автореферат диссертации по транспорту, 05.22.12, диссертация на тему:Научные основы планирования транспортных систем лесных предприятий в условиях многоцелевого использования

На правах рукописи

КОВАЛЕВ ^ ^ Рудольф Николаевич

О-.

¿£5 ^Г УДК 630.377

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПЛАНИРОВАНИЯ

ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ ЛЕСНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ МНОГОЦЕЛЕВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

05.22.12— Промышленный транспорт

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1995

Работа выполнена в Уральской государственной и Санкт-Петербургской лесотехнических академиях.

Научный консультант — доктор технических наук, профессор Б. А. ИЛЬИН

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ член-корреспондент Академии транспорта РФ доктор технических наук, профессор Г. А. ФЕДОТОВ;

академик Академии транспорта РФ доктор технических наук, профессор В. А. КУДРЯВЦЕВ;

заслуженный деятель науки и техники РФ академик РАЕН доктор технических наук, профессор В. И. ПАТЯКИН

Ведущее предприятие — АО «ЛЕСИНВЕСТ».

Защита состоится 23 мая 1995 г. в 13.30 на заседании диссертационного совета Д. 114.03.01 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 9, ауд. 7-404.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петербургского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан « . апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д. т. н., профессор

Е. П. ДУДКИН

Оодад характеристика работы

Актуальность точи. Сяохпвсзяся в леской отрасли страны ситуация, как с состоянием лесного фонда в Европеиско-Уралъской части, так и в ее экономике, характеризуется сочетанием большого числа взаимосвязанных, но и противоречив!.« процессов. Резкое сокращение площадей неосвоенных спелых и пряспезастгх лесов и возрастающая их'роль в охране скружэгцей среды диктует необходимость вовлечения в процесс лесопользования в регионе всех групп лесов в соответствии с состоянием и характером их воспроизводства на основе принципов неистовлтель-ного многоцелевого лесопользовачия. В связи с этим необходимо быстрое-и значительное увеличите обьешв лесопользования по всем его ресурсам с сырьевым, зачетным и социальным) за счет развития рубок промежуточного пользования, что шкет быть обеспечено путем создания в короткие сроки густой сети экономичных технологических путей в яревостоях, не достигших спелости, • с последующим стадийным развитием, обеспечивающим минимум издержек.

Однако особенности экономической ситуации в стране находят отражение в' условиях деятельности и экономическом поведении лесных предприятий, тех целях,, которые они ставят перед собой. Для них характерна тенденция к упрощению технологии, спад производства, прекрздение работы-по профилю проектных институтов, строительных трестов, резкое снижение инвестиционной-активности. Текущие интересы при этом преобладают- над перспективными целями. Между тем, по мнению ведущих экономистов, одним из центральных требований рыночной экономики язляется реальная нацеленность деятельности предприятий на перспективы развития,- именно внутренние, побудительные к развитию импУльсы, исходящие от предприятий, являются в рыночных условиях основой развития лесной отрасли.

Для решения указанной проблемы на стадии плакирования необходим аффективный, удобный в практическом использовании научный инструмент, которого пока нет. Разработанные в диссертации теоретические положения являются научной основой для решения проблемы транспортного обеспечения современного процесса многоцелевого лесопользования.

Работа выполнялась в соответствии с координационными планами НИР бывшего Минлеспрома СССР, Государственной научно-технической программе га "Комплексное использование и воспроизводство древес-

¡¡ого сырья", по целевым ксыплокагим программам Госкомитета № по висией зиколе, науке и тех:шчсскон политике, N N государственной регистрации 01860036860, 019100.17093, 0193000.1610.

Дал-, работы заключается в разработке научных основ планирования траасюрп-ш систем дескш предприятий в условиях щ акс-плуатации в разновозрастных древсстоях при многоцелевом непрерывном лесопользовании, развития за основе принципов системного подхода, позволяющих получать максимальный эколого-зконоы»гаеский эффект при лесопользовании.

В соответсвии с цежо работы сформулировали следумгде задачи исследований:.

- проанализировать и выявить особенности функционирования ТСЛП яа современном этапе развит х-^ной отрасли с учетом динамики лесищ ресурсов £вролейс!со-Ургши.ой совы;

- выявить основные принципа современного рационального лесопользования, являвшиеся основой ыетодологип оптимального планирования ТСЛП как его структурного элемента;

- на основе выявленных принципов рационального лесопользования разработать модель рабочей нагрузки на ТСЛП;

- сформулировать цель функционирования ТСЛП в новых условиях .лесопользования, на осшве которой выполняется выбор показателей оценки эффектности развития ТСЛП;

- разработал» обаее системное и параметричестсое описание ТСЛП;

- выполнить анализ задачи оптимизации ТСЛП, разработать и обосновать выбор критериев оптимизации;

- 'разработать целевую функцию и обосновать вибор уяравллхяцв: переменных; . ..

- разработать математическую ыодель оптимального планирования ТСЛП и алгоритм реяенкл оптиымзационной задачи;

- разработать варианты конструкций дорожых одеац лосннх дорог с учетом стадийного усиления на основе местных материалов;

- разработать математическую модель и алгоритм репокия задачи оптимизации дорожках конструкций с учетом перспектдаы развития ТСЛП;

- разработать структуру, ыатеиатическоо и информационной обеспечение интегрированной системы оптимального планирования ТСЛП на за!, позволяй дую реализовать разрабогажке теоретически приз цилы и математические ыодехи, обосновав их адасватность в процессе вычислительного эксперимента.'

Кетодологся нсследслаш:;!. Принятая общая методика исследований. ввиду комплексности и сложности проблемы основана па принципах системного подхода. Математические модели построены на основе теорий графов, множеств, динамического и нелинейного с элементами целочисленного программирования. Отдельные частные методики базировались на аппаратурных методах исследований в производственном эксперименте и на основе методов вычислительного эксперимента на ЭВМ.

Научная нозизна. К наиболее существенным новым научным положениям, выносимым на защиту, относятся:

1. Параметрическое и общее системное описание ТСЛП как структурного элемента предприятия, ведущего, современное рациональное лесопользование.

2. Показатели эффективности ТСЛП - коэффициент уровня развития и экологическая плотность транспортной сети, потери в лесном хозяйстве от бездорохья, эколого-экономическкй эффект от реализации ТСЛП. удельная энергоемкость транспортного процесса. .

3. Основные положения динамического подхода к оптимизации ТСЛП. включающие:'

- общую методологии динамического многокритериального подхода к оптимизационной задаче планирования ТСЛП:

- математическую модель выбора оптимальной траектории развития ТСЛП как единое концептуалыйе описание конфигурации транспортной сети в виде графа, параметров дорогиых конструкций и подвижного состава.

- математическую модель И алгоритм определения,оптимальных параметров дорожных конструкций (ДК) дуга транспортной сети в динамике с учетом роста нагрузок на вся перспективу эксплуатации дороги.

- вычислительные алгоритмы и результата машинных экспериментов на математических моделях при планировании ТСЛП в диалоговой интегрированной системе планирования ТСЛП (ДИС ТСЛП).

В целом предлокены новая концепция, система критериев оценки эффективности, методология и интелектуальные програмные средства, которые могут быть использованы не только при планировании новых, но и при развити действующих ТСЛП. Система математических моделей оптимального планирования ТСЛП, программно реализованная на ЭВМ, позволяет вести расчеты для условий многоцелевого лесопользования (рубки главного и промежуточного пользования, перевозка нелесных

грузов при выполнении лесохозяйствеккых мероприятий и др.) и большого множества вариантов схем существующей сети.

Достоверность теоретических положений, выводоз, аналитических зависимостей и рекомендации обеспечивается адекватностью разработанных математических моделей реальным процессам, подтверя-денных производственными и вычислительными экспериментами на ЭВМ.

