автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:САПР режимов и технологий рубок ухода за лесом как объектов оптимального управления лесовыращиванием



На правах рукописи

ЧЕРЕП УХИ И СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

"САПР РЕЖИМОВ И ТЕХНОЛОГИЙ РУБОК УХОДА ЗА ЛЕСОМ КАК ОБЪЕКТОВ 01ГГИМ А ЛЫI ОГО УПРАВЛЕНИИ ЛЁСОВЫРАШШ^НИЕМ"

Спсцшигыпк-хь 05.!3.12 - "Саогемы автомашзацни проектирования"

АВТОРЕФЕРАТ

Ди«ертацш на шистаине ученой степени кандидата наук

ВОРОНЕЖ 1998

Работа выполнена на кафедре «Автошгшгяздии производственных процессов» Воронежской государственной лесотехнической академии.

Научный руководитель - Док-гор технических наук, профессор,

B.C. Петровский

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор,

Л.Т. Свиридов Докгор технических наук В. А. Чуршмсв

Ведущая организация: Воронежское государственное

лесоустроительное предприятие "БаропежлеспроаспГ

Защита диссертация состоится К.о<зи>|-ч>- 1998 пздь в —

часов в конферемц-заде та заседании дисогртациониот совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом уинвсрст-сте но адресу 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией модою ознакомиться в 6а5лиоггеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

y//f/ - Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ!

В России и а других странах возрастают шошвдя рубок ухода за логом. 1аука и практика выдвинули ряд подоягсний но планированию ч управлению ■роцессами оснстлснии, прочистки, прореживания, проходных и санитарных ру-юк. При этом вырубаются oiviHBmiie в рост*!, угаегетше, фаутаые деревья, что тамуллруюг рост и ртншис дргяаостоп з.

Достижения отечественного имнроного лесоводста даюг возможность со~ (ершеиствоватъ исходный состав лвофонль, улучшать экологию лесной среды, но фи этом обычно и с достигается иь :и.> • .iru'4 i (¡xi извод «тельность древостоев.

Научна« литература «одержит некоторые рехомеддатдан по сощмщеито кош честна и шюш гашшхчкт повреждений сстыюпдахся'деревьев после >убок ухода. Повртвдеинкю дсрипья инляпки привлекательными для энтомофи-гонредителей. Поиск лссоаолстаекно - технологических решений, снижающих lacic-iy и тяжесть повреждений остающихся после рубох ухода деревьев, остается >есьма актуальным для ведения лесного хозяйст ва и лесозаготовок. Но практика тесного хозяйства не имеет систем компьютерной поддержки проектирования и травление рубками ухода за лесом, которые могли бы обеспечить снижение воз-эаста технической спелости древостоев, увеличить выход стволовой древесины с I га за 1 год выращивания, сишп> частоту и гяжссл» повышений остающихся деревьев.

Существует крут гая научно - прасшчесгел проблема: улучшения качества и ¡фошводительиоегт дрг-ведатчш путам использования С/ШР оптимального выбора режимов и тюсчолошй руЬж ушда.'?. этом плане смеется ряд публикаций, которые носят характер «бщи>. рвкоменшшй. Однако неизвестно каким образом, выполняя жесткие «есоводазвсннь'.е отраничения, поны:мтъ производительность цреиоатоев ц прибыль от рубаес ухичя. Эти рекомендации содержат маяскоккрег-пые, малоубедительные предаожешм. Имеются также публикации по увеличению прироста объема стволовой древесины, по нет четы«: рекомендаций для выбора оптимальных «роков р)<5ож. и диаметра технической спелости, мяхеи ми з нpyroii¡их объемы стволовой древесины с одного геттера за один год шращинания.

Цель рабогш •• состою я елдоушнн САПР плмшровшша, управления выра-щивешюм сосновых ,древе«.-! си№ с цренмдешюм рубок ухода и выбором систем машин., при использовании онтямЕзационкых математических моделей, которые обеспечивают решение задач повышения зффскшшосш лесовыращиванкя, что позволяет сократить ¡гопраст технической спелости, аш:ит повреждения осгяю-щнхея деревьев после руГюк ухо,!:.«., водая лэсовыритотамш, увеличить объем

СТВОЛОВОЙ Др0ВССН1Ш от ПрСЛ«ЖуТйЧ!ШХ И СШЮШНОЙ pyGjBI.

Цель исследований были дпетигауга решение« следующих укрупненных

задач:

1. Необходимо было выпотить системный анализ р*?бск ухода как объектов оптимального управления лесосечными работами с определением перечня действующих входных, выходных параметров, факторов процесса рубок ухода, главной рубки и получил , математические и эконсшжо-математнческие модели хода роста древостоев, ire реакции на рубки ухода, а также математические

модели выбора трелевочного оборудования.

2. Разработать алгоритмы, компьютерные программы расчета оптимальных сроков проведения рубок ухода и количества вырубаемых деревьев с получением максимального объема и стоимости стволовой древесины от прэмежуточных и сплошных рубок, а также для определения состава трелевочного оборудования обеспечивающего уменьшение частоты и степени повреждаемости остающихся деревьев.

3. Провести исследования экономической, экологической эффективности компьютерной оптимизации планирования и управления рубками ухода и представить для внедрения в практику оптимизационных решений по рубкам ухода за лесом в сосновых насаждениях, в частности Воронежскому государственному лесоустроительному предприятию "Воронежлгспроект".

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись процессы хода роста нормальных одновозрастных сосновых древостоев и технологии лесосечных работ при рубках ухода. Для решения остальных задач использованы методы системного анализа, методы математического и имитационного моделирования, математической статистики, параметрической и структурной оптимизации, машинного программирования.

Научная новизна полученных результатов.

• Проведенный анализ системы промежуточных и сплошных рубок леса к соответствующих технологий дал возможность получить математическое представление о динамике процесса лесовыращааания, определить математические, экономико-математические модели хода роста нормальных сосновых насаждений и их реакций на рубки ухода отличающееся учетом внутреннего взаимодействия компонентов системы, рассмотрением в совокупности лесово-детвенных, лесозаготовительных и экономических составляющих процесса.

• Вычислительные процедуры, алгоритмы моделирования хода {»ста и оптимизации режимов яееовыращивания, выбора технологий рубок ухода отличаются учетом лесоводственшхс ограничений и возможностью долгосрочного прогнозирования хода роста насаждений и планирования рубок ухода.

