автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация в САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выпуском круглых лесоматериалов

На правах рукописи

Блажков Николай Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ В САПР ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ С ПРОВЕДЕНИЕМ РУБОК УХОДА И ВЫПУСКОМ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.13.12. — «Системы автоматизации проектирования»

Аь! ОкЕФЬРА! диссертации ка ссискалнз ученой степени уоцттотпато т5хкнчсских кй^к

ВОРОНЕЖ 1993

Работа выполнена на кафадрг «Автоматизация производственных процессов» Воронежской государственной академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.СЛетровс-ённ.

Цфмувкай СПЯСЦгНТЫ: — ДОКТир ТСХНЕЧеСЁИХ ЕХауя, Цриаесспр

ВХКурьгнов; - доггор технических каук, ггрофсссср А,В.т^раТОо.

Ведущая организация - Государственное специализированное лесоустроительное предприятие «Воронежлес-проект»

^Захцша диссертации состоится « ¿В » НОЯ^ЬЯ 1998 года в 14— часов в конференц-зале ш тжудонии диоссртацйймого совете Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адросу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознагемктьея в библиотеке Воронежского государственного технического угеверентета.

Автореферат разослан« £ 1 » ОКгия&ря 1998 г.

Ученый секретарь диссертацко;шого соасга

Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ашуалмук'Т!. теми-, Сочрежииие викиоши ныршцнвпиия и заготовки круглых лосошггериадюв отличаются от трздк'(ионных способов ведения хозяйства тем, что "¡кдьлшгают более высоки i» требования к экологической безпгиишкгт гфои'ил.уз,си,а, вышкой шяеысиииссзи, и как следствие - высокой зфф^ТМВНПСПТ! 1 «роНЯ'ОДбГОеИШЖО ПрОЦООС!. При ЭТОМ постоянно осу-щоа ваяете ии&нжзняо i-amui;, беи «с гкршекшш!:« способов и методов ведения лесною жшЛстап, когда проведан«® дотшюгвлыше лесохозяйсгаен-ные мероприятия, ня^вдоятшв и« «ущестпепмм увеличение размеров заготовки сикхимой дрнмжшы с, I m .1*сф»ндя чя ! год л«х>зырпщгашшя.

Рубш ухода ¡га.штются сдюик га тир; мжохозяйстаеиных мероприятий. Ilu сущность заюиочмта в своевременном уда.п®пии на определенных этапах рост нэяазздеиий бокмык, отсталых в росте деревцов. При этом, с одной стоцюкм, оююбодипплеео! гптэтршство cnocoterayeT более шпенсиа-иому ренщ О'лаюидокся деревмв, та» позволяет (Сократить время лесовыра-щипащи н существенно приблизить возраст главной, сплошной рубки, a с другой стороны - сгаиовитьсц возможным загагавливать дополнительные овьем« якиюскиад с еадптцк площади лесфоида зй счет- промежуточного попыхтят.

Высокая зшлммосл» экго лесом cœfic га еотюго мероприятия на вызывает 1:.о;\п1.н)И"й, од..««! ш, (грпмптге прскяетнрианнне режимов рубок каракто-ртуегчж пиишм упишем агммнпп«].:,™, чгк> ведя? к недостаточному нс-лалккшюпо &хгл доекмуидо)« si гьягед, tq|едэшюляшых рубками ухода. Одним m пуней ршгтю пой прейзеьш яплются создание »ыгодоэффекпт-пьи систем имхтп мжрзваш мш ировктирсвашш, которые позволяют роишь тдмодК круг эедгт пропшз», шшвиропплнгл, оптимизации ведения лесного жшйсгап п принятия решений.

Тютнм лбрпгаг, вктуягг.исстт. дак-герттщяошюй работы определяется необкашмсстю рвврейугаи мтттпоемю оЗсстчення, алгоритмических процедур н ирл-ряш-аюго а&хпачшил шпимотизированнаго проектирования лесошращшшшш с проведением руби; укодч и выпуском круглых лесоматериалов.

Дедь _9япщч1Ггжетяащтви Целью ра!»ш ¡галиггея создание средсш САПР л««^ъ»рщ1лмншя к шлугка вдлмык ооешмпых лесоматерна-дои па <!шг мшешякчоаких» иадсиацюжпая кода роста нахождений с разработкой системы ковдыассрной подадафшяя управления промежуточными, ешкншым» рубхвки, tiii «с i ic tR3iî t s soi у,! ш» сим «вине возраста технической спелости и увеличение выпуски круглого лес» с I га лесфоида.

Дня дшлижетия постав ленной цели №юСЬа»дамо решаются следующие задачи:

анашз системы щюмвтеуточних, сплошных рубок леса как объекта автоматизированного приюти розаиия и опггиманыюго управления лесовы-раодованкод с выпуском круглых лесшатерн&юв;

синтез математических моделей хода роста одновозрастных сосновых насаждений и их реакций на рубки ухода;

синтез математических, сжошмико-штсматических моделей, отражающих динамику размерно-качественных характеристик древесных стволов в связи с Проведением промежуточных рубок;

разрабогка алгоритмов, компьютерных программ моделирований хода роста насаждений с проведением рубок ухода п без них;

разработка алгоритмов, компьютерных программ оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса;

разработка алгоритмов, компьютерных программ оптимальной раскряжевки древесных стволов с максимизацией стоимости заготовленных сортиментов круглого леса;

анализ экономической и хозяйственной эффективности научных разработок по прогнозированию хода роста насавдений и планированию рубок ухода;

внедрение научных разработок в практику лесного хозяйства, в частности на предприятии «Воронежлеспрсдаст».

Методы тсследо-истия. Для решения поставленных задач в работе использовались принципы системного подходов методы теории построения САПР, методы математического мод&шрованкя, методы вычислительной математики, теория вероятностей, теория опгамвльного управлении.

