автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование рациональной структуры и размещения сети лесных автомобильных дорог на базе геоинформационных систем

Тройская Любовь Яковлевна

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И РАЗМЕЩЕНИЯ СЕТИ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА БАЗЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 МАЙ 2011

Санкт-Петербург - 2011

4846776

Тройская Любовь Яковлевна

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И РАЗМЕЩЕНИЯ СЕТИ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА БАЗЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2011

J

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова» (СПбГЛТА)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Тюрин Николай Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Минаев Александр Николаевич

кандидат технических наук, профессор Никитин Владимир Валентинович

Ведущая организация: ОАО «Лссинвест»

Л00

Защита диссертации состоится «31» мая 2011 г. ъ !У час на заседании диссертационного совета Д212.220.03 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. 5, главное здание, зал заседаний)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТА

Автореферат разослан <А 20/А

Ученый секретарь диссертационного совета

Анисимов Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В современных экономических условиях перед лесной отраслью стоит задача обеспечения многоцелевого, рационального, непрерывного, неистощительного использования лесов, инновационного развития лесной промышленности. При этом транспортные системы имеют решающее значение, ибо без них невозможно использование, охрана, защита и воспроизводство лесов. В связи с этим встают новые требования к сети лесных автомобильных дорог - неограниченный по времени срок действия, совершенствование структуры и размещения, повышение транспортно-эксплуатационных показателей.

На сегодняшний день создание и развитие лесной транспортной инфраструктуры одно из приоритетных направлений деятельности Федерального агентства лесного хозяйства «Рослесхоз». Уровень технического состояния лесных дорог определяется, прежде всего, нормативными показателями. Однако основные действующие нормативы по проектированию и строительству лесных дорог, разработанные в 70-80-х годах, не учитывают изменений в лесном законодательстве, в частности арендных условий лесопользования, использование новых технологий и машин.

Разработанные методы по оптимизации густоты лесных автомобильных дорог не учитывают единство системы путей, ее структуру, взаимосвязь каждого ее элемента. Существующие методы по размещению лесных дорог основаны на многоэтапной работе с различными бумажными картами, схемами, планшетами, на использовании многочисленных табличных данных лесоустроительной информации. На сегодняшний день отсутствует методика по разработке генеральных схем транспортного освоения с использованием современных геоинформационных систем и технологий.

Выбор и обоснование категорий лесных автомобильных дорог носит ярко выраженный субъективный характер. Отсутствие генеральных схем развития сети лесных автомобильных дорог приводит к неравномерному размещению, хаотичному строительству и необоснованному увеличению затрат на дорожное строительство. Для перехода к интенсивному ведению лесного хозяйства, для повышения эффективности освоения лесных ресурсов возникает необходимость обоснования требуемой (нормативной) густоты лесных дорог.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования вызвана необходимостью обоснования рациональной структуры сети лесных автомобильных дорог на основе системного комплексного подхода в новых экономических условиях, разрешения противоречий между современными требованиями, предъявляемыми к системе дорог в лесу, и возможностями существующих рекомендаций, методов, методик по созданию лес-

ных дорог, разработки методики размещения лесных дорог с использованием современных геоинформационных технологий.

Цслыо работы является повышение эффективности работы лесо-транспорта путем оптимизации структуры сети лесных автомобильных дорог и рационального их размещения на основе геоинформационных систем. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:

- разработана математическая модель рациональной структуры сети лесных дорог;

- исследованы зависимости параметров структуры дорожной сети от основных влияющих факторов;

- разработана методика размещения лесных магистралей и веток на основе рациональной структуры с использованием геоинформационных технологий;

- решена задача обоснования генеральной схемы транспортного освоения арендных лесов в производственных условиях;

- разработаны практические рекомендации по размещению и календарному планированию лесных магистралей и веток.

Объектом исследования является система лесных дорог и ее составные элементы.

Предмет исследования: структура сети лесных автомобильных дорог и ее основные параметры, генеральная схема транспортного освоения лесов.

Научной новизной работы обладают методика разработки генеральных схем транспортного освоения лесных массивов, базирующаяся на геоинформационных системах и позволяющая объективно оценить степень транспортного освоения лесов существующими автомобильными дорогами, и обосновано разместить новые проектируемые лесные дороги; разработанная математическая модель иерархической структуры сети лесных дорог, включая технологические пути и автомобильные дороги общего пользования. Впервые исследованы технико-экономические и таксационные показатели, влияющие на параметры структуры дорожной сети, получены эмпирические зависимости зон тяготения к магистрали и ветке при минимуме суммарных удельных затрат на строительство, ремонт и содержание каждого элемента сети, затрат на трелевку и вывозку древесины автомобильным транспортом, а также затрат на лесохозяйственные мероприятия.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель рациональной структуры единой сети лесных дорог;

2. Эмпирические зависимости зон тяготения к магистрали и ветке от основных факторов;

3. Методика размещения магистралей и веток на базе геоинформационных систем;

4. Рекомендации требуемой оптимальной густоты сети лесных автомобильных дорог, обеспечивая минимизацию расходов на ее создание, содержание, вывозку и трелевку заготовленной древесины.

Обоснованность и достоверность результатов научных положений основана на методологии системного моделирования, системного анализа, математической статистики, теории планирования экспериментов, теории исследования операций, географического пространственного анализа и математико-картографического моделирования. Использовались геоинформационная система Maplnfo, пакет программ Microsoft Office, статистический пакет прикладных программ Statgraphics, подтверждение и апробация полученных результатов в производственных условиях.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанная математическая модель и аналитические зависимости позволяют определить грузосборочную зону, густоту и потребность дорог на единицу площади и на объем заготовки древесины для каждой технической категории, которые необходимы при разработке генеральных схем транспортного освоения лесов, для обоснования инвестиций в лесопромышленный комплекс, для разработки документов перспективного лесного планирования, а также для расчета и обоснования технико-экономических показателей предприятий в области планирования, очередности строительства, реконструкции и модернизации лесной инфраструктуры.

Результаты диссертационной работы использовались при разработке проекта лесозаготовительного предприятия ООО «Верхневолжский лесоперерабатывающий комбинат» в Тверской области (2007 г.), при разработке лесного плана Иркутской области (п. 1.2.5, 2.2.1-2.2.3, 2.6) (2008 г.), а также при обосновании рациональной схемы лесной транспортной инфраструктуры арендных лесов ООО «Метсялиитто Подпорожье» в Подпорож-ском районе Ленинградской области (№1.1.1.10 х/д, 2010 г.).

Разработанная методология проектирования сети лесных автомобильных дорог внедрена в учебный процесс Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии для подготовки инженеров по специальности «Лесоинженерное дело», бакалавров и магистров по направлению «Технология и оборудование лесозаготовительных и деревоперераба-тывающих производств».

Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических семинарах и конференциях кафедры сухопутного транспорта леса и лесоинженерного

факультета (СПбГЛТЛ, 2008-2011); I международной научно-практической интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПбГЛТЛ, 2009); международных семинарах Международного образовательного проекта но программам Российско-Шведского сотрудничества «Доступность лесных ресурсов и сеть лесных дорог», «Операционное планирование лесозаготовительных операций и поставок древесины» (Скин-скатеберг, Шведский университет сельскохозяйственных наук, 2008; Сыктывкарский лесной институт, 2008-2009); ежегодной международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПбГЛТЛ, 2010 г.); опубликованы в статьях и учебном пособии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы в рецензируемом издании ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, заключения, библиографического списка. Диссертация изложена на 166 страницах текста, включает библиографический список из 93 наименований, 38 рисунков, 34 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулирована цель, задачи исследования, научная новизна и практическая ценность основных результатов диссертационной работы.

В первой главе приводится современное состояние и перспективы развития лесной транспортной инфраструктуры, а также обзор научных исследований по теме диссертации.

На сегодняшний день отсутствует скоординированная политика транспортного освоения лесов, не разработаны целевые программы и генеральные схемы развития сети лесных дорог субъектов РФ, недостаточность и недостоверность данных о лесной транспортной инфраструктуре, наличие других организационно-правовых и экономических проблем, которые являются серьезными сдерживающими факторами развития лесных дорог. Транспортная не освоенность лесов России - одна из главных проблем неэффективного развития лесопромышленного комплекса.

