Если Вам достался участок с уклоном, или Вы только собираетесь такой участок приобрести, конечно же, сразу возникает ряд вопросов. А у некоторых может даже и сомнения по поводу такого участка. Волнуют сточные воды, проливные дожди. Каким должен быть фундамент на участке с уклоном? Где разбить огород? Как проводить полив? Что предусмотреть перед возведением дома на участке с уклоном? Как правильно сделать канализацию? И многое другое…

Если Вам достался участок с уклоном, или Вы только собираетесь такой участок приобрести, конечно же, сразу возникает ряд вопросов. А у некоторых может даже и сомнения по поводу такого участка. Волнуют сточные воды, проливные дожди. Каким должен быть фундамент на участке с уклоном? Где разбить огород? Как проводить полив? Что предусмотреть перед возведением дома на участке с уклоном? Как правильно сделать канализацию? И многое другое…

Мы поможем Вам разобраться во всех нюансах и ответить на все интересующие Вас вопросы. Вы убедитесь, что участок земли с уклоном и сложным рельефом – это не наказание и не мучение, как думают некоторые, а Ваша индивидуальность, «изюминка» так сказать, при правильном его обустройстве. Мы надеемся, что наша статья поможет Вам воплотить Ваши мечты в реальность, и все «минусы» земельного участка с уклоном обратить в «плюсы».

Итак, что делать, если участок с уклоном?

Первое, что спросите Вы – как выровнять участок с уклоном? А стоит ли это делать? Ведь можно грамотно обыграть разницу высот, а также продемонстрировать всю красоту и привлекательность необычного ландшафта. И пускай, строительство на участке с уклоном и его обустройство будет нелегким, и Вам придется столкнуться с некоторыми трудностями, но итоговый результат Вас порадует и подарит удовольствие после всех выполненных работ. Готовому участку позавидуют все Ваши друзья и знакомые.

Привязка дома к участку с уклоном.

Как правильно расположить дом на таком участке? Различают два способа привязки дома к участку с уклоном: без изменения ландшафта, и с изменением наличествующего ландшафта. Типовой проект создаётся, опираясь на то, что строительство будет проходить на ровной площадке.

Дом, который строится на территории с природными условиями, нуждается в переделке подземной и цокольной части. Благодаря этому, жилище будет обладать неповторимыми особенностями, и подобать участку надлежащим образом.

Участки под уклоном делятся на:

• равнинные участки с уклоном до 3%;

• участки с малым уклоном до 8%;

• участки со средним уклоном до 20%;

• крутые участки с уклоном более 20%.

Строительство домов и формирование дорог, ведущих к зданию, на склоне очень затруднительно. Подпорные стены, насыпи и прочие сооружения для укрепления фиксируют на склонах, где перепад высот составляет 1:2.

Вертикальная планировка участка с уклоном.

Что же включает в себя работа по оборудованию ландшафта со сложностями, если земельный участок под уклоном?

Необходимо организовать:

• наибольшее выравнивание рельефа (по возможности), путём взятия грунта на одной части земельного участка и его подсыпания в другой части участка;

• ливневые стоки: их можно скрыть, либо оставить открытыми;

• корректировку незначительных ухабов и бугорков, с применением способа террасирования, а при значительных перепадах – возведение подпорных стен;

• определение оптимально наилучшего расположения дома, гаража, сада, огорода, беседки, душа и других построек.

Благодаря этим действиям, можно чётко и правильно поделить территорию на функциональные зоны, а также неповторимо и по-особенному её оформить.

Дренажная система на участке с уклоном.

Какой должна быть дренажная система на участке с уклоном? Устройству водоотводной системы необходимо уделить особое внимание! Ведь дренаж позволяет регулировать баланс воды и обеспечивает стремительный водоотвод жидкости, образующейся и скапливающейся в результате значительных осадков и таяния снега.

Талая вода и дожди создают промоины. А чем значительнее перепад высот, тем вероятнее нарушение склона. Даже небольшие ручьи могут создавать внушительные овраги, и способствовать появлению оползней грунта.

Формирование стока начинают только после окончания главных работ на земле и подведения коммуникаций. Для того чтобы грамотно протянуть водоотвод, всё же необходимо владеть информацией о примерном местоположении основных построек и зелёных насаждений.

Различают два способа прокладывания системы водоотвода: открытый и закрытый. Главное достоинство закрытой системы водоотвода – это экономия места. Из-за того, что каналы находятся под землей, на поверхности можно обустроить подъездные дороги.

Канавы копают по длине уклона всего земельного участка до приёмного коллектора. Весьма эффективной является прокладывание дренажа методом «ёлочки», где к главной магистрали присоединяются дополнительные водоотводы под острым углом. Применяя данный метод, основная траншея должна располагаться немного ниже дополнительных каналов.

Глубина траншеи должна быть от 0,3 до 1 метра. Уклон должен быть не меньше 2 миллиметров на метр длины. Эта характеристика немаловажна даже на местности с уклоном, так как часть системы может проходить и по ровному участку.

На дно траншеи засыпают песок, высотой 10 сантиметров, и утрамбовывают его. Сверху песка укладывают геотекстиль, с концами, покрывающими стены канала с небольшой запаской. Затем насыпают щебень толщиною 10-20 сантиметров.

На подушку из гравия укладывают перфорированные трубы, изготовленные из полимера, состыкуют их и соединяют. Далее трубы засыпают щебнем, и полученную систему накрывают геотекстилем. Готовый комплекс засыпают песком и грунтом.

Дизайн участка с уклоном.

Каким должен быть дизайн на участке с уклоном? Обустройство сложного ландшафта на участке с уклоном затруднительно, каверзно и похоже на нелёгкую головоломку, оно связано с некоторыми особенностями, имеет свои хитрости. Но это вовсе не должно отягощать Вас или стать помехой на пути к достижению отменного результата. Продуманный подход к озеленению Вашего особого земельного участка повергнет Вас к неповторимому результату и окунёт с головой в мир феерии и блаженства.

А перепады высот как раз дадут отличный шанс осуществить самые решительные, своеобразные, нескромные и неординарные идеи. Обыкновенные цветочные клумбы уже давно не пользуются популярностью. И любители декоративных растений всё чаще предпочитают необычные оригинальные цветники. Наиболее известные и используемые – это альпийский дизайн и рокарий.

На альпийских горках и в рокариях выращивают похожие растения. Разница состоит только в том, что клумба альпинарий – это преимущественно цветник и небольшая часть камней, а рокарий представляет собой сад камней с малым количеством цветочков.

Альпийские горки как нельзя лучше подходят для участка земли под уклоном. Применение грубых обтесанных камней и множество аккуратных разноцветных цветов придадут участку удивительный, особый вид. Благодаря такому дизайну участка с уклоном можно решить множество поставленных целей:

• Во-первых, можно выполнить зонирование участка;

• Во-вторых, большие камни, булыжники и цветы послужат Вам в роли укрепления склонов, а также будут способствовать задержанию снега;

• В-третьих, альпийский дизайн поможет оригинально украсить всё пространство.

Высаживая зелёные насаждения на участке, нужно чётко придерживаться особых правил: чем ниже точка, тем выше должна быть растительность. Это значит, на верхушке склона высаживают низкие сорта растений, а в низине – кусты и деревья. Такого плана расположение и высадка зелёных растений сможет сделать рельеф визуально ровным.

Всю территорию участка необходимо засадить. Между плодовыми деревьями на не засаженных участках можно высадить газон или растения, которые плотным ковром покрывают почву. Сюда можно отнести плющ, хеномелес или другие вьющиеся растения. Кроме эстетичного вида, данные растения способны сохранить почву от её вымывания.

В холмистой местности Вы не обойдётесь без дорожек и лестниц. Их необходимо сделать комфортными и весьма практичными, ведь перемещаться по ним придётся не раз за день. Тропинки оборудуют на более-менее ровной поверхности участка. И чтобы зрительно выровнять разницу высот, дорожки и тропы делают извилистыми.

Ступеньки и лестницы подойдут для крутых склонов. При значительных уклонах с одной, или же лучше, с двух сторон монтируют перила. При наличии 10 ступеней и более необходима основа из бетона, обеспечивающая устойчивость и предотвращающая «сползание» целой лестницы.

Неплохим способом обустройства участка со склоном является искусственное изменение поверхности склонов, так называемое террасирование. Размеры и формы площадок террасы будут зависеть от их назначения, для огорода, например, нужна одна ширина, а для беседок – иная.

Деление участка на зоны проводится с учётом того, как он расположен относительно сторон света. Здесь необходимо учитывать и затенённость, чтобы высадить на этой части земли тенелюбивые растения, или же оборудовать скамейку.

При зонировании участка с уклоном важно помнить что, чем больше террас будет выполнено на территории, тем ниже должна быть высота укрепительных стен. Отсюда следует, что их строительство происходит немного проще. И все террасы должны быть оборудованы своей дренажной системой.

Укрепление склонов.

Как укрепить склоны на неровном участке? Как предотвратить сползание рыхлой массы пород? Здесь необходимо укреплять склоны путём осуществления всевозможных укрепительных конструкций. Метод укрепления грунта зависит от наклона рельефа.

Способ 1. Естественное укрепление. Для относительно пологих склонов (до 30°) применяют стелющиеся растения, которые образуют красивейший покров. Разветвляющиеся корни послужат натуральным каркасом. В низменностях высаживаются кустарники сирени, ивы. В дальнейшем, разветвляющиеся корни деревьев продолжат надёжно укреплять грунт.

Способ 2. Геоматериал. Хороший результат даст геотекстиль или георешётка. Они стелятся на участке и присыпаются грунтом. Со временем почва укрепляется, и не приводит к видоизменению рельефа. Данная защита получается стойкой к негативным условиям погоды и химическим влияниям. Срок эксплуатации геоматериалов – до 50 лет.

Способ 3. Насыпь. Укрепительные действия можно проводить путём насыпи. При этом важно помнить, что насыпь заимствует полезную территорию участка, значит, его нужно применять на просторных площадях. Регулярное подсыпание насыпи будет необходимым через время, так как грунт выбивается у подошвы.

Способ 4. Подпорные стенки. Удачно и продуктивно выглядят стены из природных материалов (камни, деревья). Такое укрепление защитит склон от распада и разделит пространство за счёт террасирования. Их можно размещать на холмистой местности с различными перепадами высот.

Низкие стенки (до 80 см), исполняющие больше декоративную роль, чем прямую обязанность подпирать стены, обустраиваются своими силами. Строительство мощного сооружения, способного устранить сползание грунтовых масс, необходимо поручить специалистам.

Способ 5. Габионы. Такие модульные сооружения нередко используются ландшафтными дизайнерами. Габионы с легкостью формируются, заполняются галькой, щебнем, камнями. В выемки можно закладывать землю, и уже к весне, неприметная сетка с камнями будет закрыта зеленью. Габионы можно купить или изготовить из проволоки самому. Стены из камней, с пробивающимися растениями, придадут участку благородный вид под старину.

Полезные советы при обустройстве участка с уклоном.

При проектировании укрепительных сооружений, учитываются силы, воздействующие на опрокидывание и сдвиги. Надёжность и долговечность стенам придаёт фундамент, толщина и глубина заложения которого зависит от высоты опорной стены, её предназначения и грунта.

Опора стены противодействует вертикальным нагрузкам. Наличие дренажной системы при возведении стен является обязательным. Она предотвратит размыв основания стены дождями и талой водой.

Нередко применяемым материалом для возведения стен являются камни. Природные или искусственно выполненные камни выкладываются как на раствор, так и без него. При «сухом» способе кладки – без раствора, в пустоты помещается грунт, который затем засеивают семенами. Так получается, что отсутствие раствора делает стенку не очень надёжной конструкцией при частых дождях и во время паводков.

Особо популярен кирпич. Кладка кирпичом даёт возможность сооружать стены любых типов, волнистых и других необычных форм.

Предметы из дерева лаконично вписываются в ландшафт, но из-за особых характеристик их использование в качестве укрепительного сооружения не целесообразно. Конечно, обработка специальными препаратами продлит срок службы древесины, но всё-таки, это только временная защита. Такое сооружение требует регулярного обслуживания.

Если при возведении стенок из камня и кирпича высота сооружения не должна превышать 70 см, то использование бетона разрешено на 3 м. Здесь можно использовать бетонные плиты, которые изготовлены в заводских условиях, или залить бетонную смесь в готовую опалубку.

Помните, абсолютно первым должен быть проект будущего дома. Имеете наклонный участок? Значит, сможете сделать рельефный, ландшафтный рай. О таких дарах природы некоторые просто мечтают, измеряя шагами свой обыденный плоский участок. И проект дома должен учитывать Ваш уникальный рельеф. Не берите типовое решение, а учитывайте возможные дополнительные эффекты.

Планировка участка под уклоном — это обустройство неординарного ландшафта с чёткой обдуманной разницей высот. Данный способ позволяет поделить участок на функциональные зоны и специфически его оформить.

Серьёзный подход позволит получить на финише оригинальные решения. Безнадёжные на первый взгляд недостатки превратятся в изюминку, в результате, расположенный на склоне участок обзаведётся уникальными достоинствами, способными вызвать восхищение у других владельцев, живущих по соседству.

Многие желают обзаводиться только ровными площадками земли, рассчитывая на простоту их применения. Однако участки с уклоном дают немало возможностей по организации неповторимого внешнего вида и реализации оригинальных идей. Поэтому не нужно переживать, если в Вашем распоряжении оказался участок с уклоном.

Достоинства участка с уклоном:

• Неповторимость каждого участка;

• Размещение дома вверху позволит Вам рассматривать из окна весь участок;

• Возведение недостижимых для ровных участков дизайнерских элементов — горки, каскад, водопады;

• Южный склон даст возможность собирать богатый урожай в саду и на огороде за счёт освещённости солнцем

Планировка участка на склоне

Дачный участок на склоне отличается красивым оригинальным рельефом, где можно сделать альпийские горки, обустроить водопады и каскады. Такие элементы превращают территорию в настоящее произведение искусства. Но в данном случае важно грамотное и правильное планирование, иначе фундамент дома будет подтапливать, а растения могут погибнуть.

Кроме того, будьте готовы, что оформление участка со склоном труднее и дороже, чем дизайн стандартной пологой площади. Но если вы решили выбрать такой участок, при ответственном и грамотном подходе к дизайну в результате вы получите шикарную и уникальную приусадебную площадь! В этой статье мы рассмотрим, как спланировать и оформить участок на склоне.

Главные принципы и особенности планирования

Каждая планировка участка, в том числе и расположенном на склоне, начинается с зонирования. Эксперты рекомендуют делить территорию на четыре зоны. На сад и огород отводят половину площади дачного участка, на зону для отдыха приходится 20-30%, а на жилую зону — около 10%.

Кроме того, выделяют хозяйственную зону с хозяйственными и бытовыми постройками, которая занимает порядка 15-20%. Но это только рекомендации, вы можете сократить или увеличить ту или иную область. Некоторые владельцы загородных участков вовсе отказывается от какой-либо зоны.

Отдельное внимание при планировании уделяют главному строению. Чтобы фундамент дома не поплыл и не затапливался, нельзя устанавливать постройку в середине или внизу пригорка! Поэтому дом на участке со склоном строят сверху холма. При таком расположении легче работать с рельефом местности и легче оформить и распланировать площадь. Кроме того, вы избежите проблем с фундаментом.

Сначала определяют место дома на участка, затем расположение хозяйственных построек, зоны отдыха и сада. В последнюю очередь планируют размещение лестниц, террас и других дополнительных элементов. Тщательно измеряйте участок и делайте расчеты, чтобы избежать ошибок и снизить затраты на работы. Обязательно учитывайте тип почвы и уровень грунтовых вод на всей территории при выборе фундамента для построек и вида растений, при монтаже водоемов и оформлении ландшафтного дизайна.

При ландшафтном дизайне нельзя перемещать или менять местами нижние слои почвы, иначе это приведет к подвижкам грунта. Растения не рекомендуется высаживать на северном склоне, так как они не получат достаточное количество света и тепла. Из-за неровного ландшафта некоторые участки будут подтапливаться, а некоторые, наоборот, недополучат необходимую влажность. Поэтому важно контролировать уровень воды и влажности. Сделать это можно за счет правильно обустроенной системы полива и дренажа.

Склон делает передвижение по участку проблематичным и неудобным. Чтобы сделать передвижение по саду комфортным, нужно обустроить террасы, лестницы или подпорные стенки. Планировка участка на склоне должна обязательно включать данные элементы. Давайте рассмотрим каждый из них в отдельности.

Террасирование участка со склоном

Террасы — специальные горизонтальные площадки, которые укрепляют подпорными стенками и соединяют при помощи лестниц. Они прекрасно подходят для участка с уклоном более 15 градусов. Чтобы сделать террасирование, сначала нужно определить уровень наклона участка. Для этого разницу высот разделите на показатель горизонтального основания.

После проведенных расчетов размечают места расположения террас согласно плана размещения различных зон. На одной террасе обустраивают дом, на другой — хозяйственные постройки, на третий — сад или клумбу и так далее. Важно, чтобы горизонтальная площадка соответствовала размерам объекта, который будет на ней расположен.