Практическая значимость работы заключается в том. что основная область применения ее результатов - действующие предприятия с транспортной сетью, требующей развития в условиях разновозрастных древостоев при многоцелевом лесопользовании. Созданная в процессе работы ЛИС ТСЛП позволяет вести ее планирование в условиях конкретного предприятия с помощь» стандартной ПЭВМ семейства 1ВМ РС АТ 286 и выше, гибкая многокритериальная система показателей оценки эффективности функционирования и развитая ТСЛП делает ее универсальной для предприятий различной направленности лесопользования. Системная модель вместе с математическими моделями и програмной реализацией в виде ДИС ТСЛП может использоваться в НИИ и проектными организациями, предприятиями лесной отрасль в вузах и техникумах лесного профиля (совершенствование и интенсификация учебного процесса, повышение качества фундаментальных знаний и профессиональных практических навыков будущих специалистов).

Реализация работы. На основе ДИС ТСЛП выполнено планирование транспортных систем в Нижневартовском ЛЗП Тюменской области. Красноуральском КЛПХ Свердловской области. Тихвинском КДПХ Ленинградской области. Результаты теоретических исследований использованы при выполнении'НИР, выполняемых по ГНТП " Комплексное использование и воспризводство древесного сырья".а такае в комплексе с ДИС ТСЛП в учебном процессе подготовки специалистов (спец. 26.01) в УГЛТА.

Апробация работа. Излозенные в диссертации результаты исследований докладывались и обсуквались в ВНПОлеспром (Химки. 1974.1976). на 48-ой научно-методической и научно-исследовательской конференции МАЛИ (Москва, 1990гч). ежегодных НТК в СПбЛГА и УГЛТА В 1977-1993 ГГ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 24 печатные работы, в т.ч. 1 монография и 2 авторских свидетельства, в изданиях, рекомендованных ВАК для публикаций материалов докторских диссертаций, а также в 12 отчетах по НИР, представлененых во ШпТИ.

О'т-ом работа. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов й рекомендаций,- списка использованных источников (161 наименование) и 6 приложений. Объем диссертации составляет 309 страниц основного текста, в том числе 27 таблиц, 44 рисунка, 114 страниц приложений.

Содержание работы

1.Езсдегаю. Состоя'шо проблему, цель и ззлачи згсследос^пи'. Во взедении обоснована .актуальность теш, практическая значимость и реализация работы, приведена ее аннотация.

В первой главе выполнен.анализ суЕествуюаих методов планирования и оптимизации транспортных систем в целом (как лесных, так и иного назначения). На основании изучения состояния вопроса сделаны гыводы по проблеме, сформулированы цель и задачи исследования. '

Еольиой вклад в разработку п развитие теории и методов проектирования лесных транспортных систем внесли 'российские ученые Ю.Негессгай, С.Л.екроаятпкпоя, В.В.Буверт, Б.Д.Ильин, Н.М.Кору-изв, Ю.Я.Вснцсиосцст, 3. 8Д<ыагулов, а из зарубежных 0.1япззол н др. Теоретические концепции в этих работах исходили из того, ' что оптшальпой является такая плотность лесовозных дорог,- при ¡»торой затраты на перЬотный транспорт и вывозку древе-евнц минкмальш'. Оадячкя в постановке задачи у различных авторов сводились к увеличении числа аргументов и уточнешш составлявши затрат. Функции затрат при этом сводились к линейному виду, поз-еолшзйг/ получить гнашичваюэ репениэ. ,0лпвт предложенные методы не позволяют ответить на вопрос, что и как следует изменить в транспортной системе для получения матовмального эффекта при ее создании и эксплуатации.

С развитием гщисятттелыгой техник"! пришадной математики большей 'вклад в разработ:су и развитие методов моделирования транспорта систем в целой внесли В.ГЗ.Лиулпьтюс, Л.П.Баг/р,";!, Л.О.Гжп'-гкЯ; ■ Г.А.Еорсг»скгЯ, .• Т.П.Воспрсссшзиа, Л.В.Каяторэ-кп, Л.Л.Смсгст. Г.Л.бгдохоп, Я.В.Хеняа и др. В

области лесшвд транспортных снсгн! из российских ученых необчоди-т 'отздтегь работы В.И.Дгя&ьс20, 1М*.Л0гпакггоза. В.В.Еогорада, Р.Л.~-?и»гя,' П.Г. Ггплге-а, В.С.ГсрОлчскспсго, Л.У.ДдезшгскоЯ, З.З.Лгтатзгз, '' О.Й.ЛзОйгэва, В.ПЛ*31агпп«№а, З.И.Патяккна, Д.П.Глтматз.Э.О.Саветтмтэ, З.Т.Уугтяовэ и др., а из зарубежных -

P.Stenbrinka, E.Mukkonena. J.M.Tana и др.

Лесные дорога выполняют технологические Функции и является неотъемлемой составим! частью лесного предприятия, ведущего современное рациональное лесопользование. которое, в свою очередь, является частью природопользования. Очевидно, что для оценки эффективности таких систем должны применяться и другие, специфические. критерии, кроме общепринятого минимума приведенных затрат. Существующие частные методы исследования отдельных элементов ТСЛП должны быть дополнены ц организованы в общесистемную методику проектирования. С теоретической точки зрения главной задачей исследований по данной проблеме является дальнейшее развитие системного подхода к ТСЛП, логически: ого завершение формализацией, создание общей математической кодели ТСЛП как единой динамической системы.

2.0сношшо пршвдшы лесолользозаиия, пелхшшые в основу методологии оптнаалъпого планирования ТСЛП. В данной главе проанализированы особенности динамики лесных ресурсов РФ, проанализированы основные принципы выбора рационального варианта многоцелевого лесопользования, лесная, типология как внешняя среда системной подели ТСЛП, разработана модель рабочей нагрузки на ТСЛП. В ней учтено, что современных.-условиях лесное хозяйство является'одной из основных отраслей промышленного комплекса страны, целевые установки н вся производственная деятельность которого должны иметь ярко выраженный природоохранный характер. Поэтому требования экологии по своей сути доланы быть неразрывно связаны с технологией лесопользования, стать 'ее структурные .элементами. ТСЛП является структурнш элементе;.; белее, общей системы лесопользования и выбор ее.параметров необходимо выполнять во взаимосвязи с выбором рационального.варианта лесопользования для природяо -производственных условий данного предприятия или региона. Это определяет, в своп очередь, выбор показателей эффективности функционирования и развитая TCJ1I1.. и прежде всего величину рабочей нагрузки на ТСЛП.

При рассмотрении отдели рабочей нагрузки, позволяющей учитывать многообразие технологий .рубок главного и промежуточного пользования, а такг© лесохозяПстветшх мероприятий, необходимо исходить, в отличие от кыне существующих методов, из величины грузообразущей площади, возрастной структуры насаждений и расчетных грузоотдач по классам возраста с учетом прочих грузов. Мо- 6-

гель рабочей нагрузки может быть функциональной и прогностической. функциональная рабочая нагрузка необходима для математического 'описания процесса функционирования ТСЛП. а прогностическая -процесса развития. Функциональная нагрузка представляет собой математическое ожидание величины расчетного годового грузооборота по сети в целом и каждому ее участку на определенном этапе ее развития (статика), установленного на основе вышеуказанных принципов. а прогностическая . - скачкообразно менявшуюся по этапам планирования функциональную рабочую нагрузку(динамика).

3.Моделирование ТСЛП. В главе исследованы вопросы моделирования ТСЛП. витающие общее системное и параметрическое списание ТСЛП. разработку ее математической , модели, приведено описание всех аналитических зависимостей, входящих в математическую модель, целеву» Функцию и систему ограничений оптимизационной модели. .

При моделировании ТСЛП в качестве методологического инструмента исследований ввиду сложности объекта принят системный подход, в соответствии с принципами которого ТСЛП включена в систему более высокого ранга - систему лесопользования. Системней подход дал возможность получить начальное изображение ТСЛП. которое конструктивно допускает развертывание новых связей и отложений мелду элемента::;;, системным центром и внешней средой.

ТСЛП будучи технической системой вместо о тем является экологическим объектом, который выступает в виде неспецифических оснований. Определяющим в работо является технический характер ТСЛП, неспецифические основания значимы-в пределах выяснения специфических качеств для выработки критериев их оценки. Законы структу-рообразоваюш и функционирования технической системы, экономически и экологические,оценки взаимно дополняют друг друга и через их единство на основе системных представлений осуществляется сис-ткиая оптимизация пюгомэрноЯ и мвогоф&кторпоП ТСЛП.