Н»учи»я иопшя». Основные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту и имеющие научную ио&изиу, заключаются в следующем:

проведенный анализ системы промегкугочнык, сплошных 1»убок леса и выпуска круглых лесоматериалов дал возможность получить более полное представление о процессе лесовыращивяшш, отличающееся учетом внутреннего взаимодействия компонентов системы, рассмотрением в совокупности десовадственных, лесозаготовительных н экономических составляющих данного процесса;

полученные автором математические, зягономико-математнческие модели хода роста одновозрастных сосновых насаждений и юс реакций на рубки ухода отличаются тем, чгго учитывают большое количество входных параметров изменяющихся в заданных диапазонам вследствие чего данные модели являются более точными в описании реальных процессов роста;

вычислительные процедуры, аищригош моделирования хода роста и оптимизации режимов лвсовырвщнвашш с выпуском круглых лесоматериалов отличаются посладоштелъиостыо проваддаия необходимых вычислений, предусматривают возможность долгосрочного прогнозирования тода роста насаждений и планирования рубок ухода;

предложенный метод определения технической спелости древостоев в САПР лесовыращивашш и выпуска сортиментов круглого леса отличается обоснованностью назначения целевого диаметр© технической спелости, оп-

редедаечюш на расчета гкшучсши максимальной прибыли от лесовыращива-ния н выпуски круглы:; шсоштсриалон с 1 га ля^юида в год;

гцклпижснный метод я anro^mw раскряжевки древесных стволов отличается новым подходом л определении кркприч оптимальности схемы поперечного раскроя, что дает возможность максимизировать стоимость заготавливаемых. оорпшя то» г.руптго леса.

Ивя^тичтаи эдачашосп» работы зашиочаетоя в следующем: мдтсл<лшчос»э*.: мопели, вычиснитетные процедуры, алгоритмы САПР .1:КСОПЫрШХДОЗ!Ц:И!!1 С ПрМИДОШСМ ирмдакуючных, сплошных рубок и выпуском сортиментов круглого леса позволяют практике лесного хозяйства ропать задачи ^утщгткго прогаэза ада рссть едиовозрастых сосновых насаждений, Ыюснгдонмо грогетярснать пронсиуаочиые, сплошные рубки леса при егшженш возраста технической спелости, увеличении объемов пользования древесиной и повышении прибыли от заготовки круглы?; лесо-материштоз о I га лесфанда m I год лесов ыращивення;

вычислительные процедура, алгоритм, компьютерная программа оптимальной расхряяшхи дэевеашх стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортаментов круглого лоса дают возможность увеличить выход болез ценной, более кроной и (юлее высокосортной древесины, п результате «гич> мароаюп- тденвыпь пссоэ.аготовт«яьных предприятий от реаиншгин жругям* лга »материалам, 6o.ie>s полно удовлетворяются потреби«кгт шпреЗт едчй .юсш(ро;|укцин, умзш шаются потребные площади вырубаемого леофеида,

.Аяютб'яиня va ffom. Основные яояооттт и результаты диссертационной i;iü(5o:im обсул;ла:ти&. на < »¡¡дующих научных К'опфврощиях и симпозиумах: *«к»кдуиарсШ'Ш сиилшнутее kLwix-911: Worícl resmrces for breedwg, resistas ra im'J utjütKitkini» (Крвскоярок, I99ll>, Гоогийском молодежном научном симпозиум«: «Молодеть н ¡ipcí).30Mi,i информационного и экологического мониторинга» (Бортник, 1996); научных конференциях Воронежской го-сударствеиппй .гохптптнчгскоИ iraiaoMKii я 1935 --1998 r.r.

JllSíiiü'SüíüJüívJüf.(iíiitO.,'!:'. Рпз^лбонышые ирограммныо средстве! автоматизированного ¡;i|KtóKiK{:t>:[ttui!isi m »выращивания с проведению! рубок ухода и выпуском сортаментов круглого леса были вихрены для практического использования на предприятия «&эр<жеш»зспро(!КГ» и дпя использования в на-учио-«сгледпйптаг>сзгг1Й: piSoTC на кафедру лесной, таксации Воронежской кюудар'стпшнлй flüco'itxnn'üMiaiftisitanmiLtr.K.

Ду&шсиц»». По теме диссерхашш опубликовано семь научных работ.

'Структура i|j Льеи ди»{н>ш. J(не серпа) дленная работа состоит из введения, пяти глав, заключении, итоженных на 160 страницах машинописного текста, списка литературы из 91 наименования, 23 рисунков, 15 таблиц, и 9 приложений.

Основные научные результат« и тмишеипя. выносимые на защиту. В диссертационной работе на защиту выносятся следующие основные положения:

анализ системы промежуточных, сплошных рубок леса как объекта проектирования н оптимального управления лгсовыращиваннем и выпуском круглых лесоматериалов;

математические модели, отражающие :сод роста одновозрасшых сосновых насаждений и их реакции на рубки ухода;

математические, экоиомико-матсмлтчжтс модели, отражающие динамику размерно-качественных характеристик древесных стволов в связи с проведением рубок ухода;

алгоритм, компьютерная программа моделирования хода роста одно-возрастных сосновых насаждений с проведением рубок ухода и без них;

алгоритм, компьютерная программа моделирования оптимальной раскряжевки древесных стволов с максимизацией стоимости заготовленных сортиментов круглого леса;

алгоритмы, компьютерные программы оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок ласа;

анализ экономической, хозяйственной эффективности научных разработок по прогнозированию хода роста одновозрасшых сосновых насаждений и планированию рубок ухода.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показаны научная и практическая значимость полученных результатов, представлена структура диссертации, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В червой главе представлена краткая ха|адсгернстака рубои ухода как важнейшего лесохозяйственного мероприятии, описывается практика проектирования и проведения рубок ухода и сосновых дрсвостоях. В конце главы формулируются цель и задачи научных исследований.

Во второй главе их13рабатываются теоретические основы швтоматизи-ровлнного проектровшшя и управления ледавыращшшшем с проведением рубок ухода и выпуском к]>угяыэс лесоматершшов.

Анализ системы промежуточных, сшюшшк рубок и выпуска круглых лесоматериалов показал, что этот процесс можно представить в гиде набора блоков-подсистем (см. рис. 1).

В основании лежит подсистема первой ргуб-си ухода, в которую поступают две группы парамет]юв. Первая группа - .кгсотаксационные параметры насаждения на момент рубки, это - бонитет лесонасаждения В, запах; число деревьев на 1 га средний диаметр ш средняя высота #|. Вторая группа параметров отражает режим проведения рубок. Для первой промежу-

точной рубки это - по-лраст начала разреживаний Т\, процент снижения запаса А1'|, числи у<|йЛ!<с;чык до,->евмв A.Vj и такие .готический состав использованного оборудовании 'í'CWj. Выходными параметрами подсистем промежуточных, сплошных руПок, и одновременна e.xo. ihuvh параметрами процесса переработок зегатишк-нной дрепвсннм па сортименты являются: фактический объем заготовленных древесных otbow»b W; фактическое числе) заготовленных стволов А*'/', рнмерно-ка'хесгаслиыс характеристики древесных стволов PKXd, лрсущшишощне собой совокуннояь информационных дан. ных о длина?; диаметрах, форме стволов и о распределении дгювесных порогов. Выходным нарям«?тром процесса ncpcpaSciiai :лшгоалснной древесины будет раопрсделюни« сырья по ооргиментко-сортным группам U¡j, содержащий информацию о том. какой объем заготовленной древесины приходится на i-io группу соргиментов /-П1 copra.