В первую очередь строят верхние террасы, а затем постепенно спускаются вниз. Террасы можно расположить в один ряд, в шахматном порядке или ассиметрично. Площадки укрепляют при помощи подпорных стенок, которые также служат и декоративным элементом участка. Поэтому важно, чтобы они гармонично вписывались в дизайн и стиль сада.

Подпорные стенки на рельефном участке

Подходящим вариантом для обустройства подпорных стенок станет брус или бревно, особенно если главный дом и террасы построены из дерева. Это экологичные и натуральные материалы, которые характеризуют прочность и долговечность, эстетичность и привлекательный внешний вид. Кроме того, с древесиной легко работать.

Вы без проблем сможете сделать подпорки из бревна или бруса своими руками и за короткий срок. Кстати, эксперты рекомендуют строить дом и баню тоже из древесины, чтобы сохранить экологичность загородного пространства. Много проектов коттеджей, дач, бань из бруса и бревна вы найдете в каталоге “МариСруб”.

Кроме того, вы можете выбрать металл, кирпич, кованные железные элементы, камень и даже бетонные блоки. Для невысоких конструкций выбирайте дерево, металл, камень или листовой материал. После установки дерево и металл, места соединения бетонных блоков и участки соприкосновения материала с почвой обязательно обрабатывают защитными составами от негативного воздействия влаги и ультрафиолета.

Перед монтажом стоек желательно сделать железобетонный или бутобетонный фундамент, чтобы усилить прочность конструкции и увеличить эксплуатационный срок. При использовании камня, стенки высотой до одного метра выкладывают сухим способом, более высокие стойки скрепляют с помощью цементного раствора. Для декора используйте кованные железные элементы. Если вы выбираете бетонные блоки, придать эстетичность можно при помощи покраски или облицовки натуральным камнем либо плиткой.

Как установить лестницы на участке со склоном

Материал лестниц тоже выбирают, отталкиваясь от стиля и дизайна террас, сада. Размеры ступеней при этом не обязательно должны быть выполнены по традиционным стандартам, что важно выполнять при строительстве данной конструкции в жилом или дачном доме. Какую лестницу сделать в загородном доме, читайте здесь.

В саду вниз от дома или других строений можно обустроить следующие виды лестниц:

• Можно сделать оригинальную бревенчатую лестницу. Для этого в бревне по длине конструкции вырезают углубления, где закрепляют ступени из бревенчатых половинок плоской стороной вверх. В качестве опор можно применить и два бревна. Тогда лестница получится прочной и надежной;
• Интересным вариантом станет лестница из бруса и мелкого щебня. Под лестницу заливают фундамент-площадку, а в качестве каркаса используют брус, который укладывают в виде опалубки. В опалубку засыпают щебень. Процесс повторяют по числу ступеней, уменьшая площадь каждого следующего яруса;
• Доступным и эстетичным вариантом станут деревянные конструкции, которые устанавливают из досок или брусков. Кроме того, дерево легко укладывать своими руками. Подступенок делают из доски, которую кладут на ребро и по бокам закрепляют деревянными колышками. Проступью послужит плотно утрамбованная почва. Деревянные конструкции обязательно обрабатывают защитными средствами.

Для безопасности, особенно если лестница получилась крутой, или в доме, где проживают дети, пожилые люди, нужно обустроить поручень, хотя бы с одной стороны конструкции. Если ступеней много, эксперты рекомендуют разбивать пролеты по 8-10 штук. Между пролетами можно обустроить площадки для отдыха, где установить скамейки и каменные или бетонные клумбы.

12 советов по оформлению участка на склоне

1. Перед проектированием обязательно исследуйте грунт и почву на земельном участке. И затем, отталкиваясь от вида и особенностей ландшафта, уровня залегания грунтовых почв, выбирайте тип построек и фундаментов, оформление сада и т.д.;
2. Для рельефного участка и большой площади идеально подходит пейзажный, живописный или ландшафтный стиль оформления. Он предусматривает много открытого пространства и асимметричное расположение объектов, наличие альпийских горок и гротов, водоемов неправильной формы и живых изгородей;
3. Если на участке много деревьев, выбирайте эко-стиль в дизайне. Он предполагает сохранение растений и минимальное вмешательство в природу. Для данного стиля характерны навесы и беседки из дерева, деревянные скамейки и дорожки, травяные тропинки и пни, светильники на деревьях и пруды;
4. Дом устанавливают на вершине участка. Рядом располагают гараж, хозяйственные постройки;
5. На покатых площадках участка разбейте мини-газон;
6. Ступени и лестничные пролеты можно оформить махровым зеленым ковром. Это смотрится эффектно и впечатляюще, особенно при виде сверху;
7. Участок с уклоном — подходящее место для создания рокария или декоративного сада из камней;
8. Растения на склоне будут хорошо расти, если сделать под ними горизонтальные лунки с укреплением при помощи бортиков;
9. Для оформления склона лучше использовать можжевельники и различные почвопокровные культуры, среди которых камнеломки и гвоздика, пряные и ароматические травы, вербейник, флоксы и так далее. Они разрастаются по территории пестрым ковром, что смотрится роскошно и эстетично. Кроме того, при необходимости такие растения скроют недостатки строительства;
10. Обязательно используйте при оформлении сада лестницы, дорожки и тропинки, которые извиваются серпантином среди зелени. При обустройстве дорожек и тропинок продумайте материал покрытия. Важно, чтобы он смотрелся красиво и эстетично, был удобен для уборки листвы и другого мусора;
11. Обустройте искусственный водоем. Водопады, каскады и даже обычный ручеек эффектно и красиво ниспадают с вершины холма вниз от дома. Однако в данном случае нужно грамотно рассчитать водоем и выполнить монтаж с соблюдением технических и санитарных норм, иначе неправильный проект приведет к затоплению территории;
12. Внимательно отнеситесь к выбору цветовой гаммы. Главные цвета каждого сада — зеленый и коричневый. Яркие цвета используйте, чтобы разбавить дизайн и акцентировать внимание на отдельном объекте.

Дренаж на рельефном участке

Отдельное внимание уделите дренажу, который защитит от вымывания грунта, затопления территорий при обильных дождях и паводках. Данные проблемы характерны для участков на склоне. Дренажная система представляет конструкцию из труб, уложенных в канавы или траншеи по периметру участку.

Она может быть закрытой, открытой или засыпной. Для дренажа важно правильно выбрать трубы. Подходящим вариантом станут полимерные двухслойные изделия. Важно, чтобы снаружи трубы были гофрированные, а внутри — гладкие.

После оформления сада важно следить за растениями, так как они нуждаются в регулярном и частом поливе из-за того, что вода быстро стекает вниз с холма и не задерживается в почве. Кроме того, нужно своевременно очищать водоемы, чистить дорожки и лестницы, следить за состоянием опорных стенок. Металлические и деревянные конструкции необходимо обрабатывать защитными составами раз в 5-7 лет.

Обустройство дачного участка на склоне — трудоемкая и сложная задача, которая требует грамотного и ответственного подхода. Чтобы получить надежный и долговечный результат, обращайтесь к профессионалам! Мастера “МариСруб” грамотно спланируют участок и создадут проект дома, выполнят строительство и отделку “под ключ”!

Организуем дренажную систему, устанавливаем и подключаем инженерные сети, самостоятельно изготавливаем строительные материалы! В компании вы можете заказать деревянные дома из бруса или бревна от производителя.

Ландшафтное проектирование и дизайн участка на склоне

1. Главная
2. Статьи
3. Ландшафтная архитектура
4. Ландшафтный дизайн участка на склоне

Ландшафтное проектирование участка на склоне всегда связано с нестандартными решениями. С одной стороны, такая территория создает некоторые сложности для дизайнера, но с другой — является прекрасной возможностью продемонстрировать творческий подход и профессионализм. В конце концов, сложные задачи всегда интересны.

Особенности участка на склоне

Участки на склоне отличаются тем, что рельеф каждого индивидуален. Именно имеющиеся свойства участка задают для дизайнера направление мысли. Неровный рельеф раскрывает перед дизайнером ряд возможностей, которые стоит использовать в работе:

• Если построить дом на высшей точке участка, то из окон будут просматриваться все владения, такой вид будет создавать в доме особую атмосферу парения над миром.
• Склон идеально подходит для обустройства на нем водопада, водного каскада или альпийской горки.
• Землю на южном склоне можно использовать для посадки теплолюбивых культур.

В то же время, по многолетнему опыту работы специалистов компании «ПозитивПроект», есть объекты, на расположение которых рельеф накладывает определенные ограничения:

• Газон возможно разместить только на склоне с небольшим уклоном.
• На северной стороне теплолюбивые культуры не приживутся или не будут давать желаемого урожая.
• При отсутствии системы дренажа, нельзя располагать дом в низине, так как здесь есть риск его подтопления по весне или в ливневые периоды.
• На склоне будет сложно выращивать влаголюбивые растения, так как их потребности в поливе будут в разы больше, ведь вода на таком рельефе будет стекать вниз, не задерживаясь в почве.

Дополнительные требования к ландшафтному дизайну участка на склоне касаются безопасности. Необходимо продумать систему дорожек для передвижения детей и пожилых людей, снабдив их, где надо, поручнями. Кроме того, нужно защитить почву от размывов во время дождей, укрепить нестабильные участки. Разумеется, все эти мероприятия требуют дополнительных финансовых вложений, поэтому для обустройства участка на склоне хозяевам придется потратиться.

Ландшафтное проектирование участка на склоне

При работе над составлением проекта такого сада потребуется учитывать следующие факторы:

• Ориентация склона по сторонам света. В зависимости от того, южный слон, восточный, северный или западный, освещенность на участке будет разная, солнце будет показываться чаще или реже и преимущественно в разные часы суток. Конечно, в первую очередь этот фактор влияет на то, какие растения вы будете размещать на своем участке. Например, южный склон бывает освещен в течение всего дня, солнце здесь начинает пригревать с самой ранней весны, снег тает быстрее. Однако в засушливое время почва больше страдает от отсутствия влаги и требует усиленного полива. Соответственно на таком участке хозяева могут позволить себе посадить более теплолюбивые растения, причем желательно, чтобы они были устойчивы к засухе.
  На северном склоне солнца значительно меньше, поэтому здесь будут лучше себя чувствовать тенелюбивые культуры.

• Угол уклона участка. Этот параметр декларирует, какие сооружения подойдут для облегчения движения по саду. Обычно на таком рельефе бывают востребованы лестницы, подпорные стенки, террасы. От угла наклона будет зависеть количество террас, выбор между лестницами и дорожкой-серпантином, высота ступеней лестниц, наличие и отсутствие у них перил, высота подпорных стенок и т.п.
  Ландшафтные дизайнеры компании «ПозитивПроект» (г. Москва) напоминают, что по мере возрастания угла уклона растет и сила эрозии почвы, которая неизбежно будет возникать, если плодородный слой начнет смываться вниз ливнями. Соответственно все сооружения и посадки должны быть продуманы с целью укрепления склона.

• Направление и сила ветров в данной местности. Спецификой наклонного рельефа будет повышенное движение вдоль склона воздушных масс. Как известно, теплый воздух легче холодного, поэтому внизу, в ложбинах, значительно холоднее. По вечерам в низкой местности менее комфортно, а по весне и осени более вероятны заморозки на почве. Это единые для всех участков на склоне закономерности.
  Кроме них в той или иной местности могут господствовать северо-восточные или юго-западные ветры. Так как сила ветров на склоне бывает больше, чем на ровных участках, тем более, что дом обычно стараются возвести на возвышенности, эти индивидуальные особенности следует принимать во внимание при его проектировании. При частых и сильных северных ветрах следует увеличить толщину стен и по возможности уменьшить число окон на соответствующей стороне дома.

Террасирование участка на склоне

Участок на склоне сложно представить без террас и подпорных стенок. Если уклон участка более 15 градусов, то террасы становятся просто необходимым элементом. Терраса представляет собой небольшую горизонтальную площадку, со стороны склона укрепленную подпорной стенкой. С внешней стороны можно соорудить ограждения. Количество террас и их высота определяется площадью участка и углом уклона.

При наличии нескольких террас их связываются ступеньками или дорожками. На некоторых террасах обустраивают площадки обозрения или зоны отдыха. В итоге получается единая система очень удобных и эффектно выглядящих ровных островков на склоне.

Обычно для всего комплекса террас подбираются однотипные материалы. Например, натуральный камень в подпорной стенке дополняется таким же мощением пола террас и лестниц. При этом выбор материала производят, исходя из общего стилевого решения. Дерево подойдет для деревенского стиля, ковка и кирпич – для стиля модерн, а камень – для классики.

Сооружая террасы, нужно ставить конкретные задачи:

• предотвращение эрозии почвы и создание продуманной системы отвода влаги;
• зонирование и обустройство мест разного назначения: для отдыха, для выращивания плодовых и овощных культур, для детских игр, для барбекю и т.п.;
• прокладывание удобных маршрутов, следуя которым, можно будет перемещаться по участку.

Строительство террас начинают с проектирования местоположения и размеров каждой. Это может быть ряд площадок, располагающихся строго одна под другой, может иметь место шахматное расположение, а может и произвольное, асимметричное, естественное, как будто эти объекты не задуманы человеком, а созданы самой природой. После искусственного изменения имеющегося рельефа в первую очередь начинают строительство верхних террас. Методика заключается в том, чтобы земля, срезанная при создании верхних площадок, использовалась для создания подпорных стенок для нижних объектов.

Отдельная тема – строительство лестниц. Прежде всего, они должны быть безопасны, передвигаться по ним должно быть удобно. Для этого необходимо четко рассчитать ширину, глубину и высоту ступеней. Кроме того, длина лестниц не должна быть слишком большой: если ступеней больше 15, то стоит разделить каждый пролет лестницу площадками. Площадки между лестницами можно украсить небольшим вазоном с цветами или декоративным деревом, садовой скульптурой или даже скамейкой. Крутые и длинные лестницы лучше снабжать поручнями.

Озеленение

В процессе озеленения участка на склоне, ландшафтные дизайнеры компании «ПозитивПроект» рекомендуют придерживаться нескольких правил:

• Если дом располагается на вершине склона или близко к ней, то все высокие деревья, такие как дуб, ель, пирамидальный тополь и т.п., правильно будет расположить тут же.
• Верхнюю часть склона уместно будет украсить высокими декоративными кустарниками. Сирень, барбарис, боярышник, акация не только расставят декоративные акценты, но и будут способствовать сохранению плодородного слоя почвы. Главное правило здесь: они не должны закрывать дом.
• В нижней части склона должны находиться более компактные кустарники, карликовые сорта деревьев, а также цветники, альпийские горки, рокарии и т.п. Цветники на склоне также приобретают свои неповторимые интерпретации, например, хорошо справляются с задачей декорирования подобного рельефа разноуровневые клумбы.

Проект дома для участка с уклоном

Незначительная неровность местности, в частности уклон, практически не сказывается на планировке будущего дома. Конечно, самый оптимальный вариант для коттеджного строительства – это абсолютно ровная площадка, но и уклон до 3% в южную сторону — тоже отличная альтернатива.

Также неплохо, если местность, на которой будет возведен дом, имеет возвышение в центральной части, которое образует минимальный уклон во всех направлениях.

Дом на участке с уклоном до 12%

Участок с уклоном до 8% хорош для домов без подвальных помещений, однако, если неровность образует наклон в 5-7%, перед строительством дома понадобится досыпать грунт для компенсации неровности.

Строительство на участке с уклоном более 8% удобно, если архитектура здания предполагает цокольный этаж. Преимущество такой планировки в том, что для цокольного этажа нет нужды организовывать насыпь для выравнивания поверхности. Нижний этаж формируется посредством вырезания части грунта.

На таком цокольном этаже можно организовать:

• подземный гараж, обеспеченный удобным подъездом со стороны уклона;
• подсобные помещения;
• веранду;
• летнюю кухню;
• зимний сад;
• бассейн и многое другое.

Одной из характерных особенностей цокольного этажа считается его плохая освещенность солнцем. В некоторых случаях это огромное достоинство, ведь даже в жаркое лето там остается приятная прохлада.

Непростой, но весьма оригинальной затеей является организация зимнего сада в цокольном помещении. Зимний сад чаще всего примыкает к северной стороне особняка, таким образом, он не только дарит радость домочадцем, но и выступает в качестве так называемого теплового буфера. Преимущество цокольного расположения зимнего сада в данном случае заключается в том, что прямые солнечные лучи не будут травмировать цветы, и хозяевам не понадобится оснащать оранжерею солнцезащитными отражателями.

Если вы все же решились устроить на нижнем этаже оранжерею, то не забудьте о гидроизоляции. В тех местах, где стены здания будут контактировать с почвой, необходимо создать защитный слой. Для этого фундамент на участке с уклоном покрывается гидроизоляционным материалом. В качестве такого материала подходит рубероид или гудрон.