Параметрическое описание (рис.1) позволило определить ТСЛП ;:ак открытую слоагуэ систему.' вгслючающуа большое число элементов и взаимодействуя:®® с внешней средой биологической природы (биогеоценозы). Оно позволило выделить и сформулировать основные параметры, характеризуйте связь ТСЛД с енеаней средой, ее внутренние связи.- .

' Декомпозиция транспортной сети как подсистемы ТСЛП позволяет акявить функциональную специфичность каждой из ее трех структур- 7 -

Внешняя среда Етрп = а + b lg Npn —j Конструктивные параметры ДК

______ 1 .. ________ 1 i

Параметры лесного фонда Np„ ^ПОЛ^Е Ntn'Sj, Вм~ ширина ДК

________ ______i _ .. . .. 1 1

Система лесопользования Нтп = 61% / Ми or. Егр - параметры грунтов 'зем. полотна

_____ 1________________ 1 1

РСЛМ On Sj il^lQl + Qap б - прочность материалов слоев

_ _ л___________ 1 1

TTC вывозки 1_ - - ljdj - t O.T) ■ п - число слоев с - стоимость материалов слоев

i Г

Параметры подвижного состава h - толщина слоев

Рис.1. Параметрическая модель ТСЛП.

. ПРИМЕЧАНИЕ:

S, - площадь лесосеки в J-ом квартале;

1, - длина технологического пути в зоне лесосеки;

d, - ширина зоны тяготения лесных грузов к технологическому пути;

Э.Т- экологические и технологические факторы;

Оя - объем перевозимых по n-ой ветке грузов;

m'j.qi - доля и грузоотдача древостоев 1-го класса возраста;

Чип " грузоотдача прочих грузов;

NT„ . интенсивность движения по n-ой дуге транспортной сети; fnsjl - коэффициент учета числа полос движения:

. коэффициент приведения к расченому автомобилю; Етрп - требуемый модуль упругости дорожной одежды п-го пути. TTC - транспсотно-технологаческие схемы

кых элементов (рис. 2). Транспортная сеть включает в себя опорную (магистральные и основные технологические) и первичную сеть, включающую в себя врёменные технологические пути (усы и проезды для форвардеров). Специфичность первичных технологических путей (ППТЛП) состоит в том, что основными требованиями к ней в условиях рубок промежуточного пользования являются экологические, выражаемые в виде ограничений на дальность подвозки грузов к опорной сети. Параметры основных технологических путей(ОТЛП) определяют густоту или уровень развития транспортной сети, от которой зависит интенсивность ведения лесного хозяйства на предприятии. Магистральные пути (ПКП) выполняют основной объем грузовой работы ТСЛП и обеспечивают ее производительность как транспортной системы.

В формализованном виде модель ТСЛП представлена в виде тройки nt). net). А ( t ), О < t < Т, где

Pit) «. (Ylj(t)} - функция, моделируакая параметры транспортной сети, значениями которой является ориентированный граф. Для каздей дуги .(1,3) графа на начальном этапе проектирования ТСЛП можно считать известными следуздпо характеристики: длина дуга; факт существования дуги X1JU) а виде булевых переменных; соответствие дуги технологическому пути или магистрали; перечень лесных кварталов, тяготеюг;пх к соответствующей дуге технологического пути.

П(t) = 1щ3(t)} - функция, ноделирувщая параметры дородных конструкция ДК., значениями которой является набор век-тор-функцпй яи (t) с целочисленными (тип покрытия, количество и материалы слоев, число полос движения, сроки ремонтов) и непрерывными (толииша и кирина покрытия) аргументами.

A(t) - (ai(t)} - вектор-функция, моделирующая параметры подэпзного состава, для которой аг(t) представляет собой относительное число единиц подвижного состава каждой марки на предприятии.

На основе этих исследований процесс планирования ТСЛП (динамика) предложено представить как процесс изменения во времени тройки ret). n(t). АС t). 0 <t <T.

4. Оптимизация параметров ТСЛЛ с учетом динамики ее развитая. Приведены формулировка и общий анализ задачи оптимизации параметров ТСЛП на основе методологии динамического подхода, выполнены обоснование и выбор критериев оптимизации ТСЛП. уиракчдащих

перемента, и целевой функции. ■ метода оптимизации и алгоритма решения оптимизационной задачи.

ТСЛИ не только функционирует, но и развивается во времени. Принципы непрерывного лесопользования требуют применения методологам динамического подхода к оптимизации ТСЛП. состоящей в том, чтобы оценивая прогнозируемые варианта реализовать долгосрочные цели ее развития. Динамическая модель развития ТСЛП представлена в виде системы, структурными элементами которой являются будущие события, совмещенные с количественны!.»! оценками их значимости. Она построена на допущении, что величина рабочей нагрузки в виде расчетного годового грузооборота по.системе в целом в перспективе представлена в виде динамической, скачкообразно меняющейся от

ь____________________.1

Рис.2.Структурная модель транспортной сета ТСЛП.

этапа к этапу величины. В течении каждого из этапов планируемого периода развития рабочая нагрузка считается постоянной.

На основе анализа результатов исследований, приведенных в главе 3, сформулировано понятие оптимальной ТСЛП в новых условиях

лесопользования, - транспортная система, параметры которой обеспечивают эффективное выполнение региональной системы лесохозяйс-твенкых мероприятий РСЛМ в конкретных природно-производственных условиях того или иного предприятия. На основе этого при планировании ТСЛП принято целесообразным использовать методику нормативного плакирования, под которой понимается отыскание оптимального пути достижения некоторой конечной цели (состояния системы), поставленной в задании. В качестве конечной цели развития ТСЛП в задаче рассматривается принципиальная схема перспективной транспортной сети, обеспечивающая эффективное выполнение РСЛМ в условиях данного предприятия (рис. 3.) Олтк-шзация в этом случае может осуществляться на основе построения дерева возможных траекторий развитая системы. ' .

Еыбор траектории развития ТСЛП моггет производиться по разному, в зависимости от цата ее планирования. Для однозначного раз-елтпя сети необходим выбор одного глобального критерия, учитывавшего. по возможности, наибольшее число частных критериев. Все остальные критерии могут быть вметены з. систему ограничений задачи. ','..'

В качестве основного глобального показателя эффективности при планирован™ ТСЛП з условиях многоцелевого лесопользования кокет быть принят ополого-вкояомичеекиЯ эффект ЭЭЭ, который интегрально ; учитывает наиболее вагоне частные критерии - потенциально возмспшй исходя из параметров лесного фонда объем вывозки по сета"лесных и пелесных грузов й, уровень развития сети Ус через потери в лесном хозяйстве от бездорожья П. приведенные затраты на строительство п эксплуатацию ТСЛП с учетом убытков и потерь в лесном хозяйстве от изъятая лесопродуциругаздх земель под дорозк-ную сеть ПЗ, местные пркрддно-производствешше условия многоцелевого лесспользовзния через коэффициент Пл. Количественно величина ЭЭЭ характеризует степень, достижения основной цели функционирования ТСЛП ц представляет.собой отнесение двух функций, аддитивных

ПО К

ЭЭЭ „ --—----г.ах_ _ ■ {1)

- <пз«»>+п«*» |

где ш - число этапов планирования ТСЛП, к =1.2..га.

МСЛ230Х0 лосопользоаши«.

Учитывая, что наиболее продуктивные лесонасаждения являются и наиболее экологически устойчивыми, то показатель ЭЭЭ мохно считать ¡«специфической оценкой зколого-зкономической эффективности ТСЛЛ. Все основные пара,метры функционала (1) взаимосвязаны и достаточно полно характеризуют ТСЛЛ как технико-зколого-экономичес-куа систему. В целом критерий ЭЭЭ отражает основные параметры ТСЛП в динамике во взаимосвязи с внешней средой и друг с другом -параметры лесного фонда, технологию лесосечных работ, плотность транспортной сета, параметры ДК и подвижного состава, природные условия района проектирования, эффективность побочных видов пользования и лесохозяйственных мероприятий по уходу за лесом. Так. параметры ДК и их стоимость на к-ом этапе планирования ТСЛП зависят от величины текущего годового грузооборота Ц по калдой дуге транспортной сети, который, в свою очередь, зависит от текущего развития дорожной сета в лесном фонде, в формализованном виде описызаеном орграфом Г.