ТСО\___,

ъ —

А V] ■—'

iPi!

ри,.

}рКХС]ш

! t-v!

ТСС

.«•¡вал прсмскутсшпяг ,

I----- .... -5>

руЗки. \

t-------i----э,

I

"ПН......:.....1.........Г""

i > ■ i i ,

L..,

А!/ •'• я прсм&кучо'чкая

РКЖр ' АК "

......

Вьшусч

ССфТИМСЕТОВ

крупзше

Ж CU

Вынус t СОрТНЖКТОВ

фуТ'ЮГО леса

Реализация товарной продукции

'i ffj n. r.

__j___ 1______i ;

ТСОг

Главная, с глсшаая

рубка

FKXC

Выпуск

сортиментов - круглот леса

ич

-ер/

Рис. 1. Анализ системы промежуточных, сплошных рубок леса и выпуска сортиментов круглого леса

Последняя стадия - реализация товарной продукции является самой важной, так как именно се выходные параметры определяют эффективность всей системы выпуска круглых лесоматериалов при промежуточных и сплошных рубках леса. Единственным входным неизменяемым параметром для этого процесса является стоимость Ри древесного сырья 1-й сортимент-

ной группы /-го сорта. Фактически параметр, характеризующий объем заготовленной древесины отражает предложение, в то время как величина

р. } отражает результат взаимодействия спроса и предложения на рынке древесного сырья. К выходным параметрам процесса реализации товарной продукции являются показатели, характеризующие размер выпуска товарной продукции в м3/(га год) и в руб/(га год). Эти параметры характеризует собой эффективность лесовыращивания и лесопереработки.

Проведенный анализ промежуточных, сплошных рубок леса л выпуска сортиментов круглого леса показывает, что этот технологический процесс достаточно сложен, значительно растянут во времени, подвержен влиянию большого количества внешних воздействий, среда которых значительная доля приходится на случайные, возмущающие факторы.

Эффект сокращения сроков лесовыращивания, улучшения товарной, сортиментно-сортной стр^тсгуры лесонасаждений может быть получен только при правильном и систематическом проведении рубок ухода. Систематичность обеспечивается не просто повторением рубок. Необходимо, с учетом величины возраста главной рубки, каГпи правильное сочетание интенсивное™ и повт ¡емостн промежуточных рубок. Проведенный анализ теоретических обоснований периодичности и объемов промежуточных, сплошных рубок позволил определить ряд условий и ограничений на определение интенсивности и повторяемости рубок ухода (см. табл. 1).

Таблица 1.

Определение параметров промежуточных, сплошных рубок лс<

Вид рубки Возраст насаждения на момент рубки, лет Выбираемый запас, м3/га

Первая промежуточная рубка Г, =25...30 где Пх =15...35%

р-я промежуточная рубка (р* 1) Тр=Т, если К 2: Г где Пр -15...35%

Главная рубка Т =Т если £>>£>„; А У=Р

где Т - текущее прем я, лот; V и V -- заааен контрольного и разреживаемого насаждений соэтаетсглаша, м3/|ъ.; Пр- процент снижения запаса при р-й

промежутчной рубке.

'Гщ-тьи гливп иосгипшеш разра5о»ке математических моделей хода роста насаждений с »ьшуекпм круглых .»«оомнтериялов. Запас неразрежи-васмо»о иаса;к;;емкя в вояраые 74-прсделястс-л.

у-г^'и о)

где У-р - зяттяс др?в?стэя до проведения промекугочиых рубок в некотором

начальном периоде Тп, м$; '¿Р1™'" - текущий прирост растущей части насаждения, ч3.

Запас разреживаемого древостоя, отражающий ,'динамику роста и реакцию насаждения на рубки ухода, в возрасте 71 определяется как:

Ут-% + + ТУ?, (2)

где - ебщнй 1**ушип прирос г, м3; = 0,1—0,2 % - среднегодовой

процент «та^. нослс л:х-«-е|}-0'Н,и» 11р:>межуточ|шх ¿»убок; У*? - часть запаса,

удаляемая при />-8 мрэчкжуточней рубке и ровная объему промежуточного пользования, и1; Т\ - нремя проведения первой рубки, лет; и - количество рубок ухода, прочедеяных :«• период от до Т.

Г1о данным всеобщих таблиц хода роста, составленных А.В.Тюриным для нормальнш: сосновых насаждений, автором диссертации получены рег-рессисшшо модели ,|хл- обпкго »'ткуыего пру.роля н прироста растущей части насаждений:

?общ ^294()я _8>888-10"2Я2 + 2,439-10"3Я3 - 2,393-10~5Я4 -

- 3,259-Ю-1! : 4,313 10 37'2 -1,768 ■ КГ 3Г3 - 2,274 -Ю 2'/1 •# +

+ 9,077 • НГ5 Г '■![ (3)

¿рост ._,2/\ТИ1 -'Шб-КГ2/?2 3,012-50 :'7/5 -3,735-Ю'"5;/4 -

-3,107-10"ЛТ ( 3,408-10 "3/2 -2,404• 10 5/'3 -2,843^0~27*-Я +

+ 1,19-Ю~4Г2 Я (4)

Таким образом, знал запас неразрокиваечгого насаждения Уц в некотором возрасте Гц по формулам (1), (2) с ислогъзованием урзвнений (3), (4)

можно методом имитационного моделирования производить расчеты запасов разреживаемого и неразреживасмого насаждений в последующие годы.

Для решения задачи моделирования поперечного раскроя древесных стволов на сортименты необходимо знать не только число стволов и их средние лесотаксационные характеристики - средний диаметр и среднюю высоту, но и конкретные размеры отдельных стволов на момент проведения промежуточных и сплошных рубок.

Для определения размерно-качественных характеристик i-го дерева в насаждении В.С.Брейтер предложил использовап> метод Монте-Карло. Так диаметр дерева на уровне грУДИ [fi^j. можно представить как случайную

величину, распределенную по логнормальному закону с параметрами /?и а: М, = ехр^/ЗТпух ■ sin 2пуг +«). (5)

где у- здесь и ниже - независимые псевдослучайные числа, равномерно распределенные на отрезке (0,1).

При этом следует помнить, что такое распределение справедливо лишь для неразреживаемых контрольных насаждений или для разреживаемых насаждений, которые восстановили свою полноту.

