сотрудник с 01.01.2015 по настоящее время
Воронеж, Россия
сотрудник
Брянск, Брянская область, Россия
Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
На современном этапе развития нашей страны при широком использовании инновационных методик, для решения сложных задач необходимо проводить комплексную оценку. Представленная статья содержит доказательства необходимости проведения комплексной оценки природных и техногенных условий строительства лесовозной автомобильной дороги. Разработанная методика комплексной оценки позволяет значительно упростить процесс выбора рационального местоположения трассы и исключить интуитивный подход к решению данной задачи. При проведении комплексной оценки на картосхемах наносится трасса проектируемой лесовозной дороги, проводится оценка природных условий и хозяйственной деятельности человека в районе изысканий. Предложенная методика позволяет легко и последовательно проанализировать особенности природных и техногенных условий в районе строительства лесовозной автомобильной дороги. Анализ основных компонентов ландшафтов позволяет сделать выводы об условиях увлажнения, высоте снежного покрова, количеству дней в году с метелями, рельефе района проложения лесовозной автомобильной дороги, физико-геологических явлениях, характеристиках грунтовых условий, характеристиках плотности населения, расположении уникальных природных комплексов и итоговом показателе сложности условий дорожного строительства. Показатель сложности строительства лесовозной автомобильной дороги отражает степень влияния природных условий, хозяйственной деятельности человека и ценность территорий. Представленная в статье методика помогает определить рациональное местоположение трассы лесовозной автомобильной дороги, оценивая влияние природных условий и хозяйственной деятельности человека на локальных территориях – микроландшафтах, каждый из которых представляет собой природный комплекс с различной сложностью условий дорожного строительства и ценностью земельных угодий. Предложенная комплексная оценка позволяет сравнивать микроландшафты по сложности дорожного строительства и находить территории, наиболее благоприятные для проложения лесовозной автомобильной дороги. Лесовозная автомобильная дорога, проложенная в пределах микроландшафтов, имеющих минимальный показатель сложности, будет отвечать экономическим и природоохранным требованиям. Минимальное значение итогового показателя характеризует микроландшафт с наиболее благоприятными условиями строительства лесовозной автомобильной дороги. Максимальное значение итогового показателя сложности характеризует микроландшафты с наиболее неблагоприятными условиями строительства лесовозной автомобильной дороги.
лесовозная автомобильная дорога, комплексная оценка, природные и техногенные условия строительства, рациональное местоположение трассы, микроландшафт, средневзвешенный показатель сложности дорожного строительства, средневзвешенный показатель ценности занимаемых земель, средневзвешенный итоговый показатель сложности дорожного строительства, показатели трассирования, стоимость
Для оценки природных условий и хозяйственной деятельности человека в районе предполагаемого строительства лесовозной автомобильной дороги, на картосхемах наносится трасса проектируемой дороги и проводится оценка природных условий и хозяйственной деятельности человека в районе изысканий [1, 2].
Данная методика позволяет легко и последовательно проанализировать особенности природных и техногенных условий в районе строительства и, опираясь на эти данные, разработать основные рекомендации по проектированию инженерного сооружения.
Для оценки природных условий и хозяйственной деятельности человека в районе проложения лесовозной автомобильной используются карты-схемы, отражающие пространственное распределение и количественные характеристики компонентов ландшафта на территории.
Анализ основных компонентов ландшафтов, таких как климат, рельеф, неблагоприятные физи-ко-геологические процессы, грунтов, хозяйственная деятельность человека позволяют сделать следующие вывод о природных и техногенных условиях района строительства.
Опыт оценки природных условий и хозяйственной деятельности человека с помощью набора специальных картосхем компонентов географической среды позволяет сделать следующие выводы:
1. Региональное районирование исключает элемент недооценки природных и техногенных характеристик компонентов ландшафта при проектировании лесовозных автомобильных дорог.
2. Акцентирует внимание проектировщиков и изыскателей на наиболее сложные и неблагопри-ятные природные процессы и явления.