• Предложенный способ определения возраст технической спелости древостоев в САПР управления лесовыращиванием и выбора, трелевочного оборудования отличается назначением целевого диаметра технической спелости, определяемого из расчета условий получения максимальной прибыли за 1 год жсовы-ращивания с 1 га лесфонда и снижением безвозвратных потерь, вследствие повреждения деревьев.

• Предложенный алгоритм выбора типа трелевочного трактора отличается решением многокритериальной задачи, минимизация различных видов экологического ущерба, что д4зт возможность уменьшить число и тяжесть повреждения оставшихся после рубок деревьев.

Достоверность результатов проведенных исследований определяется корректным использованием математического аппарата, анализа, методов математического, экономико-математического моделирования для процессов лесовыршци-вания и технологии рубок ухода за лесом. Отклонения расчетных значений от фактических, опытных лесов одственных данных составшш не более 5%, что го-

ворит о достаточном соогесплвии полученных математических моделей рсаль-• ным процессам роста сосновых насаждений.

Практическая значимость. Комнысчериме ирс граммы САПР лесовыразди-вания позволяют ирактнко ;,осноп.> чо'яйляа решать задачи долгосрочного прогноза хода рост» сосновых: насаждений, обосновал;! ¡о прсккшровать промежуточные и сплошные рубки леса при снижении возраст тэтнической спелости, увеличении объеме» пользования црввссияоЗ, я также оптимизировать в ыбор типа трелевочного трактора по критерию мишшаяьисго повреждения остающихся деревьев, что дает вошокн-хаь снизить потери древесины, улучшить лесово-дст«еш1о-:жо.!:огичес1скй уровень дии}юцда вследстаие уменьшения количества засохших и подверженных болезням повр<чкдшиы к д?ревьев.

Апробация работы. Матсртелы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференции: Воронежской Государствгиной лесотехнической академии в 1995 - 1998 г. г., ва международном симпозиуме ИЮФРО "1АШХ -98" в городе Красноярске.

Публикации рс.€юты. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, списка литературы из 90 наименований, нридаженкл, рисунков, таблиц. Объем основного текста составляет 1-14 станицы.

Результаты, исспгдоетиИ и ¡щчных разрабен «яг. вымосимш! автором на зтциту. Системный анализ ч нежвые функции рубок ухода - как обыжгов оптимального прооктирпкании и упраяяеиря лососсчным» работами. Математические модем хода рост корма пьпых статных дрешхячкш и их реакции на рубки ухода, математнческяо модели допреждавюсум дорекьен при рубках ухода. Способы компьютерной опп'мтцш" выбора режимов рубок ухода и типа трелевочного трактора. Аятритичестне нропздурн I» программы оптимизации управления входными параме греми рубше ухода. Метрика и результаты определения экологической, экономмчзевой яф^втшноит рубок уяода.- как объектов оптимального проектирования и управления.

СОДЕ 1 ЭЖАИ11Е РАБОТЫ

Во введении: обоеноод- ш .шуальносгъ темы, фрмуяировш цель исследований и научные но.'шзташл, выноодмме на защиту.

Глапа 1. Состояние изученности темы.

Проведен обзор научной и производственной .¡шературы а > рубкам ухода за лесом и технологиям лесс сочных рнбог нри -промежуточных рубках в России и за рубежом. Показано, что практика логного комплекса и« имеет САПР планирования и управления рубками ухода за лесом.

ГЛАВА 2. Ошгемяый аяаягц це.кяы* функции мбо^» трошюшв межа.зичмюю, гехио чогаЯ к параметров рубок ухода за лесом.

На рубкн ухода как объект управления действуют: Входные переменные, которые можно контролировать, но не менять. Этими переменными являются бонитет, полнота, количество деревьев т 1 га, текущий прирост стволовой древесины и оптовая цена за один кубометр милкой, средней и крупной древесины. Входные контролируемые и изменяемые инженером-лесоводом параметры рубок ухо-

да - число вырубаемых деревьев на 1 га., величаю снижения полноты, средний диаметр вырубаемых деревьев. Изменяя эти параметры, представляется возможным увеличить, улучшить выходные параметры рубок ухода.

Выходные параметры - это целевые функции управления выращиванием лесфонда. Минимизация, максимизация выходных параметров направлена на достижение сформулированной выше цели САПР рубок ухода.

При известной попениой плате за крупную (1ДД среднюю (Цс), мелкую (ЦД деловую древесину целевая функция проектирования и управления '¿г будет выглядеть следующем образом:

+ S

= --—---->тзх (1)

Где V', Vf fV" - объем крупной, средней, мелкой древесины соответственно, получаемой при i-ой рубке elm лесфонда; S - суммарная стоимость древесины, полученная при сплошной рубке elm лесфонда; Цю Ца Ця - Оптовая цена крупной, средней, мелкой древесины; / - возраст древостоя при сплошной руб-

КС

5 = Ук.Цк+¥с.Це+Ум.Цм (2)

Отнесение к категориям крупной, средней, мелкой древесины проводятся исходя из диаметров стволов на высоте груди. Причем: Цк>Це>Ця

Эти экономико-математические модели дают возможность прогнозировать основной экономический показатель - суммарную поданную плату за стволовую древесину лесфонда разных возрастов, бонитетов, что дает возможность решать задачи перспективного планирования промежуточных рубок, которые стимулируют и повышают прирост деревьев по объем)', диаметру, высоте, увеличивая объемы крупной стволовой древесины, имеющей самую высокую шиеннуто плату.

Обозначив: хГ - пространство состояний процесса системы лесовыращивания; х¡(trf - значение i - го параметра системы в момент времени fc x(tk)= ('*)х2(h)> -х»(1к А ' вектор состояния системы лесовыращивания в момент времени /*; x(t) - траектория системы (процесса), если она определена для всех I, где t полное время цикла лесозыращившши.