Параметр логнормального закона f) принимается в зависимости ог района лесозаготовок. Для Центрально-Европейской части России /¡ 0,2865. Второй параметр а находится из соотношения:

а = 1п£>~/?2 (6)

Высота дерева моделируется как случайная величина, распределенная по нормальному закону:

H¡ =Н +стн • cos 2яу 4 (7)

где Я,— искомая (моделируемая) высота, м; Н - средняя высота насаждения, м; он ~ среднеквадратическое отклонение. Для сосны сг//=1,88.

Расчетные значения диаметра и высоты необходимо проверить на соответствие ряду ограничений:

1. Ограничение диапазона высот согласно правилу трех сигм:

|Я-Я,|^Зогя. (8)

2. Ограничения на минимальный диаметр и высоту дерева в насаждении:

ад;>0,45£>, (9)

Я, S 1,5 м. (10)

3. Ограничения, возникающие как результат усечения левой границы нормальной кривой распределения при рубках ухода:

fí,>Hmin, (12)

П3!1Ш г , 1ШП „

|дс «V, ^ и // - «оответсгвеиио макоимллэнмй диаметр и высота деревь-

е:! 01п.:дс(шыу в предыдущую промежуточную рубку и которые для ос-мкадм*©! стрелой явгягсчея мкним&льнмми из-за ккзовою характера рубок ухода.

Кслн рзочешыс значения диаметра на высоте груди [1\Д или высо-1Ы дерева И(не удовлетворяют какому-либо гч этих ограни чений. ¡о процесс модели рсвашя этил иарамсфиЕ, но уралкшичм (5) и {'/) необходимо повто-ршь.

Образующую ствола, которая опгк'.гх'.мяот форму и размеры ствола на всем «со прот<гкениг% согласно проц>. В С.Петпачскому, следует искать в виде:

( г л /- >2 / , ^

"о '-аг! jf

\'Ч

+fl2",//;J

(13)

V У

где 2х - текущий диаметр хшета, см; [д>5] - срединный диаметр ствола, см; «о ~а4 - коэффициенты, присущие определенной древесной породе, для сосны Яо ~ 1,60; >/\ «-3,3?; <г- = 7,47; щ -- -S,62; л4 = 2,?.9; у - текущая длина ci Nunt, м.

Дня того, чю(-г>1 :/CFi«aniio о<;уи(е«гвдол. раскрой древесных стволов на cop'i и мен i i-,i i ¡укис :iii¿:.ti. рггпргде.мии: и в i» лине пороков на качество заготавливаемой древ-хины. I Ui:iG:>r:oe часто вот р<-чающимся пороком древесного столь явллютол сучья. lv!< делнрошше п:ip:i!'Ктjxib сучковатости древесных стволе к лрС'Воднд»:ь и сшиилсгвин с методиками Л.Г.Дорофеева, М.Я,ОGp<>i>."'iва, 3А11 аипсна.

Зависимость дзииы наиболее ценной, (¡есоучковой зоны от диаметра ствола близка к линейной и для соснов ых стволов может был, выражена:

L, -=0,i ■ [Oyi[ ( I'). (14)

где Z, - длина бессучковой зоны, м; [D, 3| — диаметр i-ro ствола на уровне груди, см.

Jlniivtvip cy iivMi. моделирует си кок случайная величина, распределенная но шко! ,у Нейбулля:

(15)

где - диаметр /:-го сучка)-й мутовки i-ro ствола, см; dy - математическое ожидание диаметра сучьев, см. dy определяется как

Межмутовочное расстояние у сосновых стволов определяется по закону Вейбулла:

/,л=и37~-(Ы)0'43 (17)

где 1т - расстояние между мутовками сучьев, см; 1т - математическое ожидание межмутовочного расстояния, см.

■1т определяется как

=8+3,5.(24 (18)

Осуществляя расчеты по формулам (14) (18) мы моделируем распределение сучьев по длине древесных стволов. Зная также геометрические размеры участков стола, на которых располшвютея сучья, мы можем, в соответствии с ГОСТ 9463-88, определить их влияние на качество заготовленной древесины.

Таким образом, представленный математический ашшраг является необходимой базой для построения алгоритмов, вычислительных процедур проектирования лесовыращивания, заготовки круглого леса с проведением промежуточных рубок ухода по оптимальным рзжнмам и оптимизацией поперечного раскроя сосновых стволов на сортименты.

В четвертой главе разрабатываются вычислительные процедуры, алгоритмы и программное обеспечение САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выпуском круглых лесоматериалов.

Разработанный автором пакет прикладных компьютерных программ включает в себя 5 отдельных программ, каждая из которых реализует следующий алгоритм:

1. Программа моделирования сучьев и оптимальной раскряжевки древесных стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов -гаякг.ерр;

2. Программа моделирования хода роста сосновых насаждений с расчетом режимов промежуточных, сплошных рубок и оптимальной раскряжевкой заготовленных древесных стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов - гиЬиИое1я.срр;

3. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных: рубок по критерию максимального выхода стволовой древесины с 1 га в год -орйтит1.срр\

4. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок по критерию максимального выхода пиловочника с 1 га в год - орНтит2.срр,

5. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов с 1 га в год - орНтитЗ.срр.

Псе программы написаны на алгоритмическом языке СИ и представлены в приложениях диссертации.

! 1рн создании алгоритм«)) и программ расчета и оптимизации щюме-жуточкмх. сплотим* ру(мж леса и выпуска круглых лесоматериалов использовался блочно-иерархический мс.од программирования, поддерживаемый стандартом алгоритмического я-ыкп СИ. Этот иегод основан на расчленении сложной ариг^метико-лаи^жхой задачи на ^¡»д мелки?; и более простых подзадач-бло ¡ген, КшедыЙ разработанный блок является таверптегагой программной сгрукгурой, реи19,ом(сй нссгавжмную перед ней задачу. При необходимости :лог' блок может ис-.юл1.»:ват|.«:я как отдельная программа, независимая ог программных блоков, стоящих на более высоких иерархических уровнях.

Тин протраимг ли-.'.'.-.с/^; «Моделирование сучьев и оптимальная раскряжевка древесных стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых «алиментов» используется как самостоятельно - для имитационного моделирования раскряжевки древесного ствола заданного размера, так и как программный блок, включенный в подпрограмму «Проведение рубок с заданным процентом снижения запаса».