3. Экономит время средства на сбор и обра-ботку исходных данных характеристиках климата, рельефа, геологических условиях, хозяйственной деятельности человека статистическую разработку многолетних наблюдений за высотой снегового покрова, влажностью грунтов открытого поля и др.
4. Значительно сокращает объем поясни-тельной записки, самое важное, улучшает ее со-держание.
Решения, связанные с выбором рационального проложения трассы лесовозной автомобильной дороги, рассматриваются и в процессе проведения подобных технических изысканий. Определяя местоположение трассы лесовозной автомобильной дороги, инженер сталкивается с необходимостью оценивать влияние природных условий и хозяйственной деятельности человека на локальных территориях – микроландшафтах, каждый из которых представляет собой природный (изученный хозяйственной деятельностью) комплекс с раз-личной сложностью условий дорожного строительства и ценностью земельных угодий.
Комплексная оценка природных и техногенных условий строительства лесовозной автомобильной дороги, позволяет значительно упростить процесс выбора рационального местоположения трассы и исключить интуитивный подход к решению этой важнейшей задачи.
В практике могут встретиться два случая:
1. Наиболее благоприятный – имеется региональное районирование и по району изысканий крупномасштабные картографические материалы, аэрофотосъемка с применением беспилотных летательных аппаратов (1:25000; 1:10000);
2. Региональное районирование и картографический материал отсутствуют.
В первом случае для построения структурных моделей микроландшафтов используются материалы регионального районирования для определения основных характеристик географической среды. Рельеф изучается и оценивается по картографическому материалу.
Во втором случае характеристики рельефа, растительность, почво-грунты, хозяйственная деятельность человека определяется в ходе рекогносцировочных работ по воздушной линии между опорными точками трассы.
Для определения рационального проложения трассы лесовозной автомобильной дороги необходимо исследовать природные условия на локальных территориях по проведению, близкому к воздушной линии между контрольными точками, определенными заданием на проектирование [3, 4].
Оценка природных условий проводится в ходе линейного дорожно-ландшафтного райониро-вания, методом построения дорожно-ландшафтного профиля [5, 6].
Материалами для линейного районирования:
1. Ситуационный план район изысканий в М – 1:10000;
2. Продольный профиль по ранее намеченному варианту;
3. Рекогносцировочные исследования грунтово-геологических условий в районе строительства.
Ценность земель определена по данным экспертной оценки, исполненной применительно к специфике сельскохозяйственных угодий и природных комплексов на территории.
Основные характеристики компонентов микроландшафтов и показатели ценности земель в районе проложения лесовозной автомобильной дороги приводится в графах 1-9 дорожно-ландшафтного профиля.
Итоговый показатель сложности определяется по формуле
(1)
Сложность строительства лесовозной автомобильной дороги определена на участках границами которых являются высота снегового покрова, возможности снегозаносов, наличие и глубина болот, тип местности по условиям увлажнения, вид грунта.
Каждый из таких участков является микроландшафтом. Которые присущи характерные особенности.
Показатели сложности определены по видам затрат и представлены в графах 10-16 дорожно-ландшафтного профиля.
В графе 16 приводится итоговый показатель сложности строительства лесовозной автомобиль-ной дороги по каждому микроландшафту, отража-ющий степень влияния природных условий, хозяй-ственной деятельности человека и ценность территорий. Комплексная оценка позволяет сравнивать микроландшафты по сложности дорожного строительства и находить территории, наиболее благоприятные для проложения лесовозной автомобильной дороги.
Лесовозная автомобильная дорога, проло-женная в пределах микроландшафтов, имеющих минимальный показатель сложности, будет отве-чать экономическим и природоохранным требова-ниям [7, 8, 9, 10].
Набор микроландшафтов с минимальным показателем сложности в направлении воздушной линии между контрольными точками трассы является искомым коридором трассирования [11, 12].
