Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

По мнению Мэтью Смита [9], «умный» город просто неизбежно будет экологически устойчивым. Такой город не расходует попусту энергию на освещение и отопление. Система умных парковок сокращает выбросы выхлопных газов автомобилей. Датчики предупредят коммунальные службы о неполадках в водопроводной или газовой сети, когда те ещё только назревают. Система управления дорожным движением «умного города» не только создаст «зелёную волну» для кареты «скорой помощи», но и передаст в больницу все данные по пациенту ещё до того, как его доставят, экономя время и спасая жизнь. Для нашей статьи применим девиз «Умный – значит зелёный».

По классификации ООН [10] среди 11 классов почвенного покрова первые три составляют: травяной покров, древесно-кустарниковая растительность и леса. В городе им соответствуют три элемента растительного покрова: газоны, кустарник обычный и древесные насаждения (древостои). Для выявления закономерностей было принято зонирование городской застройки, и картографическими измерениями в ГИС «Карта 2011» была выделена зона 1 «жилая зона», а в ней подзона 11 «зона застройки многоэтажными жилыми домами (58 кадастровых кварталов)» (рис. 1).

Газоны в городе Йошкар-Оле находятся под кустами и/или деревьями. Только в одном кадастровом квартале был выделен один элемент в виде газона. Поэтому элемент типа «газон» был исключен. В будущем нужно обратить внимание на те территории, на которых можно разбить, вместо беспорядочных тропинок, действительно ландшафтные газоны. Город Йошкар-Ола от этого стал бы красивее. Для этого нужно управлять тротуарами и всячески уменьшать площади под асфальтными покрытиями.

В 58 кадастровых кварталах с многоэтажными дамами (из общего количества 61 три квартала без растительности были исключены) были измерены 6141 земельных участков под древостоями и кустарниками. Затем суммированием определяли площади элементов растительного покрова (РП) для каждого кадастрового квартала.

Рис. 1. Представление в ГИС «Карта 2011» кадастровых кварталов с элементами растительного покрова

Приведены измеренные и расчетные данные по следующим параметрам подзоны, кадастрового квартала, элемента РП:

– количество элементов разного уровня nк, шт.;

– коэффициент абсолютной формы s = S/P;

– коэффициент относительной формы объекта γ = 100S/P2.

В общем случае не волновая модель (тренд или детерминированная модель) содержит сумму двух биотехнических законов [1–8] в виде формулы

ym = ym1 + ym2; (1)

где ym – тренд; x – объясняющая переменная; a1...a8 – параметры модели в виде двухчленного тренда (1), определяемые в программной среде CurveExpert.

При этом каждый параметр модели (1) имеет физический смысл.

По 58 городским кадастровым кварталам данные приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры кадастровых кварталов зоны многоэтажных жилых домов с ранговыми местами по значениям параметров растительности

Зона застройки многоэтажными жилыми домами включает параметры растительного покрова по сумме всех элементов РП (знак ↑ показывает, что по вектору «лучше → хуже» рост значения параметра является предпочтительным):

np ↑ – численность элементов (газонов, кустарника, древостоев), шт.;

Pp ↑ – периметр всех элементов растительного покрова, м;

Sp ↑ – площадь земельных участков под элементами РП, м2;

sp ↑ – коэффициент абсолютной формы sp = Sp/Pp элементов РП;

γp ↑ – коэффициент относительной формы ;

μp↑ – активность растительного покрова по сумме элементов.

У любых факторов имеется векторная ориентация. Любой человек понимает направленность изменений, например, в сельском хозяйстве.

Каждый человек стремится к лучшему в жизни, поэтому возможны всего два варианта векторов поведения:

а) лучше меньше (да лучше, символ ↓ по вектору «лучше → хуже»);

б) лучше больше (и это благо для растительности, поэтому символ ↑).

В функции = РАНГ (N1;N$1:N$10;0) для первого показателя np в Excel приняты условные обозначения: N1 – идентификатор ранжируемого столбца и первой строки; N$1 – первая строка ранжируемого столбца; N$58 – последняя строка ранжируемого столбца по таблице 1; 0∨1 – ранжирование по убыванию (0) или возрастанию (1).

Ранги изменяются от нуля, что лучше для идентификации экспоненциальных законов, поэтому придется из результатов ранжирования по местам в программной среде Excel вычитать единицу. Ранги удобнее вместо факторов, так как снимают математическую проблему «проклятия размерности», например, при рейтинге показателей.