Достижение технологической цели процесса может быть осуществлено движением по разным траекториям. Составим характеристические функционалы технологического процесса системы лесовыращившия:

ф.Ш, ф3(х(0)......<W)), (3)

Где Ф/х(1)), - показатели качества. Целевая функция при этом

будет иметь вид:

F(0,,02.....Ф„), (4)

Ф/х(ф - некоторые операторы, ставящие в соответствие траектории x(t) конкретное число или функцию. Необходимо определить оптимальную траекторию построения технологий лесовыращивания x(i), которая удовлетворяет условию:

F[0,(X*(t)), Ф2{ХГф).....(pXWl—extrlWitfW, Ф2(Х*(0).....ФХ0))1

тпФ,(Х(1))5 Ф,{Х(0) £ тлкФ,(Х{())г 1==<Н/,....Л'. (5)

Экономическая пффекгавжчщ. оптимизации тохаояогий рубок ухода должна определяться сошсташялюм техтеко-.чхономнчеюких показателей существующих и оптиуалынлх способоз лесовмрпщнваши,.

В нашем случае при < пггшнщции лесовыредпиачш увеличение приГил.ш АП от вропеденш рубок молено спредшшнъ ао формуле-

ап == ¿(к; • гс 4 к/ • ц; к-ц*)-¿(г/ .ц*+V* -д? + у* ■ ц*) (6)

Г"/, 1 Í=J I

Где V'У^ • об>.«м* т крупной, средней, мелкой древесины соответственно получаемой прп рубках ухода с I гв в оптимальном варианте; V*, V®, V® - соответственно при рубках: ухода с 1 га в расчетном фактическом варианте; ЩД:Д: - оптовый цены I м3 крупной, средней, мелкой древесины соответственно получаемой при рубках ухода в оптимальном варианте; - соответственно а фактическом варианте; л - число рубок; г - индекс рубки.

Экономическая и экологическая эффоктипксс-гъ чеснс связаны друг с другом. В частности, первая стегкгп. тяжести иоврвмленш! - сломы стволов деревьев ниже 0,5 высоты, втора? петель повреждений •• сл;>мы стволов деревьев на высоте выше 0,5 жы'хяы дерева, третья стелет»! ш>зркж;сний - сломы вершинок стволов являются мастольхо гнжешм», чп> такие де(«з:;>я бьистро засыхают и становятся м&шцжрздгсымк а.» ж» д>н топдйьа.

Нетрудно определить этчомн'сгсккй эффект снижений позревдаемости деревьев при рубках ухода - 'З'а,( в я.

(7)

Где V- «охраиягмыД Ыгъеч стволовой древесины при оптимизации режимов рубок ухода, .чгУл;:;

(8)

Уф - потери сгволоной дрск-к-ш-пл. прн фактической рубке ухода; У9 - потери стволовой дредесяны от нояркздсиий остающихся деревьев при оптимизации парам стров рубок ухода, ыгУга; Цеям - нопенаа штата за стволовую древесину. Глава3. Разработки матемдтгачест; ш, зющ0ми?«>-глатемйгк»к<лшх моделей апалнза процесса вцршппмтз лиефоидм ж тмагалш-ий лесосечных работ.

Проведена в ахпж^гогаин со структурной еж®, ой рис.!

Ди и мччр т<иси*чвс*<>й

....

__________Баулу к-В_

Пфед

;>у<5кой удода К

__Количество рубок г»),2...п

Возраст первой рубкд К

Нячаиьные проценты внрубавши: дервьы:®

не о

в.

ы о

О

О *>

V!

О &

Ироцен г ш/р;г6ам«.гх дк ^я :"а> II ¡__

Возраст в арубаеюге деревьев I(_

В»зр;1ст сапсютой

I „щи,

СуюарвыЕ объем древесины педучкпо;! от пронжлуточпых Н СПЛОШНОЙ руСкИ £ V

Рис. 1

1* группа - не изменяемые входные параметры; 2? группа изменяемые входные параметры.

Необходимо выбрать возраст каждой рубки и количество вырубаемых деревьев таким образом, чтобы сумма объемов стволовой древесины от промежуточных и сплошных рубок была максимальной при минимальном времени лесо-выращивания /. Эта целевая функция (2^) рубок ухода имеет вид:

--ьгпах (9)

Где ¿-индекс рубки ухода 1= 1,2,3....п; и -сплошная рубка; А: -количество вырубаемых деревьев при выборочной ш сплошной рубке;/ - индекс деревьев; Ув - объем /'-го дерева в ¿-ой рубке; / - возраст древостоя при сплошной рубке (возраст технической спелости).

(10)

Где - функция объема одного дерева при /-ой выборочной или

сплошной рубке, м3; О, - диаметр /-го дерева; II - высота/-го дерева м.

Диаметр и высоту деревьев в динамике можно описать дифференциальным уравнением:

л1у лу

Частное и общее его решение (при х=1) имеет вид:

-У V

1' ^к-О-Сге'*'-С-е/а>) (12)

Где Тг, Т3, к, а], аг СС2-коэффициенты которые вычисляются на ЭВМ по данным таблиц хода роста древостоев по разработанной автором программе; / -текущий возраст древостоя.

Для нахождения оптимальных сроков и количества вырубаемых деревьев при промежуточных и сплошных рубках была составлена программа. В | качестве эталонных данных были использованы таблицы хода роста нормальных сосновых древостоев. Рассмотренные математические зависимости дагот возможность получить в ввде уравнений регрессии экономико-математические модели изменения по времени оптовых цен стволовой древесины, исходя из попен-ной платы за крупную, среднюю, мелкую деловую древесину.

Автором была составлена программа, которая позволяет получать уравнения регрессии и проводить экономическое-математическое моделирование хода роста нормальных сосновых насаждений и их реакции на рубки ухода. В качестве исходных данных использовался возраст насаждений, средняя высота, диаметр на высоте груди перед первой рубкой ухода, оптовые цены, запас стволовой древесины и количество деревьев на один гектар. Программа находит оптимальные возрасты 1,2,3 рубки ухода и сплошной рубки, получаемые объемы мелкой, средней и крупной стволовой древесины, суммарный объем древесины и доход от каждой рубки.