В области исследования сети лесных дорог известны работы таких ученых, как Невесского Н.М., Сыромятникова С.А., Корунова М.М., Ильина Б.А., Щелкунова В.В., Ларионова В.Я., Борисова Г.А., Сурикова В.Т., Салминена Э.О., Тюрина H.A., Большакова Б.М., Ковалева Р.Н., Гладкова Е.Г., за рубежом Метьюза, Сундберга, Ларсона, Петерса, Донали, Гарнера, Роумэна, Хесслера, Тана, Дахлина и др.

Из проведенного анализа научных разработок и нормативных документов по созданию системы лесных дорог можно сделать следующие выводы:

- Выбор принципиальной схемы размещения лесотранспортных путей и определение основных оценочных показателей для каждой схемы, исходя из геометрических параметров лесосырьевых баз не нашли практического применения ввиду слишком общего их характера. Лесные дороги имеют сложную структуру, и размещаются в зависимости от конкретных природно-производственных условий. Разделение дорог на сезонные и круглогодовые носит субъективный неформализованный характер;

- Методы автоматизированного размещения дорожных сетей в лесу с использованием ЭВМ, основанные на теории графов, также не нашли широкого применения. Здесь недостатками является допущение о сосредоточении запасов древесины в центрах тяжести кварталов или групп вы-делов, точки узлов сети устанавливаются оператором заранее, и жестко связаны между собой. Большая размерность сетевых задач, сложности информационного обеспечения также не позволяют широко использовать эти методы;

- На практике лесные автомобильные дороги проектировались чаще на основе опыта и квалификации проектировщиков, а затем проверялись на соответствие принятым в отрасли нормативным показателям. Существующие на сегодняшний день нормативные показатели густоты лесных дорог не учитывают изменения в лесном законодательстве, использование новых лесозаготовительных технологий и машин, изменение стоимостных показателей. Нормативная потребность в строительстве лесных дорог приводится укрупнено для магистралей и веток вместе.

На основании анализа состояния вопроса вытекает необходимость создания иерархической системы лесных дорог, требующей обязательной глобальной оптимизации их структуры, учета всего комплекса работ, где целесообразно применять методологию системного подхода. То многообразие информации и картографического материала, которое необходимо при разработке глобальных схем транспортного освоения, учет природно-производственных, лесотехнических, социально-экономических и экологических условий при размещении лесных дорог, возможно только на основе географического подхода с использованием современных информационных технологий, которые позволяют повысить качество проектных решений.

Во второй главе рассмотрены теоретические основы структуры системы лесных дорог. Для создания рациональной структуры сети лесных дорог одними из основных источников информации являются картографи-

ческие и атрибутивные базы данных современных геоинформационных систем.

При принятом лесозаготовительном процессе в силу связности путей лесотранспорта любое изменение протяженности дорог одной технической категории автоматически приводит к изменению протяженности дорог другой категории. Поэтому необходимо найти оптимальное соотношение протяженности путей разной степени капитальности с расчетом параметров иерархической структуры сети лесных дорог. Под параметром структуры понимаем ширину зоны тяготения лесных грузов к любому транспортному пути, грузы с которого должны транспортироваться по данному пути.

Для математической формулировки задачи составим уравнение суммарных удельных затрат на строительство, ремонт и содержание всех элементов сети, затрат на трелевку и вывозку древесины, а также затрат на ле-совосстановление, связанных с затратами на пешие переходы рабочих при отсутствии автомобильных дорог для идеализированной сети, расчетная схема которой представлена на рис. 1 £ - ) С. | С» Смаг.в |

~т-у0-л„ 100-гоЧ юо-г0ч юсь^Ч, ник«-г»

I ^пас.» [____| Дняг ^ | -^рмаг ^ ^ | Д|.ус ^ +

т-ъ-у, 50-/,-^Ча,» егм '" егод 'т„ егоя'ус и

В В ^1тр.мех. /-»ав. ^ •

. с.магв ; , с.пас.в 7 . маш.-смены , маш.-смены , УС •> л.в .

Н---I„ „ +--/„. Н--—--1---1---► Ш1Л,

О О " Я1" Я" 8-0

х-гад -с-гад -'■'см см «'Год

где Сдоп, См, С, - стоимость строительства 1 км дороги общего пользования, магистрали и ветки соответственно, руб.; С'ус, Сим.,, СИ1, Сп п - стоимость строительства 1 км уса, магистрального, пасечного волоков, погрузочного пункта соответственно, руб.; у0 - средний запас на 1 га общей площади в м3/га; у, ~ средний ликвидный запас на 1 га площади, где разрешена заготовка, м3/га; Ъ - ширина пасеки, км; Вс шг, йрцаг - затраты на содержание и ремонт соответственно 1 км магистрали в год, руб.; Вс,, Всус, 5С „аг „, 5С „ас, - затраты на содержание 1 км ветки, уса, магистрального и пасечного волоков в год соответственно, руб; > С™ш,~ш,нц - стоимость машино-смены трелевочной машины и лесовозного автомобиля, руб./смену; - годовой объем заготовки, м3; /„, 1Ь, 1ус - среднее расчетное расстояние вывозки по магистрали, ветке, усу соответственно, км, /„„, /п> - среднее расстояние трелевки по магистральному и пасечному волоку, км; Ти п - межремоптный период, лет; Яс^, Я" - расчетная производительность трелевочной машины и лесовозного автомобиля, м3/смеиу; / -средние ежегодные трудозатраты на лесовосстановлении, чел.-дни; ?„„ - средняя зарплата рабочего на лесовосстановительных работах, руб. в день.

Рис. 1. Схема к расчету оптимальной структуры сети лесных дорог: dm,

du , dt, dyi - ширина зоны тяготения к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу соответственно; а - угол примыкания ветки к магистрали; 1- дорога общего пользования, 2 - лесная магистраль; 3 - ветка; 4- ус

Задача определения рациональной структуры предполагает нахождение оптимальной ширины зоны тяготения лесных грузов к автомобильной дороге общего пользования dm„, лесной магистрали d„, ветке dt, усу dyc, магистральному волоку dMm.,, а также оптимального угла примыкания ветки к магистрали а при минимуме целевой функции (1) и ограничениях d„>0,dm >0, db >0, dyc >0, d„c >0,а >0.

В качестве математического метода оптимизации структуры сети лесных дорог использовали квазиныотоновский метод нелинейного математического программирования при поиске оптимума целевой функции с прямыми разностями численного дифференцирования целевой функции. Поставленная задача была реализована в подсистеме «Поиск решения» MS Excel.

Транспортное освоение лесных участков со слабыми, заболоченными грунтами, с разбросанными слабо концентрированными запасами, а также наиболее удаленных от транспортных путей целесообразно осуществлять в зимнее время. В связи с этим предлагается предварительно разделить лесной фонд на зоны сезонной эксплуатации. При этом за основу взята дорожная классификация типов местности по характеру и степени увлажнения, соотнесенная к лесной типологической классификации по В.Н. Сукачеву. Это позволяет выделить сухие лесные участки к зоне преимущественно летнего освоения с прокладкой к ним дорог круглогодового действия. Мокрые лесные участки выделяются в зимнюю зону заготовки и

вывозки с возможностью прокладки к ним сезонных зимних дорог. Сырые лесные участки могут быть отнесены как к зоне зимней так и к зоне летней заготовки для обеспечения ритмичности вывозки по сезонам года. С помощью ранжирования и геоинформационных технологий создаем тематические карты сезонного зонирования, раскрашенные по трем цветам: летние, летне-зимние и зимние на повыдельном уровне (рис. 2).

Рис. 2 Тематическая карта сезонности лесозаготовок на повыдельном уровне

Для кварталов выполняется обобщение с учетом приведения повы-дельного сезонного зонирования к квартальному с расчетом коэффициента сезонности для каждого квартала по формуле:

" S

к™ = ZtT* ' (,=1 " ~ Н0МСР выдслов) (2)

М КБ

где К™ - коэффициент сезонности квартала, SB, - площадь /-го выдела, га; - площадь квартала, га; - весовой коэффициент ;-го выдела, полученный при сезонном ранжировании выделов.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию параметров структуры сети лесных автомобильных дорог. Ввиду сложности объекта исследования, невозможности проведения натурного эксперимента из-за больших затрат на создание сети и ее исследования в производственных условиях, был выполнен машинный (вычислительный) эксперимент над математической моделью структуры сети.