Перед созданием фундамента можно также выстелить гидроизоляцию под фундаментный слой. Специалисты советуют вместе с этими мерами создать также подпорную стену из монолита или камней, соединенных раствором. Для строительства стены чаще всего используется известняк или гранитный камень.

Планировка участка с уклоном 15-20%

Уклон 15-20% считается крутым. В этом случае вам вряд ли подойдет один из типовых проектов. Рекомендовано в этом случае использовать специальный проект, который будет учитывать особенности местности и преобразует ее недостатки в достоинства.

Примером такого проекта может стать многоярусный дом, разбитый на различные блоки. Каждый из таких сообщающихся блоков может иметь собственный выход, что весьма удобно и оригинально.

Для участков с сильными неровностями и уклонами целесообразно обустройство нескольких ровных горизонтальных площадок, которые могут размещаться на разных уровнях по отношению друг к другу. В зависимости от того, как располагаются эти площадки, и какие они имеют размеры, их распределяют под различные строения. Для перемещения между строениями обустраивают террасы.

Создание террас является обязательным уже при уклоне в 12%. В таком случае проект дома для участка с уклоном может предполагать не только разноуровневость и ярусность, но и всевозможные веранды, патио, балконы. Разбивка на террасы ведется обычно по всему участку, поэтому на одной большой террасной «ступени» может находиться не только коттедж, но и корт, беседка, клумбы, дорожки и пр.

Строительство коттеджа на крутом склоне влечет существенные расходы. Сюда входит разработка индивидуального дизайна, строительные работы, в том числе создание специального свайного фундамента, разбивка участка, а также различные защитные меры. Это все ведет к удорожанию строительства на 50-150%. Тем не менее, дом на склоне может стать настоящим шедевром архитектуры, если в него вложено достаточно стараний.

Дизайн участка с уклоном: фото-идеи для рельефного участка

Декор

Планирование приусадебного участка своими руками должно осуществляться на основе требований по оформлению территории. Разрабатывая проект, следите за тем, чтобы распределенные и оформленные зоны гармонично переплетались и сочетались друг с другом. Дизайнеры советуют выполнять декор в одном тоне либо выбирать сочетающиеся оттенки. На дачном участке будут хорошо смотреться яркие контрастные цвета.

Все постройки должны подчеркивать единую концепцию участка. Для объединения функциональных зон вы можете использовать арки, бордюры и единые конструкции. За счет освещения, мостика и общих цветовых решений можно красиво связать и украсить территорию. На каждой даче будут уместны цветы, выступающие в роли связующего звена и эстетической составляющей.

В чем заключается декор дачного участка:

• выбор цветовой гаммы, грамотное распределение акцентов;
• украшение территории при помощи цветов, цветочных клумб;
• выбор плодово-ягодных насаждений и высадка деревьев;
• расположение на участке водоемов, искусственных водопадов;

• обустройство бассейна;
• подбор материала для дорожек, выбор необходимой формы тропинок;
• использование фигурок и скульптур, расположенных по всей территории;
• оригинальные конструкции, выбранные в качестве разделения функциональных зон;
• высадка газона на склонах или рядом с зоной отдыха.

Искусственные водоемы

Для обустройства ландшафтного дизайна не всегда требуются масштабные мероприятия. Однако, если вы не представляете свое родовое имение без водных сооружений, будьте готовы попрощаться с лишними метрами ради пруда или бассейна. Искусственные озера создавать не очень сложно и весь процесс начинается с выбора концепции.

Живые и декоративные ограждения

Для размещения зоны отдыха будет достаточно участка в 12 соток. На нем поместится беседка, которая прячется от любопытных взглядов за живой стенкой из кустарников, а также огород, разделяемый с помощью яркого миксбордера от плодовых деревьев.

Садовые дорожки

С помощью тропок можно передвигаться по приусадебному хозяйству в любую погоду

Если в вашем проекте присутствуют газоны, клумбы и мощеные террасы, обратите внимание на дорожки из натурального камня или лиственницы. Такое сочетание органично вписывается в оформление территории и поддерживает единую концепцию участка

Освещение

Светильники на территории дачи могут обладать разным декором. За счет светящейся брусчатки на тропинках, фибероптических источников света, которые подчеркивают очертание зданий и фонарей, расположенных по всему периметру, вы сможете создать отличную обстановку. Такое решение отличается функциональностью, декоративной составляющей и способно поднять настроение.

Небольшие декоративные конструкции и детали

В большинстве случаев художественная составляющая садовых фигур не отличается оригинальностью. Это становится заметно в тот момент, когда они теряют свою привлекательность из-за погодных условий и времени. Если вы озабоченны вопросом облагораживания своего участка, но не хотите переплачивать за дорогие композиции, выбирайте мелкосерийные элементы из дерева. За счет природного происхождения такие конструкции органично смотрятся на территории дачи и в течение длительного времени сохраняют свою привлекательность.

Планировка

Схемы планировки участка прямоугольной формы могут быть разными. Если представить, что 10 х 10 м. занято домом, который располагается не совсем по центру, а немного сбоку, акцентом планировки (центр прямоугольника участка) лучше сделать фонтан или бассейн. Если выдержать такие рекомендации, водным объектом можно будет наслаждаться с веранды или ступенек дома. Рядом с главным декоративным объектом самое место миксбордерам. Если на клумбы высадить растения разных сроков цветения, площадка перед домом гарантирует благоухание с ранней весны до заморозков.

Специалисты считают, что фруктовые деревья лучше посадить от ворот участка и до зоны красоты. Хозяйственные постройки при этом необходимо правильно отнести в противоположную часть «прямоугольника», чтобы они не отбрасывали на сад лишнюю тень. Рядом с постройками сажайте огород, но на некотором отдалении: ему тоже не нужна тень.

Остается встроить в план баню (можно недалеко от забора и дома). Гараж и детскую площадку лучше развести в две стороны, чтобы дети играли подальше от машины. Самое функциональное решение – построить гараж под домом: в дождь в машину будет удобнее садиться, не путешествуя по мокрым дорожкам и газонам. Остались беседки. Здесь все пожеланию: можно приблизить их к дому, либо отдалить. Заплетите беседки розами или клематисами: это создаст романтическую ауру. Тонким натурам придется по вкусу маленькое искусственное озерцо рядом с беседкой.

А вот какой конкретный вариант проектирования предлагают специалисты для вытянутого участка размером 15 соток:

• Дом рядом с северной стороной забора. Дверь дома выходит на просторное крытое крыльцо площадью 9 кв. м. Неподалеку расположен декоративный колодец. В углу баня и хозяйственные постройки.
• На юго-западе территории находится зона отдыха (кусты жасмина, беседка). Рядом разместилась вымощенная территория для барбекю.
• Для детской площадки предусмотрен солнечный участок напротив зоны отдыха, прикрытый хозяйственной постройкой от сквозняков.
• Примерно четверть площади занята под огород на юго-востоке участка. За ним еще столько же отдано под сад. Эту пропорцию легко варьировать по своему усмотрению.
• Цветникам остается место под окнами. Дальний забор задекорирован хвойниками и тенелюбивыми растениями (купенами, папоротником).

Стили планирования

В ландшафтном дизайне существует множество различных направлений, каждое из которых отражает набор различных характеристик, таких как:

• определенный стиль декорирования;
• колористика;
• наборы приемов и техник;
• применяемое оборудование.

Выбор стиля зависит от размеров, конфигурации, расположения участка, архитектурного стиля окружающих домов и внутренних сооружений.

Не спешите сразу вырубать имеющиеся на участке деревья. Если они здоровы, попробуйте вписать их в новый ландшафтный дизайн

Экологический стиль

Направление, стремительно набирающее популярность, отражает желание современного человека снова вернуться в лоно природы. Для создания такого ландшафта понадобятся привычные данному климату растения, плавный рельеф и простые, натуральные, экологичные материалы.

Эко стиль должен воссоздавать в саду дикую природу той или иной местности

Акцентами в таких композициях всегда являются растения. У посетителя такого сада должно создаваться впечатление, что это место почти не тронуто человеком. Хорошим выбором будет использование дикорастущих трав и кустарников, а также полевых цветов и высоких деревьев.

Садовая мебель в экологическом стиле изготавливается из камня или дерева

Часто дизайнеры воссоздают на территории небольшие водоемы, изображающие ручьи, озера, реки и бьющие из-под земли ключи, а также наполняют ландшафт разнообразной живностью.

Парковое или лесное направление

Несложно догадаться, что главной деталью в оформлении дачного участка в парковом или лесном стиле являются многочисленные деревья. Причем используются исключительно локальные виды, помогающие имитировать плавный переход из внешнего во внутреннее пространство.

Лесной стиль подражает естественной природе, поэтому владельцы участка рядом с лесом имеют практически готовое ландшафтное решение

Такой сад должен быть затененным, состоящим из лестных деревьев и кустарников

Специалисты рекомендуют использовать не только растения верхнего яруса, но и разбавлять их пышными кустами и кустарниками.

Альпийский пейзаж

Имитация Альп осуществляется с помощью работы над рельефом (он должен быть неоднородным) и его границами, у которых не должно быть четких краев, симметрии и геометрических форм, добавлением камней, рокариев, небольших водоемов, беседок и, соответственно, альпийских горок

Материалы также должны быть простые и натуральные, чтобы не отвлекать внимание от царящего вокруг спокойствия

Альпийский стиль сам напрашивается для участка с большими перепадами высот

Особенность стиля – использование большого количества природного камня и невысокие растения, преимущественно хвойные

Классическое оформление

Для любителей строгих линий, симметрии и геометрических форм идеально подойдет ландшафтный дизайн в классическом стиле. Он отражает элегантность и упорядоченность деталей, порядок и аккуратность, а также идеально подходит даже для самых маленьких участков. Однако нужного эффекта сложно добиться, если не заниматься садом каждый день.

Классический стиль лучше всего раскрывается на просторных участках

Четкие формы и строгая симметрия – такое оформление сада подойдет тем, кто ценит порядок

Для оформления такого сада часто используют скульптуры, имитирующие мрамор.

Стилевое решение «хай-тек»

Относится к последним появившемся разновидностям ландшафтного дизайна. Отражает единение высоких технологий и природы, объединяет симметрию и асимметрию, натуральные и искусственные материалы, дикую растительность и упорядоченные постройки.

Сад в стиле хай-тек – это необычные и смелые решения с использованием современных технологий

В таком саду можно встретить непривычные площадки для отдыха, интересные водоемы, стильные беседки

Особое внимание уделяется дорожкам, для создания которых обычно используют брусчатку с простым минималистичным узором, фонтанам и прудам строгих прямоугольных форм, простому декору в виде бетонных столбов, кубов, контейнеров и клумб. Цветовая гамма сдержанная

Разбивка территории на зоны

На территории загородного владения ведут сельхозработы, выращивают деревья, занимаются заготовкой продуктов на длительное хранение. Дети проводят свое время в играх на детской площадке. При визитах гостей зажигается мангал и подается чай в беседке. Есть места, где кто-то из членов семьи любит полежать на солнышке. Мужчины предпочитают иметь свою мастерскую.

Основные функциональные зоны дачного участка

Загородная жизнь многогранная, идет по многим направлениям. Для того чтобы она протекала гармонично, хорошо если люди с разными вкусами, привычками, хобби имеют возможность уединиться, заниматься любимым делом и не мешать остальным. Предусмотрительно места, нежелательные для обзора посторонних глаз, лучше убрать подальше от дома и территории, куда имеют доступ гости.

Пример планировки функциональных зон участка

Все эти задачи решаются на этапе зонирования территории. Планировка дачного участка начинается с разбивки местности на зоны. На территории загородного участка или дачи выделяют четыре зоны:

1. Жилой дом или дачный домик.

1. Зону для отдыха.

1. Место хозяйственных построек.

1. Сад и огород.

Иногда выделяют в пятую зону подъездные пути, дорожки. В действительности эти участки расположены по всей местности и относятся к зонам, где они пролегают. Деление чисто условное, основывается на опыте разбивки дачных поместий.

Проект дачного участка с зонированием территории

В зависимости от хозяина и его планов по использованию загородного пространства процентное соотношение в величине выделяемой площади может изменяться. Ориентировочно дачники выделяют до трех четвертей участка на сад и огород. Иногда выбор делается в сторону отдыха: разбивают лужайки, площадки, засаживают газоны. Поэтому говорить о каких-то правилах деления на зоны нет необходимости.

Планирование размещения построек на участке начинается с выбора места под строительство жилого дома.

Жилой дом

Жилой дом – это краеугольный камень, с которого все начинается. Место расположения выбирает сам хозяин участка. Но стоит прислушаться к рекомендациям специалистов:

Если участок прямоугольной формы, дом располагают на короткой стороне. Это поможет визуально увеличить участок.

Расположение дома на прямоугольном дачном участке

Желающие получить уютный тихий дворик, огороженный от уличной суеты, располагают здание на небольшом расстоянии от фасадной стороны границы домовладения. А вход размещают со стороны двора.

Расположение входа на дачный участок позади дома

Как было выше объяснено, жилье должно стоять на северной стороне участка, чтобы не образовывать тень и не мешать расти зеленым насаждениям.

Дом рекомендуется поместить в северной части участка

Зона для отдыха

Самая красивая часть дачной территории выделяется для зоны отдыха. В эту часть территории приходят гости, здесь расслабляются жильцы дома, играют малыши. В этой части дачи разбивают цветники, делают красивые дорожки, обрамленные цветами. В доступной для взгляда части рассаживают кустарники. И даже невзрачные цветы, которые наполняют приятным ароматом вечернее пространство, рассаживают здесь.

Зона отдыха на дачном участке

В качестве построек для этой зоны устанавливают беседки. Красиво смотрятся арки, обвитые виноградом. Площадка для шезлонгов, песочница для детей и обязательная часть дачной жизни – мангал. Без этого зона отдыха будет неполноценной.

Мангал – традиционная часть дачной зоны отдыха

Место хозяйственных построек

Хозяйственная зона относится к постройкам, не предназначенным для чужих глаз. Ее чаще всего убирают вглубь двора. Если размеры территории не позволяют, для маскировки используют кустарники, деревья, арки, обвитые виноградом.

Маскировка хозяйственных построек вьющимися растениями

Можно рассмотреть вариант размещения хозяйственных строений со стороны севера или наибольшего действия ветров. В этом случае постройки будут дополнительно защищать территорию домовладения от пагубного действия ветра.

Хозяйственные постройки размещают в глубине участка

Не стоит выделять для построек самый низкий район дачи. В период интенсивных дождей в эту зону будет невозможно добраться.

Сад и огород

Дачный участок долгое время был немыслим без огорода и сада. Сейчас нет такого практичного подхода. Порой участок используют для получения эстетического удовольствия. Но в любом из этих случаев, будь, то лужайки с клумбами или садовые грядки, зеленым насаждениям требуется свет, необходимо рядом иметь источник воды. Если участок расположен в разных уровнях, в нижней части обязательно найдите место для влаголюбивых растений.

Небольшой огород на дачном участке

Вертикальная планировка

Существует несколько приемов, помогающих визуально расширить пространство

В их числе — вертикальная планировка, отвлекающая внимание от небольшого размера участка и притягивающая взгляд к акцентам. На практике это может выглядеть так:

• По углам участка создаются многоярусные клумбы из кирпичей с основой, засыпанной щебнем, альпинарии.
• По периметру, если есть стены-основы, можно закрепить горшки с цветами и другие емкости с землей.
• На самом участке размещается больше стеллажей, где каждая полка — это грядка, цветников на основе старых комодов и тумб (с цветами — в каждом ящике). Экономный вариант — груда автомобильных шин, в которых создаются высокие клумбы.
• Висячие сады могут выполнять не только декоративную роль, а использоваться в качестве грядок. Например, в кашпо можно выращивать зелень и различные виды салата.
• Дом располагается четко напротив входа в участок, и в первую очередь выкладывается главный вертикальный маршрут от калитки в заборе до дверей в дом.

Главная дорожка на участке – от калитки к дому, именно с неё начинают благоустройство территории

Садовые дорожки должны сочетаться с остальными элементами оформления ландшафта

Посмотрите для вдохновения фотографии с вертикальной планировкой, чтобы перенять готовые решения или взять на вооружение чужие идеи, чтобы на их основе придумать свои.

Самым современным приемом вертикального озеленения является живая стена. Она не занимает много места, что делает её востребованной для малогабаритных участков

Для создания фитостены выбирают неприхотливые растения, требующие минимального ухода

Средства, позволяющие визуально расширить участок

https://youtube. com/watch?v=aRsYJpdmzJQ

На самом деле в арсенале грамотного ландшафтного дизайнера их масса. У каждого свои секреты и фишки. Чтобы оформлять узкий участок было не так сложно, мы дадим вам несколько советов.