Целевая функция в данном случае имеет вид:

1Л

чЛ '

Цс

тах

(13)

Где. 2,г - Цоювая функция до:су;а с 1 гл от промежуточных рубок и сплошной рубки гтя год .аесшыр-ицшшшя; I •• кодекс рубки ухода (I = ¡,2,3....п)\ п - сплошная руби.; зшрлст ¿¡¡»постоя при сплошной рубке; ка к„ кя-

кшшчестао хдошш; средних, мелких чырубмениых дероньев соотоетствешю; ¿лУаЬ - индексы крупных, ередчт£ «таких деревьев соответственно; Цл Ца Цм

- опгона? цена кругахой, средней, мелкой дрсвескиы в условных единицах, причем за одну условную единицу принимаюсь оптовая цена одного кубометра мелкой древесины то ость Ця~1уеп.ед, тогда в соответствии с оптовыми ценами

А, кс ки

> ' ' обтгем ы крупной, средней, мелкой древесины полученной при ¡-ой промежуточной или сплошной руСкс, м3 Математичес1Ше модели выбо(>а трелгвочногв оборудования должны обеспечить решение задачи минимизации нс-вр'еждаемо'с ти остающихся деревьев.

Обозначим чиг.ло дергамш но пжесга, степени их повреждения: У/ - слом ствола ниже 0,5 пысош д<фев&; У,? - еллм ствола яитс 0.5 высоты дерева; Г3 -слом вершинок сшо.тов; К» ■■ П!хцкгояа>иж :коркт:веЙ системы у растущих деревьев; Г^ - пэвзюгедепмг крол л и к^ры.

На рис 2 предвтммк-нп струисп'р« математтнижэгэ моделирования степени пепргжденм ссншшихся .деревьев, хеггория нхмгчяаег влияние основных входных фактороя ¡1роце«са 1.ту<хн< ухода и лесом.

а

I

г е-

I £

з з

* н 1 £

X,

возраст, лет

1А

X.,

яегиоти, ^

гид '^э^'леЕЮлгис'!'« знеи^ямкша

»»яичество деревьев до

Г Xрубки иа1гдтт

п.

Р. 8

ICo.ii вне лв^ и<Я!1>еждеаиых ^ гр(Е*№, игг.

с.

I О

лики): вырубаемый

у - ;;

_ дкрезм-в >5

»«ггес.чгю г}>}{:«ки»; | £3*

5 дерсаьега. кг 1 г» ;

Огедсаь П'зережцений

Стеяеяь яощжзгдяний У}

--I -------л*

Стггггн, диврелгдесшЛ Стиве* ь по^хкцеинй ^ Стен ев ь окнрездений У;

г

«1 1

и р 3

К е- !

5 Ау

*

К 2

J

Рис 2.

Возраст насаждений - опред(ел,1ег вид рубок ухода: осветление, прочистка, прореживание^ проходные и сампирные рубки. Возраст является основным таксационным показателем, которьс? и обуславливает форму, размеры, объемы стволов дергаьев, размеры сучьев.

Полнота наащденнй - Х3 оказывает влияние на количество назначенных в рубку деревьев, то есть нп объемы тырубаемой древтхшны. Полнота также определяет форму стволов, прстяжшюсть безеучковых зон.

Установлено, что количество (по степени) тяжести повреждений остающих-

ся деревьев 1} с парными взаимодействиями входных параметров представлено уравнениями регрессии:

*=а0 + агХ1+а2-Хг + а3-Х3 + а4-Х4+а:}-Х} + а6-Х( -X, ■Х2

+ аи ■ Х1 ■ Х4 + а 15 -ХГХ} + а34 • Х3 -Х}+а}6 -Х3-Хй (13)

Где ал а,, а2, а* а4, а3, ае, а,3> а24, см а16 нсоэффициенш, численные значения которых должны соответствовать наилучшей адекватности математических моделей, реальным условиям и результатом рубок ухода. Они определяются после обработки данных, перечета поврежденных деревьев на лесосеках рубок ухода разного возраста, с разными технологиями. Понятно, что при выборе трелевочного оборудования, повреждаемость деревьев должна быть минимизирована. В первую очередь должен быть минимизирован слом деревьев ниже половины высоты, и так далее по снижению степени тяжести.

Тяжесть повреждения ост авшихся деревьев после рубки определяется следующим приоритетом:

Г,>У,>7.г>Гз >Г< причем У< +1у->тт (14)

С соответствующими весовыми коэффициентами, необходимыми для решения задач для минимизации повреждения остающихся деревьев.

Полученные таким образом пять уравнений дают возможность решать задачи многокритериальной оптимизации параметров рубок ухода и определения требуемого типа трактора - Х3.

ГЛАВА 4 Основы построения систем компьютерного проектировании в управления цромезкуточньшн, сплошными рубками леса и выбором трелевочзшх механизмов. Описывается состав, взаимодействие, возможности отдельных видов обеспечения САПР, в том числе математического программирования, лингвистического, технического обеспечения.

Разработанная САПР лесовыращивашш с проведением рубок ухода содержит в себе пакет прикладных программ прогноза, проектирования и оптимизации режимов промежуточных, сплошных рубок леса. Эти программы осуществляют математическое моделирование хода роста нормальных сосновых насаждений I*, I П и III бонитетов, позволяют отобразить возрастную динамику основных таксационных показателей насаждений, как с проведением рубок ухода, так и без них. При оптимизации рубок ухода улучшается качество древесных стволов, увеличивается размер пользования древесиной с 1 ш в год. Все это, в совокупности с правильным выбором трелевочного оборудования, значительно повышает размер прибыли с 1 га в год, получаемой от лесовыращшшшя. Пакет прикладных компьютерных программ включает в себя 5 отдельных программ, каждая из которых решает свои задачи: нахождения коэффициентов дифференциальных уравнений изменения диаметра и высоты от возраста древостоя; расчеты режимов промежуточных и сплошных рубок но критерию получения максимального объема стволовой древесины с одного гектара в гож оптимизации режимов промежуточных и сплошных рубок по критерию максимальной стоимости стволовой древесины получаемой с 1 гектара в год; расчет объемов и сотовой цены стволовой древесины, получаемой при проведении промежуточных и сплошной рубках в оптимальных вариантах; выбор паю трелевочного трактора но критерию минимума

повреждения осшощихс». дерев!«в при рубках ухода.

