77 0,313 2,21
6,3 МП
1 3,535 1,020 1,040 30 0,189 0,035 2,04 0,071 2,01
2 6,241 0,058 0,003 24 0,011 0,002 2,09 0,004 0,06
3 8,938 -0,827 0,684 18 0,201 0,047 2,11 0,099 1,11
4 11,534 -0,689 0,475 5 0,345 0,154 2,77 0,427 3,70
5 14,179 -1,197 1,433 5 0,599 0,268 2,77 0,742 5,23
12 МП
1 3,532 1,563 2,443 30 0,290 0,053 2,04 0,108 3,06
2 6,220 0,962 0,925 24 0,201 0,041 2,09 0,086 1,38
3 8,902 0,391 0,153 18 0,095 0,022 2,11 0,046 0,52
4 11,434 -0,730 0,533 5 0,365 0,163 2,77 0,452 3,95
5 14,039 -1,204 1,450 5 0,602 0,269 2,77 0,745 5,31
Фокусное расстояние объектива 55 мм. Горизонтальная ориентация кадра
0,3 МП
1 3,556 1,589 2,525 21 0,355 0,077 2,09 0,161 4,53
2 6,276 1,438 2,068 15 0,384 0,099 2,16 0,214 3,41
3 9,007 0,891 0,794 7 0,364 0,138 2,45 0,338 3,75
2,5 МП
1 3,541 1,278 1,633 21 0,286 0,062 2,09 0,13 3,67
2 6,231 0,766 0,587 15 0,205 0,053 2,16 0,114 1,83
3 8,909 0,205 0,042 7 0,084 0,032 2,45 0,078 0,88
3,4 МП
1 3,539 1,231 1,515 21 0,275 0,060 2,09 0,125 3,53
2 6,224 0,663 0,440 15 0,177 0,046 2,16 0,099 1,59
3 8,913 0,228 0,052 7 0,093 0,035 2,45 0,086 0,96
6,3 МП
1 3,537 1,198 1,435 21 0,268 0,058 2,09 0,121 3,42
2 6,218 0,566 0,32 15 0,151 0,039 2,16 0,084 1,35
3 8,874 -0,045 0,002 7 0,018 0,007 2,45 0,017 0,19
12 МП
1 3,533 1,122 1,259 21 0,251 0,055 2,09 0,115 3,26
2 6,208 0,418 0,175 15 0,112 0,029 2,16 0,063 1,01
3 8,875 -0,034 0,001 7 0,013 0,005 2,45 0,012 0,14
Фокусное расстояние объектива 18 мм. Вертикальная ориентация кадра
0,3 МП
1 3,766 10,585 112,042 37 1,764 0,29 2,02 0,586 15,56
2 6,677 17,879 319,659 36 3,022 0,504 2,02 1,018 15,25
3 9,611 24,869 618,467 34 4,329 0,742 2,04 1,514 15,75
4 12,565 31,506 992,628 32 5,659 1 2,04 2,040 16,24
5 15,615 38,706 1498,154 29 7,315 1,358 2,04 2,77 17,74
2,5 МП
1 3,512 1,176 1,383 37 0,196 0,032 2,02 0,065 1,85
2 6,208 1,003 1,006 36 0,17 0,028 2,02 0,057 0,92
129
Продолжение табл. 1
№ этажа Среднее значение высоты этажа, м Сумма отклонений Квадрат суммы отклонений Количество измерений Среднеквадратичная погрешность Среднеквадратичная погрешность среднего арифметического Коэффициент Стьюдента Доверительный интервал Относительная погрешность
<Низм>, м м м2 п Бп Б г, при 95 % ±ДИ 5, %
3 8,903 0,783 0,613 34 0,136 0,023 2,04 0,047 0,53
4 11,589 0,276 0,076 32 0,05 0,009 2,04 0,018 0,16
5 14,299 0,558 0,311 29 0,105 0,019 2,04 0,039 0,27
3,4 МП
1 3,499 0,72 0,518 37 0,12 0,020 2,02 0,04 1,14
2 6,172 -0,272 0,074 36 0,046 0,008 2,02 0,016 0,26
3 8,843 -1,274 1,623 34 0,222 0,038 2,04 0,078 0,88
4 11,496 -2,684 7,204 32 0,482 0,085 2,04 0,173 1,50
5 14,174 -3,074 9,449 29 0,581 0,108 2,04 0,220 1,55
6,3 МП
1 3,488 0,285 0,081 37 0,048 0,008 2,02 0,016 0,46
2 6,159 -0,732 0,536 36 0,126 0,021 2,02 0,042 0,68
3 8,827 -1,760 3,098 34 0,311 0,054 2,04 0,110 1,25
4 11,489 -2,812 7,907 32 0,513 0,092 2,04 0,188 1,64
5 14,163 -3,267 10,673 29 0,629 0,119 2,04 0,243 1,72
12 МП
1 3,479 -0,038 0,001 37 0,005 0,001 2,02 0,002 0,06
2 6,134 -1,638 2,683 36 0,277 0,046 2,02 0,093 1,52
3 8,784 -3,251 10,569 34 0,566 0,097 2,04 0,198 2,25
4 11,421 -5,083 25,837 32 0,913 0,161 2,04 0,328 2,87
5 14,052 -6,615 43,758 29 1,25 0,232 2,04 0,473 3,37
Фокусное расстояние объектива 35 мм. Вертикальная ориентация кадра
0,3 МП