Оптимизация режимов рубеж ухогга за. лесом

[Модашрмкиш! хода р-оста со снопы < нас-азкмеин^

Опрэд* ле мше среди I- го Л паш:тра

нашисде.ьш«

»Додишроиалис

ДрСМ'СИоК

тимгов

Проведение рубок с { зидаянми процентов! ] сниасекня запаса

Оз:;ре'г.;<!.кепие пиловочной зошл древесных стволов

УГоде. шровшке

су ш ев в оптимальная раскряжет.ка

древесных

стволов

Расчет стоимости заготовленных сортиментов

Рис 2. Плочно-иерархкчсская структура программного обеспечения

Компьютерная программа гаЬи1ю%1а.срр - «Расчет режимов промежуточных, сплошных рубок и оптимальная раскряжевка заготовленных древесных стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов» подобным образом используеюя самостоятельно для имитационного моделирования хода роста однотозрастых сосновых насаждений заданного класса бонитета, возрасти, густоты с произвольным сроком начала рубок и

процентами снижения запаса. В то же время нот блок используется и в составе программ оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок.

Программное обеспечение САПР лссовыращивания содержит три оптимизационные профаммы optimuml.cpp, optirmmi2.cpp и optimum}, срр, близких по структуре.

Программа optimuml.cpp - «Оптимизация режимов промежуточных, сплошных рубок по критерию максимального выхода ст воловой древесины с 1 га в год» содержит следующие программные блоки:

1) Блок, реализующий выполнение процедуры оптимизации;

2) Профаммный блок, реализующий моделирование хода роста одновозра-стых сосновых насаждений;

2.1) Подпрограмму определения среднего диаметра насаждения;

2.2) Подпрофамму моделирования древесных стволов;

2.3) Подпрограмму проведения рубок с заданным процентом снижения запаса.

Профамма optimum!, срр - «Оптимизация режимов промежуточных, сплошных рубок по критерию максимального u и хода пиловочника с 1 га в год- содержит тс же блоки, что и программа optimuml.cpp, за исключением тою, что здесь подпрограмма проведения рубок включает в себя блок определения объема пиловочной зоны древесных стволов.

Профамма орИтитЗ.срр - «Оптимизация режимов промежуточных, сплошных рубок по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов с 1 га в год» так же аналогична программе optimuml.cpp, за исключением того, что здесь подпрофамма проведения рубок включает в себя следующие блоки: профаммный блок моделирования сучьев и оптимальной раскряжевки древесных стволов; программным блок расчета стоимости заготовленных сортиментов.

Таким образом, разработашше алгоритмы и пакет прикладных программ позволяют решать достаточно широкий спектр научных и инженерных задач прогноза, проектирования, оптимизации рубок ухода за лесом и выпуска сортиментов круглого леса.

В пятой главе описываются состав, сфуктура и экономическая эффективность системы компьютерного проектирования и управления показателями промежуточных, сплошных рубок леса и выпуска круглых лесоматериалов.

Для достижения приемлемых результатов проектирования в разработанной САПР выделен ряд видов обеспечения: математическое, профамм-ное, лингвистическое, информационное, техническое.

Разработанный математический аппарат позволяет осуществлять моделирование хода роста одновозрастных сосновых насаждений и прошози-ровать выпуск сортиментов круглого леса. На его основе были разработаны алгоритмы, вычислительные процедуры расчета таксационных показателей сосновых насаждений в процессе их роста, оптимизации раск|х>я сосновых

стволов на сортименты, оптимизации режим»» тромежугочных, сплошных рубок леса.

Митгмагтчеокое .-»бссивчеинс ¡жнлтустс* а профаммном обеспечении рафабстниай САПР и лред-лашнжю в виде пакета, прикладных программ для решения ггюч компьютерного проектирования лесовыращивапия с проведением рубок >»х.д» и лмпуошм соршышгов круглого леса.

Информационное обесивч«япте САПР геспвь-ращиванил с проведением промежуточных енжшюых руГох :н**, и выпуском круглых лесоматериале« состой,! ш информационного <|хшда ы срсдств управления этим фондом. Информационный фонд включает :в себя ннформгпгр'о, необходимую для выполнения «'нтомяттигогггапсто крэсксиролакия, а тнюке. информацию, которая предашиш ео€ой результат'у проведенные проектных работ. Информация, необходимая для проведения автоматизированного проектирования -это информация, представпенная траднцимшьши таблицами хода роста и существующими нормж'тшно-тсхническмми документами по рубкам ухода и раскряжевке древесных стволов. Выходная информация, содержащая результаты проектных работ, организована в виде элсктрошюй файловой системы и ее содержание, в случае необходимости, может быт, представлено в виде печатных доттменто? из буллитом носителе.

В востпн ?ешиче-:уих средкт» САПР лссаиьцащишшйя « проведением рубок ухе«»» а ныиуссоы сортимеипю круглой» леса включены 1ВМ-совмесгимый ¡¡гомпыопз;.1 киюза 4М5 1.)Х к иькпи :<> сг.шдартным набором пе-рифериймня уггрсйсгв, ¡Ш!№';аю1црх дисплей, клавиатуру, пр«шгер.

Аятом-л изнре4.апноэ »(ккштрованке .юо шыршгчванич с проведением рубок ухода и выпуском сортиментов ждоглого леса ставит перед собой целью осушествллгь прапю-трование хода ¡ях та сосновых насаждений. и определять наиболее предпочгитршшс, оятшапьиыв режимы лесовыращи-вания с проведением руЬонс. ухода.

Критерии предпочтения (критерии оптимальности) могут быть различными. Одним из начГкиш во-кммх критериев оптимальности для предприятий лошого шмшнксв ««(тоетой кригерий иалбольши о (максимального) выхода стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 гад лесовыращивания:

Ус

О г --------Е.....--чмлмх, (19)

7

с

где Q - объем пользо1М11Н.к спгсиювг.'й дрдзеса» ой, »«''(га • год); - запас стволовой дрсаесшш разреживаемой» изс-цадсши на момент главной, сплошной рубки, м3/га; АУр - обьем промежуточного пользования древесиной от р-й промежуточной рубки, м3/га; Тс возраст насаждения на момент главной, сплошной р>убз;и, лет.

При оптимизации по данному критерию возраст технической спелости для заданных целевых диаметров снижается на 11 - 56 лет в зависимости от бонитета, а среднегодовой выход стволовой древесины с 1 га увеличивается с 3,1 до 6,7,...., с 8,1 до 10,9 м3/га в зависимое™ от бонитета.