Критерием оценки . потерь в лесном хозяйстве является суммарный народнохозяйственный (общественный) неиспользованный эффект, который ног би быть получен в результате рационального неограниченного долгого использования оцениваемых лесных ресурсов. Поскольку плотность или уровень развития транспортной сети определяет интенсивность вэдгкия лесного' хозяйства и степень выполнения РОЛИ на территории лесного Фонда предприятия, то величина потерь в лесном хозяйстве от бездороая П на первом этапе исследований принята пропорциональной уровню развития этой сети:

П(к) - Пл(|° (1 - Ус°°) йэ . (2)

где Пл(*' - коэффициент, равный максимальной величине потерь в лесном хозяйстве при многоцелевом лесопользовании с 1 га лесного фонда предприятия при отсутствии дорог (УсО) на к-ом этапе планирования, руб/га;

Ус'*' - коэффициент уровня развития транспортной сети на к-ом этапе планирования : Зэ - площадь лесного Фонда предприятия, пригодная к эксплуатации. га.

В общем саде

ЕБп

Ус --; (3)

ЗЭ

где Бп - площадь зоны тяготения п-ого технологического пути.

Количественно величина Ус может быть определена по формуле

Ус» -. (4)

5э

где си - протяженность У-ой дуги основных технологических путей, км;

ип - среднее расстояние подвозки древесины к опорной сети в З-ом квартале, тяготеющем к п-ой ветке, км;

К3п - коэффициент удлинения первичных технологических путей.

Величины ьи и ип являются взаимосвязанными и требуют научного обоснования. Ранее эти величины обосновывались на основе технико-экономических критериев. В современных условиях лесопользования основными здесь становятся критерии, имеющие экологический смысл. В данном случае точкой отчета необходимо считать расположение опорной транспортной сети, дающее максимальный эколо-го-экономический эффект как в данный момент, так и на перспективу. Такой эффект, как показано в гл.2, ■ достигается при полном выполнении РСЛМ в условиях- конкретного предприятия. Это становится возможным при условии, когда транспортная сеть по своим параметрам обеспечивает подъезд к каядому кварталу лесного фонда предприятия.

Как известно, квартал является учетной единицей наличия лесных ресурсов и их отпуска, а густота квартальной сети зависит от производительности лесов и оборота рубки. В соответствии с Инструкцией по проведению лесоустройства размер кварталов в лесном фонде РФ изменяется в зависимости от разряда лесоустройства от 0.5 х 0.5 км до 4.0 х 2.0 км. Отсюда расстояние подвозки древесины к постоянной сети монет изменяться, при условии транспортного доступа к кварталу только с одной стороны, от 0.5 км до 2.0 км. Как показали исследования, достаточный уровень развития транспортной сети (Ус=1). в этом случае, монет быть достигнут в лесном фонде с I разрядом лесоустройства и частично во II-ом при хороших

грунтово-гидрологических условиях на лесосеке. В лесном фонде III разряда лесоустройства с низким уровнем ведения лесного хозяйства на первом этапе их освоения в качестве критерия оптимальности допустимо использовать минимум приведенных затрат со строительством усов. В дальнейшем по мере роста интенсивности ведения лесного хозяйства с развитием рубок промежуточного пользования необходимо постепенное развитие транспортной сети в соответствии с критерием ЭЭЭ.

На основе вышеуказанного в работе предложена принципиальная схема перспективной транспортной сети ТСЛП, которая в наилучшей мере отвечает интересам эксплуатации лесного фонда о условиях непрерывного многоцелевого лесопользования (рис.3). Она предусматривает кроме максимально вогмогсгого по природным условиям сов-г.ещеппя технологических путей с сетью квартальных просек использование на промежуточных этапах развития ТСЛП временных сезонинх (зимних) путей для сшшзш затрат на развитие сети.

йетсд согтецонпя транспортной и квартальной сетей позволяет разрешить 'воздакаэдез при ориентации на значительное сгуцеиие до-роагой сети противоречие с требованием "Основ лесного законола-тельстга РФ" о рациональном использовании лесных земель. Лля сценки рациональности пепользеэзяия лоша земель в работе пред-лоиено использовать такой показатель как, экологическая плотность транспортной сети, который моют быть определен по формуле

1000 2L',n '

д ---— . (5)

У So

где L' ja- длина дуга отклонения n-ой дуга от квартальной просеки в J-ом квартане. км;

Кроме этого, если известна эколого-эконскическая оценка лесных земель осваиваемого лесного Фонда, то оправдано применение другого показателя

' , ■ . 10 XLj йул---_ (6)

2 Bnot jLijC,3)3

где L13 - протяженность lj-ой дуги опорной транспортной cvnt, км;

Впои- ширина полосы отвода земель по нормам под 13-ую дугу, км;

созоп" эколого-эконокическая оценка 1 га лесных земель на полосе отклонения от квартальной просеки, руб.

Формула (5) позволяет оценить вариант ТСЛП, у которого меньше сумма отклонений от квартальной сети на единицу площади лесн-го фонда. Показатель (о) учитывает стоимость отторгаемых земель и позволяет ориентировать проектировщика на прокладку трасс дорог с минимизацией потерь от изъятия лесопродуцирующих земель.

Для более полной и адекватной оценки транспортной сети на каком-то этапе ее развитая значение показателя Ус неободимо рассматривать совместно с показателями плотности магистральных путей и плотности опорной сети в целом.

Одним из наиболее важных составляющих функционала, характеризующего величину потерь в лесном хозяйстве от бездоронья (2). является коэффициент Пл. В общем виде (по методике А.Ф.Елизарова, Института леса УрО РАН и др.) он характеризует максимальную величину нереализованного в случае потерь будущего суммарного экономического эффекта, приведенного к настоящему времени, и выражается зависимостью

| М,г, Дм^и+Е)1-1»*«-" ^„г.

Пл = - + --- + -. (7)

(1+Е)т"' (1+Е)Тп*1 Е

где 1,3,6 - индексы вида пользования;

М1.МУ - объем пользования, и3;

Уб - годичный выход продукции б-го вида побочного пользования лесом, м3:

Г1•гз•гб _ оценка единицы продукции соответствующего вида пользования. руб;

Т1,и - возраст древостоев, в котором осуществляется соответствующий вид промежуточного пользования, лет;

Тп. Тш - возраст главных рубок в оцениваемом и эталонном насаждениях, лет; ь - Фактический возраст насаждений на оцениваемом лесном участке.

Поскольку оценка единицы продукции соответствующего вида использования (главного, промежуточного и побочного) производится.

как правило, на зонально-типологической основе, то коэффициент Пл учитывает региональные особенности лесопользования и может быть эффективно использован для оценки потерь в лесном хозяйстве от бездорожья в условиях конкретного предприятия.

В современных условиях развития экономики страны (высокий уровень инфляции, высокие темпы роста цен на энергоносители и др.) актуальность приобретают показатели эффективности, не имеющие стоимостного характера. Одним из таких показателей является энергоемкость. В данной работе удельную энергоемкость транспортного процесса предложено определить по следующим Формулам

Э ■» Этр + Эус + Эв + Зм + Зп , (0)

где сссТазлягвде формулы (8) соответствуют энергоемкости трелевки, подвоз:"! грузов к опорной сети, вывозки по основным технологическим путям, по магистралям, погрузочных операций.

1 Ь

Этр -- 211 - - ( Шх +0[ ) (Ид „ «+81ср 3а > (И ;>п I р 3 п )).

3600 Т^р^

(9)

где 0,; - полезная нагрузка машины 1;-ой марки, т;

<3* - масса машины ^ой марки, т; "яи-и'лп» - оснссное удельное сопротивление движет;» в грузовик и иегрузовом направлениях, Н/т;

tU.Pt - к. п. д. силовой передачи и коэффициент отбора мощности маиши 1-ой марки. т;

1срзп " средний уклон трелевочного волока,

Зус-Эз-Зи- —— I —— ((0, +а1)1,+о11г). (10)

36001"1 щМг

где 14 -- . (И)

п: 0д„

1П

no!) z Qjfíj-eicpji

b"

P djn

3 n J"

(12)

где O, - общий объем груза с J-ro квартала.т;

w,j - основное удельное сопротивление движению но дуге (1.3). Н/т;

iopJ - средний уклон меиду 3-ым кварталом и пунктом разгрузки древесины. .