1 3,503 0,518 0,268 23 0,110 0,023 2,09 0,048 1,37
2 6,186 0,137 0,019 22 0,030 0,006 2,09 0,013 0,21
3 8,888 0,144 0,021 18 0,035 0,008 2,11 0,017 0,19
4 11,524 -0,786 0,618 14 0,218 0,058 2,16 0,125 1,08
5 14,418 1,105 1,221 8 0,418 0,148 2,36 0,349 2,42
2,5 МП
1 3,541 1,393 1,94 23 0,297 0,062 2,09 0,130 3,67
2 6,246 1,446 2,091 22 0,316 0,067 2,09 0,140 2,24
3 8,968 1,587 2,519 18 0,385 0,091 2,11 0,192 2,14
4 11,714 1,876 3,519 14 0,520 0,139 2,16 0,300 2,56
5 14,53 1,998 3,992 8 0,755 0,267 2,36 0,630 4,34
3,4 МП
1 3,509 0,677 0,458 23 0,144 0,03 2,09 0,063 1,8
2 6,182 0,043 0,002 22 0,01 0,002 2,09 0,004 0,06
3 8,907 0,482 0,232 18 0,117 0,028 2,11 0,059 0,66
4 11,542 -0,528 0,279 14 0,146 0,039 2,16 0,084 0,73
5 14,172 -0,864 0,746 8 0,326 0,115 2,36 0,271 1,91
6,3 МП
1 3,527 1,084 1,175 23 0,231 0,048 2,09 0,100 2,84
2 6,221 0,898 0,806 22 0,196 0,042 2,09 0,088 1,41
3 8,919 0,697 0,486 18 0,169 0,04 2,11 0,084 0,94
4 11,627 0,664 0,441 14 0,184 0,049 2,16 0,106 0,91
5 14,323 0,346 0,120 8 0,131 0,046 2,36 0,109 0,76
12 МП
1 3,518 0,879 0,773 23 0,187 0,039 2,09 0,082 2,33
2 6,206 0,565 0,319 22 0,123 0,026 2,09 0,054 0,87
3 8,899 0,339 0,115 18 0,082 0,019 2,11 0,040 0,45
4 11,597 0,242 0,059 14 0,067 0,018 2,16 0,039 0,34
5 14,309 0,230 0,053 8 0,087 0,031 2,36 0,073 0,51
Фокусное расстояние объектива 55 мм. Вертикальная ориентация кадра
0,3 МП
1 3,525 0,760 0,578 17 0,190 0,046 2,11 0,097 2,75
Окончание табл. 1
№ этажа Среднее значение высоты этажа, м Сумма отклонений Квадрат суммы отклонений Количество измерений Среднеквадратичная погрешность Среднеквадратичная погрешность среднего арифметического Коэффициент Стьюдента Доверительный интервал Относительная погрешность
<Низм>, м м м2 п Бп Б ^ при 95 % ±ДИ 5, %
2 6,197 0,232 0,054 14 0,064 0,017 2,16 0,037 0,60
3 8,929 0,492 0,242 10 0,164 0,052 2,26 0,118 1,32
4 11,728 0,444 0,197 3 0,314 0,181 4,30 0,778 6,63
2,5 МП
1 3,524 0,755 0,570 17 0,189 0,046 2,11 0,097 2,75
2 6,197 0,236 0,056 14 0,066 0,018 2,16 0,039 0,63
3 8,887 0,074 0,005 10 0,024 0,008 2,26 0,018 0,20
4 11,56 -0,059 0,003 3 0,039 0,023 4,30 0,099 0,86
3,4 МП
1 3,544 1,086 1,179 17 0,271 0,066 2,11 0,139 3,92
2 6,209 0,399 0,159 14 0,111 0,030 2,16 0,065 1,05
3 8,894 0,135 0,018 10 0,045 0,014 2,26 0,032 0,36
4 11,485 -0,286 0,082 3 0,202 0,117 4,30 0,503 4,38
6,3 МП
1 3,528 0,824 0,679 17 0,206 0,050 2,11 0,106 3,00
2 6,211 0,431 0,186 14 0,120 0,032 2,16 0,069 1,11
3 8,897 0,166 0,028 10 0,056 0,018 2,26 0,041 0,46
4 11,533 -0,141 0,020 3 0,100 0,058 4,30 0,249 2,16
12 МП
1 3,494 0,237 0,056 17 0,059 0,014 2,11 0,03 0,86
2 6,204 0,340 0,116 14 0,094 0,025 2,16 0,054 0,87
3 8,897 0,170 0,029 10 0,057 0,018 2,26 0,041 0,46
4 11,581 0,002 0,000 3 0,000 0,000 4,30 0,000 0,00
ВЫВОДЫ
Оценка погрешности разработанного безбазисного метода определения биометрических параметров древесных растений показала, что данный метод обладает достаточно высокой точностью для проведения таксации насаждений города. Наименьшее допустимое разрешение кадра составляет 3,4 МП (1504x2256 пикс.). Наиболее предпочтительно следует производить съемку в вертикальной ориентации кадра. При съемке без штатива фокусное расстояние объектива должно располагаться в диапазоне 18-35 мм, что соответствует параметрам большинства современных фотоаппаратов. Разработанное масштабное устройство облегчает визирование масштабного отрезка шеста на фотоизображении при его лабораторной обработке на компьютере и явилось устойчивым к существующим в момент проведения работ погодным условиям.