Другим критерием оптимальности, учитывающим как объемы заготавливаемой древесины, так и ее сортиментно-сортную структуру является критерий максимальной стоимости круглых лесоматериалов, заготовленных с 1 га лесфонда за 1 год:

/ \

----->гпах, (20)

Тс

где О — среднегодовая стоимость заготовленных сортиментов круг лого леса с 1 га лесфонда, у.е./(га-год); Сс - стоимость сортиментов круглого леса, заготовленных от главной, сплошной рубки, у.е./га; Ср - стоимость сортиментов круглого леса, заготовленных от р-й промежуточной рубки, у.еУга; Тс - возраст насаждения на момент главной, сплошной рубки, лет.

Лесовыращнвание та основе использования этого критерия позволяет снизить возраст технической спелости на 13-60 лет в зависимости от бонитета. При этом дополнительная прибыль с 1 га и год составит 0,49 - 2,71 у.е., где 1 у.е. равна стоимости среднего пиловочника 3 сорта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определен перечень и влияние основных параметров, описывающих процесс лесовыращивавия, учтивая его жсоводственные, лесозаготовительные и технико-экономические составляющие.

2. Разработан математический аппарат, отличающийся тем, что позволяет учесть взаимодействие выявленных параметров. Записанные в виде формул и уравнений, разработанные математические модели получили несомненный выигрыш в компактности, а также в возможности аналитического осмысления сложных процессов роста по сравнению с традиционными численными таблицами хода роста.

3. Предложена новая методика и разработан алгоритм оптимального поперечного раскроя древесных стволов по критерию максимальной стоимости выпиливаемых сортиментов круглого леса, что позволяет боле« рационально использовать древесное сырье, адекватно отражать стоимость заготовленного круглого леса с учетом динамики цен на круглые лесоматериалы, решать задачи планирования и выполнения сортиментиого плана лесозаготовительными предприятиями.

4. Разработанные вычислительные процедуры, алгоритм имитационного моделирования хода роста позволяют решать задачи:

- динамических расчетов лссота* cai 1,ионных параметров сосновых насажде-imfi la, I, П, III icwccoi i'owitга в вог.раеге or20 до 140 дет;

- проектирования системы биологически и технологически обоснованных

рубок ухода;

- сряЕнгпеш нот ai!ai>m дчух вариантов леговырпщивания: с проведением и без проведи пчя рубок уходч

.5- Раэрлбпганяь е ¡ш'шстггосьоыс ) ¡pin. едуры, алгори тм оптимизации режимов рубок ухода позволяют практике лесного хозяйства решать задачи поиска высокоэффективных оптимальные рсггимоя рубок >хода по таем, иам<ч>?ге гятсишг критериям:

- максимальному объему заготавливаемой древосины с 1 га за 1 год лесовы-ралциишпи;

- максимальному объему лаготаиливаемого пиловочника с 1 га за 1 годлесо-выращквання;

- максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов круглого леса с 1 га за 1 год лесовырэдцнвания.

6. Предложен новый метод определения экономической эффективности лесояыршцивани.т с проведением рубок ухода н выпуском круглых лесоматериалов.

7. Пр-иеденгые научные нее ледои анн л а разработки позволяют выдвинусь рчд НЛВЫК 3U*H.

-необходимо проводит i. но.миле кхиня, пззвгыгюодие расширить дородный состав прое1.ти|>>емнч доеедг&сагедеиий г. встюжностью рассмотрения не только u,^Kii'0-ipti(.n<!>>', м» м \жл loso'ijxicmwx, не только чистых, но и смешанных др^Боотооз;

-необходимо нрюио/жтг» »сслодооашм по раст .<ртиго спектра решаемых с помощыо САШ" десовид-гвенныл задач, включая при этом не только рубки ухода, но и другие лесохозяйствешше ме№тфи»ти«!, рассматривая т-тх а совокупности., КОМШЮКСИО.

ОСНОВНОЕ СОД2ЛКАШ£ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАЛО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1.Б.шш>в H.A., Гр:бет 1 тиков 11.Д. Информационный мониторинг эшошю! сораиченги о-ссрпшой структуры лес ¡он осаждений. I Молодежь и проблемы к1«{юр№ШГ40««ton> и околот нчвекого мониторинга: материалы Рос-снйскшишучного симпозиума. Воронеж: ВГТА, 1'>96. • кн. 1

2. Бявясков H.A. Гребенную» Н.Д. Экокочтоо-мотематическое моде-лмрокшшс сортимент.-* vcopiHoil структуры межюажпвний. /' Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса. - Воронеж: ВГЛТА, 1996.-с. 5-7.

3. Блажков Н.А Компьют<!рное управление ускоренным лесовыращи-ванием древостоев и выпуском лесоматериалов. / Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и

систем управления лесного комплекса. - Воронеж: ВГЛТА, 1997. - с. 205 -208.

4. Блажкои ILЛ. Математическое моделирование хода роста одновоз-растных сосновых насаждений с проведением рубок ухода. / Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса. - Воронеж: ВГЛТА, 1996. -с. 11-13.

5. Петровский B.C., Блажков Н.А. Основы построения программной обеспечения САПР лесовыращнвания с проведением рубок ухода и выпуском сортиментов круглого леса / Математическое моделирование, компью терная оптимизация технологий, параметр;® оборудования и систем управ ления лесного комплекса. - Воронеж: ВГЛТА, 1998.

6. Многокритериальная оптимизация густоты посадки плантаций то поля. / Блажков Н.А., Катсванга К.Т., Петровский B.C., Черелухин С.А.; Во ронежская государственная лесотехническая академия. Воронеж, 1995. Деп в ВИНИТИ 16.01.96, W 147 - В96.

7. Petrovsky V S., BlajkovN.A., Tcherepukhín S.A. Growths Developmen Management of Larch Forest with Optimisation of Tender Cutting Regimes fo Intensive Yield of Stem Wood per 1 hectare for 1 Year of Fore st Growing. - In IUFRO Interdivisional Symposium "Larix-'98: World resources for breeding, re sistance and utilization". - Krasnoyarsk, Siberia, 1998.