Рис. 2. Графики ранговых распределений параметров кадастровых кварталов

Таким образом, факторный анализ проводится в четыре этапа:

1) выявление закономерностей рангового распределения;

2) рейтинг строк и столбцов матрицы по данным табл. 1;

3) выявление закономерностей бинарных отношений;

4) рейтинг бинарных отношений по коэффициенту корреляции.

Ранговые распределения по принятому вектору предпорядка предпочтительности «лучше → хуже» у всех шести факторов одинаковы: чем больше, тем лучше (рис. 2).

По этим шести параметрам городских кадастровых кварталов были получены уравнения ранговых распределений:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

По ухудшению добротности измерений (снижению коэффициента корреляции) параметры растительности располагаются в порядке:

1) 0,9967 – коэффициент относительной формы γp;

2) 0,9952 – численность элементов (кустарника, древостоев) np, шт.;

3) 0,9951 – коэффициент абсолютной формы элементов РП sp;

4) 0,9870 – площадь земельных участков под элементами РП Sp, м2;

5) 0,9837 – активность растительного покрова по всем элементам μp;

6) 0,9673 – периметр всех элементов растительного покрова Pp, м.

Наиболее точно получается коэффициент относительной формы, а с наибольшей погрешностью измеряется периметр элементов РП.

При этом все параметры имеют коэффициент корреляции более 0,95.

Без статистического моделирования, то есть без применения математических методов идентификации устойчивых законов, можно выявить значимость каждого из шести факторов, а также определить рейтинг среди 58 кадастровых кварталов, входящих в подзону 11 «зона застройки многоэтажными жилыми домами».

Из данных табл. 1 принимаем ранги параметров и поставим их в табл. 2.

Приведение всех показателей к вектору «лучше → хуже» дает возможность суммировать все ранги и по их сумме снова провести рейтинг.

Из данных табл. 2 видно, что с экологических позиций самым лучшим (рис. 3) стал кадастровый квартал 0703003 (№ 21).

Таблица 2

Ранговые распределения параметров кадастровых кварталов зоны многоэтажных жилых домов

Рис. 3. Лучший с позиций зеленого города кадастровый квартал

Определяем сумму рангов ΣR и по росту этой суммы расставляем места рейтинга кадастровых кварталов. Первое место получил кадастровый квартал № 21, а последнее 58-е место – кадастровый квартал № 17, их физическое сопоставление даст список (систему) мер по дальнейшему улучшению экологического состояния города.

Далее проводим суммирование по всем 58 строкам и получаем рейтинг факторов.

Как показатель на первом месте оказалась численность элементов растительного покрова. Этот показатель очень прост в измерениях: нужно в наблюдениях отмечать метками и сосчитать количество площадок с газонами, кустарниками и деревьями.

Сумма рангов от рейтингового места (рис. 4) определяется формулой закона экспоненциального роста

(8)

Из уравнения (8) видно, что до идеала при условии ΣR = 0, вместо 62,74798, еще очень далеко. Поэтому именно кадастровый квартал № 21 должен быть спроектирован ландшафтными архитекторами для повышения всех шести показателей до общего нулевого ранга. При этом из остатков на рис. 3 видно, что ранговое распределение происходит с колебательным возмущением.

Рис. 4. Графики изменения суммы рангов кадастровых кварталов

Чем меньше уровень осознания администрацией города проблем и задач, стоящих перед ней, для создания зеленого города в будущем, тем больше амплитуда колебания и меньше период колебательного поведения системы управления городом.

Основные измерения элементов растительного покрова и выявленные закономерности позволили сформулировать следующие выводы:

1. По снижению коэффициента корреляции параметры растительности располагаются в порядке:

1) 0,9967 – коэффициент относительной формы γp;

2) 0,9952 – численность элементов (кустарника, древостоев) np, шт.;

3) 0,9951 – коэффициент абсолютной формы элементов РП sp;

4) 0,9870 – площадь земельных участков под элементами РП Sp, м2;

5) 0,9837 – активность растительного покрова по всем элементам μp;

6) 0,9673 – периметр всех элементов растительного покрова Pp, м;

2. По росту этой суммы рангов первое место получил кадастровый квартал № 21, а последнее 58-е место – кадастровый квартал № 17; далее проводим суммирование по всем 58 строкам и получаем рейтинг факторов, как показатель на первом месте оказалась численность элементов РП.

3. Среди влияющих переменных на первом месте оказалась площадь растительности на кадастровом квартале, на втором – периметр, как показатель на первом месте находится относительная форма, на втором – периметр элементов растительности.