Разработанный способ и оборудование применяется для оценки качества объектов озеленения г. Красноярска. Для этого определен массив объектов озеленения включающих в себя насаждения ели сибирской и ели колючей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Артемьев О. С. Методы таксации городских насаждений : монография / Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2003. 100 с.
2. Морозова Г. Ю. Растения в урбанизированной
среде : учеб. пособие. Хабаровск : Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2003. 104 с.
3. Авдеева Е. В. Рост и индикаторная роль древесных растений в урбанизированной среде : монография / Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2007. 382 с.
4. Строительные нормы и правила: СНиП Ш-К.2-67 Озеленение. Правила производства и приемки работ : нормативно-техн. документ. М. : Стройиздат, 1968. 12 с.
5. Свод правил: СП 42.13330.2011 Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений: нормативно-технический документ. М. : ОАО «Центр проектной продукции в строительстве», 2011. 110 с.
6. Отраслевая дорожная методика: ОДМ 218.01198 Методические рекомендации по озеленению автомобильных дорог : нормативно-техн. документ. М. : Федеральная дорожная служба России, 1998. 52 с.
7. Степень Р. А., Есякова О. А. Оценка загрязнения атмосферы биоиндикационными методами : монография / Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2013. 142 с.
8. Анучин Н. П. Лесная таксация : учеб. пособие. М. : Лесная пром-сть, 1982. 552 с.
9. Сергеев Н. П. Лесная таксация : учеб. пособие. М. : Гослесбумиздат, 1953. 310 с.
10. Патент 2534381 Российская Федерация, МПК 51 в01С 15/06. Способ измерения биометрических
параметров древесных растений / Авдеева Е. В., Извеков А. А. № 2013129185/28; заявл. 25.06.2013; опубл. 27.11.2014. Бюл. № 33.
11. Патент 2534380 Российская Федерация, МПК 51 G01C 15/06. Масштабное устройство для измерения биометрических параметров древесных растений / Авдеева Е. В., Извеков А. А. № 2013129184/28; заявл. 25.06.2013; опубл. 27.11.2014. Бюл. № 33.
12. Волосов Д. С. Фотографическая оптика : учеб. пособие. М. : Искусство, 1978. 543 с.
13. Ландсберг Г. С. Оптика: учебное пособие. М. : Физматлит, 2003. 848 с.
14. Волков В. Г. Цифровой фотоаппарат. СПб. : Сова, 2005. 93 с.
15. Бунимович Д. В помощь фотолюбителю : учеб. и практ. пособие. Беларусь. Минск : Изд-во «Беларусь», 2004. 191 с.
16. Фрост Л. Фотография. Вопросы и ответы. М. : Арт-Родник, 2003. 128 с.
17. Рулетка MATRIX Status 3 fixations арт. 31035: веб-страница инструмента [Электронный ресурс]. ООО «ВсеИнструменты.ру». URL: http://www.vseinstrumenti. ru/ruchnoy_instrument/izmeritelnyj/ruletki_stroitelnye/ma trix/31035/ (дата обращения: 19.03.2018).
18. Фотоаппарат Canon EOS 1100D kit: вебстраница оборудования [Электронный ресурс]. АО «Связной логистика» URL: https://www.svyaznoy.ru/ catalog/audiovideo/1732/1309166/specs#mainContent (дата обращения: 19.03.2018).
