XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Озеленение городских территорий
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Человек всегда стремится в лес, в горы, на берег моря, реки или озера.
Здесь он чувствует прилив сил, бодрости. Оказывается, что окружающий ландшафт может оказывать различное воздействие на психоэмоциональное состояние. Созерцание красот природы стимулирует жизненный тонус и успокаивает нервную систему. Растительные биоценозы, особенно леса, оказывают сильный оздоровительный эффект.
Разнообразные факторы, связанные с ростом городов, в той или иной мере сказываются на формировании человека, на его здоровье. Это заставляет ученых все серьезнее изучать влияние среды обитания на жителей городов.
В связи с усилением глобальных процессов урбанизации, ростом городов, увеличением городского населения, а также быстрым развитием промышленности и автомобильного транспорта экологическая функция зеленых насаждений в городских районах остается особенно важной.
Цель исследования: Создание инновационной модели робота для посадки семян и других зеленых насаждений на базе конструктора Lego Spike Prime.
Задачи исследования:
-
Изучить проблему озеленения городских территорий и новых жилых комплексов;
-
Оценить пользу зеленых насаждений;
-
Рассмотреть основные виды существующей сельскохозяйственной техники;
-
Сконструировать и запрограммировать инновационную модель робота для посадки.
В качестве источников мы использовали информационный сайт wikipedia, интернет журналы и научные статьи. При оформлении проекта и конструировании движимых его частей были использованы книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах [1, 2]. При создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].
Глава 1. Теоретическая часть исследования
1.1. Понятие озеленения и функции зеленых насаждений
Озеленение — совокупность работ, связанных с созданием и использованием растительных насаждений; в более широком смысле — работы, направленные на улучшение экологического состояния окружающей среды и благоустройство территории.
Одной из важных задач садового искусства является гармонизация насаждений с рельефом, природно-искусственных бассейнов, архитектурных сооружений [4].
К озеленению относятся посадка деревьев различных пород и сортов (садово-парковые группы, садово-парковые массивы, рощи, аллеи и др.), создание живых изгородей и бордюров из различных кустарников, деревьев и декоративных растений, создание клумб, цветников, газонов и другое (Рисунок 1.1.1, Приложение)
Газоны для озеленения могут быть следующих видов: разнотравный или луговой (состоящий из естественных для данной местности растений), мавританский (из смеси цветущих травянистых растений и злаков), спортивный (для спортплощадок), партерный (возле фасадов зданий), парковый (в местах для отдыха — парках, скверах и т. п.), рулонный (уже готовый газон в рулонах) (Рисунок 1.1.2, Приложение).
Выделяют также «защитное озеленение», или «озеленение для укрепления», применяемое, к примеру, в местах, требующих защиты от ветров или укрепление берегов водоёма.
Зеленые насаждения выполняют следующие функции в большом городе [5]:
-
Защита от ветра
Зеленые насаждения играют огромную роль в снижении скорости ветровых потоков, в изменении направления ветровых воздушных масс, выступают в качестве факторов, улучшающих воздух городских районов, защищающих людей от чрезмерного охлаждения в зимнее время года и от перегрева летом.
-
Регулирование микроклимата
Ряд исследований, проведенных еще в 70-х годах, показали, что зеленые насаждения могут значительно улучшить микроклимат городов. Одной из важнейших ценностей зеленых насаждений является то, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. За счет испарения в летний период повышается относительная влажность воздуха, в результате чего снижается его температура. Уменьшая летнюю жару, зеленые насаждения одновременно повышают относительную влажность воздуха примерно на 15-30%. Такой воздух больше подходит для дыхания человека, а повышение влажности воспринимается как понижение температуры воздуха.