Полезно будет почитать:

Место газона в ландшафтном дизайне
Хороший газон с шелковистой поверхностью, без сомнения, является одним из главных составляющих элементов озеленения и…

Игра цвета

С помощью цвета можно зрительно увеличить или уменьшить участок. В нашем случае необходимо зрительно приблизить заднюю стенку и раздвинуть боковые. Но если мы поделили пространство на зоны, приближать конец участка уже нет необходимости. Давайте просто рассмотрим, чего мы можем достигнуть, играя цветами:

• Синие цветы, высаженные у стены, зрительно ее отодвигают.
• Чтобы расширить пространство, подходят цветы голубой, розовой и белой окраски, высаженные на клумбах и рабатках на переднем плане.
• Если у вас маленький участок, наполните клумбы белыми и голубыми цветами, высадите белые и нежно-розовые розы – это будет красиво, зона покажется большей, чем есть на самом деле, даже дышать станет легче.

Оптическая иллюзия

Зрительная иллюзия позволяет создать эффект большего пространства за счет декоративно-лиственных растений. Садовый участок кажется более просторным, если:

• На переднем плане высаживают растения меньшего размера, а на заднем – большего.
• Деревья и кустарники с более светлой листвой располагаются на переднем плане, а с темной – у границы зоны.
• Растения с крупной листвой высаживают ближе к крыльцу, по мере удаления листики должны становиться мельче, а на границе – совсем крошечными.

Просто потрясающего эффекта можно добиться, если у входа в дом высадить низкие растения с крупной светлой листвой, например, хосты с салатовыми листьями, дальше – белые или розовые розы среднего размера, а на заднем плане – спирею Вангутта.

Очень хороший результат можно получить, применяя визуальный эффект расширения пространства, высадив в начале и конце участка два разных растения с одинаково постриженной кроной.

Малые архитектурные формы и отмостка

Ни одно подворье не обойдется без дорожек или тропинок. Для того, чтобы расширить пространство, а не сделать узкий участок зрительно еще уже, они не должны идти строго по центру. Желательно, чтобы они не были прямыми – делайте изгибы, повороты, обводите ими «неожиданные» препятствия в виде фонтана, скамеечки или фокусного растения.

С помощью грамотно спланированного ландшафтного дизайна даже на 6 сотках можно добиться максимально привлекательного вида и функциональности каждой из зон вашего сада.

Пример ландшафтного проекта для узкого участка

Многие люди приобретают участки с уклоном.

На таких площадях располагаются холмы и складки, которыми уже сейчас никого нельзя удивить. Чтобы превратить территорию в место для комфортного времяпрепровождения и проживания, нужно тщательно продумать его планирование.

Специалисты делят подобные территории на две категории: с уклоном в 15 градусов и более. Величина наклона оказывает прямое влияние на технологию возведения дачного домика и всего процесса. Небольшой уклон не затрагивает изменения в планировке дома, но строительные работы следует производить в самой возвышенной точке. Такой метод позволяет исключить возможное затопление постройки, а также станет гарантией хорошего обзора всего участка.

Если наклон больше 15 градусов, проектируя чертежи, следует использовать некоторые хитрости.

Чтобы уменьшить крутизну склона, можно воспользоваться следующими методами:

• разбейте склон на несколько горизонтальных террас. По краям уровней потребуется оснащение подпорными стенками и ограничительными откосами. На террасах можно высаживать растения или располагать нужные построения;
• на каждом уровне должна присутствовать дренажная система, чтобы обеспечить отвод ливневой воды;

• можно воспользоваться подсыпкой или срезом склона в тех местах, где будут стоять постройки;
• продумайте вопрос с опорой оставшегося грунта. Такой способ позволяет увеличить полезную площадь дачного участка. Оснащение дренажной системой также потребуется;
• дорожки помогут вам перемещаться по участку. Они могут обладать видом ступеней или пандусов.

Построить дом на склоне можно путем сохранения естественного наклона и горизонтального расположения дома. Вы сможете получить такой эффект при помощи цокольного помещения. Будьте готовы к тому, что вам потребуется строительство большого цоколя. В нем может располагаться гараж, сарай для хранения инвентаря либо кухня. С помощью такого метода вы получите двухуровневое помещение.

Если уклон обладает небольшим размером, сад будет обладать характеристиками плоской местности. Для среднего уклона потребуется использование подпорных стен и террас. Оформление территории с большим склоном потребует масштабных строительных работ. Концепция садового участка на склоне больше схожа с пейзажными решениями.

Однако вы можете сделать и регулярный сад. Например, многие итальянские ренессансные садовые участки находились на склонах, радуя взор видом каскада и лестниц. С помощью такого приема вы сможете оснастить даже самый крутой уклон.

Чтобы обустроить подобный участок, вам потребуется тщательно укрепить склоны и откосы.

Для этого вам потребуется:

• посадка растительности с хорошо развитой корневой системой;
• закрепление склона механическим способом. В данном вопросе вам помогут биоматы, ячеистые георешетки и прочие материалы;
• высадка древесно-кустарниковых сортов.

Планирование участка отличается широким многообразием, но требуется соблюдения общих принципов. Вариант планировки будет зависеть от целого перечня условий, среди которых показатели геологического, геодезического и климатического характера, а также от ваших возможностей и фантазии.

Современный ландшафтный дизайн на 4 сотках

Чтобы дизайнерские садовые работы прошли успешно, нужно перед началом воплощения в реальность схем по высаживанию дачного участка кустами, деревьями и декоративными растениями, нужно закончить строительные работы в доме и вокруг него.

Правильно разделить свой садовый участок на определенные зоны – гарантия того, что в будущем вы сможете вполне комфортно наслаждаться и ухоженными грядками огорода, и прекрасными клумбами.

Если вам достался участок без построек, то вы можете планировать все «с чистого листа», а не заниматься переносом и перестройками на нём.

Затем можно приступить к выполнению плана и учесть некоторые нюансы:

1. Кустарники подбираются по форме и высоте куста, по оттенку листвы и периоду цветения, чтобы одни виды после засыхания отцветших соцветий замещались другими.
2. Использование нескольких видов кустарников позволит расширить пространство.
3. Небольшой декоративный водоем не «украдет» площадь, а наоборот – увеличит. Это связано с тем, что на первой линии от водоема можно высадить влаголюбивые виды.

Главное в работе на маленьком участке – грамотно  использовать каждый миллиметр.

Можно прислушаться к рекомендациям профессиональных дизайнеров, что позволит преобразовать территорию в стильный уголок.

Красивые примеры

Для ландшафтного дизайна не существует ограничений. Вы с легкостью сможете создать свой уникальный сюжет или воспользоваться готовыми идеями.

Лесной стиль

Многие люди хотят жить в сказке. Лесной ландшафт поможет вам окунуться в сказочную атмосферу и создаст на вашем участке умиротворенную атмосферу. При выборе такого стиля помните, что вторжение в дизайн подобной территории должно быть минимальным.

Будет достаточно акцента в виде дикорастущих растений, искусственных водоемов и ручейков. Такие дополнения будут выступать в качестве связующих звеньев между лесом и домов. Лесная трава, которая занимает значительную часть территории, будет гармонично дополнять пейзаж в паре с каменными дорожками и деревянными скамейками.

Оформление дачи в английском стиле

Многие люди выбирают для своего гостевого домика английский стиль. На участке должны располагаться небольшие холмики, на которых растет постриженный газон яркого цвета. Используйте в качестве декора озера, интересные тропинки, которые будут теряться между фигурными кустарниками и цветами. Хорошо смотрятся на таком фоне маргаритки, астры и георгины. В самой укромной части сада должны стоять уютные скамейки, вокруг которых растут лиственные растения.

Пример мавританского оформления

Многие дизайнеры любят работать с мавританским стилем. Это красивая обстановка, которая дарит неповторимые эмоции своим гостям за счет фонтанов, прудов, пышных цветов и множества зеленых оттенков. В центральной части участка должен располагаться фонтан или искусственный водоем, вокруг которого растут влаголюбивые растения.

Небольшая Япония в вашей усадьбе

Японский стиль состоит из восьми основ:

• камень;
• потоки воды;
• лиственные сорта деревьев с красивым цветением;
• изобилие цветов;
• наличие мха;
• галька с песком в оформлении;
• украшения, подчеркивающие японскую тематику;
• хвойные сорта растений.

Такой сад будет привлекательно смотреться даже зимой, так как красиво постриженные хвойные деревья не теряют своей красоты в холодное время года.

Китайский стиль

Для любителей спокойной и уютной атмосферы существует китайский стиль дачных участков. Такой ландшафт наделен красотой и безмятежностью. В отличие от японского дизайна, китайский подразумевает смену пейзажа. С каждой точки открывается новая картинка.

В такой планировке не допускается симметричное расположение цветников и выглаженные газоны. В обстановке будет уместен высокий бамбук, вокруг которого располагаются плоские камни. В моде драконы и традиционные пагоды.

Советы специалиста по созданию ландшафта на участке смотрите ниже.

Достоинства и недостатки узкого длинного участка

Конечно, если большую часть участка 5 соток мы собираемся использовать под огород, а он у нас длинный и узкий, да еще северной ориентации, проблему решать будет сложно. Но если участок большой, или наши сотки хорошо освещены, спланировать участок будет проще.

К достоинствам длинного участка можно отнести:

• Его легко разбить на зоны;
• Если правильно распланировать, каждому кусочку земли найдется применение;
• Дизайн дачного участка может не предусматривать наличие огорода. Но если очень хочется хоть небольшой клочок земли засадить овощами, его легко будет оградить так, чтобы грядки не бросались в глаза;
• Для фанатичных любителей лиан или винограда длинный узкий участок может стать настоящей находкой.

• На узком участке не всегда можно построить дом желаемой планировки;
• Забор, ограждающий землевладение, не может быть высоким и глухим, даже если вы стремитесь к максимальному уединению – он просто перекроет доступ света;
• Ландшафтный дизайн узкого участка, даже весьма обширного, не предусматривает наличия большого количества крупных деревьев, в том числе плодовых – они будут затенять и еще больше скрадывать пространство;
• Если участок расположен вдоль дороги, добиться хорошей звукоизоляции будет сложно;
• Планировка длинного участка должна выполняться опытным специалистом.

Вариации и примеры планировки участков

Планировка дачного участка 6 соток – одна из непростых задач, поскольку на сравнительно небольшой территории хочется удачно разместить не только дом и сад, но обустроить зону отдыха, украсив миниатюрным водоемом, а также отвести место под хозяйственные постройки.

Одним из удачных вариантов планирования небольшого участка можно считать геометрический стиль, при котором все постройки и растения образуют геометрические формы

Такое расположение позволяет значительно экономить пространство, рационально используя каждый уголок. Месторасположение дома желательно продумать так, чтоб постройка не бросала тень на основную часть участка, отведенную под садовую зону.

Свежие записи
7 современных сортовых георгин, от которых ваши соседи поседеют от зависти7 неприхотливых и урожайных сортов томатов, которые стоит вырастить новичкам5 красивых растений для сада, которые не потребуют от вас частого полива

Размещение плодовых деревьев в несколько рядов на равноудаленном расстоянии друг от друга не менее 3 м в направлении от севера к югу позволит обеспечить самое лучшее освещение.

Идеально, если дом будет размещен вдоль северной границы участка – он станет надежной защитой зеленых насаждений от ветров.

Зону отдыха предпочтительно расположить ближе к дому. Отгородить ее можно живой изгородью из красивоцветущих растений или декоративным заборчиком

Под размещение хозяйственной зоны желательно отвести северную сторону участка ближе к границе забора. Северная сторона станет удачным местом под возведение теплицы и обустройство грядок для выращивания овощных культур.

На таких участках есть, где разгуляться, ведь обладатели таких земельных просторов получают в распоряжение приличный плацдарм для воплощения своих задумок.

В целом планировка участка 10 соток и более будет мало чем отличаться от таковой при меньшей площади в 6 соток

Но в сравнении с 6 сотками эта площадь позволяет значительно расширить зону отдыха, украсив ее беседкой, газоном и баней, увитой вьющимися растениями

Планировка участка на 12 соток может включать не только обустройство стандартного набора построек, но и предусмотреть размещение дополнительных элементов ландшафтного дизайна.

Оригинально оформленная садово-огородная зона с компактно размещенными грядками, удачно расположенная жилая зона, оборудованная крытым навесом и украшенная искусственным водоемом, а также просторная зона отдыха с петляющими дорожками и шикарным цветником

Обладатели участков площадью 15 соток имеют возможность применить в оформлении сразу несколько стилей. Смешанная планировка участка 15 соток характеризуется отсутствием строгих геометрических форм в оформлении и свободным размещением растений.

Обязательными элементами ландшафтного дизайна выступают водоемы, газоны, красивоцветущие растения и декоративные формы деревьев и кустарников

Такое решение позволяет удачно разделить участок на зоны, разместив их на достаточном расстоянии друг от друга

Планировка участка 20 соток также предусматривает  разделение пространства на функциональные зоны. Помимо традиционного набора элементов ландшафтного дизайна на таком участке найдется место и для открытого бассейна, купели, бани, всевозможных альпинариев и рокариев, а также целого ряда декоративных элементов, настраивающих на полноценный отдых. Комплекс хозяйственных построек может включать сарай, мастерскую, теплицу, вольеры для животных.

В непосредственной близости от дома можно распланировать зону отдыха, оборудовав ее спортивной или детской площадкой, а также просторной беседкой, в которой все семейство может укрыться в знойный полдень или непогоду

Под садовую зону отводится солнечная сторона участка. Несколько плодовых деревьев и кустарников, высаженные в плодородную почву, ежегодно будут радовать своих хозяев спелыми экологически чистыми фруктами и ягодами.

Стиль

Когда все этапы планирования утверждены, мельчайшие детали учтены, необходимо определиться со стилем оформления территории. 30 соток – это большая площадь, дающая возможность совмещать разные стилистические направления. Самым востребованным стилем для протяженных участков является классический, с присущими ему строго геометрическими формами. Однако он хорошо взаимодействует и дополняется дизайном в английском, восточном и французском стиле.

В качестве декоративных элементов могут быть использованы:

• небольшие пруды с мостиками;
• альпийские горки;

• живые изгороди;
• навесные сады;
• фонтаны;

• скульптуры;
• арки.

методов построения графиков

Рисунок 1

Миллиметровая бумага

Название

Этикетки для осей

Выбор шкалы

Точки данных

Кривые

Прямые графики

Прямой штуцер

d = (g / 2) t ² .

Рисунок 2

Получение угла наклона и точки пересечения

Неопределенность наклона и пересечения

Аппроксимация методом наименьших квадратов

y = a + bx.

Рисунок 3

y = a + bx,

a + bx _i

x = x _i ,

y _i — (a + bx _i )

σ _a

σ _b .

Постройте линию, используя наклон и точку пересечения оси Y

Чтобы построить линию, используя ее наклон и точку пересечения y , нам нужно убедиться, что уравнение линии находится в форме пересечения наклона

Из этого формата мы можем легко считать значения наклона и точки пересечения по оси Y.Наклон — это просто коэффициент переменной x, который равен m, а точка пересечения y — это постоянный член b.

Вот краткая диаграмма, чтобы подчеркнуть эту идею.

Когда эти две части информации идентифицированы, мы гарантированно успешно построим уравнение линии.

Как построить линию, используя наклон и точку пересечения оси Y

• Постройте точку пересечения оси y \ left ({0, b} \ right) по оси xy. Помните, что эта точка всегда лежит на вертикальной оси y.

• Начиная с точки пересечения оси Y, найдите другую точку, используя наклон. Наклон содержит направление, в котором вы переходите из одной точки в другую.

Числитель сообщает вам, сколько шагов нужно пройти вверх или вниз (подъем), а знаменатель говорит вам, на сколько единиц переместиться влево или вправо (бег).

• Соедините две точки, образованные пересечением по оси Y и наклоном, используя прямую кромку (линейку), чтобы показать график линии.

Примеры построения линии с использованием наклона и точки пересечения по оси Y

Пример 1: Постройте линию ниже, используя ее наклон и точку пересечения по оси Y.

Сравните y = mx + b с заданным уравнением \ large {y = {3 \ over 4} x — 2}. Ясно, что мы можем идентифицировать как наклон, так и точку пересечения по оси y. Y-пересечение просто b = — 2 или \ left ({0,2} \ right), а наклон равен \ large {m = {3 \ over 4}}.

Поскольку наклон положительный, мы ожидаем, что линия будет увеличиваться, если смотреть слева направо.

• Шаг 1: Построим первую точку, используя информацию, полученную от точки пересечения по оси Y, которая является точкой \ left ({0, — 2} \ right).

• Шаг 2: От точки пересечения по оси Y найдите другую точку, используя наклон. Наклон m = {3 \ over 4}, это означает, что мы поднимаемся на 3 единицы и перемещаемся вправо на 4 единицы.

• Шаг 3: Соедините две точки, чтобы построить линию.

Пример 2: Постройте линию ниже, используя ее наклон и точку пересечения по оси Y.

Я знаю, что наклон равен \ large {m = {{- 5} \ over 3}}, а точка пересечения по оси Y равна b = 3 или \ left ({0,3} \ right). Поскольку наклон отрицательный, окончательный график линии должен уменьшаться, если смотреть слева направо.

• Шаг 1: Начните с построения точки пересечения по оси Y данного уравнения, которая равна \ left ({0,3} \ right).