При создании программ анализа и оптимизации промежуточных, сплошных рубок леса, выбора трелевочного тракторы б/.ui использован блочно-исрархичссшй мчтод гpvpawMiipouuttiii, поддерживаемый стандартом алгоритмического языка 'Turbo Batte" Это'- метод основан па декомпозиции комплексной арифметико-лошч«ск<>К задачи на рад более простых подзадач-блоков. Каждый блок является зиверш-ашой программной структурой, решающей поставленную перед ней задачу. При необходимости: зтот бе te* может использоваться как отдельная программа. нмзаж'-и.чая or программных блоков, стоящих на более высоких иерархических. уроинях.

Задача оптимизации режздш» рубок улода м сплошных рубок сводится к следующему. необходами нмбрать к озрасты рубок и количество вырубаемых деревьев таким образом, чмбы сумма объемов стволовой древесины от промежуточных и сплошных рубок била максимапьной. При этом в ремя выращивания было минимальным.

Блок схема а-сгорнтма поиска оптимальных режимов показана на рис.3.

[начато]

____z±±d______„

азов начальных данных

Записцмгяеч_нЗ ш даш1ы! ______------

__________________________

""^-... рЗ'риангы '

Ггг.че! ма выруленной д;,<:огг в:tи чр и- .

А/ ¡4 п мж иыо:>ан<>»|ощттетс '■V '< ■■»

( конец 1

: »-! «ai.--S. записи оптимальных параметров

L

[¡Ьнгвсвкс реиижов р?5ох ухода]«------

Рис. 3

Алгоритм иыбора тиш! трелемкоюго триггеры при минимизации количества повреждений с-итв.нощижх деровьен при рубках ухода долится на три этапе: определение степени тяжести г.оврезадений деревьев; определение весовых коэффициентов каэдош вида иовривдсний; определите приемлемого типа трелевочного трактора.

Как показано выше, величины Г/, Г* К/, Г? - это количество поврежденных деревьев по каждой степени интенсивности повреждений (шт./га.):

Г, ^/.(Х^Х^Х^Х^.Х,) тт Уз = ЫХ1,Х3.Х1.Х4.Х$)-*тт у4 = их1,х31х„х4,х}) тт ¥, =/5(Х1,Х2,Х3.Х<,Х})-+тт Для Воронежского мехлесхоза на входные параметры накладываются следующие ограничения: по возрасту (ЛТД лег. 30<Х3<80; по полноте (Х3): 0,7<Х2<1,2; по типу трелевочного трактора (Х3): ]<Х3<,3 (Х3=1 для трактора ТДГ-35; Х3=1,5 для трактора АПЗ-82', Х3^2 для трактора ЛКТ-81; Х3-~-3 для трактор + "муравепо количеству деревьев до рубки на 1 га 800<X<<I300; по количеству вырубаемых деревьев на 1 ш. (£,): 12<Х,^П00

Вычислительная процедура, с учетом ограничений, решает задачу определения числа вырубаемых деревьев и типа трактора, которые минимизируют частоту и степень тяжести повреждений.

Для прогнозирования хода роста древостоев и выбора оптимальных параметров рубок ухода необходимо знать начальные значения основных показателей лесонасождения: возраст, средний диаметр, высота деревьев, количество столов на одном гектаре, текущий прирост, бонитет, запас древесины на 1 га.

Эту информацию можно получить из таксационных характеристик вьщелов лесфонда, либо из местных таблиц хода роста.

Структура комбинированного информационного обеспечении совмещающая позитивные стороны первою и второго вариантов показана на рис.4.

Природяс-ГЕНыаткчесгие

н

' 8 г

о. г

5е

5 ?

о М «

» о.

и:

Рис. 4

Идея метода состоит в том, что при отсутствии возмущающих воздействий на древостой можно ограничиться применением второго варианта, т.е. местных таблиц хода росте. При возникновении внешних воздействий необходимо воспользоваться первым вариантом, т.е. измеряя таксационные показатели непосредственно в лесфонде и затем с учетом этих измерений внести поправки в таблицу хода роста древостоев для соогве-тствующих выдало» леса.

Информационное обеспечение управления гехнолошями рубок ухода, в том числе выбором систем машин, несколько отличается от приведенного выше. Для правильного управления технологиями рубок ухода необходимо знать два типа начальных параметров. Первый тип - таксационные параметры: диаметр, количество вырубаемых деревьев, полнота насаждений и т.п. Второй тип - технические и

технологические параметры; оборудование иажвдящиося в парке предприятия, технологическая схема рубок к т.н.

Очевидно, для какого предприятия .юс?:кж> комплекса необходимо использовать спою силену ши^швциошюго обеспечения, учитывая природные, экономические уалодия данного рептэнБ.

Рассмотренные шше системы информациошюта обеспечения дают ответ только на вопрос о тшссацшпных, кшичесщ, тсжно/юпетеских параметрах лес-фонда н предприятия. Одп-жс дн* того, чгтобм ориентироваться в масса покупаемой информации' и шрнбтек ярштштого решения рукоиодителю предприятия требуются ьсыпыотсрндя поддержка. ЭВМ позволяет р соотастеишк с приведенными выше прикладными прогретыми обра^атоии-ц» информацию и давать ответ когда, я казана, вмделах к а «агчх объемах производить рубки ухода, какую вы-бразь технологию, какие потребуются; затраты, какой ожидается результат и т.п.

Для того чтобы пршдамать обоснованные решения ко управлению работой П|>едири5гга.й лесного хозяйства необходимо создать в первую очередь комплексную компьютерную систему управления рубками

Глава 5. Исследован»« экономической н эколзтачеа<»й эффективности САПР систем уирявиемш иыр* щнваннег (оэсноиых д|к:постоеп п теишюшми рубок у кода.

Экономическая эффакти нк«и» снтпюпьных ряккнмов рубок ухода в сосновых дрзпостоят: Вергнеак-того мздкеши; ььпне, чем применяемых на прак-г и*« и сюстшимю!. 0,9, 2,17, 0,3.(, 1Д1 у<;л.ед..';гол с малого гашря в 1*, 1, 2 и 3 бо-ннтетх «оогвстственнс.

Экотвииоджм ^-г^фскпслиссгь компыопгирмзго правлении технологиями лесосечных раЕи"Ч' но 22 .»яегкдагсам определена иле ртиш;д между оптовой стои-мэегью за ггстзхшньге деревья ¿ОДирн ^яйсилчесхнх рубках ухода и оптимизации выбора трелсвочксчт обсрудивлиин *Оа):

■Э=С)#-0,,1ЧУ1.ед (16)

По веем 22 лгсосекпм наблюдается снижена потерь стволовой древесины благодаря обоснованному втгбору тузлиючного оборудовшкя, что дает околоми-ческий аффект :1 средним <.>,763 усл-сц/год с одного гекторадасовыращившгая.