Основной целью экспериментального исследования является получение математических регрессионных моделей зависимостей зон тяготения к магистрали и ветке от основных факторов, которые адекватно описывали бы исследуемый объект.

На основе исходных данных математической модели, а также анализа априорных сведений, результатов предварительных однофакторных экспериментов, выполненного отсеивающего плана Плакета-Бермана, были отобраны 5 основных факторов из 10, а именно: х, - запас на 1 га общей площади, м3/га; х2 - полезная нагрузка лесовозного автомобиля на рейс, м3; х3 - стоимость строительства 1 км магистрали, тыс. руб.; х4 - стоимость строительства 1 км ветки, тыс. руб.; х5 - стоимость машино-смены лесовозного автомобиля, тыс. руб./смену.

Регрессионная модель зоны тяготения к магистрали в км оптимальной по критерию минимума суммарных удельных затрат на строительство, ремонт и содержание лесовозных дорог, затрат на трелевку и вывозку древесины, а также затрат на лесовосстановление будет иметь вид:

Г, = 15,489 - 0,0696542-х, + 0,65726-х2 + 0,002870б-х3 - 0,765162-х5 -0,00203256-хгх2 - 0,00000797049-х,-х3 + 0,00631778 -х,-х5 + 0,0000239354-х2-х3. (3)

- 0,0170079 X2 X5 - 0,0000725082 х3 х5.

Полученную статистическую модель характеризуют следующие показатели: Я-квадрат составляет 98,68%, стандартная ошибка оценки - 3,01, средняя абсолютная ошибка - 2,03.

Наибольшее влияние на зону тяготения к магистрали (К)) оказывают такие факторы как стоимость 1 км магистрали (х3), стоимость машино-смены лесовозного автомобиля (х5), запас на 1 га (х,) и полезная нагрузка на рейс лесовозного автомобиля (х2).

Регрессионная модель зоны тяготения к ветке в км оптимальной по критерию минимума суммарных удельных затрат будет:

У2 = 5,7875 - 0,0277784-Х) + 0,272998-х2 + 0,00515472-х4 - 0,267601-х5 -0,000760714-х, -х2 - 0,0000141717-х,-х4 + 0,00235519-х, -х5 + 0,0000458661 -х2-х4 (4)

- 0,0075754-х2-х5 - 0,000141986-х4-х5.

Основные статистические характеристики: Я-квадрат - 99,04%, стандартная ошибка оценки - 0,78, средняя абсолютная ошибка - 0,52.

Наибольшее влияние на зону тяготения (К2) оказывают стоимость машино-смены лесовозного автомобиля (х5) и запас на 1 га общей площади (х,), стоимость 1 км ветки (х4) и полезная нагрузка на рейс лесовозного автомобиля (х2).

Из анализа влияния отдельных факторов и их взаимодействий можно сделать вывод, что зона тяготения к магистрали и ветке увеличивается при увеличении стоимости строительства лесовозной дороги и полезной нагрузки на рейс лесовозного автомобиля, и уменьшается при увеличении стоимости машино-смены лесовозного автомобиля и запаса на 1 га общей площади.

В четвертой главе приводится общая методология решения задачи транспортного освоения лесов на основе системного подхода с использованием геоинформационных технологий. Применительно к решению при-

кладных задач эта методология получила название ГИС транспортного ос-

При разработке генеральных схем транспортного освоения выделяют следующие этапы: сбор исходных данных; анализ транспортной освоенности лесных территорий существующими автомобильными дорогами; размещение лесных автомобильных дорог в транспортно не освоенных лесных массивах; разработка сценариев развития лесного дорожного строительства. Одним из основных вопросов является рациональное размещение автомобильных дорог - лесных магистралей и веток. При этом необходимо максимально использовать существующие дороги с возможностью их удлинения или реконструкции для перевода в более высокую категорию; обеспечивать кратчайшее расстояние вывозки при наименьшей протяженности новых путей; выбирать наилучшее местоположение оси трассы на местности в зависимости от лесотаксационных, рельефных, инженерно-геологических, гидрологических, экологических и других условий в транспортно не освоенных лесных массивах; комплексно сочетать дороги круглогодового и сезонного действия на основе сезонного зонирования лесов. Транспортное освоение лесного фонда должно быть увязано с дорогами общего пользования, недостаток которых вынужденно компенсируется повышенной потребностью в лесных магистралях.

Для размещения магистралей и веток в транспортно не освоенных лесных массивах предлагается следующий алгоритм (рис. 4):

Начало )

—V—

Создание н корректировка грузосборочиых зон вокруг существующих дорог общего пользовании и лесных магистралей

Выбор пункта примыханих магистрали по генеральному направлению вывозки древесины Проложение трассы магистрали ло критерию запасов насаждений

Корректировка оси трассы магистрали с учетом гидрологии, рельефа, сезонного зонирования, естественных и искусственных прегитствин Создание грузосборочиых зон вокруг запроектированных магистральных дорог

В соответствии с сезонным зонированием обоснование типа веток - кругло годового иди зимнего действия

Выбор пункта примыкания проектируемой ветки ло генеральному направлению вывозки древесины Пиоложенис тоассы ветки по гоктеоию запасов насаждений

Корректировка оси трассы ветки с учетом гидрологии, рельефа, сезонного зонировали*, естественных и искусственных препятствий Создание грузосборочиых зон вокруг за проектированных веток

Реконструкция ветки сезонного (зимнего) действ ид а ветку круглогодового действиа ---ф

Определение потребности в строительстве новых, реконструкции существующие лесных магистралей и веток

-—— ф -:-

Конец ^

Рис. 4 Алгоритм размещения лесных магистралей и веток

Здесь выделяют основные проектные операции: Автоматизированное создание и ручная корректировка границ грузо-сборочных зон вокруг существующих магистральных дорог (рис. 5). Это позволяет выявить не освоенные магистралями лесные площади. Для оценки степени обеспеченности магистральными дорогами кроме фактической густоты на единицу площади необходимо определить площадь лесов, неохваченных магистральными дорогами, а также коэффициент покрытия и коэффициент неравномерности размещения магистралей.

Коэффициент покрытия магистралями определяется по формуле:

ом

ГУ-М _ ^охв покр л

(5)

где 5"хв - площадь лесов, охваченных магистральными дорогами, га; 50б - общая площадь лесов, га.

Коэффициент неравномерности размещения магистралей определяется по формуле

ТУ-М

•"■неравн

Г'

(б)

где ГдМ - протяженность существующих дорог общего пользования и лесных

магистралей на 1000 га площади, охваченной этими дорогами, км/1000га; Г' - требуемая расчетная густота дорог общего пользования и лесных магистралей, км/1000га.

Рис. 5 Грузосборочные зоны к существующим магистральным дорогам

В случае не полного освоения лесов магистралями необходимо размещение новых магистралей, удлинение или реконструкция существующих путей для того, чтобы охватить всю лесную территорию. Размещение и корректировка трасс лесных магистралей. Создание и корректировка границ грузосборочных зон веток (рис. 6).

Рис. 6 Грузосборочные зоны к веткам

При не полном освоении лесов ветками необходимо размещение новых веток, удлинение или реконструкция существующих дорог для того, чтобы охватить ветками всю лесную территорию.

В соответствии с сезонным зонированием выбор типа веток - круглогодового или зимнего действия.

Размещение и корректировка трасс веток (рис. 7)

Рис. 7 Размещение ветки по критерию запасов насаждений

Проверка обеспеченности требуемой ритмичности вывозки по сезонам года. При не удовлетворительном соотношении потребуется реконструкция существующих дорог сезонного действия с переводом их в дороги круглогодового действия.

Определение потребности в новом строительстве и реконструкции лесных магистралей и веток.

Оптимальная требуемая густота лесных дорог каждой технической категории в км/1000га при известной зоне тяготения определяется по формулам:

г г -^--к г -^.к г

1 ДСП доп ' 1 и ~ Лм> 1 ■ Л«> 1 ус _ Лус>

«доп «« «, «ус ...