19. Лазерный дальномер Bosch PLR 25: вебстраница оборудования [Электронный ресурс]. ООО «Роберт Бош» URL: http://www.bosch-do-it.com/ru/ru/ домашняямастерская/инструменты/plr-25-3165140851 053-199929.jsp (дата обращения: 19.03.2018).
20. Гольдин Л. Л. Руководство к лабораторным занятиям по физике. М. : Наука, 1973. 688 с.
21. Минаев В. Н., Банникова О. В. и др. Использование материалов видеосъемок для целей оценки парковых и лесопарковых насаждений // Изв. СПбЛТА. 1998. Вып. 6 (164). С. 4-13.
REFERENCES
1. Artemiev O. S. Methods of taxation of urban plantations : monograph / Siberian State Technological University. Krasnoyarsk, 2003. 100 p.
2. Morozova G. Yu. Plants in an urbanized environment : a textbook. Khabarovsk : Khabarovsk State Technical University publishing, 2003. 104 p.
3. Avdeeva E. V. Growth and indicator role of woody plants in an urbanized environment : monograph / Siberian State Technological University. Krasnoyarsk, 2007. 382 p.
4. Building norms and rules: SNiP III-K.2-67 Planting. Rules for the production and acceptance of work : a normative and technical document. Moscow : Stroiizdat, 1968. 12 p.
5. Code of rules: SP 42.13330.2011 Urban planning. Planning and development of urban and rural settlements:
a normative and technical document. M. : OJSC "Center for Design Products in Construction", 2011. 110 p.
6. Branch road methodology: ODM 218.011-98. Methodological recommendations on the greening of roads: a normative and technical document. Moscow : Federal Road Service of Russia, 1998. 52 p.
7. Degree R. A., Esyakova O. A. Assessment of atmospheric pollution by bioindication methods : monograph / Siberian State Technological University. Krasnoyarsk, 2013. 142 p.
8. Anuchin N. P. Forest taxation: a study guide. Moscow : Forest Industry, 1982. 552 p.
9. Sergeev N. P. Forest taxation: a study guide. Moscow : Goslesbumizdat, 1953. 310 p.
10. Patent 2534381. The Russian Federation, the IPC 51 G01C 15/06. Method for measuring biometric parameters of woody plants / Avdeeva E. V., Izvekov A. A. No. 2013129185/28; claimed. 06/25/2013; publ. 11/27/2014. Byul. № 33.
11. Patent 2534380. Russian Federation, IPC 51 G01C 15/06. Scale Device for Measuring Biometric Parameters of Woody Plants / Avdeeva E. V., Izvekov A. A. No. 2013129184/28; claimed. 06/25/2013; publ. 11/27/2014., Byul. № 33.
12. Volosov D. S. Photographic optics: a tutorial. M. : Art, 1978. 543 p.
13. Landsberg G. S. Optics: a tutorial. Moscow : Fiz-matlit, 2003. 848 p.
14. Volkov V. G. Digital camera. SPb. : Owl, 2005. 93 p.
15. Bunimovich D. To help the amateurs: an educational and practical guide. Belarus. Minsk : ed. "Belarus", 2004. 191.
16. Frost L. Photography. Questions and answers. Moscow : ART-REL'NIK, 2003. 128 p.
17. Roulette MATRIX Status 3 fixations art. 31035: Web page of the tool [Electronic resource]. AllInstru-menty.ru LLC. URL: http://www.vseinstrumenti.ru/ruch-noy_instrument/izmeritelnyj/ruletki_stroitelnye/matrix/31 035/ (date of circulation: 19.03.2018).
18. Canon EOS 1100D kit: hardware web page [Electronic resource]. JSC "Svyaznoy logistics". URL: https://www.svyaznoy.ru/catalog/audiovideo/1732/13091 66/specs#mainContent (date of circulation: 19.03.2018).
19. Laser rangefinder Bosch PLR 25: hardware web page [Electronic resource]. LLC "Robert Bosch". URL: http://www.bosch-do-it.com/en/en/homeworkshop/ tools/plr-25-3165140851053-199929.jsp (reference date: 19.03.2018)
20. Goldin L. L. A guide to laboratory exercises in physics. M. : Nauka, 1973. 688 p.
21. Minaev V. N., Bannikova O. V. and others. The use of video recording materials for the purposes of assessing park and forest-park plantations // Izv. SPbLTA. 1998. Vol. 6 (164). P. 4-13.
© Авдеева Е. В., Извеков А. А., 2018
Поступила в редакцию: 05.10.2017 Принята к печати: 28.04.2018