Проведеиныв пассивные эксперименты по повреждаемости деревья при рубках, компьютерные расчеты показали, что общая экономическая эффективность САПР рубок ухода складываете* из эхочттгашеой ^)фсктивнссги от оптимизации выбора рпгимг« руоок ^года ЭД; и экопомичовкого эффекта от егшження потеет м чиодк :к-г.рс:кдаемзз1Х деревьев за счет уменьшении потерь стволовой древесины Э"^

(17>

Для Воронежского мехласхоза общий эхонсмичоский эффект от использования САПР рубок ухода составляет в среднем .1,75 у~л.ед./год. с 1 гектара.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе решены актуальные научаю практические задачи создания отраслевой САПР режимов рубок ухода и выбора трелевочного обо-

рудовання.

1. Рубки ухода за лесом представляют собой сложный объест системного анализа, характеризующий комплексом исходных таксационных входных параметров. Установлены изменяемые параметры процесса, оптимизация которых позволяет увеличить объемы промежуточного и главного пользования древесиной с 1га в год , снизить частоту и тяжесть повреждений остающихся деревьев после рубок ухода.

2. Предложены способы получения дифференциальных уравнений математических моделей хода роста сосновых древоетоев, их реакции на рубки ухода, час-тоги повреждаемости деревьев разной степени тяжести.

3. Разработаны вычислительные процедуры, алгоритмы и программы рассмотренной САПР с оптимизацией входных режимных параметров рубак ухода.

4. Предложен метод определения экономической и экологической ¡эффективности САПР рубок ухода за лосем.

5. Полученные в диссертации новые научные результаты расширяют и углубляют математические основы теории рубок ухода за лесом:

- математические модели хода роста сосновых древоетоев позволяют прогнозировать изменение запада стволовой древесины, определять реакцию сосновых древоетоев на проводимые рубки ухода;

- решать задачи многокритериальной оптимизации выбора типа трелевочного трактора;

- рассмотренный способ оптимизации режимов рубок ухода дает возможность создавать программы повышения эффективности рубок ухода для других древесных пород;

- научные положения в области экономической оценки эффективности рубок ухода получили свое развитие, получив новый математический аппарат экономических расчетов.

6. Практика лесоустроительных и проектных предприятий ласного комплекса получила программное обеспечение САПР рубок ухода, которое дает возможность:

- компьютеризировать математическое моделирование рубок ухода и их оптимизацию, что ставит планирование этих рубок на современный уровень высоких технологий;

- увеличить объем стволовой древесины, получаемой от промежуточных и сплошных рубок с 1 га в среднем 10,5 %;

- существенно снизить повреждаемость оставшихся после рубок ухода деревьев, в частости по Воронежскому мехле*>и>зу на 16 %;

- получить значительный экономический эффект за спет увеличения объема промежуточного и главного пользования лесом, который составляет в среднем с одного гектара 0,98 усл.ед./год, а также за счет снижения числа поврежденных деревьев 0,763 усл.ед./га.

- программа САПР рубок ухода в сосновых древостоя* внедрены в производство на предприятии "Воронежлеспроект" н в учебный процесс: на кафедре лесоводства ВГЛТА.

7. Полученные результаты научных исследований открывают новые направле-

пия дальнейшего сопершсксчжиания и гюршшши экономической, лссово-дсгвенно - экшюгкчеокой зффе:(тинн<)сти рубок уходи за ж«ом. В частости, »ребукгг своею решепзд лроблечы оптимизации поиск« режимов и технологий руиок ухода в омепхтшых насаждениям обеспечивающие снижение ягарестп гехшччожяй оюшдаи i нов j ¡тении ироизиодительностн древослоев.

Оаштш резулъпт им uccnetkwan и& апуйшкавшш а аихующих статьях;

1. Блажклв Н.Д, Катсванш Ю., Петровский B.C., Чеоепухнп С.А. Многокрттгс • риальная отим;и?лцня густо™ шайки олянпшнй -гопочя / Роспись деп. в ВИНИТИ 16.01 .<*>, Га 147 - В 96, - 1995. -13 с.

2. Жтгвотапша 1.Ш. Чег«пухнн С.А Математическое моделирование хода роста еловых насаждений.// Математическое моделирование, компыотерная оптимизация iexm/югнй., парамезров оборудования и систем управления лесного комплекса. - Воронеж: ВГЛТА, 1998. - с. <>-9.

3. О. Клнман Черепухни СА. Математические модели: объема стволов сосны' Рукопись деп. в ВИНИТИ 6.04.96, № 261 - В 96, -1996. - 5 с

4. Петровский B.C. Черепухнн С.А. Оптимизация выбора трелевочного оборудования и количеетза surpyfeicMi»« стволов с минимальным повреждением деревьев.// Мигомкпгаажм! молелнршмшис, кт,:иькггерная оптимизации технологий, параметров п£»рудомть-л» систем управления .uswnoro комплекса. -Воронеж: ВПГГА. 199S. -'с. 383-186.

5. Черсцухни СА. MaieiwimmcKou меше пировал ю пшнкмизацнм 1лвреждае-мосги дсрвам<ек при jrK'Koxv'«M№. /Рукооксьжп. г ВИНИТИ 1.03.97, Ке 175 -В 97,- 1997. -7 с. "

6. Черепухии С.А. Охсм^дада-мтчиатлчгенос мон.ымрешише хода, росга нормальны:»: сосшшмх едюиостс-еи при (губках уищг. Н Математическое моделирование, комиьк*тер;иис он тимнзшфя технологий, параметров оборудования и систем управления ясского хпмплятеа - Воронеж: ВГ}ГТА, 5 996. - с. 8-10.

7. Череп^тап С.А Модвлирюинод рос га .нормальных сосновых древосто-ев// Мотшягнчсское mi двли^сшиод компьютерна» оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса. - Воронеж ВГЛТА, 1997. - с. 5 - 9.