Показатели сложности дорожного строительства, определены в ходе линейного-ландшафтного районирования, изменяются в широком диапазоне значений от 1,18 до 6,45. Минимальное значение итогового показателя характеризует микроландшафт с наиболее благоприятными условиями строительства лесовозной автомобильной дороги (песчаные и супесчаные грунты, первый тип местности по условиям увлажнения), территория в пределах микроландшафта представляет собой ценности для сельскохозяйственного освоения). Максимальное значение итогового показателя сложности характеризует микроландшафты с наиболее неблагоприятными условиями строительства лесовозной автомобильной дороги (заторфованные территории с мощностью торфа до 8,0 м, ценные сельскохозяйственные угодья сады).
Показатель сложности увеличивается в зависимости от ценности земель. Минимальное значение имеют территории, занятые кустарником, границы угодий, заторфованные площади. Максимальное значение Кцт = 3,5; 3,2 имеют территории, занятые садами, пашней.
Таким образом, учитывая ценность территорий, ландшафтный коридор трассирования будет состоять из микроландшафтов, в которых Кцт имеет минимальное значение.
Анализ микроландшафтов в районе изысканий позволяет наметить дополнительный вариант местоположения трассы лесовозной автомобильной дороги между контрольными точками, которые для сопоставления вариантов приняты общими.
Сравнение вариантов трассы дороги выполнено по следующим показателям:
1. Средневзвешенному показателю сложности дорожного строительства ПДЛМ,
2. Средневзвешенному показателю ценности занимаемых земель Кцт,
3. Средневзвешенному итоговому показателю сложности дорожного строительства ПИТ.
Результаты расчетов приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Результаты расчетов
Показатели Основной ход Вариант
Показатель сложности ПДЛМ 2,00 1,98
Показатель ценности земель Кцт 1,80 1,58
Итоговый показатель сложности ПИТ 3,28 3,17
(собственные вычисления авторов)
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что варианты местоположения трассы лесовозной автомобильной дороги являются конкурирующих, однако предпочтение следует отдать варианту трассы, а не основному ходу, так как на 14% сокращается площадь ценных земель, отводимых под строительство лесовозной автомобильной дороги, то в свою очередь дает определенный экономический эффект.
Оценка локальных территорий для определения рационального местоположения трассы лесовозной автомобильной дороги выполнено беспилотными летательными аппаратами путем рекогносцировочного исследования по линии дорожно-ландшафтного профиля.
Инженерно-ландшафтное районирование позволило выделить в районе изысканий микроландшафты с различными показателями сложности строительства и ценностью территорий и помимо основного хода, определенного заданием проектирование, наметить вариант, который по своим показателям является конкурирующим. Интересно отметить, что конкурирующими являются традиционный водораздельный ход.
Как и в предыдущем примере, сравнение вариантов выполнено по средневзвешенному показателю сложности строительства лесовозной автомобильной дороги ПДЛМ, коэффициенту ценности занимаемых земель Кцт итоговому показателю сложности строительства ПИТ. Результаты сравнения приводятся в табл. 2.
Таблица 2
Результаты сравнения
Показатели Основной ход Вариант
ПДЛМ 1,40 1,80
Кцт 2,04 1,58
ПИТ 2,86 2,93
(собственные вычисления авторов)
Определение ориентировочной стоимости строительства, а также в процессе планирования капитальных затрат на строительство лесовозных автомобильных дорог могут быть использованы материалы регионального районирования. Определенные показатели сложности строительства лесовозной автомобильной (ПДЛМ) позволяют в каждом дорожном ландшафте определять стоимость строительства по основным видам затрат (подготовительные работы, земляное полотно, морозозащитный слой, обстановка дороги). Разработан комплекс электронно-вычислительных программ, с помощью которого легко определить затраты на 1 км дороги, для в районе предполагаемого строительства.
Для определения стоимости строительства расчет выполняется по формуле
, (2)
где С – стоимость 1 км дороги, определяется по графику в зависимости от показателя сложности дорожного ландшафта;
СР– стоимость рекультивации земель на 1 км лесовозной автомобильной дороги;
– стоимость км. дорожной одежды;
– коэффициент, учитывающий увеличение стоимости строительства за счет прочих работ и затрат.