Подписано в печать 16.10.98. Формат 60x841/16 Объем 1 п.л. Тираж 85 эта. Заказ № 9 2» РИО ВГЛТА. 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 УОП ВГЛТА

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

БЛАЖКОВ НИКОЛАЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ В САПР ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ С ПРОВЕДЕНИЕМ РУБОК УХОДА И ВЫПУСКОМ КРУГЛЫХ

ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.13.12. - «Системы автоматизации проектирования»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор, Заслуженный деятель науки и техники России, Академик АЕН России B.C. Петровский

ВОРОНЕЖ 1998

Введение................................................................................................................7

Глава 1. Состояние изученности темы, цель и задачи научных исследований................................................................................................13

1.1. Практика проектирования и проведения промежуточных, сплошных рубок в сосновых древостоях...........................................13

1.2. Таксационные таблицы как характеристики объектов управления промежуточными, сплошными рубками леса........................17

1.3. Существующая практика определения периодичности, возраста разреживаний и сплошных рубок............................................19

1.4. Существующая практика математического моделирования промежуточных, сплошных рубок и прогноза выпуска круглых лесоматериалов............................................................................23

1.5. Характеристика экономических показателей промежуточных, сплошных рубок леса с выпуском круглых лесоматериалов...........26

1.6. Цель, задачи исследований и научных разработок............................28

Глава 2. Разработка теоретических основ автоматизированного проектирования и управления лесовыращиванием с проведением рубок ухода и выпуском круглых лесоматериалов...........................30

2.1. Анализ системы промежуточных, сплошных рубок с выпуском сортиментов круглого леса как объекта проектирования САПР...................................................................................................30

2.2. Анализ существующих математических моделей роста дре-востоев, их реакций на рубки ухода за лесом...................................37

2.2.1. Математические модели роста древостоев в высоту..................38

2.2.2. Математические модели динамики запасов, приростов стволовой древесины....................................................................41

2.2.3. Модели реакций древостоев на рубки ухода за лесом................43

2.3. Теоретические обоснования периодичности и объемов промежуточных, сплошных рубок...........................................................46

2.4. Анализ методов построения экономико-математических моделей выращивания древосгоев и выпуска сортиментов круглого леса.......................................................................................49

2.5. Анализ математических моделей древесного ствола как объекта управления выпуском круглых лесоматериалов.......................53

2.6. Теоретические предпосылки построения экономико-математических моделей выхода лесопродукции в стоимостных показателях..............................................................................................57

2.7. Выводы.................................................................................................62

Глава 3. Синтез математических моделей прогноза хода роста и оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса и выпуска круглых лесоматериалов......................................................65

3.1. Моделирование динамики запасов контрольного, неразрежи-ваемого насаждения............................................................................65

3.2. Моделирование динамики запасов разреживаемого насаждения........................................................................................................67

3.3. Моделирование средней высоты, среднего диаметра контрольного и разреживаемого насаждений.........................................68

3.4. Моделирование размерных характеристик древесных стволов........71

3.5. Моделирование параметров, характеризующих качество древесных стволов....................................................................................74

3.6. Выводы.................................................................................................76

Глава 4. Вычислительные процедуры, алгоритмы и программное обеспечение САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выпуском круглых лесоматериалов.....................................78

4.1. Структура программного обеспечения...............................................79

4.2. Алгоритм оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок....................................................................................................81

4.3. Алгоритм моделирования хода роста одновозрастных сосновых насаждений с проведением рубок ухода....................................85

4.4. Алгоритм определения среднего диаметра насаждения...................94

4.5. Алгоритм моделирования диаметров и высот древесных стволов в насаждении.........................................................................96

4.6. Алгоритм имитационного моделирования рубок низовым способом с заданным процентом снижения запаса..........................98

4.7. Алгоритм определения объема пиловочной зоны древесных стволов...............................................................................................103

4.8. Алгоритм моделирования размеров, расположения сучьев и оптимальной раскряжевки древесных стволов по критерию максимальной стоимости выпускаемых сортиментов круглого леса................................................................................................106

4.9. Алгоритм расчета стоимости заготовленных сортиментов.............127

4.10. Выводы.............................................................................................128

Глава 5. Система компьютерного проектирования и управления показателями промежуточных, сплошных рубок и выпуска круглых лесоматериалов..........................................................................131

5.1. Состав и структура САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выпуском сортиментов круглого леса.....................131

5.2. Оптимизация процесса лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимального объема выхода стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 год.......................................136

5.3. Оптимизация процесса лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимального выхода пиловочника

с 1 га лесфонда за 1 год....................................................................141

5.4. Оптимизация процесса лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимальной стоимости сортиментов круглого леса, заготавливаемых с 1 га лесфонда за 1 год........144

5.5. Эффективность лесовыращивания при оптимизации режимов рубок ухода по критерию максимального объема выхода стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 год................................148

5.6. Эффективность лесовыращивания при оптимизации режимов рубок ухода по критерию максимальной стоимости сортиментов круглого леса, заготавливаемых с 1 га лесфонда за 1

год......................................................................................................151

5.7. Выводы...............................................................................................154

Заключение.......................................................................................................156

Список литературы...........................................................................................161

Приложения......................................................................................................170

Приложение 1. Программа моделирования сучьев и оптимальной раскряжевки древесных стволов по критерию максимальной

стоимости заготавливаемых сортиментов - raskr.cpp....................170

Приложение 2. Программа моделирования хода роста одновозра-стных сосновых насаждений, расчета режимов промежуточных, сплошных рубок и оптимальной раскряжевки заготовленных древесных стволов - rubuhodacpp.....................................175

Приложение 3. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса по критерию максимального объема выхода стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 год -

optimuml. срр.....................................................................................183

Приложение 4. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса по критерию максимального выхода пиловочника с 1 га лесфонда за 1 год - optirnum2.cpp...........188

Приложение 5. Программа оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса по критерию максимальной стоимости сортиментов круглого леса, заготавливаемых с 1

га лесфонда за 1 год - орШпитЗ.срр................................................194

Приложение 6. Результаты оптимизации лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимального объема

выхода стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 год...................202

Приложение 7. Результаты оптимизации лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимального выхода

пиловочника с 1 га лесфонда за 1 год..............................................209

Приложение 8. Результаты оптимизации лесовыращивания с проведением рубок ухода по критерию максимальной стоимости сортиментов круглого леса, заготавливаемых с 1 га лесфонда

за 1 год...............................................................................................216

Приложение 9. Акты внедрения научных разработок в практику

лесного хозяйства.............................................................................236

Введение

Актуальность темы. Современные технологии выращивания и заготовки круглых лесоматериалов отличаются от традиционных способов ведения хозяйства тем, что предъявляют более высокие требования к экологической безопасности производства, вышкой интенсивности, и как следствие - высокой эффективности производственного процесса. При этом постоянно осуществляется изыскание новых, более перспективных способов и методов ведения лесного хозяйства» когда проводятся дополнительные лесохозяйствен-ные мероприятия, направленные на существенное увеличение размеров заготовки стволовой древесины с 1 га лесфовда за 1 год лесовыращивания.

