УДК 528.47 НАУКИ О ЗЕМЛЕ И.С. Калинченко, А.И. Уваров ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 528.47
И.С. Калинченко, А.И. Уваров
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА ТОЧНОСТЬ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ПРЕВЫШЕНИЙ
ЦИФРОВЫМ НИВЕЛИРОМ TrimbleDiNi 12
В настоящее время для высокоточных геодезических измерений осадок зданий и сооружений используются цифровые нивелиры, позволяющие расширить функциональные возможности средств измерений, повысить их точность и уровень автоматизации как процесса измерений, так и обработки его результатов. Такие
приборы используют сложные оптические и электрические элементы и схемы, имеют высокую точность и диапазоны измерений, причем во многих случаях погрешность измерения соизмерима с технологически достижимой точностью. Недостатком цифровых нивелиров является то, что они более подвержены влиянию внешних
условий (природно-климатических факторов) и старению.
Ключевые слова: геодезические измерения, цифровой нивелир TrimbleDiNi 12, метрологические характеристики, природно-климатические факторы.
Целью написания статьи является оценка качества измерения превышений, выполненных цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12, и исследование влияния на точность измерений
некоторых природно-климатических факторов. Основной метрологической характеристикой
комплекта приборов и методики их применения является величина средней квадратической
погрешности измерений превышений на 1 километр нивелирного хода. При решении прикладных задач такой характеристикой является величина средней квадратической ошибки
определения стандартного превышения на станции. Эти метрологические характеристики
можно получить одним из следующих методов:
– прямыми многократными измерениями (прямо и обратно) превышений в нивелирных
ходах либо построением специальных сетей;
– косвенным путем на нивелирном (высотном) стенде;
– по результатам измерения превышений на станции и последующего сравнения их с
эталонными значениями;
– расчетным путем, при котором каждый источник ошибок и их влияние на конечный
результат рассматриваются в отдельности.
В исследованиях использован в модифицированном виде первый метод. Модификация
заключается в замене измеренных превышений на вычисленные по невязкам. Суть предлагаемой методики заключается в предположении, что значение средней квадратической
ошибки измеренного превышения, найденное по известной формуле (1), не должно зависеть
ни от порядка выбора полигонов, ни от их протяженности.
Калинченко И.С., Уваров А.И., 2012
49
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
pf 2
,
(1)
N
где p – вес хода – величина обратная числу станций в ходе (полигоне);
f – невязка хода;
N – число ходов (полигонов).
Выражение pf представляет собой абсолютную погрешность измерения превышения на
станции, среднюю для хода.
Для проведения исследований взяты невязки ходов нивелирования II класса, полученные на объекте «Комплексная установка подготовки газа – 1» при проведении геотехнического мониторинга за последние три года. Геодезические измерения при этом выполнялись
высокоточным цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12 в комплекте с штриховыми рейками [1].
Объект расположен в южной зоне многолетней мерзлоты. Перейдя от невязок к абсолютным
погрешностям измерения превышений на станции, сформировали три выборки погрешностей (за каждый год измерений). Предположено, что полученные выборки принадлежат к
одной генеральной совокупности, гипотеза подтвердилась с вероятностью 0,92. Для дальнейшей обработки сформирована выборка из 136 погрешностей. Выборка репрезентативна.
Далее проведена проверка гипотезы о нормальном распределении. В научной литературе [2]
отмечается, что проверка на нормальное распределение позволяет оценить качество геодезических работ, выявить наличие систематических ошибок.
Для проверки гипотезы о нормальном распределении получены следующие оценки
распределения: математическое ожидание: – 0,009 мм; дисперсия – 0,00303; среднее квадратическое отклонение – 0,055 мм.
Распределение эмпирических вероятностей в данной выборке представлено на гистограмме (рис. 1). Вид гистограммы близок к виду гистограммы нормального распределения, поэтому для проверки гипотезы о нормальном распределении применен критерий Колмогорова.