Для оценки степени ландшафтного проложения лесовозной автомобильной дороги предложены ряд показателей (табл. 3), с помощью которых можно количественно охарактеризовать результаты трассирования.
Рис. 1. График для определения стоимости строительства лесовозной автомобильной дороги (собственные разработки)
Таблица 3
Показателей количественных характеристик
результатов трассирования
Показатели Обозначения
Оценка экономичности
Средневзвешенный показатель сложности дорожного строительства
Оценка взаимосвязи трассы с рельефом
Показатель ритма трассы в плане
Показатель ритма трассы в проекте
Показатель пространственной плавности
Коэффициент ритмичности
Показатель взаимосвязи трассы с ситуационной обстановкой
Стиль трассы
Оценка степени рационального использования земель
Коэффициент использования ценности земель
(собственные экспериментальные данные авторов)
Первый приведенный в таблице показатель
отражает влияние природных и техногенных условий и определяется из отношения суммарного протяжения трассы в пределах микроландшафта с различными показателями сложности к общей длине трассы. Критерием оценки экономичности проложения трассы дороги предлагается считать наименьшее значение в районе изысканий, т.е. .
Показатель характеризует степень увязки трассы дороги в плане с рельефом и определяется как отношение ритма трассы к ритму рельефа или наоборот, в зависимости от того, какой из этих показателей имеет большее числовое значение.
, (3)
где – длина трассы, км;
– количество вершин углов поворота в плане;
– количество интервалов между вершинами углов порота.
Оптимальное соотношение достигается при .
Показатель характеризует степень увязки трассы с рельефом в профиле. Этот показатель определяется как отношение ритма трассы в профиле к ритму рельефа или наоборот, в зависимости от того, какой из этих показателей имеет большее условное значение.
Количество пониженных и повышенных точек определяется по продольному профилю, при этом для лесовозных автомобильных дорог рекомендуется принимать перегибы с глубиной расчленения выше 5м:
, (4)
где –длина трассы, км;
– количество перегибов в профиле;
– количество интервалов между прогибами.
Оптимальное состояние достигается при .
Считается доказанным, что пространственная плавность трасс обеспечивается совмещением в плане и профиле углов поворотов в кривых. Исходя из этого положения, мы предлагаем характеризовать пространственную плавность трассы коэффициента ритмичности ( ). Оптимальное значение этого показателя длин бать при .
Стиль трассы ( ) определяется как отношение суммы не линейных участков к общей длине трассы и характеризует степень увязки трассы с ситуацией в районе проложения лесовозной автомобильной дороги. В природе отсутствует несвойственные ей прямые линии, а этому ландшафтная трасса должна иметь показатель . Коэффициент использования ценных земель характеризует рациональное проложение трассы лесовозной автомобильной дороги в пределах лесохозяйственных угодий и территорий различного хозяйственного использования. Этот коэффициент определяется из сложения суммарного протяжения трассы в пределах контуров различными показателями ценности земель к общему протяжению трассы. Критерием оценки рационального использования ресурсов является показатель .
Используя частные оценки, характеризующие степень удовлетворения экономических, эргономических и природоохранных, рекомендуется общая оценка степени ландшафтного проложения дороги, которая определяется для равнинного рельефа по формуле:
, (5)
Пересеченного рельефа по формуле:
, (6)
где – показатель степени ландшафтного проложения трассы лесовозной автомобильной дороги;
– средневзвешенный показатель сложности дорожного строительства;
– коэффициент использования ценных земель;
– стиль трассы;
– коэффициент ритмичности;
– показатель, характеризующий минимальную сложность дорожного строительства и ценность территории в пределах района изысканий;
– показатель, характеризующий степень увязки трасы в плане с рельефом;
– показатель, характеризующий степень увязки трассы в профиле с рельефом.
Разработанная комплексная оценка природных и техногенных условий строительства лесовозной автомобильной дороги, позволяет значительно упростить процесс выбора рационального местоположения трассы и исключить интуитивный подход к решению этой важнейшей задачи.