• Шаг 2: Используйте наклон \ {большие т = {{- 5} \ более 3}}, чтобы найти другую точку с помощью у-перехват в качестве ссылки.Наклон говорит нам спуститься на 5 единиц вниз, а затем переместиться на 3 единицы вправо.

• Шаг 3: Проведите линию, проходящую через точки.

Возможно, вас заинтересует:

Три способа построения графика линии
Построение графика линии с использованием таблицы значений
Построение графика линии с использованием точек пересечения по осям X и Y

участков Боде — Курс Wiki

Чтобы охарактеризовать частотную характеристику схемы, часто бывает полезно найти передаточную функцию схемы, как мы это сделали в приведенном выше примере. Передаточная функция, обычно обозначаемая как $ H (\ omega) $ или $ H (f) $, определяется как отношение выходного напряжения к входному как функция частоты, то есть $ H (f) = { V_ {out} \ over V_ {in}} $. (Помните, что $ \ omega = 2 \ pi f $.) Также обратите внимание, что только две вещи могут произойти с синусоидальной волной, проходящей через линейную, не зависящую от времени систему (например, цепь RLC): ее величина может быть изменена; и сигнал может быть отложен. Задержка и процентное изменение величины зависят от частоты.Таким образом, передаточная функция — это комплексная функция частоты, которая определяет величину и фазовый сдвиг конкретной системы для всех частот. Изменение амплитуды часто называют усилением, а задержку обычно понимают как фазовый сдвиг синусоидальной волны.

Одним из полезных способов визуализации передаточной функции является построение двух графиков, называемых графиками Боде . Первый график показывает величину зависимости передаточной функции от частоты на наборе логарифмических осей.(Хотите освежить в памяти графики логарифма? Нажмите здесь.) Второй график показывает сдвиг фазы в зависимости от логарифмической частоты. (Традиционно графики Боде строятся только с использованием отрезков прямых линий для представления передаточной функции с помощью прямых краев и наборов тонких черновых перьев. Поскольку построение сложных функций теперь выполняется компьютером, точные графики могут быть заменены традиционными методами.)

График величины передаточной функции

Давайте сначала изобразим величину передаточной функции в виде графика Боде.2}} $

График величины Боде обычно имеет ось Y в децибелах (дБ), которая определяется как 20-кратный логарифм величины. В частности,

$ | H (\ omega) | _ {dB} = 20 log | H (\ omega) | $

Ось x обычно выражается в радианах в секунду, если вы используете $ \ omega $, или Гц, если вы используете $ f $. Он также находится в логарифмической шкале, поэтому вы обычно видите его с десятикратным приращением, известным как десятилетие. 2 $.На этом этапе мы можем изменить выражение, чтобы увидеть, что $ \ omega = {1 \ over RC} $.

• Заговор Боде выглядит в значительной степени завершенным! Как мы узнали наклон линии на более высоких частотах?

  Давайте рассмотрим уравнение более подробно.2) $

  Когда мы рассматриваем $ \ omega >> \ omega_c $, частотный член доминирует над 1, так что

  $ | H (\ omega) | _ {dB} \ cong — 20 log ({\ omega \ over \ omega_c}) $

  Таким образом, каждый раз, когда частота увеличивается в десять раз (декада), величина уменьшается на -20 дБ. Мы говорим, что крутизна линии на высоких частотах составляет -20 дБ за декаду. Теперь, когда мы это знаем, мы можем найти более быстрый способ определения наклона, который мы обсудим в следующем разделе.2) $

  $ | H (\ omega_c) | _ {dB} = — 10 log (2) $

  $ | H (\ omega_c) | _ {дБ} = -3 дБ $

  Таким образом, люди также называют частоту среза точкой 3 дБ .

  Следующий график показывает немного больше деталей фактической величины частотной характеристики цепи, которую мы оценили. {a2}.{b2} …} $

• Каждый раз, когда вы пропускаете $ \ omega_z $ из числителя, наклон графика амплитуды должен увеличиваться на $ 20 a $ (показатель степени) дБ / декаду.

  Например, когда график величины достигает $ \ omega_ {z1} $, наклон должен увеличиваться на $ 20 a1 $ дБ / декаду.

• Каждый раз, когда вы переходите от знаменателя к $ \ omega _p $, наклон графика амплитуды должен уменьшаться на $ -20 млрд $ (показатель степени) дБ / декаду.

  Например, когда график величины достигает $ \ omega_ {p1} $, наклон должен уменьшаться на $ -20 b1 $ дБ / декаду.

• Эффект каждой частоты среза накладывается на график Боде.

• Вот пример. Учитывая схему со следующей передаточной функцией, давайте воспользуемся шагами нашего метода, чтобы построить график величины Боде. Предположим, $ \ omega_2 = 10 \ omega_1 $.

  $ H (\ omega) = {1 \ over (1+ {j \ omega \ over \ omega_1}) (1+ {j \ omega \ over \ omega_2})} $

  1. Есть две частоты среза: $ \ omega_1 $ и $ \ omega_2 $.
  2. На очень низких частотах $ | H (\ omega) | _ {dB} = 0 $
  3. По мере увеличения частоты значение $ | H (\ omega) | _ {dB} $ становится все более отрицательным.

  Из приведенных выше рекомендаций мы знаем, что после того, как график величины достигает $ \ omega_1 $, наклон уменьшается -20 дБ / декаду.Затем после $ \ omega_2 $ крутизна уменьшается еще на -20 дБ / декаду, в сумме составляя -40 дБ / декаду.

  Таким образом, мы можем нарисовать следующий график Боде

График фазы передаточной функции

Чтобы продемонстрировать построение фазы передаточной функции, давайте воспользуемся RC-схемой нижних частот, показанной справа. Напомним, что передаточная функция определяется выражением

$ H (\ omega) = {V_ {out} \ over V_ {in}} = {1 \ over 1+ j \ omega RC} $

Помните, что $ \ ang H (\ omega) = \ ang (числитель) — \ ang (знаменатель) $ (щелкните здесь, чтобы просмотреть комплексные числа)

$ \ ang (числитель) = \ ang 1 = 0 $

$ \ ang (знаменатель) = \ ang (1+ j \ omega RC) = arctan (\ omega RC) $

Таким образом, $ \ ang H (\ omega) = -arctan (\ omega RC) = -arctan ({\ omega \ over \ omega_c}) $

где $ \ omega_c = {1 \ over RC} $ — частота среза

Фазовый график Боде имеет фазу по оси Y в линейном масштабе и частоту по оси X в логарифмическом масштабе. {a2}.{b2} …} $

• Вот пример. Учитывая схему со следующей передаточной функцией, давайте воспользуемся шагами нашего метода, чтобы построить фазовый график Боде. Предположим, $ \ omega_2 = 10 \ omega_1 $.

  $ H (\ omega) = {1 \ over (1+ {j \ omega \ over \ omega_1}) (1+ {j \ omega \ over \ omega_2})} $

  1. Есть две частоты среза: $ \ omega_1 $ и $ \ omega_2 $.
  2. На очень низких частотах $ \ ang H (\ omega) = 0 $
  3. При увеличении частоты $ \ ang H (\ omega) $

  Из приведенных выше рекомендаций мы знаем, что от $ {1 \ over 10} \ omega_1 $ до $ 10 \ omega_1 $ наклон уменьшается -45 градусов за декаду.Затем от $ {1 \ over 10} \ omega_2 $ до $ 10 \ omega_2 $ наклон уменьшается еще на -45 градусов / декаду. Наложение этого дает угол наклона -90 градусов / декаду между $ \ omega_1 $ и $ \ omega_2 $.

  Таким образом, мы можем нарисовать следующий график Боде

Следующие графики представляют собой графики амплитуды и фазы Боде для распространенных типов фильтров:

Обратите внимание, что оси такие же, за исключением осей Y фазовых графиков для целей визуализации. Мы также будем использовать здесь для удобства $ f $ вместо $ \ omega $.

A) Фильтр нижних частот первого порядка может быть построен из резистора и конденсатора, как показано в примерах, использованных в предыдущем разделе, где передаточная функция определяется выражением

$ H (f) = \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} = \ frac {1} {1 + j2 \ pi f RC} $.

• В этом случае частота среза задается как $ f_C = 1 / (2 \ pi RC) $.
• Для частот ниже $ f_C $ усиление почти ровное (в данном случае 1 или 0 дБ).
• Для частот выше $ f_C $ коэффициент усиления падает в 10 раз для каждой декады частоты (выраженной здесь в дБ как -20 дБ / декада).
• На низкой частоте фаза начинается при 0 °, но начинает заметно уменьшаться примерно при $ f_C $ / 10, падает до -45 ° при $ f = f_C $ и асимптотически изменяется при -90 ° выше 10 × $ f_C $ .

B) Фильтр верхних частот первого порядка может быть построен просто путем замены компонентов R и C фильтра нижних частот.Передаточная функция фильтра верхних частот определяется выражением

$ H (f) = \ frac {j f / f _ {\ rm HP}} {1 + j f / f _ {\ rm HP}} $

• $ f _ {\ rm HP} $ — частота среза (такая же, как и раньше).
• В этом случае коэффициент усиления равен 1 только для частот $ f> f _ {\ rm HP} $ и падает для частот ниже $ f _ {\ rm HP} $.
• Фазовый график имеет ту же форму, что и для случая низких частот, но начинается с + 90 ° на низкой частоте и идет до 0 ° на высокой частоте.

C) Фильтр нижних частот второго порядка может быть построен путем последовательного каскадирования двух фильтров нижних частот.2 $

• Эта частотная характеристика очень похожа на частотную характеристику ФНЧ 1-го порядка, но наклон кривых другой.
• Фаза снова начинается с 0 ° на низкой частоте и продолжается до -180 ° на высокой частоте. Для частот выше $ f _ {\ rm LP} $ коэффициент усиления падает до -40 дБ / декаду.
• Помните, что это логарифмический масштаб, поэтому усиление уменьшается в 100 раз при $ f = 10f _ {\ rm LP} $ (и в 10000 при $ f = 100f _ {\ rm LP} $). Фильтр 2-го порядка значительно более эффективен при отфильтровывании нежелательных частот.

D) Полосовой фильтр может быть построен из последовательно выбранных фильтров нижних и верхних частот (будьте осторожны с входным и выходным сопротивлениями)

$ H (f) = \ frac {jf / f _ {\ rm HP}} {1 + jf / f _ {\ rm HP}} \ times \ frac {1} {1 + jf / f _ {\ rm LP} } $

• Если $ f _ {\ rm HP} << f _ {\ rm LP} $, коэффициент усиления равен 1 (0 дБ) для частот $ f _ {\ rm HP}

Графики передаточной функции были созданы с помощью wikibodeplots сценария Matlab.м. Не стесняйтесь попробовать это самостоятельно.

2.7: Сила и потенциальная энергия

Из нашего понимания поведения пружины и из рисунка 2.7.1 видно, что сила максимальна вдали от равновесия, где наклон графика PE _см также самый большой. Сила также указывает на уменьшение потенциальной энергии или на меньшие значения | y |. В состоянии равновесия наклон графика равен нулю, и именно здесь нет силы, действующей на массу пружины.Эта четкая связь, которую мы наблюдаем между наклоном графика PE _см в зависимости от y и величиной силы, и направлением силы, указывающим на уменьшение PE _см, , оказывается универсальной. Математически эти отношения записываются как:

\ [F_ {x} = — \ frac {dPE} {dx} \ label {force.PE} \]

Нижний индекс «x» относится к компоненту вектора силы, указывающему в направлении «x». Для одномерной силы, такой как сила тяжести, которая всегда указывает вниз в направлении -y, или сила пружины, которая всегда указывает в направлении — | x | направлении, вы можете опустить нижний индекс. Это общий результат, справедливый для силы, связанной с любой потенциальной энергией.

Производная функции f (x), \ (\ frac {df} {dx} \), при некоторых значениях x представляет наклон графика зависимости f (x) от x при определенных значениях х . Таким образом, графически уравнение \ ref {force.PE} означает, что если у нас есть график зависимости потенциальной энергии от положения, сила в какой-то момент является отрицательной величиной наклона функции:

\ [F = — (наклон) \]

Не обращая внимания на знак минус на мгновение, это говорит нам о том, что чем круче наклон кривой PE, построенной по отношению к ее переменной положения, тем больше величина силы . Возвращающая сила пружины (или чего-либо, что колеблется) будет равна нулю, когда наклон равен нулю, что происходит в точке равновесия, то есть там, где объект останавливается, когда он перестает вибрировать.

Знак минус означает, что если наклон положительный, сила направлена ​​в отрицательном направлении (-x) , и наоборот. Это должно иметь смысл, потому что это говорит о том, что сила будет пытаться подтолкнуть объект к более низкому потенциалу. Если бы было наоборот, пружины самопроизвольно растягивались бы, и планеты улетали бы друг от друга! Например, взглянув на рисунок 2.7.1 мы видим, что наклон графика на положительной стороне y (пружина растягивается) положительный, что даст нам отрицательную силу. Напомним, что сила — это вектор, поэтому отрицательный знак для одномерной силы говорит нам, что она указывает в отрицательном направлении. Если пружина растянута (y> 0), этот результат говорит нам, что сила направлена ​​в направлении (-y), то есть к более низким значениям y (и более низким значениям PE _sm ) обратно к равновесию. На другой стороне графика, когда пружина сжимается, наклон отрицательный, что дает нам силу, указывающую в направлении + y, где находится равновесие, и в сторону более низких значений PE _sm . Это согласуется с поведением пружины, которая оттягивается при растяжении и отталкивается при сжатии.

Подводя итог, мы узнали два очень важных момента:

• величина силы равна величине наклона потенциальной энергии как функции графика положения.
• сила указывает в сторону уменьшения потенциальной энергии.

Мы можем количественно показать, насколько правильны эти отношения.Если мы возьмем нашу функцию потенциальной энергии пружины и массы, то сила будет:

Конечный результат — закон Гука, первое уравнение, представленное в нашем обсуждении пружин! Теперь, когда вы уверены, что эти отношения реальны, давайте посмотрим, сможем ли мы понять, почему.

(PDF) Определение осадки, массы и площади айсберга

Таблица 5: Модифицированные параметры площади вертикального поперечного сечения

Глубина (м) a (k) b (k)

Слой 1 0-10 9,5173 -25.94

Слой 2 10-20 11,1717 -107,50

Слой 3 20-30 12,4798-232,01

Слой 4 30-40 13.6010-344,60

Слой 5 40-50 14,3249 -456,57

Слой 6 50-60 13,7432 — 433,33

Слой 7 60-70 13,4527 -519,56

Слой 8 70-80 15,7579 -1111,57

Слой 9 80-90 14,7259 -1125,00

Слой 10 90-100 11,8195 -852,90

Слой 11100-110 11,3610 — 931,48

Слой 12110-120 10.9202-1007,02

Слой 13120-130 10,4966 -1079,62

Слой 14130-140 10,0893 -1149,41

Слой 15140-150 9,6979 -1216,49

Слой 16150-160 9,3216 -1280,97

Слой 17 160-170 8,9600 -1342,95

Слой 18 170-180 8,6124 -1402,52

Слой 19 180-190 8,2783 -1459,78

Слой 20 190-200 7,9571 -1514,82

ВЫВОДЫ

Эта статья документирует анализ геометрии айсберга.Целью

было повышение точности оценки сил сопротивления воды и воздуха на айсберге

, что, в свою очередь, улучшило бы прогнозы дрейфа айсберга.

Настоящий анализ является первым, в котором подробно описано изменение ширины киля

с глубиной. Он также обеспечивает надежные оценки площади поперечного сечения парусов

и массы айсберга. Предыдущий анализ

в первую очередь опирался на данные Smith and Donaldson (1987), которые были наиболее полной и подробной информацией о геометрии айсберга, дрейфе

и условиях окружающей среды.Эти данные были

дополнены другой соответствующей информацией из различных источников.

Анализ показал, что информация о геометрии может быть адекватно описана

с использованием длины ватерлинии айсберга. Этот результат

особенно полезен, поскольку длину ватерлинии

относительно легче наблюдать, чем другие атрибуты айсберга. Масса и площадь поперечного сечения

паруса зависели от длины ватерлинии. Для киля площади

секций, каждая глубиной 10 м, были определены как линейные функции от длины

.Корреляция была относительно высокой для всех формул, полученных в этом анализе

. Дальнейшее уточнение первоначального анализа коррелировало

областей смежных слоев киля. Эта корреляция послужила основой для

расширения данных для описания геометрии киля для больших глубин

(> 100 м), где данные относительно редки.

Настоящие результаты используются в оперативной модели прогнозирования айсберга

. Текущая работа направлена ​​на дальнейшую проверку результатов.

Кроме того, дополнительные данные собираются посредством интеллектуального анализа данных, а

— из профильных исследований, проведенных в 2002 и 2003 годах. Эти новые данные будут охватывать значения длины ватерлинии

, превышающие значения длины ватерлинии Смита и

Дональдсона (1987), и будут особый интерес добавить к этому исследованию

. Это повысило бы уверенность в настоящем анализе.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность С.Б. Savage за ценные предложения

на протяжении всего исследования.Выражается признательность за финансовую поддержку Программы исследований и разработок в области энергетики

(PERD),

в рамках проекта «Оперативное моделирование льда» и проекта «Морские факторы окружающей среды

».