ст
Рис. 1. Гистограмма распределения эмпирических вероятностей
для погрешностей нивелирования на станции
По критерию Колмогорова гипотеза о нормальном распределении может быть принята
с вероятностью 0,964.
В результате анализа полученных при исследованиях данных установлено:
1. Систематические ошибки отсутствуют, математическое ожидание не превышает величины 0,01 мм принятой точности отсчитывания цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12.
50
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2. Полученное среднее квадратическое отклонение характеризует точность измерения
превышений на станции на исследуемом объекте. Полученное значение 0,06 мм не превышает нормативного, принятого для нивелирования II класса (0,25 мм) [1], подтверждает высокое качество геодезических измерений нивелиром TrimbleDiNi 12.
Убедившись в случайном характере погрешностей нивелирования на станции и соответствии закона распределения их вероятностей нормальному, исследовали влияние на точность измерений таких природно-климатических факторов, как сила ветра и температура
воздуха во время измерений. Для этого использован аппарат двухфакторного дисперсионного анализа. Результаты исследований представлены в таблице.
Результаты вычисления дисперсий
№
п/п
1
Компонент дисперсии
3
Вызванная влиянием температуры воздуха
Вызванная влиянием силы
(скорости) ветра
Остаточная
4
Полная
2
Сумма
квадратов
0,8
Число степеней
свободы
r–1=5
0,16
Значения F
критерия
1,37
2,9
V–l=7
0,42
0,52
7,5
(r – l)(V – l) = 35
0,22
11,3
rV – l = 47
0,24
Дисперсия
Полученные эмпирические значения F критерия 1,37 и 0,52 сравниваются с критическими, вычисленными по специальным таблицам (2,9 и 0,8 соответственно). Значения не
превышают критических, потому нулевая гипотеза не опровергается.
Таким образом, температура воздуха при измерениях и скорость ветра влияют на точность измерений цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12. Их совместное влияние не существенно, они не обладают аддитивностью эффектов.
Для выявления аналитической формы зависимости точности определения превышений
цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12 от силы (скорости) ветра и температуры воздуха во
время измерений применен аппарат регрессионного анализа. Для этого погрешности нивелирования на станции сгруппированы в восемь групп по силе ветра с шагом 1 м/с (0–1 м/с; 1–
2 м/с ... и так далее) и в восемь групп по температуре с шагом 5ºС (–20…–15ºС; –15…–10°С;
...; 15…20ºС). В каждой группе вычислены средняя квадратическая погрешность нивелирования на станции и средняя сила ветра или средняя квадратическая погрешность нивелирования на станции и средняя температура воздуха при измерениях.
Рис. 2. Зависимость величины погрешности нивелирования
на станции от скорости ветра при измерениях
Зависимость величины средней квадратической погрешности нивелирования на станции от силы (скорости ветра) отражает диаграмма, представленная на рис. 2.
51
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Линия тренда описывается простым уравнением линейного вида
mCT 0,0018 V 0,046 ,
(2)
где V – сила (скорость) ветра в м/с.
Теснота связи характеризуется коэффициентом аппроксимации R2 = 0,88. Наиболее
точно с коэффициентом аппроксимации R2 = 0,95 эту зависимость описывает полиномиальная зависимость вида
mCT 0,0003 V 2 0,0006 V 0,05 .
(3)
На рис. 3 представлена точечная диаграмма с линией тренда линейного вида, описывающая зависимость величины средней квадратической погрешности нивелирования на
станции от средней температуры измерений.
Рис. 3. Зависимость средних квадратических погрешностей нивелирования
на станции от температуры окружающей среды
Наиболее точно данную зависимость описывает пол и номинальная функция вида
mCT
0,00005 t 2 0,0005 t 0,0598 ,
(4)
где t – температура воздуха во время измерений, выраженная в градусах Цельсия.
Таким образом, получены аналитические формы зависимостей (2)–(4), отражающие
влияние силы ветра и температуры на точность измерения превышений на станции цифровым нивелиром TrimbleDiNi 12.