Г -—-А Г -!£.* V

1 Ul - J. MB > 1 П.» г "п.«

где i/j0n, d'u, d't, d'vc, d'ut, b - оптимальные зоны тяготения соответственно к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу, магистральному и пасечному волоках, км; кт, ка, к,, к^, ки1, кпш - коэффициенты развития соответственно дороги общего пользования, магистрали, ветки, уса, магистрального и пасечного волоков.

Общая протяженность магистральных дорог, веток, усов, магистральных и пасечных волоков в км/км2 при условии полного отсутствия транспортной сети определяется по формулам:

(к к

Л поп Л.,

= 0,01-5.,

Доп ^__

V ^доп ¿и

Т -°>01Лб , , 0.0't

> Ч - ,, byt ~ .. 'Лус>

«ус (7)

0,01-5эк 0,01-5.

" * мв' пв — » '*пв'

МВ т* МВ ' ПВ »

«к. °

где 50б - общая площадь лесов, га; - эксплуатационная площадь лесов (площадь насаждений, в которых разрешена заготовка древесины при различных видах рубок), га.

Общая суммарная оптимальная густота автомобильных дорог будет Г = Гд<ш+Гм+Г.+Гус (9)

Среднегодовая потребность в строительстве' магистральных дорог, веток, усов, магистральных и пасечных волоков в км на объем заготавливаемой древесины в год для транспортно не освоенных лесных массивов определяется по формулам:

П

/ г , \

100-^

V ^ДОП d* J

П ^Г0Д 1г

' • ~~ 1ПЛ1 J"

100 -d, - у.

' ° (10) О о о

П = , fr ТТ ^гол b П - ?Г

" 100.ус' м> 100-с-г,. "" " 100-ь-г,

Дополнительная протяженность лесных автомобильных дорог с учетом уже существующих дорог, определяется согласно разработанному ГИС-проекту транспортного освоения лесного фонда.

Для календарного планирования магистральных дорог и веток предлагаются следующие сценарии развития: оптимистичный для полного

транспортного освоения, при котором определяется среднегодовая потребность в строительстве магистральных дорог и веток на срок аренды или оборот рубки; пессимистичный минимальных объемов дорожного строительства исходя из плановых объемов заготовки древесины в год, рассчитываемых по формуле (10).

Разработанная методология транспортного освоения лесов была использована при разработке лесного плана Иркутской области, при разработке проекта лесозаготовительного предприятия «ООО «Верхневолжский лесоперерабатывающий комбинат», обосновании генеральной схемы лесной транспортной инфраструктуры арендных лесов ООО «Метсялиитго Подпорожье» в Подпорожском районе Ленинградской области.

Для природно-производственных условий Иркутской области, оптимальная суммарная густота сети лесных автомобильных дорог (магистраль + ветка + ус) составляет 13,4 км на 1000 га, что обеспечивается при зоне тяготения к магистрали 24,6 км, ветке 5,5 км, усу 1,1 км. Для ее создания необходимо будет строить в год 6,2 км магистральных дорог, 28,5 км веток и 52,9 км усов на 1 млн. м3 заготовки древесины.

В условиях Ленинградской области при среднем общем запасе 162м3/га были рассчитаны требуемые зоны тяготения, густота и среднегодовая потребность в строительстве на 1 млн. м3 заготовки древесины для лесных магистралей и веток (табл. 1,2).

Таблица 1

Зона тяготения, густота и потребность магистралей в зависимости от

стоимости 1 км магистрали и стоимости машино-смены автомобиля

Стоимость ] км магистрали, руб. Зона тяготения в км, гу весины для магист стота в км/1000 га и потребность в км/1млн. куб. м заготовки дре-ралей при стоимости машино-смены автомобиля в руб./смену

4 000 7 000 10 000 13 000 16 000 19 000 22 000

1 ООО ООО 10,7 1,0 6,4 8,2 1,3 8,3 6,9 1,6 9,8 6,1 1,8 11,1 5,5 2,0 12,3 5,1 2,2 13,4 4,7 2,3 14,4

3 ООО ООО 18,5 0,6 3,7 14,21 0,8 4,8 12,0 0,9 5,7 10,6 1,0 6,4 9,5 1,2 7,1 8,8 1,3 7,7 8,2 1,3 8,3

5 ООО ООО 23,8 0,5 2,8 18,3 0,6 3,7 15,5 0,7 4,4 13,6 0,8 5,0 12,3 0,9 5,5 11,3 1,0 6,0 10,5 1,0 6,4

7 ООО ООО 28,2 0,4 2,4 21,7 0,5 3,1 18,3 0,6 3,7 16,1 0,7 4,2 14,6 0,8 4,7 13,4 0,8 5,1 12,5 0,9 5,4

9 ООО ООО 32,0 0,3 2,1 24,6 0,4 2,8 20,8 0,5 3,3 18,3 0,6 3,7 16,5 0,7 4,1 15,2 0,7 4,5 14,1 0,8 4,8

11 ООО ООО 35,3 0,3 1,9 27,2 0,4 2,5 22,9 0,5 3,0 20,2 0,5 3,4 18,3 0,6 3,7 16,8 0,7 4,0 15,6 0,7 4,3

13 ООО ООО 38,4 0,3 1,8 ¿9,6 0,4 2,3 24,9 0,4 2,7 22,0 0,5 3,1 19,9 0,6 3,4 18,3 0,6 3,7 17,0 0,6 4,0

15 ООО ООО 41,3 0,3 1,6 31,8 0,3 2,1 26,8 0,4 2,5 23,6 0,5 2,9 21,3 0,5 3,2 19,6 0,6 3,5 18,2 0,6 3,7

17 000 000 43,9 0,3 1,5 33,8 2,0 28,5 0,4 2,4 25,1 0,4 2,7 22,7 0,5 3,0 20,9 0,5 3,3 19,4 0,6 3,5

19 000 000 46,4 0,2 1,5 35,8 0,3 1,9 30,2 0,4 2,3 26,6 0,4 2,6 24,0 0,5 2,8 22,1 0,5 3,1 20,5 0,5 3,3

21 000 000 48,8 0,2 1,4 37,6 0,3 1,8 31,7 0,3 2,1 27,9 0,4 2,4 25,2 0,4 2,7 23,2 0,5 2,9 21,6 0,5 3,1

Таблица 2

Зона тяготения, густота и потребность веток в зависимости от стоимости машино-смены автомобиля и общего запаса на 1 га общей площади

Стоимость машино-смены автомобиля, руб ./смену Зона тяготения в км, густота в км/1000 га и потребность в км/1млн. куб. м заготовки древесины для веток при обшем запасе на 1 га общей площади, мЗ/га

50 75 100 125 150 175 200

4000 21,5 0,5 10,7 17,5 0,7 8,8 15,2 0,8 7,6 13,6 0,8 6,8 12,4 0,9 6,2 11,5 5,7 10,7 1,1 5,4

7 000 16,2 0,7 14,2 13,3 0,9 11,Й 11,5 1,0 10,0 10,3 1,1 9,0 9,4 1,2 8,2 8,7 1,3 7,6 8,1 1,4 7,1

10 000 13,6 0,8 16,9 11,1 1,0 13,8 9,6 1,2 12,0 8,6 1,3 10,7 7,8 1,5 9,8 7,3 1,6 9,0 6,8 1,7 8,5

13 000 11,9 1,0 19,3 9,7 1,2 15,7 8,4 1,4 13,6 7,5 1,5 12,2 6,9 1,7 11,1 6,4 1,8 10,3 6,0 1,9 9,6

16 000 10,8 1,1 21,4 8,8 1,3 17,5 7,6 1,5 15,1 6,8 1,7 13,5 6,2 1,9 12,4 5,7 2,0 11,4 5,4 2,1 10,7

19 000 9,9 1,2 23,3 8,1 1,4 19,0 7,0 1,6 16,5 6,2 1,8 14,7 5,7 2,0 13,5 5,3 2,2 12,5 4,9 2,3 11,7

22 000 9,2 1,3 25,1 7,5 1,5 20,5 6,5 1,8 17,7 5,8 2,0 15,9 5,3 2Л 14,5 4,9 2,3 13,4 4,6 2,5 12,5

Для лесосырьевой базы ООО «Метсялиитто Подпорожье» при существующей технике и технологии лесосечных и лесотранспортных работ расчетные показатели структуры сети по разработанной математической модели, составили: густота магистральных дорог - 1,01 км/1000 га; густота веток - 2,68 км/1000 га; суммарная требуемая густота лесных автомобильных дорог - 13,39 км/1000 га. Создание оптимальной структуры лесных дорог по предлагаемой методике на арендной территории ООО «Метсялиитто Подпорожье» позволило на 5% снизить затраты на дорожное строительство, что составляет 12 млн. руб. или 40 руб./м3.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На сегодняшний день уровень развития лесной транспортной инфраструктуры крайне низкий. Одними из основных сдерживающих факторов являются организационно-правовые и экономические аспекты, а также устаревшая нормативная база создания лесных дорог.