Ij.lo- средневзвешенное расстояние перевозки одной тонны груза с учетом удельного сопротивления движению в грузовом и пороняем направлениях.

Критерий Э характеризует ТСЛП как техническую систему с точки зрения экономичности энергозатрат и, прежде всего, ее структуры - каково соотношение в транспортной сети дуг с различными типами покрытий., параметры используемого подвижного состава, средневзвешенное расстояние пробега одной тонны груза по дугам сети с различными типами покрытий и др.

Однако, несмотря на универсальный характер критерия Э и его независимости от нестабильных стоимостных оценок, он не может рассматриваться как универсальный критерий при оценке объектов, связанных с природопользованием. Он не отражает экологических аспектов объекта оптимизации, не учитывает величину затрат, при которых достигнут rain э и поэтому его моено применять совместно с другими критериями при ситуации выбора лучшего варианта в условиях неопределенности или в районах, где на первом месте стоят вопросы минимизации энергозатрат.

В функционал (1) входит величина приведенных затрат, определяемая по формуле

П3<*» - Е^К'*' + В<*>. (13)

где Кт - капитальные затраты на ТСЛП за К-ый этап планирования, руб:

В(1° - эксплуатационные затраты. • руб;

Е0би ~ обобщенный коэффициент эффективности капитальных затрат;

В Формуле (13) понятие коэффициента ЕоСм имеет широкий смысл.

Например, в оптимизационных расчетах в ЛИС ТСЛП его величина определяется по формуле

Е,вц= Ей + Еам. • (14)

где Ен - нормативная величина, определяемая экономистами в зависимости от фшшсово-экомической ситуации на производстве (уровень инфляции.величина.банковского кредита);

Еам- величина амортизационных отчислений, которая также монет меняться в зависимости от экономической ситуации на предприятии в современых условиях рынка.

Применение гибкой формулы расчета приведенных затрат не отменяет общего оптимизационного алгоритма в виду дискретности оптимизационной за/дачи - выбор оптимального варианта развития ТСЛП вдет внутри каждого этапа планирования и сопоставление этапов планирования идет в одинаковой системе единиц. Для достижения достаточной экономической обоснованности величины этого критерия в соответствии с принятой ранее методикой сравнения вариантов в условиях стабильных цен период планирования целесообразно принимать равнк.! сроку окупаемости дорожных одежд (6-8 лет для гравийных покрытий).

Как указано вше , главной целью исследования является разработка методологии транспортного освоения лесного фонда предприятия в динамике (метода планирования ТСЛП), позволяющей решить задачу - как развить транспортную сеть предприятия (с выбором одновременно оптимальных параметров ДК и подвижного состава ) от какого-то исходного уровня до необходимого при учете лесоводс-твенных требований с получением максимального эколого-экономичес-кого или иного эффекта. В соответствии с разработанной методикой процесс планирования ТСЛП разбивается на 3 этапа:

1) Проектирование' на основе принципиальной схемы вариантов перспективной транспортной сети, учитывающих по возможности наибольшее число возможных путей ее развития на весь период планирования:

2) Определение оптимальной траектории развитая ТСЛП от существующего уровня до перспективного в соответствии с выбранным критерием;

3) Определение рационального варианта ТСЛП на конечном множестве вариантов.опорных схем (оптимизация по списку).

В самой общей постановке задача задача планирования на 2-ом

этапе состоит в нахождении реализации (Г(Ю, îl(t), A(t)), удовлетворяющей всем существенным ограничениям, для которой значение выбранного критерия оптимизации было бы экстремальным. Представленная в таком виде математическая модель является задачей вариационного исчисления, неизвестными которой служит совокупность векторных функций. ' часть из которых может принимать произвольные значения из некоторого промежутка, а некоторые принимают только целочисленные значения.

Для некоторого упрощения модели в работе использовано то обстоятельство, что определенные выше векторные функции (ГЦ), ПЦ), А(t) ) являются зависимыми между собой, причем эта зависимость функциональная и монет быт:_> задана аналитическими выражениями. Например, факт наличия дуги (1,3) графа может быть следствием того, что все компоненты вектора ДК я,3 не определены (на расчетный момент дорога отсутсвует). Поэтому функция ГЦ) кокет быть выражена через функцию ПЦ). Функции ГЦ) и A(t) полностью определяют ПЦ), т.к. параметры ДК являются .производными от годового грузооборота, зависящего от момента времени и уровня развития транспортной сети, относительного количества транспортных средств каждой марки. Указанные зависимости векторов уменьшают число управлявших г,.. •■•менных и существенным образом упрощают математическую модель. . Другое упрощение модели состоит в замене непрерывной по времени задачи соответствующим дискретным аналогом, с учетом того, что капитальные вложения в строительство и реконструкция выделяются порциями на определенных участках времени, дискретно происходит изменение расчетного годового грузооборота по мере развития сети, числа и марок подвижного состава, наличия ограничений на расчетную лесосс-ку.

В результате проведенных упрощений получена многоэтапная задача нелинейного частично целочисленного программирования с неделимыми и булевы:«! переменила: и с дополнительны;.;!! логическими ограничениями. характеризующими логическую зависимость мезду собой компонент xu(t) вектора ГЦ). Указанная зависимость вытекает из следующей ш:ашкацли: ос;:;; хиЦк)"0, то xJffl ( tK 3^0 для любой дуга ( J. (л). предзествуэщей дуге (1,3).

Целевая 'функция в задаче представляется з двух вариантах в зависимости от выбранного критерия:

1) в видз фушаци!, аддитивной ло к

2= 2 Г(ХК) - ех1г. (15)

2) в виде отношения двух функций, аддитивных по к

Ъ---> ex.tr, (16)

I Г г С ХК > 1

Все ограничения задачи выражаются в виде системы неравенств (векторного неравенства)

В(Хк) < 8«! .к-1.2.....й. (17)

Кроме критерия ЭЭЭ актуальными, в ряде случаев, остаются показатели удельных приведенных затрат С и удельной энергоемкости транспортного процесса 3

HI3tk)

С = - - Clin , (18)

та>

Э = S3(H> - mm . (19)

Здесь Xk - вектор управляющих переменных, приведенный выше. В конкретном виде целевые функции выранены функционалами (1,18.19), а ограничения - записываются следующим образом

1) ограничение на соответствие ДК каждого участка транспортной сети (дуги графа) ее грузообороту

> Хитрее. (20)

где - вектор, характеризующий ДК дуги (i,d) на k-ом временном интервале в результате развития ТСЛП; л1:треб~ вектор, характеризующий ДК дуги (1,j) на к-ом временном интервале, необходимый для удовлетворения грузооборота по данной дуге заданным количеством транспортных средств.

2) ограничения на капитальные вложения

К < Кзад.

(21)

где К - капитальные вложения, которые могут быть направлены на развитие сета на k-ом временном интервале.

3) ограничение на производительность системы

й < йрл, " (22)

где йрл - расчетная лесосека, определяемая органами лесного хозяйства;

Т.о.. математическая модель планирования ТСЛП в результате разбиения процесса планирования на о rami состоит в определении

тройки (Г í tk), IIС tu}, А С tjj)), К=1.....ш, удовлетворяющей указанным

выше ограничениям, для которых имели бы место требования: ЭЭЭ

max, С - min, 3 -> rain за весь период планирования. С точки зрения теории исследования операций такие задачи относятся к классу задач многокритериальной (векторной) оптимизации (МКО), в которых имеет место неопределенность целей. Ввиду этого в теории МКО понятие оптимальности теряет свой общепринятый смысл. Обычно в этих задачах речь идет о формировании некоторого множества ' допустимых вс;' -i .-гов, неулучзаекого по всем .критериям (оптимального по Парето или по Слейтеру) и псиско на отом множестве рационального варианта теми или иными формализованными или эвристическими методами. ' ■ . ' .

Разработанный метод многоэтапного проектирования ТСЛП позволяет задать клоггество различных вариантов магистральной сети с учетом существующих ее участков и вести поиск рационального решения на основе полного перебора этих вариантов по какому-либо одному критерию (оптимизация по списку) или на основе выделения области Парето и последующего принятия того или иного решения.