По результатам исследований установлено:
– оптимальная температура измерений от 10 до 15ºС. Наибольшие погрешности нивелирования на станции зафиксированы при температуре от –4 до 1ºС;
– минимальные погрешности нивелирования зафиксированы при ветре от 0 до 4 м/с,
максимальные при ветре 6 м/с и более;
– в целом цифровой нивелир TrimbleDiNi 12 обеспечивает высокую точность измерения
превышений по программе нивелирования II класса в условиях южной зоны многолетней
мерзлоты.
Список литературы
1. Калинченко, И.С. Анализ устойчивости глубинных реперов, используемых для наблюдений геодезическими методами за деформациями инженерных сооружений промысловой площадки, на вечной мерзлоте
52
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
/ И.С. Калинченко, А.И. Уваров // Земельно-имущественный комплекс : управление, оценка, организация и использование : материалы междунар. науч.-произв. конф. – Омск, Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2009. – С. 78–83.
2. Лесных, Н.Б. Нормальный закон в оценке качества измерений / Н.Б. Лесных // Вестник Сибирской гос.
геодезич. академии. – Новосибирск. – Вып. 8. – 2003. – С. 135–138.
SUMMARY
I.S. Kalinchenko, A.I. Uvarov
Research of influence of natural and climatic factors on the accuracy of geodetic
measurements prevysheny the digital level TrimbleDiNi 12
Now for high-precision geodetic measurements the deposit of buildings and constructions are used the digital
levels, allowing to expand functionality of measuring instruments, to increase their accuracy and automation level, both
process of measurements, and processing of its results. Such devices use difficult optical and electric elements and
schemes have high precision and ranges of measurements, and, in many cases the error of measurement is
commensurable with technologically achievable accuracy. Lack of digital levels is that they more subject to influence of
external conditions (climatic factors) and aging.
Key words: geodetic measurements, digital level of TrimbleDiNi 12, metrological characteristics, climatic factors.
УДК 631.6(571.56)
А.А. Гуляев
О МЕЛИОРАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ В РЕСПУБЛИКЕ САХА
(ЯКУТИЯ) ПО СОСТОЯНИЮ НА 1 ЯНВАРЯ 2012 г.
Основными условиями стабильного развития агропромышленного комплекса и источниками расширения
сельскохозяйственного производства являются сохранение, воспроизводство и рациональное использование
почвенного плодородия при хозяйственной деятельности.
Ключевые слова: мелиорация, Республика Саха, змельный фонд.
По данным государственной статистической отчетности площадь земельного фонда
Республики Саха (Якутия) на 01.01.2012 г. составляет 308,35 млн га (3083,5 тыс. км2), или
1
/5 часть Российской федерации, или 50% территории Дальневосточного федерального округа. Из них 21 802,8 тыс. га относятся к категории «Земли сельскохозяйственного назначения»
(или 7,07%), которые, в свою очередь, состоят из сельскохозяйственных и несельскохозяйственных угодий. Так, на отчетный период сельскохозяйственные угодья составили 885,6 тыс. га
(около 4% земель сельскохозяйственного назначения, или 0,28% от общего земельного фонда республики), на них производится вся сельскохозяйственная продукция.
Структура сельскохозяйственных угодий: пашни – 93,9 тыс. га (0,4% от категории), сенокосы – 482,5 тыс. га (2,2%), пастбища 295,5 тыс. га (1,3%), остальное – залежи и др.
Суровые природно-климатические условия определяют их низкое плодородие. Качественное состояние значительной части имеющихся в республике сельскохозяйственных угодий оценивается как неудовлетворительное. Большие площади сельскохозяйственных угодий переувлажнены, заболочены, закустарены, засолены и подвержены эрозии.
По состоянию на 01.01.2012 г. в республике мелиорированные земли составляют
90,31 тыс. га (или всего 10,2% от площади сельскохозяйственных угодий), в том числе осу-
Гуляев А.А., 2012
53