Разработанная математическая модель структуры сети лесных дорог учитывает целостность, единство, связность и иерархию различных путей транспорта с учетом комплекса лесосечных, лесотранспортных и ле-сохозяйственных мероприятий.

3. С помощью математической модели структуры сети можно определить оптимальные грузосборочные зоны к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу и магистральному волоку, суммарную требуемую густоту и для каждой технической категории отдельно, а также общую протяженность и потребность в строительстве на объем заготовки древесины для конкретных природно-производственных условий. Эти параметры и показатели необходимы для оценки транспортной доступности

при лесном планировании, при разработке генеральных схем транспортного освоения лесного фонда, очередности строительства и реконструкции лесных автомобильных дорог.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований параметров структуры сети лесных дорог можно заключить, что требуемая густота лесных магистралей и веток зависит, прежде всего, от капитальности дорожных конструкций, лесовозного автомобильного транспорта и концентрации запасов древесины. Строительство более капитальных дорог, использование лесовозных автомобилей большой грузоподъемности снижают требуемую густоту магистралей и веток на единицу площади, а увеличение эксплуатационных затрат на лесовозный транспорт, а также высокая концентрация запасов насаждений приводит к увеличению густоты магистралей и веток.

5. Для повышения эффективности транспортного освоения предложено предварительное разделение лесного фонда на зоны сезонной эксплуатации на базе геоинформационной системы, что позволит повысить обоснованность выбора типа проектируемых дорог (зимние или круглогодовые) для обеспечения ритмичности вывозки древесины по сезонам года.

6. Изучение, анализ и оценка природно-производственных и ситуационных условий формирования сети лесных дорог возможно только на основе географического подхода с использованием информационных технологий. ГИС объединяют интеллект проектировщика и вычислительные возможности информационной системы, помогая оценить транспортную доступность и степень транспортной освоенности, проанализировать различные варианты прохождения проектируемых трасс лесных автомобильных дорог.

7. Разработанная методика размещения лесных магистралей и веток обеспечивает взаимное и равномерное их размещение. Данная методика может быть рекомендована для создания лесной транспортной инфраструктуры при разработке документов лесного планирования, проектов транспортного освоения лесов, обоснования инвестиций в лесное дорожное строительство.

8. Внедрение указанных рекомендаций при разработке лесного плана Иркутской области позволило повысить обоснованность требуемой густоты сети лесных автомобильных дорог и проектных решений по транспортному освоению лесного фонда, по планируемым объемам лесного дорожного строительства.

9. Использование разработанной методики размещения лесных магистралей и веток при обосновании генеральной схемы транспортного освоения ООО «Метсялиитто Подпорожье» позволило повысить обоснованность проектных решений по транспортному освоению лесосечного фонда,

обеспечить планомерность лесного дорожного строительства и существенно на 12 млн. руб. или 5% снизить себестоимость лесосечно-транспортных работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки

1. Громская, Л.Я. Оптимизация структуры транспортной сети лесозаготовительного предприятия / Л.Я. Громская, Н.А. Тюрин // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 186. СПб.: СПбГЛТА, 2009. С. 72-77.

2. Громская, Л.Я. Исследование параметров структуры лесной транспортной сети / Л.Я. Громская // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 193. СПб.: СПбГЛТА, 2010. С. 145-154.

В других изданиях:

3. Громская, Л.Я. Математическая модель рациональной структуры лесной транспортной сети / Л.Я. Громская // Сухопутный транспорт леса: материалы науч,-техн. конф. СПб.: ООО «Кром», 2009. С. 76-80.

4. Громская, Л.Я. Обоснование требуемой густоты транспортной сети для заготовки древесины / Л.Я. Громская, Н.А Тюрин, А.Н. Тюрин // Леса России в XXI веке: материалы первой международной научно-практической конференции. СПб.: СПбГЛТА, 2009. С. 211-214.

5. Громская, Л.Я. К вопросу обоснования требуемой густоты транспортной сети для заготовки древесины / Л.Я. Громская, Н.А Тюрин, А.Н. Тюрин // Сухопутный транспорт леса: материалы науч.-техн. конф. СПб.: ООО «Кром», 2009. С. 64-68.

6. Громская, Л.Я. Классификация лесов по транспортно-промышленной доступности / Л.Я. Громская, Н.А Тюрин, А.Н. Тюрин II Сухопутный транспорт леса: материалы науч.-техн. конф. СПб.: ООО «Кром», 2009. С. 68-71.

7. Громская, Л.Я. Обоснование размещения лесных дорог в арендных лесах лесозаготовительных предприятий / Л.Я. Громская, Н.А. Тюрин // Сухопутный транспорт леса: материалы науч.-техн. конф. СПб.: ООО «Кром», 2009. С. 72-76.

8. Громская, Л.Я. Сезонное районирование транспортного освоения арендуемых лесов лесозаготовительного предприятия / Л.Я. Громская, Н.А Тюрип, А.Н. Тюрин, А.В. Андрейчук // Сухопутный транспорт леса: материалы науч.-техн. конф. СПб.: ООО «Кром», 2009. С. 80-83.

9. Громская, Л.Я. Размещение лесных дорог на базе геоинформационных систем / Л.Я. Громская // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: сборник материалов международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. 10-12 ноября 2010 г. СПб.: СПбГЛТА, 2010. С. 126-131.

10. Громская, Л.Я. Развитие сети лесных дорог и операционное планирование лесозаготовок = Forest roads network development and forest operational planning: учебное пособие / Л.Я. Громская, П.В. Безверхов, В.В. Бобров, Н.М, Большаков и др. // Сыктывкар: Сыкт. лесн. ин-т. 2010. - 132 с.

ГРОМСКАЯ ЛЮБОВЬ ЯКОВЛЕВНА АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 25.04.11. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 105. С 4 а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Введение

Глава 1 Анализ состояния научных разработок но созданию" сети лесных дорог и задачи исследования

1.1 ' Современное состояние и перспективы, развития лесной транспортной инфраструктуры». , ; , 9/

1.2 Анализ существующих разработок в области создания сети лесных дорог ■ ■'.'''•,

1Г.3< . Предпосылки к использованию при? проектировании* сети лесных дорог

1.4 Постановка задач исследования 40;

Выводы 1 главы

Глава 2 Теоретические основы рациональной структуры сети лесных дорог

2.1 Характеристика сети лесных дорог

2.2 Использование лесотаксационных данных для обоснования; рациональнрйг структуры и размещешшсети лесных дорог ■

2.3 Разработка математической модели рациональной структуры сети лесных дорог

2.3.1 Содержательная постановка задачи оптимизации

2.3.2 . Построение математической модели

2.3.3 Анализ математической модели

2.3.4 Выбор метода и средства решения

2.4 Сезонное зонирование транспортного освоения лесов 79 Выводы 2 главы

Глава 3 Экспериментальное исследование структуры сети лесных автомобильных дорог

3.1 Основные понятия экспериментальных исследований

3.2 Компьютерные методы статистической обработки результатов экспериментов

3.3 Планирование эксперимента исследования параметров структуры сети лесных дорог

3 .3:1 Общие положения

3.3.2 Разработка отсеивающего плана Плакета-Бермана для зоны; тяготения к магистрали и ветке.