ССЫЛКИ

Брукс, Л. (1985) Размеры айсберга. В мастерской по очистке льда,

Редактор Г. Pilkington, Национальный исследовательский совет Канады

Технический меморандум № 136. С. 148-154.

Бакли Т., Доу Б., Зелински А., Парашар С., Макдональд Д.,

Гаскилл Х., Финлейсон Д. и Крокер В. (1985) Под водой

Геометрия айсберга. Отчет Оборотного фонда экологических исследований

№ 014. Оттава. XiX + 225p.

Canadian Seabed Research Limited. (2000) Методы

Определение максимальной осадки айсберга. Отчет PERD / CHC

20-46.

Canatec Consultants Ltd., ICL Isometrics Ltd., CORETEC Ltd. и

Westmar Consultants, Ltd.1999. Компиляция данных о форме айсберга и геометрии

для региона Гранд-Бэнкс. Отчет PERD / CHC 20-

43.

Carrieres, T., Sayed, M., Savage, S.B., and Crocker, G. (2001)

Предварительная проверка действующей модели дрейфа айсберга.

Труды 16-й Международной конференции по портам и

Инженерное дело океана в арктических условиях (POAC’01), 12 августа —

17, Оттава, Онтарио, Канада, стр.1107-1116.

Эль-Тахан, М.и Дэвис, Х. (1985) Корреляция между осадкой айсберга

и размерами над водой. В «Мастерской по очистке льда», редактор

G.R. Пилкингтон, Национальный исследовательский совет Канады. Технический меморандум №

№136. С. 130-147.

Фуглем, М., Крокер, Г. и Олсен, К. (1995) Канадский морской проект

Проектирование ледовых условий. Первый годовой отчет. Том 1.

Окружающая среда и маршруты. Министерство промышленности, торговли и

технологий, Канадско-Ньюфаундлендский офшорный фонд развития.

Сент-Джонс, Канада.

Хотцель, С. и Миллер, Дж. (1985) Взаимосвязь между измеренными размерами

айсбергов. В «Мастерской по очистке льда» редактор Г.

Pilkington, Национальный исследовательский совет Канады. Технический

Меморандум №136. С. 114-129.

Хотцель С. и Миллер Дж. (1983) Айсберги: их физические размеры и

представление и применение данных измерений. Анналы

Гляциология 4, 116-123.

Кубат И. и Сайед М. (2004) Модель айсберга СНГ: параметрическое исследование

Изучение дрейфа и разрушения айсберга. Canadian Hydraulics

Отчет центра CHC-TR-019, Национальный исследовательский совет Канады,

Оттава, Канада.

Миллер Дж. И Хотцель И. (1985) Физические размеры айсбергов в море

Лабрадор. В «Мастерской по очистке льда» редактор Г.

Pilkington, Национальный исследовательский совет Канады. Технический

Меморандум №136. С. 103-113.

Халат, R.Q. (1976) Физические свойства айсбергов, часть I — Высота до

градуса айсбергов. Министерство транспорта, США

Береговая охрана штата. Отчет USCG-D-102-76. 26п.

Savage, S.B. (2001) Аспекты разрушения и дрейфа айсбергов. В

Geomorphological Fluid Mechanics, N. J. Balmforth & A.

Provenzale (Eds.), Lecture Notes in Physics Series, Vol. 582,

Springer-Verlag, Berlin, 279-318.

Сайед, М. (2000). «Внедрение модели сноса и разрушения айсбергов

», Отчет Канадского центра гидравлики HYD-TR-049, Национальный исследовательский совет Канады

, Оттава, Канада.

Сингх, С., Грин, С., Эннис, Т., Комфорт, К. и Дэвидсон, Л. (1998)

PERD База данных айсбергов для региона Гранд-Бэнкс. Направлен на номер

Программа энергетических исследований и разработок Fleet

Technology Ltd., совместно с Agra Seaborne Ltd.

Отчет PERD / CHC 20-36.

Smith, S.D. и Дональдсон, Н. (1987) «Динамическое моделирование дрейфа айсберга

с использованием профилей течений», Канадский технический отчет по гидрографии и наукам об океане

№ 91: viii +125 с.

Байесовский анализ данных показывает отсутствие предпочтения кардинальных наклонов Тафеля в электрокатализе восстановления CO 2.

Наклоны Тафеля в электрокатализе. внешняя цепь.Процесс переноса электронов происходит на электрохимической границе раздела, где часть внешней цепи (электрод) контактирует с химической системой (реактивным раствором электролита) в присутствии катализатора. Катализированный межфазный перенос электронов неразрывно связывает электрическую динамику внешнего контура с химической динамикой электролита. Электрохимические методы определения характеристик используют эту связь, используя напряжение и ток, измеренные во внешней цепи, чтобы сообщить о термодинамических движущих силах и неравновесных токах в химической системе.Простейший возможный электрохимический эксперимент включает установку приложенного потенциала на электроде и измерение результирующего электрического тока (или наоборот), генерируя кривую ток-напряжение.

На форму вольт-амперных трасс могут влиять несколько явлений. Например, электронные свойства электрода, химическая идентичность материала катализатора, транспортные характеристики реактивных частиц в электролите и множество других факторов — все это играет важную роль в структурировании вольт-амперного поведения ¹⁴ .При характеристике характеристик материала катализатора нас больше всего интересует режим кинетического контроля вольт-амперной трассы, когда измеренный ток сообщает непосредственно о внутренней скорости химической реакции на границе раздела. Под кинетическим контролем обычно ожидается, что ток будет следовать экспоненциальной асимптотической зависимости от перенапряжения η , которое количественно определяет разницу между приложенным электродным потенциалом и равновесным потенциалом для химической реакции ¹ .В верхнем пределе η ∣ (а именно ∣ η ∣ ≫ k _B T / e , тепловое напряжение) логарифм кинетического тока, i _kin , должен линейно зависеть от приложенного потенциала. (Обратный) наклон этой зависимости называется наклоном Тафеля,

$$ {\ mathrm {Tafel}} \ {\ mathrm {slope}} \ Equiv {\ left. \ Frac {{d} \ eta} {d {\ mathrm {log} \,} _ {10} {i} _ {{\ mathrm {kin}}}} \ right |} _ {| \ eta | \ gg {k} _ {{\ rm {B}}} T / e}, $$

(1)

и обычно указывается в мВ / декада.

Наклон Тафеля является важным параметром для оценки характеристик катализатора, поскольку он количественно определяет величину дополнительного приложенного потенциала, необходимого для наблюдения логарифмического увеличения измеряемого тока. Следовательно, исследования, которые разрабатывают новый электрокаталитический материал, часто измеряют данные тока-напряжения в режиме кинетического контроля, а затем используют эти данные для оценки наклона Тафеля для своей каталитической системы. Экспериментальные ограничения накладывают ряд практических ограничений на процедуру оценки наклона Тафеля.Во-первых, для нескольких электрохимических реакций (восстановление CO ₂ , восстановление N ₂ , органический электросинтез и т. Д.) Точное определение кинетического тока для конкретной реакции требует количественного определения продукта после поддержания постоянного потенциала / тока. Из-за ограничений пропускной способности для методов количественной оценки наклон Тафеля часто приходится оценивать только по горстке точек данных (примерно 3–10). Другое важное практическое ограничение возникает из-за явления предельного тока, наблюдаемого во многих электрокаталитических системах.При достаточно высоких перенапряжениях скорость реакции превышает скорость другого физического процесса, необходимого для протекания реакции. В этом режиме система больше не находится под кинетическим контролем, и измеренный ток выходит на плато до предельного значения, становясь независимым от приложенного напряжения ¹⁵ . Чаще всего ограничивающие токи в системах восстановления CO ₂ возникают из-за ограничений диффузионного переноса в электролите, хотя несколько других физических причин токов плато были выдвинуты и исследованы в литературе ^{16,17,18,19,20} . Следовательно, экспериментально измеренные данные Тафеля обычно начинаются линейно, но при достаточно высоких перенапряжениях изгибаются сублинейно.

Несмотря на эти практические ограничения, исследования в литературе используют относительно стандартный протокол для оценки наклона Тафеля, схематически изображенного в верхней половине рис. 1. Во-первых, исследователь должен вручную определить специальную границу между линейным , кинетически управляемый режим (режим Тафеля) и режим предельного тока (плато) ²¹ .Все точки данных в режиме плато впоследствии отбрасываются, и наклон Тафеля аппроксимируется обычной линейной регрессией методом наименьших квадратов (МНК) для данных в режиме Тафеля. Процедура OLS предлагает рецепт для извлечения стандартной ошибки наклона Тафеля; эта стандартная ошибка иногда используется для построения доверительного интервала для оценки наклона Тафеля ^22,23 .

Исходя из необработанных данных вольт-амперной характеристики слева, современный подход в литературе начинается с ручного определения линейной тафелевской области на графике. Остальные данные отбрасываются, и линейная аппроксимация области Тафеля дает наклон Тафеля с соответствующей неопределенностью, соответствующей стандартной ошибке оценки обычного метода наименьших квадратов (МНК). В дополнение к этой количественной неопределенности, дополнительный неколичественный источник неопределенности возникает из-за ручного выбора тафелевской области на графике.Новый подход, описанный здесь, рассматривает все данные в контексте нелинейной модели, которая плавно интерполирует между традиционной областью Тафеля и областью плато (например, из-за ограничений массопереноса). Наш подход использует метод Монте-Карло для выборки из апостериорного распределения Байеса по параметрам модели, что дает вероятностное распределение по склонам Тафеля, которое согласуется с измеренными данными. {- 1} | \ eta | \ right]}, $$

(2)

, где i ( η ) — измеренная плотность тока как функция перенапряжения.{-1} \), обратный тафелевский наклон. Математическая структура уравнения. Можно показать, что (2) возникает, например, когда поверхностная концентрация редокс-активных частиц изменяется с приложенным перенапряжением из-за эффектов диффузионного переноса. В качестве альтернативы уравнение. (2) может быть мотивировано интерпретацией наличия явления ограничивающего тока как дополнительное последовательное сопротивление току в эквивалентной цепи для электрохимической ячейки ¹ . В большинстве случаев эта модель может описывать любое физическое явление, которое накладывает «ограничение скорости» на пропускаемый ток ²⁴ .

Обычно параметры в модели, подобной уравнению. (2) можно скорректировать для достижения оптимального соответствия модели и экспериментальных данных. Несмотря на присущую модели нелинейность, схемы численной оптимизации для определения оптимального набора параметров являются зрелыми и хорошо изученными. Здесь мы используем другой подход, основанный на байесовской выборке, который может количественно оценить не только оптимальный набор параметров, но и распределение вероятных значений параметров модели с учетом имеющихся экспериментальных данных ²⁵ .Прежде чем проводить какие-либо измерения тока и напряжения, мы, как правило, имеем хотя бы некоторое представление о разумных значениях параметров в формуле. (2). Например, можно очень подозрительно отнестись к склону Тафеля м _T ∉ [10 ¹ , 10 ³ ] мВ / декаду, и можно использовать табличные значения коэффициента диффузии видов и оценку толщину пограничного слоя ячейки для вычисления приблизительной оценки предельного тока \ ({i} _ {{\ rm {lim}}} \), возникающего из-за ограничений диффузионного переноса ^1,24 .Для общего набора параметров θ эти знания кодируются в предварительном распределении по параметрам p ( θ ). Наблюдая за некоторыми данными y , мы можем вычислить обновленное апостериорное распределение p ( θ ∣ y ) (вероятность параметров с учетом наблюдаемых данных), используя правило Байеса ²⁶ ,

$$ p (\ theta | {\ bf {y}}) = \ frac {p ({\ bf {y}} | \ theta) \ times p (\ theta)} {p ({\ bf {y}})} . $$

(3)

Вероятность p ( y ∣ θ ) обеспечивается моделью, подобной уравнению.(2) в сочетании с предположением о распределении ошибок в каждой точке данных. Здесь мы предполагаем, что ошибка в каждой точке данных независимо нормально распределена со стандартным отклонением σ = 0,10 логарифмических единиц, хотя наш подход в этом отношении является гибким (см. Дополнительную информацию для анализа чувствительности в отношении параметра σ . ).

Несмотря на то, что статистическая сумма p ( y ) является неизвестной константой, уравнение.(3) дает рецепт для выборки из апостериорного распределения по параметрам p ( θ ∣ y ). Вкратце, можно использовать схему выборки Монте-Карло цепи Маркова ^27, , чтобы собрать несколько выборок параметров из апостериорного распределения, которые, как ожидается, будут концентрироваться по плотности около оптимальных значений параметров (дополнительные сведения о реализации можно найти в Дополнительных материалах). Информация). Как показано на нижней панели рис. 1, этот метод байесовской апостериорной выборки выявляет как оптимальные значения параметров модели, так и оценку неопределенности распределения по их значениям с учетом всех источников неопределенности в модели.Если мы действительно хотим свернуть эту информацию о распределении до одного значения параметра, скажем, для цитирования наклона Тафеля, связанного с катализатором, мы можем вычислить:

$$ \ langle \ theta \ rangle \ Equiv \ int {d} \ theta \ cdot \ theta \ cdot p (\ theta | {\ bf {y}}), $$

(4)

, где 〈 θ 〉 называется средней апостериорной оценкой параметра (MAP). Когда апостериорное распределение p ( θ ∣ y ) имеет сильный пик около оптимального набора параметров, оценка MAP будет соответствовать параметрам, полученным с помощью метода нелинейной оптимизации.Когда апостериорное распределение является широким или многомодальным, оценка MAP и оптимальные значения параметров могут отличаться, что свидетельствует о высокой степени неопределенности, связанной с оптимальной оценкой параметра.

Байесовский метод апостериорной выборки предлагает несколько ключевых преимуществ по сравнению с традиционным подходом к оценке наклона Тафеля. Во-первых, это устраняет субъективность анализа данных Tafel: пользователям нашего алгоритма нужно только выбрать такую ​​модель, как Eq. (2) интерпретировать наблюдаемые данные, которые могут быть оправданы на основе строгих физических аргументов, в отличие от субъективного разграничения между линейным и плато режимами.Во-вторых, наш подход дает точную количественную оценку неопределенности, связанной с оценкой наклона Тафеля. В частности, мы считаем, что количественная оценка неопределенности распределения, предоставляемая нашим алгоритмом, будет полезна при оценке и различении разрозненных наборов экспериментальных данных. Наконец, поскольку модель в формуле. (2) аналитически экстраполирует затухание кинетического тока, связанное с кривизной, наш подход свободен от систематической систематической ошибки, присутствующей в современной литературной практике.

В качестве предостережения, мы подчеркиваем, что хотя модель в формуле. (2) подходит для подгонки некоторых вольт-амперных данных в литературе по восстановлению CO ₂ , экспериментальные и теоретические исследования отметили возможность множественных кинетических режимов управления с различными тафелевскими наклонами перед режимом плато предельного тока ^{3,28, 29} . Это явление может возникать из-за потенциально-зависимых эффектов покрытия поверхности или потенциально-зависимого переключения в микроскопическом механизме реакции. Когда присутствует несколько различных режимов Тафеля, экспериментальные данные должны интерпретироваться в рамках модели, которая допускает такую ​​возможность; После выбора подходящей модели можно по-прежнему использовать байесовский метод апостериорной выборки (см. дополнительную информацию о гибкости модели).

Выявление и устранение недостатка данных

Как упоминалось ранее, практические соображения относительно пропускной способности, налагаемые количественной оценкой продукта и другими экспериментальными требованиями, ограничивают объем данных, обычно используемых в анализе Тафеля, до 3–10 точек.При обзоре данных Тафеля, представленных в литературе по сокращению выбросов CO ₂ , мы обнаружили, что в значительном количестве статей анализ Тафеля проводится по набору из 3–5 точек данных в узком окне перенапряжения. С таким небольшим количеством точек данных тенденции часто выглядят линейными, и многие исследования просто извлекают наклон Тафеля из линейной аппроксимации всех данных. Несмотря на кажущуюся безобидность, оценка наклона Тафеля без учета возможности нелинейности предельного тока может привести к систематической ошибке, возникающей из-за недостаточности данных.Этот феномен элегантно идентифицируется и решается с помощью нашего байесовского подхода к апостериорной выборке. Для ясности мы проиллюстрируем, как эта систематическая ошибка может возникать, путем анализа набора синтетических данных. Притча, изложенная этими данными, легко соотносится с конкретным набором экспериментальных данных и подчеркивает еще одно явное преимущество байесовского подхода апостериорной выборки.