8. Черепухнн С.А. ИвформшюшгЛ мониторинг иевмогснил экологической эффекптносж при ру&хях уяод» . Н Молодежь и проблемы информационного и экологич^ксго м-лнктприш'.!: иагериаяы Российского научного симло-знума. Воронеж; ВГТА, 1996 - кн. 1, с.

9. Petrovsfcy V.i3, Blfljkov М.А., TdM*Bf«ikhb S.A. Growths Development Manage-raent of birch Forest wiih Optimization of Tender Catling. Regimes for Intensive Yield of Stem Wood per 1 heetaro for 1 Year of Forest Growing. - In: IUFRO Interdivisioraal Symposium "Larix-98: World resource;! for breeding, resistance and utilization". - Kramoymlc, Siberia, 199S.

с А I па- ^

о7 * уу JI ^ы 1 а

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи ЧЕРЕПУ ХИН СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

"САПР РЕЖИМОВ И ТЕХНОЛОГИЙ РУБОК УХОДА ЗА ЛЕСОМ КАК ОБЪЕКТОВ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛЕСОВЫРАШИВАНИЕМ"

Специальность 05.13.12 - "Системы автоматизации

_ it

проектирования

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор,

Заслуженный деятель науки и техники России, Академик АЕН России B.C. Петровский

ВОРОНЕЖ 1998

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................5

ГЛАВА 1. Состояние изученности темы......................................................13

1.1. Состояние и перспективы развития рубок ухода за лесом........13

1.2. Классификация и анализ технологии лесосечных работ...........17

1.3. Характеристика экономических показателей

лесосечных работ........................................................................24

ГЛАВА 2. Системный анализ и критерии оптимальности

выбора трелевочных механизмов, целевых функций и параметров рубок ухода за лесом............................................29

2.1. Рубки ухода за лесом - как объекты оптимального управления лесосечными работами............................................29

2.2. Теоретические основы построения математических и

экономико-математических моделей хода роста древостоев ....34

2.3. Теоретические предпосылки построения математических моделей выбора состава оборудования и технологии лесосечных работ.........................................................................41

2.4. Основы теории синтеза управления экономикой выращивания лесфонда...............................................................46

2.5. Основы теории повышения экономической, экологической эффективности лесосечных работ...............................................48

ВЫВОДЫ.......................................................................................................53

ГЛАВА 3. Разработка математических, экономико-математических моделей анализа экономики выращивания лесфонда и технологий лесосечных работ..................................................55

3.1. Разработка математических и экономико-математических моделей поиска оптимальных параметров

рубок ухода за лесом....................................................................56

3.2. Разработка математических и экономико-математических моделей технологий рубок ухода................................................73

ВЫВОДЫ.......................................................................................................83

ГЛАВА 4. Основы система компьютерного проектирования и управления промежуточными, сплошными рубками леса и выбором состава лесосечных машин...............................85

4.1. Состав и структура САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода и выбора состава машин.................84

4.2. Алгоритмы и программное обеспечение САПР лесовыращивания с проведением рубок ухода..........................91

4.2.1. Структура программного обеспечения....................................92

4.2.2. Постановка задачи....................................................................94

4.2.3. Вычислительные процедуры нахождения математических зависимостей диамет ра, высоты от возраста

древостоев d(t) и h(t).................................................................95

4.2.4. Алгоритм нахождения оптимальных

коэффициентов уравнений диаметра и высоты......................96

4.2.5. Алгоритм оптимизации режимов промежуточных и сплошных рубок........................................................................98

4.3. Алгоритм минимизации количества повреждений остающихся деревьев при рубках ухода...................................110

4.4. Разработка информационного обеспечения систем оптимального управления ходом роста

древостоев и технологиями рубок ухода..................................115

4.5. Разработка систем компьютерного управления выращивания древостоев и технологиями рубок ухода..........118

ВЫВОДЫ.....................................................................................................122

ГЛАВА 5 Исследование экономической и экологической эффективности систем управления выращиванием сосновых древостоев и технологиями рубок ухода..................123

5.1. Экономическая эффективность компьютерного

управления выращиванием десфоида......................................124

5.2. Экономическая эффективность компьютерного управления технологиями лесосечных работ...........................131

5.3. Общая экономическая эффективность САПР рубок

ухода и рекомендации лесохозяйственному производству ....13В

ВЫВОДЫ.....................................................................................................141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................142

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................145

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................154

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы.

В России и в других странах непрерывно возрастают площади и объема рубок ухода за лесом. Наука и практика выдвинули целый ряд обоснованных положений по планированию и управлению при проведении рубок ухода: осветления, прочистки, прореживания, проходных и санитарных рубок. При этом вырубаются отставшие в росте, уг нетенные, фаутные деревья. Рубки ухода стимулируют рост и развитие древостоев, одновременно являясь крупным источником получения древесины.

Известно много научных работ в области совершенствования лесохо-зяйственных, технологических мероприятий, направленных на повышение эффективности рубок ухода промежуточного пользования [1,2,3,4,5,6,7,11,13,20,21,25,32,34,36,41,44,46,66,86]. В этих публикациях из разных стран представлено много фактического материала по лесово-дственным, экологическим, экономическим проблемам рубок ухода. Эти научные положения, рекомендации дают возможность на нынешнем этапе решать практические задачи планирования и управления при проведении рубок ухода в древостоях разных пород, возраста, бонитета, полноты и для различных почвенно-грунтовых условий.

Эти достижения мирового лесоводства дают возможность улучшить породно-качественный состав лесонасаждений, в какой-то мере снизить возраст технической спелости лесного фонда.

Рубки ухода за лесом также улучшают экологию лесной среды.

Справедливости ради, нужно отметить, что обширная научная литература практически содержит много указаний, рекомендаций, по сокращению частоты и тяжести повреждений остающихся деревьев после рубки ухода.

Такие поврежденные деревья являются привлекательными для энто-мофито вредителей и они ухудшают экологическую лесную среду. Поиск лесоводственно - технологических решений, снижающих частоту и тяжесть повреждений остающихся деревьев остается весьма актуальным для решения научно практических задач улучшения ведения лесного хозяйства и лесозаготовок. Действительно снижение частоты и степени тяжести повреждений оставшихся деревьев является важнейшим мероприятием лесного комплекса при проведении рубок ухода.