Для решения задачи планирования ТСЛП на основе вышеуказанных подходов наиболее приемлемым выглядит метод динамического программирования. так как он позволяет.вместо одной задачи с большим числом неизвестных рассмотреть несколько однотипных задач меньшей размерности. Это положение является, очень важным для данной задачи, насчитывающей несколько сотен переменных.

Рассмотрим псрсыП tsar катода. Пусть известен вектор Хга-1,

иоЛлКУшНися результатом решения залили на1т-и-ом этапе плакировя-нил. Тогда на ш-о.м этапе справе длина следующая оптимиз'лконная задача: найти логически допустим:! вектор Хт. для которого

I г ».лт.1

при ограничении

_ _ т '

3(ХЙ1) С ьгал . (24)

* *

Оптимальное решение задачи обозначим чераз'Х[а=Хй(>й1-1). Этот процесс может быть продолжен до га-ого шага.

Рассмотрим и-нй шаг метода. На этом шаге нет необходимости делать предположения об известности вектора Хо, так как он известен на самом деле. Для определения вектора Хг справедлива следующая оптимизационная задача: найти логически допустимый вектор Х1, зля которого

у(1.2.....ГШ„

Гг«1) + Гг(Хг(Х1)) + ... + ...(Х1))) ° -# .11 ... . -и—^-

г"г(Хг 1Хг)) + ....+ (яС/тМт-и ■ ■ (Хг))) (25) при ограничении: §(Х1)<» §зал . (26)

* щ-

Оптимальное решение задачи обозначим через Х1-Х1(Хо).

В результате будет построена последовательность условных опти-* » *

кадьных репений Х1,Хг,...,Хт. через которую определяется оптимальное решение на каждом шаге;

х; - Х^(Хо), Х2-Х2(Х1(Х0)). ХЗ-ХЗ(Х2(Х£(Х0))),... .... с...Хг(Х^(Хо))...)) . (2?)

и экстремальное значение целевой функшш за все этапы планирования

(1.2.....П)

Полеченное значение вектора Хк на к-см интервале времени

позволяет получить не только количество транспортных средств 1-ой марки, работающих на п-ой ветке хЯ1, но также определить направление развития транспортной сета и необходимые характеристики ДК.

Так, если Хщ-0 для всех 1*1,2.....г, то п-ая дуга (а согласно

логической зависимости, и все предыдущие) не построена, что характеризует степень развития сети. Неравенство зс(!с1и)к<|!)1ре6 и алгоритм определения П(1!>Тре(1 дают возможность выбрать необходимую ДК каждой дуги графа Г.

Метод оптимального планирования ТСЛП, описанный выше, носит общий характер г. позволяет теоретически определить оптимальные значения всех управляющих переменных.и найти тем самым наилучший с точки зрения выбранного критерия способ развития транспортной сети и приближения ее к перспективной. Однако метод динамического программирования практически не позволяет учесть перспективы развития дорсглшых одекд, так как для этой цели необходимо хранить в памяти ЭВМ всю предысторию процесса планирования. Указанный подход, реализованный в,, виде программы для ПЭВМ, не мокет быть использован для расчета и анализа реальной ТСЛП в силу огромных временных затрат. Поэтому необходимо существенное упрощение математической модели и алгоритма решения задачи. Для этой цели в работе принято разбиение задачи на две самостоятельные подзадачи, имеющих меньшее число неизвестных. Первая подзадача состоит в нахождении такого варианта развития сети и параметров подвитого состава, которые давали бы максимальный эколого-эконо-мический эффект (или иной)при возможном минимально допустимом по техническому уровню покрытии дорога, гарантирующем перевозку требуемого количества грузов. Вторая подзадача, разработанная в пятой главе, позволяет определить для полученного варианта развития сети наилучшие параметры ДК (конструкцию дороетой одезды и габариты каждой дуги транспортной сети ТСЛП) на вс» перспективу планирования.

5. Опгдашзшдая стадийного развития параметров дородных конструкций транспортной сети. В пятой главе приведены постановка задачи и математическая модель динамики формирования оптимальных параметров ДК с учетом их стадийного развития.' Потребность в развитии транспортной сети обуславливает необходимость применения стадийного принципа строительства ДК, основанного на оптимальном наращиванник их прочности по мере роста грузооборота каждого участка дуги транспортной сети ТСЛП. При этом проблема увеличения

' ' ' - -2Я- '

прочности ДК решалась з порядке.осуществления очередных средних или капитальных ремонтов.

В задаче определения оптимальных параметров ДК дуги транспортной сети требуется определить план ее развития в течении времени от т0 до Т. имеющий в своей основе критерий минимума приведенных транспортных затрат-капиталовложений на строительство ДК и текущих траяспортно-эксплуатационных расходов, вычисленных за весь расчетный период' с учетом параметров подвитого состава и природных условий. Эта задача учитывает не только современное состояние ДК до первого капремонта, но и будущее повышение технического уровня в связи с возможным возрастанием расчетного грузооборота по дуге. Она связывает воедино следующие требования:

- учет работоспособности дуги и необходимость проведения среднего или капитального ремонта после исчерпания ее ресурса;

- согласованность вариантов схем ДК на всю перспективу эксплуатации дуги:

-рациональный выбор ' дорожно-строительных материалов, обеспечивающих реализаций расчетной схемы стадийного развития ДК в зависимости от их наличия и стоимости;

- возможность усиления ДК как за счет усиления верхнего слоя, так и за счет устройства нового слоя из другого вида материала.

В главе на основании проведенных исследований определен перечень местных дорожно-строительных материалов и разработаны конструкции дорокных одежд, наиболее эффективных для стадийного строительства лесных дорог с учетом их специфики (рис.4).

В качестве управляющих переменных в данной оптимизационной задаче рассматривается матрица состояний ДК дуга, представленная в таблице.

Процесс оптимизации ДК в динамике состоит в определении такой матрицы состояний, для которой приведенные затраты за весь период планирования были бы минимальными. Задача в данной постановке является задачей нелинейного программирования с частично целочисленными переменными. Наилучшим способом решения данной задачи является составной метод, базирующийся на переборе целочисленных переменных (количество и вид материала слоев ДК) и приме-

lry

•Д .'AI 'Л'-

2ГУ

О' О'. О-О*.

о • о ; о ' •

о О* О- О

3 в

1п

АДА Л л, д д Д

4гу

i-

1 ЗП 4П

8 6

• .*».•.}• О о-

Покрытия усовершенствованного облегченного типа 1у • 2у Зу 4у 5у

6 1 Ai'-»:.!<■:>.?> 2

Éh'z

10

4 5

Ш- Ш

Л Л Л ООО ООО о ЪГ

и 5 6 1 4 шшш

И

5

3

Рис. 4. - Реьомендуеше ■ варианта ДК лесных дорог,проекткру-е,"их по принципу стадийного развития.

1-груш!юи»вг'сгл;2-песчако-гравШш смесь(ПГС);З-грулзадебень.

укрепленный неорганически/« вяэдилгг.М-ЛГС, укрепленная неоргапи-. чески/,м вящдид;и;5-11;ебень рядовой или .фра-,сционированньй;6-гравт~ пая смесь опш.тьного еосг.аза;7-гр2Дга, укрепленный (швдш!,-8-пе-сок;9-ислезобапош1аэ ■ плиши; 10~черяый щебень M 1-бшгдаошнералькая спесь, а&Шьшобеток. ■

ненке одного из методов нелинейной оптпшзацня пулевого порядка для расчета толщин.слоев ДК, При разработке алгоритма решения оптимизационной задачи использована рекурсивная процедура выбора ДК дуги транспортной сети ТСЛП.