-
Защита от шума
Городской шум, как и промышленный, наносит ощутимый вред здоровью человека. Это оказывает угнетающее действие на нервную систему, снижает возможности иммунной системы, снижая способность организма противостоять различным заболеваниям. Благодаря ландшафтному дизайну человеческий организм может переносить шум без каких-либо особых последствий. Уровни шума превышают эти значения десятки раз на оживленных городских улицах. В современных крупных городах до 60% населения живет в условиях акустического дискомфорта. Повышенный шум вызывает ухудшение слуха, расстройства нервной и сердечно-сосудистой систем и т.д. Для защиты городской среды от шума используются специально сформированные полосы зеленых насаждений. Посадка деревьев и кустарников создает эффект поглощения, рассеивания или отражения шума.
-
Санитарно-гигиеническая роль зеленых насаждений
Относительно недавно были раскрыты фитонцидные свойства (убивать микроорганизмы) ряда растений, это: черемуха, сирень, вишневый лавр, а также ряд других видов деревьев, среди которых есть как лиственные, так и хвойные растения. Например, плантация можжевельника на площади 1 гектар выбрасывает в воздух 30 килограммов летучих веществ с бактерицидными свойствами, достаточных для стерилизации воздуха небольшого города или одного микрорайона крупного населенного пункта.
-
Оздоровительная функция зеленых насаждений
Благоустроенные территории оказывают эмоциональное и ментальное воздействие на человека. Научно доказано, что природный ландшафт активно способствует восстановлению подвижного баланса между организмом и окружающей средой, который нарушается из-за болезни, усталости и недостаточного пребывания на свежем воздухе.
Согласно теории цвета, успокаивающее действие природы заключается в образовании в ней двух цветов – зеленого и синего. Особое мягкое лесное освещение, богатство красок, аромат цветов, шелест листьев и пение птиц также важны.
Так же, уменьшение болевого синдрома было отмечено благодаря визуальному контакту с ландшафтным дизайном. Кроме того, некоторые исследователи отмечают нормализацию артериального давления и укрепление иммунитета, повышение двигательной активности и интереса к жизни в целом, снижение числа обострений хронических заболеваний, в том числе сахарного диабета, и увеличение продолжительности жизни.
Таким образом, зеленые насаждения необходимы для развития городской среды с экологически чистыми условиями жизни, приносящими пользу населению. Следовательно, развитие этой сферы благоустройства города имеет первостепенное значение. Несмотря на то, что озеленение городов играет значительную роль, существуют вопросы озеленения, которые необходимо решать в современных крупных городах, особенно в России.
1.2. Проблемы озеленения городов
Последние данные показывают, что почти половина населения мира проживает в городах, о чем свидетельствуют последние статистические данные. Поскольку 74,1% населения России является городским, необходимо создать благоприятную среду, позволяющую людям освоиться в городской среде и наслаждаться жизнью, работой и отдыхом. Парковые зоны, скверы и благоустройство в настоящее время рассматриваются как важнейшие области для развития города, при этом планирование парков, скверов и озеленение выделяется как серьезная проблема [6].
Первой и самой главной проблемой является недостаточность озеленения. В современных городах, где главной особенностью является плотность застройки, зачастую не хватает места для размещения даже небольших скверов и парков, которые вносили бы большой вклад в оздоровление окружающей среды города (Рисунок 1.2.1, Приложение).
Во-вторых, парковые зоны в городской черте могут располагаться неравномерно. Например, основная масса скверов и парков может находиться в центре города, а на окраинах будет нехватка зеленых насаждений. Такое расположение озелененных территорий не позволяет растениям качественно и в полной мере фильтровать воздух, а значит загрязнения, находящиеся в окружающей среде, будут оказывать негативное влияние на человека и окружающую его среду.
Еще одной проблемой, которую можно отнести к вопросу озеленения города, является не всегда заботливое отношение людей к растениям. Красивые и ухоженные парки привлекают большие массы людей, поэтому нередко можно заметить поломанные ветки, оборванные цветы или растоптанный газон. Такое отношение населения к объектам озеленения способствует ухудшению, как здорового функционирования, так и просто внешнего вида растений, которые утрачивают свою привлекательность по отношению к другим природным составляющим данной озелененной территории (Рисунок 1.2.2, Приложение).