3.3.3 Разработка полного факторного плана для зоны тяготения к магистрали и ветке

3.3.4 Принятие-решений после построения моделей 121 Выводы 3 главы

Глава 41 Методология' размещениялесных автомобильных дорог на основе геоинформационных систем

4.1; Общие положения

4.2 Методика размещения лесных магистралей и веток

4.3 Рекомендации по размещению и календарному • планированию*лесных автомобильных дорог

4.4 Обоснование рациональной схемы транспортного освоения в производственных условиях

Выводы 4 главы

Транспорт - важнейшая составная часть производственной инфраструктуры Российской Федерации. Устойчивое и эффективное функционирование транспорта является необходимым условием высоких темпов экономического роста, обеспечения целостности, национальной) безопасности и обороноспособности страны, повышения качества жизни1 населения, рациональной интеграции страны в мировую экономику.

Роль транспорта в современном обществе и производстве переоценить невозможно. Транспорт во всех добывающих отраслях народного хозяйства имеет важное значение, но в лесопользовании оно особенно велико, что обусловлено специфическими особенностями леса и характером лесопользования. Лесопользование имеет ярко выраженный собирательный характер, при которых пути транспорта имеют решающее значение, ибо без них невозможны организация и регулирование производства. Кроме этого лесные дороги создаются для охраны, защиты и воспроизводства лесных ресурсов.

Несмотря на общую адаптацию экономики к рыночным условиям, состояние лесной отрасли и уровень ее развития в настоящее время нельзя считать удовлетворительными. Отсутствие развитой дорожной сети является одной из главных проблем неэффективного развития лесопромышленного комплекса. Поэтому на сегодняшний день создание лесной транспортной инфраструктуры одно из приоритетных направлений деятельности Федерального агентства лесного хозяйства.

К настоящему времени накопилось множество организационно-технических проблем, одной из которых является отсутствие генеральных схем развития сети лесных дорог. Существующие рекомендации, методики, нормативные документы по созданию лесных дорог давно устарели, поскольку изменилось законодательство, технологии и машины, цены. При перспективном планировании лесных дорог необходим учет всего комплекса лесозаготовительных, лесохозяйственных, экологических и социальноэкономических требований. Здесь необходим комплексный подход и широкое использование современных информационных технологий.

Территориальное размещение и климатические особенности лесных площадей нашей страны определяют сезонность лесоэксплуатации. Многие лесные территории доступны только в 'зимнее время. Обоснование транспортного освоения с учетом сезонности лесосечно-транспортных работ является актуальным для эффективного планирования и организации лесозаготовительных работ, а также обоснования типа проектируемых дорог (зимние или круглогодовые) при их размещении.

Полное представление о состоянии лесов и возможности эффективного транспортного освоения можно получить только на основе географического подхода с применением картографического материала. Традиционные способы проектирования генеральных схем транспортного освоения основаны на многоэтапной работе с различными картами, схемами, планшетами, выполненными в разных системах координат, масштабах, часто устаревших, а также на использовании многочисленных табличных данных лесоустроительной информации. При этом результаты проектирования непосредственно зависят от компетентности лица принимающего решения, от точности данных и от качества картографического материала. Использование современных географических информационных технологий позволяет значительно повысить качество разработки генеральных схем транспортного освоения лесов.

Во избежание хаотичности, неравномерного размещения, необоснованного удорожания строительства, снижения транспортно-эксплуатационных показателей лесных дорог актуальным является разработка и использование современных научных методов размещения путей транспорта в лесу, обеспечивающих построение ритмичного транспортного процесса, снижение затрат на транспортировку, обеспечение экологической безопасности и социально-экономического развития лесных регионов.

Целью работы является повышение эффективности работы лесотранспорта путем оптимизации структуры сети лесных автомобильных дорог и рационального их размещения на основе геоинформационных систем. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:

• разработана математическая модель рациональной структуры сети лесных дорог;

• исследованы зависимости параметров структуры дорожной сети от основных влияющих факторов;

• разработана методика размещения лесных магистралей и веток на основе рациональной структуры с использованием геоинформационных технологий;

• решена задача обоснования рациональной схемы транспортного освоения в производственных условиях;

• разработаны практические рекомендации по размещению и календарному планированию лесных магистралей и веток.

Объектом исследования является система лесных дорог и ее составные элементы.

Предмет исследования: структура сети лесных автомобильных дорог и ее основные параметры, генеральная схема транспортного освоения лесов.

Решение поставленных задач получено на основе методологии системного моделирования, системного анализа, методов математического моделирования, математической статистики, планирования экспериментов, исследования операций, принятия решений, географического анализа. Использовались геоинформационная система Mapinfo, пакет программ Microsoft Office, статистический пакет прикладных программ Statgraphics.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) Разработана математическая модель структуры сети лесных дорог, которая отражает взаимосвязь лесотранспортных путей от пасечного волока до дороги общего пользования с учетом комплекса лесосечных, лесотранспортных и лесохозяйственных работ.

2) Экспериментально исследовано влияние основных технико-экономических и таксационных показателей на параметры структуры сети, получены математические регрессионные модели зон тяготения к магистрали и веткам, оптимальных по критерию минимума суммарных удельных затрат на строительство, ремонт и содержание каждого элемента сети лесных дорог, затрат на трелевку и вывозку древесины автотранспортом, а также затрат на лесохозяйственные мероприятия.

4) Разработана методика размещения лесных магистралей и веток, основанная на рациональной структуре сети лесных дорог с использованием геоинформационных технологий, обеспечивающих учет лесотаксационных, грунтово-гидрологических, рельефных и др. условий, влияющих на размещение лесных дорог.

5) Разработаны практические рекомендации по размещению и календарному планированию лесных автомобильных дорог, которые позволяют определить требуемую протяженность на единицу площади, общую и среднегодовую потребность в строительстве и реконструкции дорог по каждому типу и категории.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанная математическая модель и аналитические зависимости позволяют определить такие основные параметры рациональной структуры сети лесных автомобильных дорог как зону тяготения лесных грузов (грузосборочную зону), густоту и потребность дорог на единицу площади, на объем заготовки древесины по каждой категории лесных дорог, которые необходимы при разработке генеральных схем транспортного освоения лесного фонда. Эти показатели являются основой для расчета и установления технико-экономических показателей предприятий в области планирования, очередности строительства, реконструкции и модернизации лесной транспортной инфраструктуры. Могут использоваться для обоснования инвестиций в лесопромышленный комплекс, а также разработки документов перспективного лесного планирования.

Результаты диссертационной работы использовались при разработке проекта обоснования инвестиций лесозаготовительного предприятия ООО «Верхневолжский лесоперерабатывающий комбинат» в Тверской области (2007г.), при разработке лесного плана Иркутской области (п. 1.2.5, 2.2.12.2.3, 2.6) (2008 г.), а также при обосновании рациональной схемы лесной транспортной инфраструктуры арендных лесов ООО «Метсялиитто Подпорожье» в Подпорожском районе Ленинградской области (№ 1.1.1.10 х/д, 2010 г.), что подтверждается актом о внедрении научных результатов.

Выводы 4 главы

• При постановке и решении задачи размещения сети лесных дорог необходим системный подход, базирующийся на использовании геоинформационных технологий. Изучение, анализ и оценка совокупности природно-производственных и ситуационных условий лесного дорожного строительства возможно только на основе географического подхода с использованием информационных технологий.

• Основными этапами при разработке генеральных схем транспортного освоения являются: сбор исходных данных; анализ транспортной освоенности лесных территорий существующими автомобильными дорогами; размещение лесных автомобильных дорог в транспортно не освоенных лесных массивах; разработка рекомендаций по календарному планированию дорожного. Предложенная последовательность разработки генеральных схем транспортного освоения, основанная на ГИС, позволяет комплексно исследовать существующую систему лесных дорог и наметить перспективу дальнейшего транспортного развития лесной территории.

• Разработанная методика размещения лесных магистралей и веток позволяет обеспечить рациональное, равномерное и взаимное размещение лесных дорог с целью минимизации суммарных удельных затрат на строительство и содержание лесовозных дорог, трелевку и вывозку заготовленного леса, а также проведения лесохозяйственных мероприятий. В основе разработанной методики лежит рациональная структура сети лесных дорог, ее основные параметры - оптимальные зоны тяготения к магистрали и ветке, а также географический анализ транспортного освоения лесов.