На вставке к рис. 2А показан набор (синтетических) данных Тафеля, измеренных в окне перенапряжения 100 мВ.На первый взгляд данные выглядят полностью линейными, и подгонка наклона Тафеля ко всему набору данных с использованием регрессии OLS дает наклон Тафеля 130 мВ / декаду со стандартной ошибкой 10 мВ / декаду. Однако рис. 2A иллюстрирует проблему с этим традиционным анализом Тафеля. Действительно, исходный набор зеленых данных в режиме узкого перенапряжения по существу полностью согласуется, в пределах экспериментальной ошибки, с двумя моделями, имеющими очень разные тафелевские наклоны. Модель I имеет наклон Тафеля 80 мВ / декаду, а Модель II имеет наклон Тафеля 120 мВ / декаду.Несмотря на такой широкий уклон на тафелевском склоне, модели совпадают в начальном окне перенапряжения из-за их четких предельных токов \ ({i} _ {{\ rm {lim}}} \), которые отличаются на скромную половину порядка. Очевидно, что набора данных, измеренных на вставке к рис. 2A, недостаточно, чтобы различить две модели, но эта недостаточность данных полностью скрыта традиционным подходом к анализу.

A (вставка) Синтетические данные по току – напряжению, собранные в гипотетическом эксперименте 1, кажутся линейными в области перенапряжения 100 мВ с тафелевым наклоном 130 ± 10 мВ / декаду. A Синтетические данные по току – напряжению в более широком диапазоне перенапряжений. Пунктирными линиями показаны две модели (I, II) с разными наклонами Тафеля и токами плато, которые обе могут удовлетворительно соответствовать данным эксперимента 1. Планки синтетических ошибок представляют собой одну стандартную ошибку среднего значения неопределенности синтетических данных.Эксперимент 2A (синие треугольники) и 2B (красные квадраты) представляют два возможных результата экспериментов, которые исследуют более широкий диапазон перенапряжения, что позволяет четко различать Модель I и Модель II. B Байесовские апостериорные распределения по наклону Тафеля, определенные нашим алгоритмом с учетом различных наборов наблюдаемых данных. Если в алгоритм подаются только данные Эксперимента 1, апостериорное распределение по наклону Тафеля будет широким и слабо бимодальным, что указывает на то, что данных Эксперимента 1 недостаточно, чтобы отличить Модель I от Модели II. При подгонке к данным Эксперимента 2A или 2B в дополнение к данным Эксперимента 1, эта бимодальность четко разделяется на две отдельные моды, центрированные на склонах Тафеля Модели I и Модели II. Обратите внимание, что наклон Тафеля, извлеченный из линейной аппроксимации только для данных Эксперимента 1, отличается от наклонов Тафеля как Модели I, так и Модели II.

В отличие от традиционного подхода к анализу, байесовская апостериорная выборка правильно определяет неоднозначность наклона Тафеля, присутствующую в исходных данных. Зеленая кривая на рис.2В изображено апостериорное распределение по склону Тафеля с использованием только данных для зеленого цвета. Это распределение является широким и заметно мультимодальным, с концентрацией плотности вероятности вокруг склонов Тафеля Модели I и II. Таким образом, байесовская апостериорная выборка правильно предполагает, что исходных данных недостаточно для точного определения значения наклона Тафеля. Одно из возможных решений этой проблемы — измерение дополнительных данных в более широком диапазоне перенапряжения. В зависимости от истинных параметров измеряемой электрохимической системы этот эксперимент может дать либо синие, либо красные данные на рис.2А. Когда в алгоритм апостериорной выборки Байеса подается комбинация зеленых и красных данных, он правильно предсказывает апостериорное распределение наклонов Тафеля, сосредоточенных вокруг наклона Тафеля модели I. И наоборот, при подаче комбинации зеленых и синих данных он правильно предсказывает апостериорное распределение тафелевских уклонов, сконцентрированных вокруг тафелевского склона Модели II. Другими словами, многомодальность в апостериорном распределении, предсказываемая нашим алгоритмом, является признаком недостаточности данных; когда устраняется основная недостаточность, алгоритм аккуратно разделяет режимы распределения в соответствии с наблюдаемыми данными.

Мы выделяем несколько важных выводов из анализа синтетических данных, представленных на рис. 2. Во-первых, в идеале данные вольт-амперные данные, используемые для оценки наклона Тафеля, должны измеряться до тех пор, пока не будет наблюдаться явная кривизна. Если такое измерение излишне неудобно или невозможно, следует попытаться количественно оценить ограничивающий ток либо с помощью оценок за пределами огибающей, либо путем прямого экспериментального контроля ограничивающего тока (например, с помощью электрода с вращающимся диском) и обеспечить эти данные, используемые для оценки наклонов Тафеля, собираются значительно ниже предельной плотности тока.Без информации, которая проясняет величину предельного тока, невозможно установить степень индуцированного предельным током ослабления, которому подвергается ток, измеренный в режиме Тафеля. Следовательно, наклоны Тафеля, оцененные на основе линейного графика Тафеля, измеренного в небольшом окне перенапряжения, вероятно, систематически ненадежны и могут содержать значительную неопределенную количественную оценку. Во-вторых, анализ синтетических данных показывает, как байесовский подход апостериорной выборки может использоваться итеративно с усилиями по сбору данных.Поскольку апостериорные распределения точно определяют неопределенность, связанную с наклоном Тафеля, оцененным с учетом имеющихся данных, экспериментатор может использовать эту информацию о неопределенности, чтобы направлять сбор данных в будущем, пока не будет достигнут желаемый порог неопределенности.

Оценка основных предпочтений в литературных данных

Тафелевский наклон не только является важным показателем при оценке характеристик катализатора, но и может быть ценным, поскольку он может дать представление о механизме катализированной электрохимической реакции.Связь между наклоном Тафеля, величиной, измеряемой макроскопически, и микроскопическим механизмом реакции выводится с использованием микрокинетического анализа с привлечением целого ряда предположений об идеальности ^2,3 . Для электрохимической реакции, которая проходит через ряд элементарных стадий, необходимо предположить, что скорость определяется одним шагом, и что все стадии, предшествующие стадии определения скорости (RDS), находятся в квазиравновесном состоянии. Каждый из квазиравновесных элементарных шагов несет соответствующую константу равновесия, которая, возможно, зависит от приложенного потенциала.Для потенциально-зависимых констант равновесия необходимо дополнительно предположить, что потенциальная зависимость идет экспоненциально от (строго целого) числа электронов, перенесенных на элементарной стадии. RDS имеет связанную константу прямой скорости, которая, как предполагается, имеет зависимость типа Батлера – Фольмера от приложенного потенциала с коэффициентом симметрии α = 1/2 ¹ . При этих ограничительных предположениях можно вывести (см. Дополнительную информацию) уравнение для тафелевского наклона всей химической реакции (при T = 298 K),

$$ {\ rm {Tafel}} \ {\ rm { slope}} = \ frac {60 \, {\ mathrm {mV}} / {\ rm {декада}}} {n + q / 2}, $$

(5)

, где n — общее количество электронов, перенесенных на элементарных этапах до RDS, а q — количество электронов, перенесенных в RDS.

Уравнение (5) дает начало так называемым «кардинальным значениям» тафелевского наклона, которые возникают в результате оценки тафелевского наклона для различных значений ( n , q ). Значения тафелевского наклона 120, 60 и 40 мВ / декаду знакомы большинству электрохимиков и возникают из ( n , q ) = (0, 1), (1, 0) и (1, 1) , соответственно. Исследователи обычно обращаются к кардинальным величинам, чтобы получить микроскопическое представление об экспериментально измеренных склонах Тафеля. Распространенная аргументация звучит так: «Мой катализатор имеет наклон Тафеля 110 мВ / декаду, что достаточно близко к 120 мВ / декаду, что указывает на то, что реакция протекает через ограничивающую скорость первую стадию переноса электрона.Это рассуждение действительно только в том случае, если типичный катализатор удовлетворяет предположениям идеальности, используемым при выводе уравнения. (5), этот момент неоднократно подчеркивался в литературе ^3,4,5 . Всесторонний анализ литературы Данные Тафеля могут пролить свет на то, удовлетворяет ли типичный катализатор этим строгим предположениям; если это действительно так, то наклоны Тафеля в литературе должны иметь тенденцию группироваться вокруг кардинальных значений Тафеля, предсказываемых формулой. (5).

Наш байесовский алгоритм апостериорной выборки для аппроксимации наклона Тафеля позволяет нам проводить беспристрастный автоматизированный обзор литературных данных Тафеля, чтобы количественно проверить, показывают ли значения наклона Тафеля, указанные в литературе, какое-либо предпочтение кардинальным значениям.В этом исследовании мы решили сосредоточиться на повторном анализе данных Тафеля из литературы по снижению CO ₂ . Мы сосредотачиваемся на этом разделе литературы, потому что восстановление CO ₂ — это растущая область с разнообразными каталитическими материалами и морфологиями ³⁰ , и поскольку требования количественного определения продукта помещают тафелевский анализ в этой области в режим с низким объемом данных, как обсуждалось ранее. Для проведения обзора литературы мы оцифровали 344 различных набора данных Тафеля из литературы по сокращению CO ₂ и подали полученные данные в байесовский алгоритм апостериорной выборки для получения повторно проанализированных оценок наклона Тафеля.Дополнительную информацию о процедуре интеллектуального анализа и анализа данных можно найти в разделе «Методы».

Наша процедура повторного анализа использует уравнение. (2) для интерпретации литературных наборов данных Тафеля. Как упоминалось ранее, эта модель действительно подходит только в случае одного кинетического режима управления, связанного с одним тафелевым наклоном; он не может точно фиксировать вольт-амперные характеристики в нескольких кинетических режимах, которые могут быть задействованы, по крайней мере, в некоторых наборах данных, которые мы проанализировали. Однако отсутствие независимого экспериментального подтверждения физического механизма, лежащего в основе наблюдаемых множественных кинетических режимов (например,g. , из спектроскопии или визуализации поверхности), трудно строго выбрать одну модель из множества, которое возникает из перечисления микрокинетических возможностей для промежуточных соединений в восстановлении CO ₂ . Поскольку статьи из литературных источников, которые мы повторно проанализировали, соответствуют одному наклону Тафеля для своих данных, и поскольку им не хватает экспериментальных доказательств, необходимых для определения более богатой физической модели, описывающей их данные, мы полагаем, что единообразное применение модели в формуле. (2) является подходящим выбором для нашего исследования литературы.Наше использование уравнения. (2) интерпретация данных не должна рассматриваться как безоговорочная поддержка этой модели в анализе Тафеля. В самом деле, если есть убедительные экспериментальные данные, мотивирующие использование другой кинетической модели для конкретной каталитической системы восстановления CO ₂ , ее можно и нужно использовать в рамках нашей байесовской модели.

На рис. 3А показан график корреляции наклона MAP Tafel, оцененного методом апостериорной выборки Байеса, по сравнению с наклоном Tafel, опубликованным в литературе.Значительная часть наборов данных попадает в пределы 20% -ной линии четности, что является убедительным признаком того, что наш алгоритм дает наклоны Тафеля, которые согласуются с литературными значениями при просмотре идентичных данных. Вдобавок, наклон MAP Tafel, кажется, не систематически переоценивает или недооценивает значение, сообщаемое в литературе, по широкому диапазону зарегистрированных склонов Tafel. Отметим, что полного паритета между МАП и литературными тафелевыми наклонами ожидать не стоит; как объяснялось ранее, из-за возможности субъективности и систематической ошибки с текущей литературной практикой для оценки Тафеля, оценки MAP, полученные с помощью нашего алгоритма, возможно, более надежны, чем значения, сообщенные в литературе.

Рис. 3: Беспристрастное уточнение литературных данных с использованием нашего подхода байесовского анализа показывает, что кардинальные значения тафелевского наклона для катализаторов восстановления CO ₂ мало предпочтительны.

A График корреляции полученных в литературе наклонов Тафеля с наклонами MAP Tafel, подобранными нашим алгоритмом на идентичных данных. Сплошная красная линия представляет собой полное совпадение, а красные залитые интервалы представляют собой линии, представляющие относительную ошибку 10% и 20%. B Кумулятивная функция распределения наклонов Тафеля, представленных в литературных данных (синий), и тех, которые были изменены нашим алгоритмом (красный).Интервалы ошибок соответствуют одному стандартному отклонению повторных выборок с начальной загрузкой. C Оценки плотности ядра (KDE) эмпирической функции распределения вероятностей тафелевских наклонов, представленных в литературных данных (синий), и MAP Tafel slopes, переработанных нашим алгоритмом (красный). Интервалы ошибок соответствуют одному стандартному отклонению повторных выборок с начальной загрузкой. Зеленые пунктирные линии в обоих ( B , C ) соответствуют кардинальным значениям наклона Тафеля, предсказанного уравнением. (5).

На рис. 3B, C показаны оценки тенденций распределения MAP и опубликованных в литературе наклонов Tafel.На рисунке 3B показана эмпирическая кумулятивная функция распределения (CDF) наклона MAP Tafel (красная кривая) и опубликованных в литературе наклона Tafel (синяя кривая). Интервалы низкой непрозрачности на обоих рисунках 3B, C охватывают одно стандартное отклонение нескольких восстановленных повторных выборок, выполненных с заменой (см. Раздел «Методы» для получения дополнительных сведений о процедуре начальной загрузки), и полезны для изучения чувствительности наших результатов распределения к конкретная подвыборка литературных данных, которую мы выбрали для анализа ³¹ .Значение CDF для данного значения наклона Тафеля м _T суммирует текущую часть наборов данных, которые имеют значение наклона Тафеля не более м _T . Если наклоны Тафеля действительно сгруппированы вокруг кардинальных значений, бегущая доля должна резко возрасти вокруг этих предпочтительных значений, и можно было бы ожидать увидеть сигмоидальные особенности в CDF при кардинальных значениях. На рис. 3 показано небольшое количество свидетельств такого локального сигмоидального поведения; скорее, мы видим нечто похожее на прямую, что соответствует примерно равномерному распределению во всем диапазоне рассматриваемых тафелевских наклонов.

Мы можем визуализировать данные распределения по-другому, исследуя эмпирическую функцию распределения вероятностей (PDF) наклонов Тафеля. Оценка PDF распределения по набору выборок является общеизвестно сложной проблемой в статистике, потому что относительно небольшие количества шума выборки могут привести к наличию ложных пиков в PDF. Существует несколько методов решения этой проблемы; здесь мы используем оценку плотности ядра Гаусса, которая строит оценку PDF путем суммирования соответствующим образом нормализованных функций ядра Гаусса с центром в каждой из наблюдаемых точек данных.Дополнительные сведения о процедуре оценки плотности ядра приведены в разделе «Методы». На рис. 3C показана оценка плотности ядра для PDF наклонов MAP (красная кривая) и опубликованных в литературе (синяя кривая) тафелевских наклонов. Основываясь на форме PDF и соответствующих стандартных ошибок, мы заключаем, что в литературе есть небольшое предпочтение назначать значения наклона Тафеля около 70 и 125 мВ / декаду, что по существу исчезает, когда одни и те же данные повторно анализируются с помощью нашего подхода.В то время как небольшой пик сохраняется ~ 125 м / десятилетие на склонах MAP Tafel, высота пика примерно находится в пределах погрешности. Мы также отмечаем, что любое остаточное предпочтение кардинальных значений в наклонах MAP Tafel может быть объяснено ошибками сбора данных. В то время как байесовский подход, который мы разрабатываем, устраняет субъективность анализа данных, мы не можем устранить предубеждения, вносимые во время сбора данных; по крайней мере правдоподобно, что такие смещения существуют, учитывая, что приведенные в литературе значения значительно завышают концентрацию тафелевских наклонов ~ 120 мВ / декаду по сравнению со значениями MAP.

Результаты, представленные на рис. 3, объединяют данные нескольких исследований с использованием различных материалов катализатора, чтобы оценить, существует ли предпочтение для кардинальных наклонов Тафеля для всех катализаторов восстановления CO ₂ . Чтобы подтвердить, что это очевидное отсутствие кардинального предпочтения во всем наборе данных не является просто артефактом, возникшим в результате объединения отдельных материалов катализатора, каждый из которых индивидуально демонстрирует кардинальное предпочтение, мы разбили PDF-анализ на рис.3 в соответствии с идентичностью материала катализатора. Изучив результаты анализа прорыва (см. Дополнительную информацию), мы пришли к выводу, что очевидное отсутствие кардинальности, которое мы находим на рис.3, действительно сохраняется при отдельном изучении наклонов Тафеля для обычных материалов, используемых в катализаторах восстановления CO ₂ : Ag, Au , Cu, Sn и Zn. Любопытно, что материалы на основе Bi действительно отдают предпочтение значениям наклона Тафеля ~ 120 мВ / декаду, что может дать информацию для будущих механистических исследований этих катализаторов.В качестве предостережения мы отмечаем, что наши результаты Bi включают только 27 различных наборов данных Tafel и, следовательно, подвержены высокой степени изменчивости, связанной с конкретным набором исследований, которые мы выбрали для повторного анализа; будущая работа, которая пытается взвесить этот вопрос, в идеале должна проводить новые эксперименты на хорошо контролируемых поверхностях Bi и использовать рекомендации по сбору и анализу данных, указанные в этой работе. Взятые вместе, результаты, представленные на рис.3, и анализ разрыва материала в дополнительной информации приводят нас к выводу, что при непредвзятом анализе экспериментальные данные в литературе не подтверждают систематическое предпочтение кардинальных значений тафелевского наклона. среди катализаторов восстановления CO ₂ .