Рубки ухода являются одним из таких лесохозяйственных мероприятий. Их сущность заключается в своевременном удалении на определенных этапах рост насаждений больных, отсталых в росте деревьев. При этом, с одной стороны, освободившееся пространство способствует более интенсивному росту остающихся деревьев, что позволяет сократить время лесовыращивания и существенно приблизить возраст главной, сплошной рубки, а с другой стороны - становиться возможным заготавливать дополнительные объемы древесины с единицы площади лесфонда за счет промежуточного пользования.

Высокая значимость рубок ухода не вызывает сомнений, однако проектирование режимов рубок сопряжено с целым рядом трудностей, главная из которых - большая длительность процесса лесовыращивания, соизмеримая с продолжительностью жизни человека. По этой причине исследователь сильно ограничен в постановке активных экспериментов с целью выявления наилучших, оптимальных режимов рубок ухода. Другая сложность заключается в том, что все измерения лесотаксационных параметров насаждений приходится выполнять в сложных полевых условиям причем площади даже пробных участков леса (то есть некоторых характерных участков, где и про-

водятся измерения) достаточно велики, а количество деревьев измеряется в тысячах. Все это усугубляется еще и тем, что в основном приходится измерять растущие деревья, а при этом возникают труднопреодолимые сложности в определении размерных и качественных характеристик деревьев по высоте ствола.

Процесс проектирования рубок ухода непосредственно связан с прогнозированием хода роста разреживаемых насаждений, так как только количественные и качественные критерии роста могут служить оценкой правильности проведения рубок. Вместе с тем, прогнозирование хода роста разреживаемых насаждений является само по себе сложной и трудоемкой задачей. Для ее решения необходимо иметь математическую модель, отражающую не только возрастные изменения таксационных показателей насаждения, но эта модель должна еще учитывать и изменения таксационных показателей насаждения как реакцию на рубки ухода.

Однако построение такой математической модели связано также с проблемами проведения точных измерений, скудностью и неоднородностью информационных данных о реакции лесонасаждений различного возраста и породного состава на рубки различной степени интенсивности, необходимостью в использовании больших объемов информации и проведении сложных математических расчетов. В связи с этим рубки ухода проектируются не всегда обоснованно, чаще всего согласно рекомендациям, основанным на предыдущих опытах и ошибках. Кроме того, хотя всеми лесоводами подчеркивается необходимость систематичного проведения рубок ухода, на практике проектируют не весь комплекс рубок, а только очередную, текущую на данный момент рубку ухода, что значительно снижет полезность проводимых проектных работ, не позволяя использовать все преимущества и выгоды системного проведения рубок ухода.

Таким образом, проблема создания эффективной системы автоматизированного проектирования (САПР) систематичных рубок ухода представ-

ляется весьма актуальной. Высокие темпы развития вычислительной техники, языков программирования и вспомогательных прикладных компьютерных программ позволяют в настоящее время решить эту сложную научно-практическую задачу. Вариант ее решения для чистых одновозрастных сосновых лесонасаждений представлен в данной диссертационной работе.

Разработанные автором средства САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выпуском круглых сосновых лесоматериалов позволяет осуществлять:

- моделирование хода роста с определением возраста технической спелости одновозрастных сосновых насаждений la, I, II, 1П бонитетов, пройденных рубками ухода различной степени интенсивности;

- моделирование раскряжевки сосновых стволов с оптимизацией стоимости заготовленных сортиментов круглого леса;

- оптимизацию режимов рубок ухода по критерию максимальных объемов заготавливаемой древесины с 1 га лесфонда за 1 год;

- оптимизацию режимов рубок ухода по критерию максимальных объемов заготавливаемого пиловочника с 1 га лесфонда за 1 год;

- оптимизацию режимов рубок ухода по критерию максимальной стоимости заготовленных сортиментов круглого леса с 1 га лесфонда за 1 год;

Проведенный анализ экономической и хозяйственной эффективности лесовыращивания и выпуска сортиментов круглого леса по оптимальным режимам определил значительный положительный эффект от использования средств САПР, а результаты внедрения в производство научных разработок выявили их ценность для практики лесного хозяйства.

Научная новизна

1. Проведенный анализ системы промежуточных, сплошных рубок леса и выпуска круглых лесоматериалов дал возможность получить более полное представление о процессе лесовыращивания, отличающееся учетом внутреннего взаимодействия компонентов системы, рассмотрением в сово-

купности лесоводственных, лесозаготовительных и экономических составляющих данного процесса.

2. Полученные автором математические, экономико-математические модели хода роста одновозрастных сосновых насаждений и их реакций на рубки ухода отличаются тем, что учитывают большое количество входных параметров изменяющихся в заданных диапазонах. Как следствие этого данные модели являются более точными в описании реальных процессов роста.

3. Вычислительные процедуры» алгоритмы моделирования хода роста и оптимизации режимов лесовыращивания с выпуском круглых лесоматериалов отличаются последовательностью проведения необходимых вычислений, предусматривают возможность долгосрочного прогнозирования хода роста насаждений и планирования рубок ухода.

4. Предложенный метод определения технической спелости древо-стоев в САПР лесовыращивания и выпуска сортиментов круглого леса отличается обоснованностью назначения целевого диаметра технической спелости, определяемого из расчета получения максимальной прибыли от лесовыращивания и выпуска круглых лесоматериалов с 1 га лесфовда в год.

5. Предложенный метод и алгоритм раскряжевки древесных стволов отличается новым подходом в определении критерия оптимальности схемы поперечного раскроя, что дает возможность максимизировать стоимость заготавливаемых сортиментов круглого леса.

Практическая значимость 1. Математические модели, вычислительные процедуры, алгоритмы САПР лесовыращивания с проведением промежуточных, сплошных рубок и выпуском сортиментов круглого леса позволяют практике лесного хозяйства решать задачи долгосрочного прогноза хода роста одновозрастных сосновых насаждений, обоснованно проектировать промежуточные, сплошные рубки леса при снижении возраста технической спелости, увеличении

объемов пользования древесиной и повышении прибыли от заготовки круглых лесоматериалов с 1 ш лесфонда за 1 год лесовыращивания. 2. Вычислительные процедура, алгоритм, компьютерная программа оптимальней раскряжевки древесных стволов по критерию максимальной стоимости заготавливаемых сортиментов круглого леса дают возможность увеличить выход более ценной, более крупной и более высокосортной древесины, в результате чего возрастает прибыль лесозаготовительных предприятий от реализации круглых лесоматериалов, более полно удовлетворяются потребности потребителей лесопродукции, уменьшаются погребные площади вырубаемого лесфонда.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на следующих научных конференциях и симпозиумах: международном симпозиуме «Larix-98: World resources for breeding, resistance and utilization» (Красноярск, 1998); Р