• При отсутствии лесных автомобильных дорог рекомендуется определять общую протяженность, необходимую для полного транспортного освоения, на общую площадь и среднегодовую потребность в строительстве для поддержания заготовки и вывозки древесины по каждой категории дорог.

• Протяженность лесных дорог, необходимая для полного транспортного освоения с учетом уже существующей сети лесных автомобильных дорог рекомендуется определять в соответствии с генеральной схемой с помощью ГИС-технологий с учетом ритмичности освоения и вывозки заготовленной древесины по сезонам года.

• Для календарного планирования лесных магистралей и веток предлагаются следующие сценарии: оптимистичный для полного транспортного освоения, при котором определять среднегодовую потребность в строительстве магистралей и веток за срок аренды или оборот рубки; пессимистичный минимальных объемов дорожного строительства исходя из плановых объемов заготовки древесины в год.

• Создание оптимальной структуры лесных дорог по предлагаемой методике на арендной территории ООО «Метсялиитто Подпорожье» позволило на 5% снизить затраты на лесное дорожное строительство, что составляет 12 млн. руб. или 40 руб./м .

155

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На сегодняшний день уровень развития лесной транспортной инфраструктуры крайне низкий. Одними из основных сдерживающих факторов являются организационно-правовые и экономические аспекты, а также устаревшая нормативная база создания лесных дорог.

2. Разработанная математическая модель структуры сети лесных дорог учитывает целостность, единство, связность и иерархию различных путей транспорта с учетом комплекса лесосечных, лесотранспортных и лесохозяйственных мероприятий.

3. С помощью математической модели структуры сети можно определить оптимальные грузосборочные зоны к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу и магистральному волоку, суммарную требуемую густоту и для каждой технической категории отдельно, а также общую протяженность и потребность в строительстве на объем заготовки древесины для конкретных природно-производственных условий. Эти параметры и показатели необходимы для оценки транспортной доступности при лесном планировании, при разработке генеральных схем транспортного освоения лесного фонда, очередности строительства и реконструкции лесных автомобильных дорог.

4. На основе теоретических и экспериментальных исследований параметров структуры сети лесных дорог можно заключить, что требуемая густота лесных магистралей и веток зависит, прежде всего, от капитальности дорожных конструкций, лесовозного автомобильного транспорта и концентрации запасов древесины. Строительство более капитальных дорог, использование лесовозных автомобилей большой грузоподъемности снижают требуемую густоту магистралей и веток на единицу площади, а увеличение эксплуатационных затрат на лесовозный транспорт, а также высокая концентрация запасов насаждений приводит к увеличению густоты магистралей и веток.

5. Теоретическое обоснование и практическое применение при выборе типа проектируемых дорог (зимние или круглогодовые)- для обеспечения ритмичности вывозки-древесины подтверждают необходимость предварительного разделения лесного фонда на зоны сезонной эксплуатации на базе геоинформационной системы.

6. Изучение, анализ и оценка природно-производственных и< ситуационных условий формирования« сети лесных дорог возможно только на основе географического подхода с использованием информационных технологий. ГИС объединяют интеллект проектировщика и вычислительные возможности информационной системы, помогая оценить транспортную доступность и степень транспортной освоенности, проанализировать различные варианты прохождения проектируемых трасс лесных автомобильных дорог.

7. Разработанная методика размещения лесных магистралей и веток обеспечивает взаимное и равномерное их размещение. Данная методика может быть рекомендована для создания < лесной транспортной инфраструктуры при разработке документов лесного планирования, проектов-транспортного освоения лесов, обоснования инвестиций в лесное дорожное строительство.

Использование разработанной методики размещения лесных магистралей и веток при обосновании генеральной схемы транспортного освоения ООО «Метсялиитто Подпорожье» позволило повысить обоснованность проектных решений по транспортному освоению лесосечного фонда, обеспечить планомерность лесного дорожного строительства и существенно на 12 млн. руб. или 5% снизить себестоимость лесосечно-транспортных работ.

157

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: «Наука». 1976, -278 с.

2. Азаренок В.А., Герц Э.Ф:, Мехренцев A.B. Сортиментная заготовка леса. Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1999. 128 с.

3. Алябьев В.И., Грехов Г.Ф., Ильин Б.А., Кувалдин. Б.И. Сухопутный транспорт леса. М.: Лесная промышленность, 1990. 416 с.

4. Борисов Г.А. Методы автоматизированного проектирования лесотранспорта. Петрозаводск: Карелия, 1978. — 198 с.

5. Борисов Г.А., Кукин В.Д., Кузина В.И. Методы поиска наивыдоднейшего варианта сети лесовозных дорог. Лесной журнал. №3 2001. 63-70 с.

6. Вейола П., Дружинин H.A. и др. Экологические рекомендации по лесоуправлению и лесопользованию под ред. Тарасова^ М.Е. Хельсинки Санкт-Петербург: Метсялиитто, Ботния, 2009. - 56 с.

7. ВСН 01-82 Инструкция по проектированию лесозаготовительных предприятий № 236 и согласованная с Госстроем СССР 25.06.82 г.

8. ВСН 05-87 «Инструкция по производству изысканий лесохозяйственных автомобильных дорог». Разработана Всесоюзным государственным проектно-изыскательским институтом «Союзгипролесхоз» Гослесхоза СССР.

9. ВСН 7-82 Инструкция по проектированию лесохозяйственных автомобильных дорог, утвержденная Государственным комитетом СССР по лесному хозяйству 15.10.82 №5 и согласованная с Госстроем СССР 20.09.82 № БП-5232-1.

10. Вуколова H.A. Геоинформатика в лесном хозяйстве: Учебник. М.:ВНИИЛМ, 2002 216 с.158 V11 .Герасимов Ю., Катаров В. Лесные дороги. Учебное пособие. Йоэнсуу: Изд-во НИИ леса Финдляндии, 2009. 72 с.

11. Герасимов Ю.Ю., Килъпеляйнен G.A., ; Давыдков' Г.А: Геоинформационные системы. Йоэнсуу: Изд-во университета Йоэнсуу, 2001.-201 с. " ' ■.'.' •.' . •:.

12. Ш.Гладков>? E.F. 'Моделирование', технологических процессов; Моделирование территориальной! динамики; лесопромышленных! предприятий. Учебное пособие. СПб.: СПбГЛТА, 2010. 148 с.

13. Гладков Е:Г. Территориальная- динамика: лесозаготовок. Моделирование и оптимизация эффективного развития лесозаготовок, в современных экономических условиях. СПб. Издательство С.-Петербургского университета., 2006. 188 с.

14. И.Громская Л.Я: Исследование параметров структуры лесной транспортной.сети. Известия СПбГЛТА. Выпуск 186-: СПбГЛТА, 2009. С. 72-77.

15. ХЪ.Громская Л.Я. Математическая модель рациональной структуры лесной транспортной сети. Сухопутный транспорт леса. Материалы научно-технической конференции. Санкт-Петербург: ООО «Кром», 2009.-С. 76-80.

16. Громская Л.Я., Тюрин H.A., Тюрин А.Н. Классификация лесов по транспортно-промышленной доступности. Сухопутный транспорт леса. Материалы научно-технической конференции. Санкт-Петербург: ООО «Кром», 2009: С. 68-71.

17. Громская Л.Я., Тюрин H.A., Тюрин А.Н. Обоснование требуемой' густоты транспортной сети для заготовки древесины. Леса России в XXI веке. Материалы первой международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург: СПбГЛТА, 2009. С. 211-214.

18. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб.: Питер. - 1997.

19. Засухин Д.П., Серый B.C., Минин Н.С. Рекомендации по защите лесных почв от повреждения при проведении лесозаготовительных работ в Республике Коми. Сыктывкар. 2004, — 17 с.

20. Ильин Б. Al Выбор и размещение дорожных конструкций на технологических путях лесовозных дорог// ИВУЗ. Лесной журнал. 1985. N4.-С. 41-46.

21. Ильин Б. А: Математические модели дорожных сетей лесотранспорта и их использование //Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Мехвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1987. С. 27-33.

22. Ильин Б. А. О принципах обоснования основных параметров и норм проектирования лесовозно-лесохозяйствевных дорог //Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА-, 1989.-С. 97-101.