Нехватка рабочей силы, специалистов и поливочной техники также является проблемой при благоустройстве и озеленении городов (особенно крупных) (Рисунок 1.2.3, Приложение).
1.3. Виды техники, используемые для озеленения
Проанализировав существующие проблемы озеленения городов, мы попробовали исследовать технику, которая чаще всего используется в этих целях.
Трактора
Производство тракторных агрегатов представляет два вида: на гусеничном ходу и на колесах. Выбор между двумя видами зависит от предназначения трактора, грунта и рельефа, на котором ему предстоит работать (Рисунок 1.3.1, Приложение). В основном их используют для передвижения и перевозки любых объектов.
Поэтому, выбирая трактор, следует обратить внимание на следующие его характеристики:
-
мощность двигателя;
-
возможность быстро сменить навесное оборудование, так один трактор обеспечивает помощь в хозяйствовании в нескольких видах работы;
-
наличие дополнительного оборудования.
Техника, предназначенная для посева
Для посева предназначены такие агрегаты как сеялки, бункеры и накопительные баки различных объемов (Рисунок 1.3.2, Приложение). Пользуясь данной техникой, посев зерна или семян будет происходить максимально быстро и качественно.
Машины для обработки почвы
К основным процессам обработки земли относится: вспашка, обработка поверхности, рыхление либо уплотнение почвы и т. д. Так как работа производится с грунтом, следует учитывать особенности почвы и климата, и только после приобретать такую технику. В зависимости от сложности проходимости грунта можно выбрать технику на гусеничном или колесном ходу (Рисунок 1.3.3, Приложение).
Оборудование для опрыскивания
Для хорошего роста растения засеянные поля необходимо удобрять и защищать от вредителей. Для таких целей существуют опрыскиватели. Они отличаются по способу передвижения: самоходные, навесные и прицеп (Рисунок 1.3.4, Приложение). Выбирать такое оборудование стоит исходя из предполагаемой площади обработки. Так для больших объемов работы не подойдет навесное оборудование. Желательно использовать самоходный опрыскиватель [8].
Таким образом, на сегодняшний день существует множество агрегатов, которые могут выполнять сразу несколько видов работ. При наличии разных рабочих насадок, один трактор может перевозить, вспахивать, прессовать и т. д. Это очень удобно и экономно. Разнообразие видов устройств позволяет уменьшить трудозатраты и время.
Глава 2. Практическая часть
2.1. Внешний вид модели
В процессе теоретического исследования мы оценили, насколько большую пользу несут зеленые насаждения как для внешнего вида городов, так и для городских жителей. Мы изучили проблемы озеленения городских территорий, одной из которых является недостаточность рабочей силы и специализированной техники. Исходя из этого, мы решили создать проект – создание универсальной автоматизированной техники для посадки как семян, так и небольших кустарников (деревьев) (Рисунок 2.1.1, Приложение).
Для создания нашего проекта мы использовали конструктор и программное обеспечение Spike Prime, а также детали LeGo City для наглядности модели.
Вначале мы на пластине построили небольшой участок, который похож на новую жилищную застройку, которая еще не до конца облагорожена. На ней находится жилой дом, река, детская площадка (Рисунок 2.1.2, Приложение).
Для конструирования непосредственно техники нам потребовался один смарт хаб, два средних мотора, один большой мотор. Наша автоматизирования техника для посадки имеет две съемные насадки:
1) для посадки семян - в ней энергия передаётся от большого мотора, который двигает первый рычаг, а от первого рычага энергия передаётся на второй рычаг и этот второй рычаг выталкивает семена на поле (Рисунок 2.1.3, Приложение);
2) для посадки небольших деревьев или кустарников – также большой мотор с помощью специального захвата (система рычагов) захватывает кустарник и отпускает его на землю (Рисунок 2.1.4, Приложение).