Хотя мы не в состоянии определить причину отклонения от кардинальных значений наклона Тафеля в каждом конкретном наборе данных Тафеля, представленном на рис.3, мы выдвигаем гипотезу о том, что эти отклонения могут возникать из-за физических неидеальностей, которые нарушают допущения, используемые при выводе уравнения . (5). Чтобы проверить эту гипотезу, мы пытаемся выяснить, каким образом несколько избранных простых физических неидеальностей могут регулировать PDF тафелевских наклонов, которые в противном случае были бы сконцентрированы вокруг кардинальных значений.В связи с этим мы рассматриваем три возможных физических эффекта, которые нарушают предположения идеальности, используемые для получения уравнения. (5). Эти три эффекта составляют очень небольшую часть зверинца физических неидеальностей, которые могут действовать в электрокатализе восстановления CO ₂ ; наша цель — просто показать, что эти эффекты могут испортить предпочтение кардинальных значений наклона Тафеля, а не выделять эти конкретные эффекты как единственные неидеальности, присутствующие в сокращении CO ₂ .

Сначала рассмотрим возможность того, что коэффициент симметрии α ≠ 1/2. Такие отклонения могут возникать, например, из-за несопоставимых локальных наклонов поверхностей свободной энергии Marcus в их точках пересечения или флуктуаций положения реагентов в двойном электрохимическом слое ^32,33,34,35 . Во-вторых, мы исследуем эффект частичного переноса заряда или образования поверхностных диполей при адсорбции CO ₂ на поверхность электрода, явления, которые были выдвинуты и охарактеризованы в предыдущих исследованиях восстановления CO ₂ ^29,36 .Математически образование поверхностного диполя вводит потенциальную зависимость в константу адсорбционного равновесия, которая математически напоминает параметр частичного переноса заряда γ . В-третьих, мы вводим возможную поправку Фрумкина f , возникающую из-за выступа частиц, адсорбированных электродом, в электрохимический двойной слой, который ослабляет приложенный потенциал из-за эффектов электростатического экранирования ¹ . Поправка Фрумкина наиболее важна при низкой концентрации поддерживающей соли (и, следовательно, большой результирующей длине экранирования электролита), но она была рассмотрена в контексте электрокатализа восстановления CO ₂ ²⁹ .Каждая из этих неидеальностей зависит от значения параметра неидеальности. Конечно, мы понятия не имеем, по крайней мере априори, о распределении значений, которые эти параметры неидеальности могут принимать в типичных системах восстановительных катализаторов CO ₂ . В отсутствие информации мы делаем максимально невежественный выбор и предполагаем, что параметры неидеальности взяты из равномерных распределений в разумных пределах. Как только мы постулируем эти однородные распределения, мы сможем изучить, как случайно выбранные параметры неидеальности деформируют распределение тафелевских наклонов, которое вначале концентрируется вокруг кардинальных значений.

Синяя кривая на рис. 4B показывает распределение наклонов Тафеля, сконцентрированных вокруг кардинальных значений, предсказанных уравнением. (5). Относительные высоты пиков кардинальных значений выбираются путем искусственного разбиения распределения по склонам MAP Tafel в сегменты, центрированные вокруг кардинальных значений. Влияние случайно выбранных физических неидеальностей на это распределение можно изучить с помощью моделирования Монте-Карло. Вкратце, мы выбираем тафелевский наклон из распределения, изображенного на синей кривой, выбираем значения одного или нескольких параметров неидеальности и, наконец, вычисляем результирующий тафелевский наклон при наличии неидеальности (дополнительные подробности см. В разделе «Методы»).Повторение процедуры выборки несколько раз дает распределения по наклону Тафеля, изображенные в виде многоцветных кривых на рис. 4B для различных наборов неидеальностей. Очевидно, даже довольно приземленные элементы дополнительной физики, подобные рассмотренным выше, могут привести к резким изменениям в распределении тафелевских наклонов, охватывая диапазон поведения от смещения определенных пиков от кардинальных значений до размытия всего распределения. Хотя мы не можем с уверенностью доказать, что физические неидеальности ответственны за отсутствие наблюдаемой тафелевской мощности в литературе, результаты на рис.4B демонстрируют, что это, по крайней мере, правдоподобное объяснение наблюдаемого поведения.

A Схема трех выбранных физических неидеальностей, которые могут повлиять на измеренный наклон Тафеля. B (синяя кривая) Синтетическая оценка плотности ядра распределения вероятностей по наклонам Тафеля для случайного катализатора восстановления CO ₂ , пиковая около кардинальных значений, предсказанных уравнением.(5). B (другие трассы) Несколько синтетических оценок ядерной плотности распределений вероятностей по наклону Тафеля, сгенерированных из включения случайных значений различных параметров, управляющих физическими неидеальностями. C Схема, иллюстрирующая возможность измерения данных в разных кинетических режимах в анализе Тафеля. Из-за механизма переключения разные режимы перенапряжения демонстрируют разные наклоны Тафеля, что усложняет интерпретацию одного значения наклона Тафеля, охватывающего оба режима.

В качестве альтернативы наблюдаемое отсутствие мощности может также быть следствием интерпретации данных вольт-амперной характеристики, измеренных в нескольких несопоставимых кинетических режимах, через призму уравнения (1). (2), который не может охватить эти сложности. Как схематически проиллюстрировано на фиг. 4C, кинетические режимы могут иметь разные тафелевские наклоны; в этом случае механистическая интерпретация единственного тафелевского наклона, полученного путем подгонки уравнения. (2) к данным неуместны. Действительно, как более подробно рассмотрено в Дополнительной информации, подгонка синтетических данных, созданных на основе модели с несколькими кардинальными режимами наклона Тафеля, с использованием уравнения.(2) может дать не кардинальное значение наклона Тафеля. Это подчеркивает необходимость строго охарактеризовать несколько физических сложностей, присутствующих в каталитических системах для восстановления CO ₂ , поскольку они могут усложнить механистическую интерпретацию, руководствуясь исключительно наклоном Тафеля.

В целом результаты, представленные на рис. 3 и 4 представлены некоторые веские причины для того, чтобы сообщество переосмыслило текущий подход к выведению механистической информации исключительно из данных тафелевского уклона.В самом деле, преобладание тафелевских наклонов в литературе по сокращению CO ₂ , которые не соответствуют кардинальным значениям, предполагает, что физические неидеальности, опущенные уравнением. (5), может быть обычным явлением в типичных каталитических системах. Таким образом, знакомый подход «округления» экспериментально измеренных наклонов Тафеля до ближайшего кардинального значения для механистической интерпретации оставляет склонность к слишком упрощенной интерпретации экспериментальных данных. Мы считаем, что вместо того, чтобы отмахиваться от физических сложностей, присутствующих в каталитических системах, с сильными предположениями об идеальности, важно интерпретировать данные Тафеля вместе с некоторыми другими экспериментальными данными (например,g., более разнообразные электрохимические кинетические данные, поверхностно-чувствительная спектроскопия, характеристика материалов и т. д.). Таким образом, можно принять некардинальный наклон Тафеля (и связанную с ним неопределенность, основанную на данных) за чистую монету и построить целостную физическую картину, которая пытается объяснить отклонение от кардинальности способом, совместимым со всеми другими экспериментальными наблюдениями. . В идеале все эти наблюдения можно интерпретировать в контексте более обширной модели, которая позволяет определить истинную широту физических явлений, присутствующих в широком диапазоне рабочих параметров, как это было сделано в некоторых избранных исследованиях в литературе ^{2,28 , 37} .Мы считаем, что наш байесовский подход к анализу данных будет одинаково полезен для строгой количественной оценки параметрических неопределенностей в предлагаемой новой парадигме интерпретации кинетических данных.

Воссоздание графика наклона Tufte — Eamon Caddigan

Недавно в Twitter гуру визуализации данных Эдвард Р. Тафт написал, что графика, созданная R, не «готова к публикации». Предлагаемый им рабочий процесс заключается в использовании статистического программного обеспечения для создания начальной версии графика, а затем внесения окончательных улучшений в Adobe Illustrator.

Я не согласен с этим советом. Сначала я покажу шаги, которые может предпринять аналитик данных, чтобы создать высококачественную графику полностью на R. Затем я объясню, почему я считаю, что это лучший подход.

Графика с качеством публикации

Страница 158 классической книги Тафте «Визуальное отображение количественной информации» (2-е изд.) Содержит «наклонный график», который показывает изменение государственных доходов в нескольких странах в период с 1970 по 1979 год. Ниже приведены первые несколько строк этих данных. в аккуратном фрейме данных, ReceiverData , вместе с быстрым и грязным графиком уклона.

  ggplot (ReceiverData, aes (год, поступления, группа = страна)) +
  geom_line () +
  geom_text_repel (aes (label = country)) +
  labs (x = "Год", y = "Государственные поступления в процентах от ВВП")  

Этот график непривлекателен, но он полезен для получения информации о данных. Выполняя итерацию исследовательского анализа данных или готовя графику к публикации, аналитики создают множество уродливых графиков на пути к выбору дизайна и его уточнению.

Для нашего первого раунда улучшений мы можем изменить соотношение сторон изображения и расположить названия стран так, чтобы они не пересекались с данными. Мы также должны удалить «мусор диаграммы» на заднем плане, такой как фоновая сетка, и пометить только интересующие годы на оси абсцисс.

  ggplot (ReceiverData, aes (год, поступления, группа = страна)) +
  geom_line () +
  geom_text_repel (aes (label = country),
                  data = filter (ReceiverData, год == 1970),
                  nudge_x = -0.5, hjust = 1,
                  direction = "y", size = 5) +
  geom_text_repel (aes (label = country),
                  data = filter (ReceiverData, год == 1979),
                  nudge_x = 0,5, hjust = 0,
                  direction = "y", size = 5) +
  scale_x_continuous (разрывы = c (1970, 1979), limits = c (1966, 1983)) +
  тема (panel.background = element_blank (),
        axis.title = element_text (size = 16),
        axis.text = element_text (size = 12)) +
  labs (x = "Год", y = "Государственные поступления в процентах от ВВП")  

Пакет ggrepel проделал большую работу по предотвращению перекрытия этикеток; Я обычно использую geom_text_repel () вместо geom_text () во время исследовательского анализа данных.Однако здесь сегменты, соединяющие метки с точками данных, создают непонятный беспорядок. Хотя их можно удалить с помощью функции, наш окончательный рисунок будет легче понять, если мы вручную подтолкнем ярлыки, чтобы они были как можно ближе к своим данным.

Мы также можем уронить топоры; метки года будут располагаться прямо над данными, и мы покажем значение каждой страны рядом с ее меткой. Поскольку мы теряем названия осей, мы также добавим заголовок в эту версию рисунка.

Наконец, поменяем шрифт. Поскольку мы пытаемся сделать что-то, что понравилось бы Tufte, мы будем использовать шрифт с засечками. Если вы не сделали этого раньше, вам может потребоваться запустить loadfonts () из пакета extrafont, чтобы сообщить R, как найти системные шрифты. Мы также еще больше повысим «соотношение чернил и данных», сделав линии более тонкими.

  labelAdjustments <- tribble (
                              ~ страна, ~ год, ~ nudge_y,
                         «Нидерланды», 1970Л, 0.3,
                              «Норвегия», 1970Л, -0.2,
                             «Бельгия», 1970Л, 0.9,
                              «Канада», 1970Л, -0,1,
                             «Финляндия», 1970Л, -0,8,
                               «Италия», 1970Л, 0,4,
                       «США», 1970Л, -0,5,
                              «Греция», 1970Л, 0,4,
                         «Швейцария», 1970Л, -0,3,
                              «Франция», 1979Л, 0.8,
                             «Германия», 1979Л, -0,7,
                             «Британия», 1979Л, 0,1,
                             «Финляндия», 1979Л, -0,1,
                              «Канада», 1979Л, 0,4,
                               «Италия», 1979Л, -0,5,
                         «Швейцария», 1979Л, 0,2,
                       «США», 1979Л, -0,1,
                               «Испания», 1979Л, 0,3,
                               «Япония», 1979Л, -0.2
                      )

ReceiverData <- left_join (ReceiverData, labelAdjustments,
                           by = c ("страна", "год"))%>%
  mutate (receivets_nudged = ifelse (is.na (nudge_y), 0, nudge_y) + поступления)

update_geom_defaults ("текст", список (family = "Georgia", size = 5.5))
ggplot (ReceiverData, aes (год, поступления, группа = страна)) +
  # Линии уклона
  geom_line (размер = 0,1) +
  # Названия стран (подталкиваются вручную)
  geom_text (aes (год, квитанции_объявление, метка = страна),
            data = filter (ReceiverData, год == 1970),
            hjust = 1, nudge_x = -3) +
  geom_text (aes (год, квитанции_объявление, метка = страна),
            data = filter (ReceiverData, год == 1979),
            hjust = 0, nudge_x = 3) +
  # Значения данных
  geom_text (aes (год, поступления_nudged, label = sprintf ("% 0.1е », квитанции)),
            data = filter (ReceiverData, год == 1970),
            hjust = 1, nudge_x = -0,5) +
  geom_text (aes (год, квитанции_nudged, label = sprintf ("% 0.1f", квитанции)),
            data = filter (ReceiverData, год == 1979),
            hjust = 0, nudge_x = 0,5) +
  # Ярлыки столбцов
  annotate ("текст", x = c (1970, 1979) + c (-0,5, 0,5),
           y = max (receiveData $ поступления) + 3,
           label = c ("1970", "1979"),
           hjust = c (1, 0)) +
  # Аннотации к графику
  annotate ("текст", x = 1945, y = 58, hjust = 0, vjust = 1,
           label = paste ("Текущие квитанции правительства как",
                         "Процент валового внутреннего \ n продукта, 1970 и 1979 гг.",
                         sep = "\ n"),
           family = "Georgia", size = 5.5) +
  декартова координата (xlim = c (1945, 1990)) +
  тема (panel.background = element_blank (),
        axis.title = element_blank (),
        axis.text = element_blank (),
        axis.ticks = element_blank ())  

Почему это того стоит

Потребовалось несколько итераций, чтобы добиться правильной эстетики этого сюжета, в то время как опытный пользователь графического редактора сможет воссоздать его за считанные минуты. Однако эта первоначальная экономия времени скрывает некоторые преимущества завершения этого процесса в коде по сравнению с переключением на такой инструмент, как Illustrator.

R — бесплатное программное обеспечение

Все программы, которые я использовал для создания этой графики (и поделиться ею с вами), являются бесплатными, в отличие от потрясающего, но дорогого Illustrator от Adobe. Inkscape — отличная альтернатива с открытым исходным кодом, но не такая мощная, как ее коммерческий конкурент. С другой стороны, R, пожалуй, самый продвинутый и хорошо поддерживаемый инструмент статистического анализа. Даже если политика движения за открытый исходный код не важна, бесплатная — лучшая цена.

Код можно воспроизвести

Любой, кто хочет воссоздать окончательную цифру, используя другой набор стран, новую пару лет или предпочтительный экономический индикатор, может запустить приведенный выше код на своих собственных данных.С минимальной настройкой у них будет графика с эстетикой, идентичной приведенной выше. Воспроизвести этот рисунок с помощью мультиинструментального рабочего процесса сложнее; новичку нужно сначала научиться создавать «черновой набросок» его в программном обеспечении, а затем научиться использовать графический редактор для улучшения его внешнего вида.

Сценарии графики проще обновлять

Представьте, что аналитик обнаружил ошибку в своем анализе, которую необходимо исправить. Или представьте менее стрессовую ситуацию, когда коллега предложил заменить некоторые страны на рисунке.В таких случаях работу по созданию графики необходимо будет переделать: аналитику нужно будет добавить данные или исправить ошибки, сгенерировать новый график в программном обеспечении и повторно отредактировать график в своем графическом редакторе. Используя сценарий, основанный на коде, аналитику нужно будет сделать только первый шаг и, возможно, обновить некоторые ручные настройки. Первоначальная экономия времени, предоставляемая графическим редактором, исчезает после того, как это происходит впервые.

Автоматика предотвращает ошибки

Сценарий рабочего процесса не только упрощает работу с ошибками, но и защищает от них.Когда аналитики корректируют графические элементы в графическом интерфейсе, существует риск ошибочного перемещения, удаления или неправильной маркировки точек данных. Такие ошибки трудно обнаружить, но рабочие процессы на основе кода избегают этих рисков; если источник данных и анализ безошибочны, тогда будет и графика.

Эти соображения являются одной из причин, по которым анализ по сценариям считается лучшей практикой в ​​статистическом анализе. Большинство советов Тафте по созданию графики превосходны, но я рекомендую проигнорировать его предложение внести окончательные правки в такой программе, как Illustrator.Изучение того, как создавать точную графику в программном обеспечении, в конечном итоге сэкономит время аналитиков и поможет им избежать ошибок.