23. Ильин Б. А. Об основных принципах транспортного освоения сырьевых баз комплексных лесных предприятий // Комплексная механизация лесозаготовок и транспорт леса: Межвуз. сб. науч. тр. Л.:ЛТА, 1986. — С. 20-27.

24. Ильин Б.А. Основы размещения лесовозных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий. JI: JITA, 1987. — 63 с.

25. ЪЪ.Ильин Б.А. Проектирование и организация лесозаготовительных предприятий. М.: Гослесбумиздат, 1955. —428 с.

26. Ильин Б.А., Ковалев Р.Н., Гуров C.B. Оптимизация транспортных систем лесных предприятий в новых условиях лесопользования. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Сб. тр./JITA. Вып. 2 (160). СПб.: 1994.- С. 171-180.

27. Ильин Б.А., Салминен Э. О. Теория лесотранспорта. JL: JTTA, 1992. — 188 с.

28. Капралов Е.Г., Кошкарев A.B., Тикунов B.C. и др. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 2: Учебное пособие для студентов вузов под редакцией Тикунова B.C. М.: Изд. Цент «Академия», 2004. 480 с.

29. Капралов Е.Г., Кошкарев A.B., Тикунов B.C. и др. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учебное пособие для студентов вузов под редакцией Тикунова B.C. М.: Изд. Цент «Академия», 2004. 352 с.

30. Леоненков А. В. Решение задач оптимизации в среде MS Excel. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 704 с.

31. Лесная промышленность и лесное хозяйство: Словарь: В 2 т. — 3-е изд., перераб. и доп./И.Р. Шегельман. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2006. -Т. 1 (А — О). — 252 с.

32. Лесная промышленность и лесное хозяйство'. Словарь: В 2 т. — 3-е изд., перераб. и доп./И.Р. Шегельман. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2006. - Т. 2 (П — Я). — 240 с.

33. Лесная энциклопедия: В 2-х т., т.2/Гл. ред. Воробьев Г.И.; Ред. кол.: Анучин H.A., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. М.: Сов. энциклопедия; 1986.— 631 е., ил.

34. Лесной кодекс Российской Федерации от 4 декабря 2006 г. N 200-ФЗ (с изменениями от 13 мая, 22, 23 июля, 25 декабря 2008 г.).

35. AI .Любимов А. В., Салминен Э. О., Вавилов С. В. Географические информационные системы в отраслях лесного комплекса. Программное обеспечение профессиональной ГИС IDRISI for Windows: Учебное пособие для студентов лесных вузов. СПб.: JITA, 1999. — 130 с.

36. Матвиенко Л.С. Автомобильные лесовозные дороги: Справочник. 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Экология, 1991. — 336 с.

37. Невесский Н. М. Лесовозные железные дороги. М.: Гослестехиздат, 1934.-703 с.

38. Невесский Н. М. Новые методы составления планов эксплуатации лесных массивов. М.: Гостехиздат, 1930. 96 с.

39. ОНТП 02-85 «Общесоюзные нормы технологического проектирования лесозаготовительных предприятий». Утверждены приказом Минлесбумпрома СССР от 3 марта 1986 г. № 108. Согласованы ГКНТ и Госстроем СССР (письмо от 13 февраля 1986 г. № 45-242). Ленинград 1986.

40. Павлов Ф.А. Покрытия лесных дорог. М.: Лесн. пром-сть. 1980 - 176 с.

41. Петров В., Алъбрект Бемманн. Менеджмент лесного хозяйства Германии. ЛеспромИнформ №5 (71). 2010. С. 144-154.55 .Писаренко А.И., Страхов В. В. Государство и лесные дороги: Европейский опыт. Лесное хозяйство. №4. 2009. С. 5-7.

42. Постановление Правительства РФ от 24 декабря 1991 г. N 61 «О классификации автомобильных дорог в российской федерации».

43. Починков С. В. Экономические основы устойчивого лесопользования. -СПб: ПрофиКС, 2007. 112 с.

44. Починков C.B. Проблемы освоения вторичных лесов. ЛеспромИнформ №6 (72). 2010. С. 76-83.

45. Починков C.B. Эх, дороги. ЛеспромИнформ №2 (60). 2009. С. 70-75.

46. Правила заготовки древесины, утвержденные приказом ML IP России от 16.07.2007 № 184.

47. Пресняков В.А. Нелинейное программирование. Л.: ГЛТА. 1988,-33 с.

48. Протанский В. В., Сыромятников С. А. Заготовка и транспорт леса. Архангельск: Сев. изд-во, 1932. 464 с.бЪ.Пуркин В.И. Автоматизированное проектирование автомобильных дорог. М: МАДИ, 2000. 141 с.

49. Руководство пользователя STATGRAPHICS Centurion XV User Manual StatPoin, Inc USA 2005. 295 c.

50. Салминен Э.О. Главная проблема лесного комплекса лесные дороги. Лес и бизнес. Октябрь 2008. С. 4-6.

51. Салминен Э.О. На нефтяной игле. ЛеспромИнформ №1 (50). 2008. С. 20-22.

52. Салминен Э.О. Проектирование лесных предприятий: Учебное пособие. СПб.: СПбГЛТА, 2002. 156 с.

53. Салминен Э.О., Борозна А. А., Тюрин Н. А. Лесопромышленная-логистика: Учебное пособие для студентов лесных вузов, обучающихся* по направлению 250300. СПб.: ПРОФИ-ИНФОРМ, 2005 г. 264 с.

54. Скворцов A.B., Поспелов П.И., Kpucuw С.П. Геоинформатика в дорожной отрасли (на примере IndorGIS). М.: Изд-во МАДИ, 2005. -389 с.

55. Старостенко Д.А. Геоинформационные технологии в лесной отрасли. МПР, Бюллетень "Использование и охрана природных ресурсов^ России", 2000, № 11-12. 137 с.

56. Федеральный закон от 04.12.2006 № 201-ФЗ «О введении в действие Лесного кодекса Российской Федерации» (с изменениями от 22 июля 2008 г.).

57. Федеральный закон от 22 июля 2008" г. № 143-ФЭ «О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и Федеральный закон «О введении в действие Лесного кодекса Российской Федерации».

58. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 287 с.

59. Черпиховский Д.М. Создание лесных карт с помощью ГИС-технологий. Методическое пособие. СПб.: СПбГЛТА. - 2003. - 84 с.

60. Ы.Шегелъман И.Р., Скрыпник В.К, Кузнецов A.B., Пладов A.B. Вывозка леса автопоездами. Техника. Технология. Организация. СПб.: ПРОФИКС, 2008.-304 с.

61. Dahlin В., Fredriksson J. Computer-Assisted Forest Road Planning A Proposed Interactive Model with Special Emphasis on Private Forest Land. International Journal of Forest Engineering. Vol.6 No.2: p. 35-39. 1995.

62. Mattews D. Cost control in the logging industry. New York, 1942.

63. Ronald Eastman J. IDRISI Kilimanjaro Guide to GIS and Image Processing. Clark Labs. Clark University. USA. 2003. 328 p.91 .Rowman J., Hessier R. New look at optimum road density for gentle topography //Transportation research record. № 898. 1983.(USA).

64. Tan J. Locating Forest Roads by a Spatial and Heuristic Procedure Using Microcomputers. International Journal of Forest Engineering, vol.10 no.2. p. 91-100. 1999.

65. Tan J. Planning a forest road network by spatial data handling-network routing system. Helsinki, 1992.1. УТВЕРЖДАЮоректор по научной работе

66. Председатель комиссии: ' ~ Э.О. Салминен1. Члены комиссии: Бессараб1. Т. В. Коваленком

67. Громской Любовью Яковлевной

68. Председатель комиссии: Шорохов

69. Громской Любовью Яковлевной

70. Громской Любовью Яковлевной

71. Председатель комиссии: И (Н.В Мороз

72. Члены комиссии: Л.Ю. Погожева1. А.Г. Пухов

73. Директор ООО «Геонавигатор»,1. АКТо внедрении результатов диссертационного исследования, полученных старшим преподавателем кафедры сухопутного транспорта леса Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

74. Громской Любовью Яковлевной

75. Председатель комиссии: Члены комиссии:1. Н.В Мороз Л.Ю. Погожева