б. Структура диалоговой интегрированной систему юшглроваша ТСЛП. В шестой главе приведено описание диалоговой интегрированной системе планирования ТСЛП (ДКС ТСЛП), разработанной совместно с сотрудниками ; кафедри ' информатики и вычислительной ■ техшиа! СПбЛТА, в которой программно реализованы теоретические принципы и алгоритмы оптимального планирования ТСЛП, полученные в процессе теоретических исследований по диссертации. Организационно ДПС

1

ТСЛП состоит из иазы даккых, спстбмы управления бетзой лслн1.гх (С/БД) и специального программного обеспечения для оптимального планирования ТСУШ. База данных систеш состоит из 8 справочников -лесной фонд, характеристика кварталов по условиям трелеки, парка трелевочных мазки, парка подвижного состава, зешшное полотно и дорожные одекды, коэффициенты регрессии для расчета затрат на трелевку, нормативно-справочные газйпциенты, а тазсг.е 4 справоч-ни;?ов подпрограммы планирования ДК - расчетные злаягости грунтоз, характеристик! грунтов, дорсйшо-стронтеяьных материалов, вариантов допустимых сочетаний слоез ДК при их стадийном развитии.

С учетом своей структуры ДйС ТСЛП позволяет определить кат. за весь период, так и по этапам планирования: параметры плотности и уровень развития транспортной сети; прзтеденные затраты с разбивкой по составляющим ('дородные, транспортные), грузовая работа и среднее расстояние; еывозки., расход горюче-смазочных материалов, оптшаяьный подвижной состав и его производительность, перечень кварталов лесного фонда по этапам освоения с выходом объемов лесных и нелесньгх грувов по каждое кварталу и виду пользования, оптимальную' матрицу состояний ДК ТСЛП и др.

?. Осповныз результата внчясдзггелыазг зкспержегшзя и опет-;:оД проверки метода опгтшзл&ггого плггпгрогд;сш ТСЛЗ в дейсгаугкргх предпргсшш2. в седьмой глав э приведены методика и результаты вычислительного эксперимента", выполненного на основе ДКС ТСЛП.

' • ' Таблица

Матрица состоянии ДК дуги

К п/п Год калит, ремон. Тип покр. Кол. слоев Материал . Толщина

1 слоя 2 сдоя 3 слоя 1 слоя гл слоя 3 слоя

0 . Ро ш1 о т~ т3 Ьо1 Ьо2 ¡V3

1 Р1 31 т1 о т3 Яг1 Ьгг Ьгэ

2 Е2 Р2 52 т1 ГП~ т3 Ьг1 Ьг2 Ь-23

Рк ш2 тэ Ьч1 Ьк2 Ьу3

числительного эксперимента на ЭВМ являлось -экспериментальное обоснование основных теоретических положений диссертации как на

¿}£С7р5КТЗЗил МОДЕЛЯХ ТОЛП, Так И КЗ реолЬКЫХ ОО^еКТал. ДЛЯ ЭТОГО Б работе был поставлен эксперимент по идеализированному лесист Фонду, отражающему средние условия проектирования ТСДП по Евро-лейско-Уральской части РФ. а также на реальных предприятиях ¿'рала и Сибири. В гадачи эксперимента также входило исследование влияния на оптимальные решения различных учитываемых факторов - параметров лесного фонда, подвижного состава, природно-производствеи-иых условий района проектирования, размеров квартальной сети, обоснование величины исходных стоимостных показателей на результаты планирования по различным критериям и др. Некоторые результаты исследования динамики ТСДП Тихвинского КЛПХ Ленинградской области графически представлены на рис.5 и 6.

оетж кзды 15 рштаащдо.!

X.Существующие теории и методы оптимизации ТСЛП рассчитаны на условия эксплуатации одковозрастных спелых древостоев и дгот усредненные решения, не позволяющие рационально использовать все имеющиеся з распоряжении предприятия материально-финансовые ресурсы. Они ке позволяют прогнозировать лесоводствешшй экологический эффект от принятия того или иного решения при планировании ТСЛП. Все осн„1..;!э параметры ТСЛП оптимизируются на статических моделях в объеме, необходимом для осуществления лиаь 1-ой очереди строительства или удлинения существующих путей, что приводит к грубым ошибкам и потерли на производстве.

2ЛСЛП в соответствии с современными условиями лесопользования необходимо рассматривать 1?ак структурный элемент общей системы лесопользования на уровне конкретного предприятия и вести поиск ее оптимальных параметров сверху путем последовательного снятия неопределенности на »¡аилом уровне по иерархи. Это позволит гааптировать развитие ТСЛП к конкретным природно- производственным условиям.того или иного предприятия с получением определенного, достаточно.точно прогнозируемого технике-экономического эффекта с учетом десоводствешшх и других факторов экологического плш!а.

3.Разработанное в диссертации параметрическое описание ТСЛП позволяет получить необходимые <£ормалигованные зависимости, отражающие связи основных параметров ТСЛП с внешней средой - параметрами лесного фонда и принятшл для данных условий системой лесо-

-гз-

пз1»

1000

,руб

200»

900 ------

'___потери в лесной хозяйстве

_ затраты ПЗ !

I О Ш (? ?

Этапы плакирования

Ряс. 5 Динам;кэ потерь в лесном хозяйстве П и затрат ПЗ

в зависимости от коэффициента Пя для автопоездов группы.

1-ой

пользования и региональной системой лесохоаячстзешшх мероприятий, обеспечивающей его наибольшую продуктивность. Развитие ТСЛП на основе предложенных методов оптимального планирования позволит получить прирост использования древесных лесных ресурсов ориентировочно в г раза за счет возможности транспортного обеспечения рубок промежуточного пользования, предотвращения смены пород и хвойных древостоях малоценными листгешшми, восмоадости проведения своевременного лесовосстановления.

•1. Теоретическая база в работе описала на основе системного подхода и формализации функционирования и развития ТСЛП ео взаимосвязи с вяесяей средой. На основе новой теоретической баги ре-сена проблема объединения отдельно рассматриваемых техшгсеских элементов л единую систем, поддающуюся оптимизации. Положительные лесоводствешшй, технике-эксиомпеский и зколого-экономический г-ффекты достигается при оптимизации основных задействованных при строительство и эксплуатации ТСЛП ресурсов. Так, в отличие от супествуяззя mam методов разработанная в диссертации методика позволяет стади&ю развивать конкретно кгсзднй участок транспорт-вой сети в сдонгой взаимосвязи со всем комплексом внешних условий в дилгмлсе. Идея стадийного развития транспортной сети с реализацией одновременно и капитальных ремонтов дорожных оде.тд обеспечивает вгаяяяЕзэ ¡:з ремонтных равот&х в среднем не менее 50S от сто-ímoctii капитальных ремонтов.

5.ТСЛП относятся к классу открытых слатных систем, для которых характерна нелинейность математических моделей, описывавших cTpyiíTypy, функционирование а развитие. з?фективнкм инструментов исследования таких систем является вычислительный эксперимент, который установил возможность качественно нового поведения системы при изменению! интенсивности внешних воздействий.

3.'Оптимальные темп развития и CTpyirrypa ТСЛП зависят от гаякретк прпрсшо-производственных условий предприятия » должны плаштровсться в современных условиях лесопользования по комплексно»,¡V критерия максимума эколого-экономического эффекта <333 ♦ !5Ш), При планировании ТСЛП по данному критерию ее параметры определяет соотношение затрат на строительство и эксплуатацию и потерь в лесном хозяйств© , которое зависит от уровня развития сети. Чем ниже иена потерь.в лесном хозяйстве, тем ближе темп развития ТСЛП к темпу ее развития по критерга минимума удельных приведенных затрат (критерий К© - max здесь выступает как частный

-31-

случай критерия С ■* min); чем выше цена потерь, тем темп развития должен быть выше в зависимости от величины.требуемых на это развитие затрат. Ускоренное развитие ТСЛП дает большой эколого-экономический эффект- за счет резкого снижения потерь в лесном хозяйстве от бездорсщ,я,- увеличения объемов еывозки древесины, позволяет максимально обеспечить реализацию РСЛМ в"условиях конкретного предприятия, но требует концентрации материально-финансовых ресурсов.

7.В случае планирования транспортного освоения лесного фонда новых или значительного развития действующих предприятий эффективное применение легких автопоездов с нагрузкой на ось бОкН. В случае использования существующей транспортной сети с дорожной одеждой достаточной прочности и нсдаляости преимущество имеют тяжелые автопоезда с нагрузкой на ось 100кН, которые экономичнее по энергозатратам в среднем на 22%.