Данная методика позволяет легко и последовательно проанализировать особенности природных и техногенных условий в районе строительства и, опираясь на эти данные, разработать основные рекомендации по проектированию инженерного сооружения.
Анализ микроландшафтов в районе изысканий позволяет наметить дополнительный вариант местоположения трассы лесовозной автомобильной дороги между контрольными точками, который по своим показателям является конкурирующим.
Используя частные оценки, степень удовлетворения экономических, эргономических и природоохранных показателей, рекомендуется разработанная комплексная технико-экономическая оценка инженерно-ландшафтного проектирования проложения трассы лесовозной автомобильной дороги, на основе введения количественных показателей характеризующих результаты трассирования лесовозной автомобильной дороги.
Проведенные исследования и проектные проработки позволяют предложить для проектирования набор методов и моделей, с помощью которых легко проводить общую оценку природных условий и хозяйственной деятельности человека при изысканиях и проектировании лесовозных автомобильных дорог.
1. Козлов, В. Г. Методы, модели и алгоритмы проектирования лесовозных автомобильных дорог с учетом влияния климата и погоды на условия движения : специальность 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» : дис. ... д-ра техн. наук : защищена 28.11.2017 / Козлов Вячеслав Геннадиевич. - Архангельск : САФУ, 2017. - 406 с.
2. Implementing road safety measures in conditions limited by budget / V. A. Korchagin, A. K. Pogodaev, V. E. Kliavin, V. A. Zelikov // Transportation Research Procedia. Thirteenth International Conference on Organization and Traffic Safety Management in Large Cities Saint Petersburg, 27-29 September, 2018. - Vol. 36. - P. 308-314. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352146518304411. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.trpro.2018.12.090.
3. Афоничев, Д. Н. Совершенствование расчета объемов земляных работ в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог / Д. Н. Афоничев. - Воронеж, 2007. - 117 с.
4. Theoretical foundations of the method of designing a clothoid track with approximation of succession of points / A. V. Skrypnikov, V. G. Kozlov, A. N. Belyaev, E. V. Chernyshova // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2019. - Vol. 726. - P. 654-667.
5. Курьянов, В. К. Информационные технологии в лесопромышленном производстве : учеб. пособие : в 2-х ч. / В. К. Курьянов, В. Е. Межов, В. Н. Харин. - Воронеж : Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. - 311 с.
6. Бабков, В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения : учеб. для вузов / В. Ф. Бабков. - Москва :Транспорт, 1993. - 271 с.
7. Комплексные экспериментальные исследования изменения параметров и характеристик дорожных условий, транспортных потоков и режимов движения под влиянием климата и погоды / В. Г. Козлов, А. В. Скрыпников, Е. Ю. Микова [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2018. - Т. 8. - № 2 (30). - С. 156-168.
8. Methodology of Formation of Diagnostic Criteria for Evaluation of Safety of Motor Transport Public Service /M. Z. Erknapeshyan, V. A. Zelikov, K. A. Yakovlev, V. A. Ivannikov // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2016. - Vol. 11, № 3. - P. 1787-1792. - URL: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2016/jeas_0216_3568.pdf.
9. Повышение эффективности функционирования системы «Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда»в лесном комплексе / В. К. Курьянов, О. В. Рябова, Е. В. Кондрашова [и др.]. - Москва : «Флинта», «Наука»,2010. - 130 с.
10. Mathematical models to determine the influence of road parameters and conditions on vehicular speed /V. G. Kozlov, A. V. Skrypnikov, V. V. Samcov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series The proceedings International Conference "Information Technologies in Business and Industry". - 2019. - P. 032041.
11. Формирование модели проектирования системы "дорожные условия - транспортные потоки" и путиее реализации / В. Г. Козлов, А. В. Скрыпников, Е. Ю. Микова [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2018. - Т. 8. -№ 1 (29). - С. 100-111.