Для более успешной работы нашей универсальной техники, мы добавили к ней автополив (Рисунок 2.1.5, Приложение).
2.2. Программа для запуска модели и ее демонстрация
Управление роботом осуществляется на базе программного обеспечения SpikePrime. Программа состоит из двух подпрограмм, отдельно для каждой насадки.
Первая подпрограмма устанавливает моторы для запуска подвижных частей модели (средние моторы и большой мотор). Когда на хабе нажимается левая кнопка средние моторы, отвечающие за движение колес, перемещаются вперед. После ожидания в 2 секунды срабатывает большой мотор (рычаг).
Вторая программа устанавливает моторы для запуска подвижных частей модели (средние моторы и большой мотор). Когда на хабе нажимается левая кнопка средние моторы, отвечающие за движение колес, перемещаются вперед. После ожидания в 2 секунды срабатывает большой мотор, который сначала производит захват насаждения, потом отпускает его для посадки. После этого техника продолжает свое движение до нужной цели (Рисунок 2.2.1, Приложение).
Заключение
Зеленые насаждения выполняют несколько функций. Рассматривая санитарно-гигиеническую функцию, в первую очередь следует отметить тот факт, что представители флоры способны очищать воздух от вредных загрязняющих веществ, количество которых в настоящее время становится все больше в связи с увеличением числа автотранспорта.
Еще растения выделяют особые органические соединения – фитонциды, которые убивают болезнетворные бактерии или задерживают их развитие. Эти свойства приобретают особую значимость в условиях города, в воздухе которого содержится большое количество различных болезнетворных бактерий и вирусов. Также деревья, посаженные на территории селитебных зон и вдоль автомобильных дорог, уменьшают интенсивность шума, который при сильном воздействии влияет на психоэмоциональное состояние человека, разрушает здоровье, снижая физические и умственные способности человека.
Помимо санитарно-гигиенической функции озеленение выполняет рекреационную и декоративно-художественную функции. То есть человек может отдыхать на открытом воздухе, не покидая при этом границ города, а красивые скверы и клумбы вдоль тротуаров украшают улицы.
Мы считаем, что наш проект – универсальная техника для озеленения города является достаточно актуальным, так как позволит без дополнительных затрат на рабочую силу и специализированную технику сделать любой город зеленым и красивым!
Список используемой литературы:
-
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
-
Богданова С.М, Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
-
Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319 с;
Интернет источники:
-
https://ru.wikipedia.org/wiki/Озеленение
-
https://vuzlit.com/1331209/rol_ozeleneniya_zhizni_cheloveka
-
https://web.snauka.ru/issues/2017/01/77684
-
https://apni.ru/article/5732-rol-zelenikh-nasazhdenij-v-uluchshenii-ekolog
-
https://agrarii.com/obzor-tehniki-dlja-obrabotki-pochvy/
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рисунок 1.1.1. Озеленение территорий
Рисунок 1.1.2. Виды газонов: луговой, партерный, парковый и рулонный
Рисунок 1.2.1. Проблема недостаточности озеленения в городах
Рисунок 1.2.2. Проблема небрежного отношения людей
Рисунок 1.2.3. Проблема нехватки рабочей силы
Рисунок 1.3.1. Виды тракторов
Рисунок 1.3.2. Техника для посева
Рисунок 1.3.3. Техника для обработки почвы
Рисунок 1.3.4. Оборудование для опрыскивания
Рисунок 2.1.1. Работа над проектом
Рисунок 2.1.2. Внешний вид модели городской территории
Рисунок 2.1.3. Съемная насадка для посева семян
Рисунок 2.1.4. Съемная насадка для небольших насаждений
Рисунок 2.1.5. Автополив
Рисунок 2.2.1. Программы для запуска модели