3.Методология многокритериальной оптимизации ТСЛП на основе выделения области Пзрето позволяет реализовать гибкую диалоговую стратегию планирования ТСЛП в зависимости от конкретных природ-ио-производственных условий деятельности предприятия, В целом постоянно действующему лесному предприятию стратегически выгодно как мо.таю раньпе определиться с глобальной целью его функционирования (сырьем;:, защитная, социальная и др.) и выбором,соответственно. критерия оптимальности развития ТСЛП, что обеспечит ему в последующем kühjoivm издержек за весь период планирования.

9.Кроме разработки общей концепции, критериев оценю: эффективности и методологии планирования ТС£П в условиях многоцелевого лесопользования в диссертанты паяучош ряд методик, позволявши решать ряд важных части задач, б частности:

- разработка йалевдарвого графита дорогого строительства и капитальных ремонтов на предприятии;

- планирование плана лесозаготовок с у|;азгниеы конкретных номеров u cpoicoB освоения лесных кварталов в динамике;

- рассчет оптимальных конструкций дорешш одежд с учетом перспективных изменений гругоооборота . по каащому отдельному участку транспортной сети предприятия;

- планирование рационального размещения новых трасс лесных дорог с минимизацией экололиеского ущерба от изъятия лесопроду-щгрушж земель под дорознпо полосы;

10) Обсип экономически! эффект от применения результатов ра-

-32-

боты складывается из эффекта от ускорения и интенсификации процесса проектирования и эффекта от качественно нового уровня проектирования ТСЛП в условиях многоцелевого лесопользования, которые могут быть реализованы на основе разработанной в диссертации методологии планирования.

Основное содержание работа опубликовано в работах:

1. Ковалев'Р.Н. Оптимизация транспортных систем лесных предприятий в условиях многоцелевого лесопользовании./УГЛТА. - Екатеринбург, 1994. - с. 163. -Деп. в ВИНИТИ 05.09.94. Н 2144-В94.

2. Ильин Б.А., Ковалев Р.Н. Применение методов математического планирования эксперимента при исследования и оптимизации свойств грунтов, укрепленных комплексным методом // Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса: Меж-вуз. сб. научных тр. / ЛТА. - Л. ,1976 - Вып. V. - с. 48-51.

3. Ковалев Р.Н. Определение оптимального состава нефтесмоляных паст методом симплексного планирования эксперимента // Организация' строительства и эксплуатации лесовозных дорог в условиях Урала и Сибири: Иегзуз. сб. научн. тр. / УПИ. - Свердловск. 1977.- С. 24-27.

4. Чекашез В.В.. Ковалев Р.Н. Технология промежуточной вывозки леса, автолесовозами тийа КрАЗ в полупогрукенном состоянии с использованием перегрузочных пунктов // Эксплуатация лесовозного транспорта в условиях Урала и Сибири: Пеявуз. сб. научн. тр. / УПИ. - Свердловск. 1980,- с. 134-142.

5. Ковалев Р.Н., Минеева Е.М., Смирнов В.В. Исследование зависимости затрат на устройство дороякой одеэды от влажности грунтов земляного полотна с применением ЭВМ "Нанри-2". // Эксплуатация лесовозного транспорта в условиях Урала и Сибири: Мея-вуз. сб. научн. тр. / УПИ. - Свердловск. 1981.- с. 64-69.

6. Колбас. Н.С., Ковалев. Р.Н. Оптимизация состава компонентов при укреплении грунтов для дородного строительства. Л.: ЛТА, 1981,- с. 42.

7. Чекаыев. В. В.. Ковалев Р.Н.. Уточненный расчет оптимального расстояния мезду усами с учетом проходимости трелевочных машин по лесосеке // Эксплуатация лесовозного транспорта в условиях Урала и Сибири: Межвуз. сб. научн. тр. / УПИ. - Свердловск: УПИ. 1981,- с. 84-87.

8. Ковалев Р.П., Смирнов В.В..Минеева Е.К. Выбор оптимальной схемы автопоезда с использованием ЭВМ // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Меавуз. сб. научн.тр. / УПИ. -Свердловск. 1984.- с. 32-35.

9. D.Д. Силуков, Р.Н. Ковалев. Проектирование и эксплуатация лесовозных дорог. - Свердловск: УПИ, 1984,- с. 82.

10. Лебедев C.B., Ковалев Р.Н. Транспортно-технологические предпосылки организации вывозки леса по общей сети автомобильных дорог региона // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Межвуз. сб. научн. тр. / УПИ. - Свердловск, 1985.- с. 28-35.

И. Ковалев Р.Н. Подбор вякущих из цемента и отходов промышленности для дорожных одежд лесовозных дорог // Комплексная механизация лесозаготовок и транспорта леса: Меквуз. сб. научных тр. / ЛТА. - Л.. 1986,- -47-50.

12. Ковалев Р.Н. Исследование влияния технологических факторов на Физико-механические свойства грунтов, укрепленных отвальными доменными шлаками с активными добавками // Лесосечные, ле-соскладские работы и транспорт леса. Меквуз. сб. научн. тр. / ЛТА. - Л., 1988. ~ С. 64-66.

13.. Колбас Н.С., Ковалев Р.Н., Салминен Э.О., Бессараб Г.А. Применение ЭВМ для оптимизации компонентов при укреплении грунтов в строительстве лесовозных дорог. Л., 1989.-с.44.

14. Силуков Ю.Д.. Ковалев Р.Н. Метода проектирования и эксплуатационных расчетов лесовозных дорог. Свердловск: УПИ. 1989.-с. 106.

15. Ковалев Р.Н. Выбор оптимальной схемы подвижного состава в условиях комплексных лесных преедприятий // Эксплуатация лесовозного подвижного состава: Меквуз. сб. научн. тр. / УПИ. -Свердловск, 1992.- с.41-44.

16. Ильин Б.А., Ковалев Р.Н. О принципах стадийного строительства дорожных одежд лесовозно-лесохозяйственных дорог комплексных лесных предприятий // Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз. сб. научн. тр. / ЛТА.-Л., 1992. -с.72-74.

17. Ковалев Р.Н., Хлюстов В.К. Экологический подход к формированию рациональной структуры и стадийному развитию транспортных сети лесных предприятий // Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз. сб. научн. тр. / ЛТА. - Л., 1992.-с.78-83.

18. Ковалев Р.Н. Параметрическое описание транспортных систем лесных предприятий с учетом принципов рационального лесопользования //Лесной т/риал, 1993. - М. - с. 61-74.

19. Ильин В.А., Ковалев Р.Н. Обоснование расчетной модели сети лесовозно-лесохоаяйствешшх дорог и со основных параметров в насаждениях, не достипгих спелости. // Лесосечные, лесоск-ладские работы и транспорт леса: неипуз. сб. паучн. тр. /ЛТА. - Л.. 1924,- с. 68-71.

20. Ковалев Р.Н. Обоснование рациональной дальности первичной вывозки древесины на основе экологических критериев // Лесосечные. лесоскладские работы и транспорт леса: "е;::вуз. сб. научи. тр. / ЛТА. - Л., 1994.-с. 86-90.

21. Ковалев Р.Н. Моделирование транспортних систем лесных предприятий с учетом новых услозий лесопользования//Сухопутаый транспорт леса: Сб.науч.тр./ЛТА.- СПб.,1994- с.47-55.

22. Ильин Б.А., Ковалев Р. Н., Гуров С. В. Оптимизация транспортных систем лесных предприятий в норых условиях лесопользования //Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии.- СПб. 1994. - с. 86-97.

23. A.c. 1501131 СССР. ШИ Е0Ю5/00. Композиция для устройства дорояных оснований и Фундаментов / Колбас Н. С., Ковалев Р. Н.. Второва D.S. (СССР). // Открытия. Изобретения. - 197G. »4. -С. 42.

24. A.C. 1726627 SU, МКИ А1Е01с5/00. Лорокное.покрытие / Куфтин Д.Н.. Ковалев Р.Н. (СССР). // Открытия. Изобретения. - 1992. - 5И4. с. 85.

Подписано к почата W.C'4.95 г. Формат 60xS't 1/16 Б'гаага для ипохлт, апп. Почать офсстная. Усл.п.л. 2,01.

Ё 'FÜ _ 100 экз.______________

РТП ПГЛ1С, I90Ö3X, С-иетербург7 Московский пр.,9

33