12. Иванников, В. А. Моделирование информационных систем грузопотоков на лесозаготовительных предприятиях / В. А Иванников, А. В. Быков, А. С. Сушков // Строительные и дорожные машины. - 2012. -№ 2. - С. 24-28.
13. Козлов, В. Г. Методы, модели и алгоритмы проектирования лесовозных автомобильных дорог с учетом влияния климата и погоды на условия движения : специальность 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» : дис. ... д-ра техн. наук : защищена 28.11.2017 / Козлов Вячеслав Геннадиевич. - Архангельск : САФУ, 2017. - 406 с.
14. Implementing road safety measures in conditions limited by budget / V. A. Korchagin, A. K. Pogodaev, V. E. Kliavin, V. A. Zelikov // Transportation Research Procedia. Thirteenth International Conference on Organization and Traffic Safety Management in Large Cities Saint Petersburg, 27-29 September, 2018. - Vol. 36. - P. 308-314. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352146518304411. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.trpro.2018.12.090.
15. Афоничев, Д. Н. Совершенствование расчета объемов земляных работ в системе автоматизированного проектирования автомобильных дорог / Д. Н. Афоничев. - Воронеж, 2007. - 117 с.
16. Theoretical foundations of the method of designing a clothoid track with approximation of succession of points / A. V. Skrypnikov, V. G. Kozlov, A. N. Belyaev, E. V. Chernyshova // Advances in Intelligent Systems and Computing. - 2019. - Vol. 726. - P. 654-667.
17. Курьянов, В. К. Информационные технологии в лесопромышленном производстве : учеб. пособие : в 2-х ч. / В. К. Курьянов, В. Е. Межов, В. Н. Харин. - Воронеж : Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2002. - 311 с.
18. Бабков, В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения : учеб. для вузов / В. Ф. Бабков. - Москва :Транспорт, 1993. - 271 с.
19. Комплексные экспериментальные исследования изменения параметров и характеристик дорожных условий, транспортных потоков и режимов движения под влиянием климата и погоды / В. Г. Козлов, А. В. Скрыпников, Е. Ю. Микова [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2018. - Т. 8. - № 2 (30). - С. 156-168.
20. Methodology of Formation of Diagnostic Criteria for Evaluation of Safety of Motor Transport Public Service /M. Z. Erknapeshyan, V. A. Zelikov, K. A. Yakovlev, V. A. Ivannikov // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2016. - Vol. 11, № 3. - P. 1787-1792. - URL: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2016/jeas_0216_3568.pdf.
21. Повышение эффективности функционирования системы «Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда» в лесном комплексе / В. К. Курьянов, О. В. Рябова, Е. В. Кондрашова [и др.]. - Москва : «Флинта», «Наука», 2010. - 130 с.
22. Mathematical models to determine the influence of road parameters and conditions on vehicular speed /V. G. Kozlov, A. V. Skrypnikov, V. V. Samcov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series The proceedings International Conference "Information Technologies in Business and Industry". - 2019. - P. 032041.
23. Формирование модели проектирования системы "дорожные условия - транспортные потоки" и пути ее реализации / В. Г. Козлов, А. В. Скрыпников, Е. Ю. Микова [и др.] // Лесотехнический журнал. - 2018. - Т. 8. - № 1 (29). - С. 100-111.
24. Иванников, В. А. Моделирование информационных систем грузопотоков на лесозаготовительных предприятиях / В. А Иванников, А. В. Быков, А. С. Сушков // Строительные и дорожные машины. - 2012. -№ 2. - С. 24-28.
25. Бабков, В. Ф. Проектирование автомобильных дорог. Ч. I / В. Ф. Бабков, О. В. Андреев. - Москва :Книга по Требованию, 2013. - 368 с.
26. Трескинский, С. А. Склоны и откосы в дорожном строительстве / С. А. Трескинский. - Москва :Транспорт, 1984. - 157 c.
27. Теоретические основы рекреационной географии / [отв. ред. В.С. Преображенский] ; АН СССР, Ин-т географии. - Москва : Наука, 1975. - 224 с.