Рубки ухода за лесом - осветление, прочистки, прореживание, из-за получения мелкотоварной древесины, часто являются экономически нерентабельными, не дают какую либо прибыль, и наоборот, бывают даже убыточными.

Следовательно, лесохозяйственному производству иногда по экономическим причинам приходится отказываться от проведения этих рубок, тем самым, лесоводственно - экологический, лесопромышленный уровень древосгоев остается низким.

В этой связи возникает крупная научно - практическая задача улучшения качества древосгоев путем разработки САПР оптимального выбора режимов и технологий рубок ухода. По группе задач этого вопроса имеется ряд публикаций [2,4,5,6,10,11,15,16,21,22,23,33,52,53,57], которые носят характер общих рекомендаций. Однако каким образом, выполняя лесово -дственные ограничения, повысить прибыль от рубок ухода эти рекомендации содержат малоконкретные, малоубедительные предложения. Имеются также публикации по увеличению суммарного объема деловой древесины, но нет четких рекомендаций для выбора оптимальных сроков рубки и диаметра технической спелости для увеличения получаемого объема деловой древесины в год с одного гектара. В связи с чем выбранное направление и тема диссертации представляется актуальной для науки и практики

рубок ухода за лесом, так как, с одной стороны, научные разработки направлены на повышение производственно экологического уровня в сосновых древостоях, с другой стороны, для повышения экономической эффективности, прибыли от рубок промежуточного пользования.

Цель работы.

Состоит в создании САПР управления выращиванием лесфонда с проведением рубок ухода и выбором систем машин, при использовании оптимизационных математических моделей, которые обеспечивают наибольшую эффективность промежуточных и сплошных рубок, выбор трелевочного оборудования, что позволяет сократить время лесовыращивания, увеличить объем: стволовой древесины от промежуточных и сплошной рубки, снизить повреждение остающихся деревьев после рубок ухода.

Реализация цели исследования приводит, в конечном счете к разработке, апробации САПР планирования и управления рубками ухода за лесом.

Цель исследований включает следующие задачи:

1. Выполнить системный анализ рубок ухода как объектов оптимального управления лесосечными работами с определением действующих входных и выходных, параметров, факторов процесса рубок ухода и главной рубки.

2. Определить математические и экономико-математические модели хода роста древостоев и их реакции на рубки ухода.

3. Получить математические модели технологии лесосечных работ и выбора трелевочного оборудования.

4 Разработать алгоритмы, программы расчета оптимальных сроков и процентов вырубаемых деревьев с получением максимального объема и стоимости стволовой древесины от промежуточных и сплошных рубок.

5. Разработать алгоритмы, программы определения оптимального оборудования с уменьшением степени повреждаемости остающихся деревьев.

6. Сделать анализ экономической, экологической эффективности научных разработок, методов оптимизации планирования и управления рубками ухода и представить практические рекомендации по решению вопросов оптимизации рубок ухода за лесом в сосновых насаждениях, в частности Воронежскому государственному лесоустроительному предприятию "Воронеж-лесопроект".

Объекты и методы исследований.

Объектами исследований являлись процессы хода роста нормальных одновозрасгных сосновых насаждений и технологические процессы лесосечных работ.

Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, существующие научные разработки, в которых освещаются вопросы выбора систем машин и режимов рубок ухода, методы математического и имитационного моделирования, математической статистики, параметрической и структурной оптимизации, машинного программирования.

Научная новизна полученных результатов.

• Проведенный анализ системы промежуточных и сплошных рубок леса и

соответствующих технологий дал возможность получить более полное представление о процессе лесовыращивания, отличающееся учетом внутреннего взаимодействия компонентов системы, рассмотрением в совокупности лесоводственных, лесозаготовительных и экономических составляющих данного процесса. ® Полученные автором математические, экономико-математические модели хода роста нормальных сосновых насаждений и их реакций на

рубки ухода отличаются тем, что учитывают большое количество входных параметров, изменяющихся в заданных диапазонах. Как следствие этого данные модели являются, более точными в описании реальных процессов роста сосновых древостоев.

* Вычислительные процедуры, алгоритмы моделирования хода роста и оптимизации режимов лесовыращивания, выбора технологий рубок ухода отличаются последовательностью проведения необходимых вычислений и предусматривающие возможность долгосрочного прогнозирования хода роста насаждений и планирования рубок ухода.

® Предложенный метод определения технической спелости древостоев в САПР управления лесовыращиванием и выбором трелевочного оборудования отличается обоснованностью назначения целевого диаметра технической спелости, определяемого из расчета получения максималь ной прибыли от лесовыращивания с 1 га лесфонда в год и снижения безвозвратных потерь, вследствие повреждения деревьев.

* Предложенный метод и алгоритм выбора типа трелевочного трактора отличается решением многокритериальной задачи, что дает возможность уменьшить число поврежденных деревьев, оставшихся после рубок ухода.

Степень достоверности результатов проведенных исследований,

* Использование корректного математического аппарата, в частности метода наименьших квадратов, "золотого сечения", "штрафных функций" и регрессионного анализа, позволило автору целенаправленно провести математическое, экономико-математическое моделирование процесса лесовыращивания с использованием системы промежуточных и сплошных рубок леса с оптимизацией выбора трелевочного оборудования. При этом автором диссертации получены достаточно адекватные мате-

магические модели текущих: приростов нормальных сосновых насаждений и изменения основных лесотаксационных параметров насаждения в зависимости от возраста. Отклонения расчетных значений, полученных по регрессионным уравнениям от фактических, опытных лесоводе! венных данных составили не более 5%, что говорит о достаточном соответствии разработанных математических моделей реальным процессам роста нормальных сосновых насаждений.

© Использование апробированных в практике таблиц хода роста нормальных сосновых древостоев дало возможность получить комплекс алгоритмов, компьютерных программ для проведения оптимизационных расчетов режимов промежуточных и сплошных рубок и выбора трелевочного трактора, которые позволяют увеличить выход стволовой древесины с I га лесфонда за 1 год лесовыращивания.

* Реализация научных, разработок в учебном процессе и в практике компьютеризации проектирования процессов лесовыращивания и проведения рубок ухода показало практическую приемлемость полученных моделей, алгоритмов САПР лесовыращивания и технологий лесосечных работ.

Практическая значимость.

& Математические модели, вычислительные процедуры, алгоритмы САПР лесовыращивания с проведением промежуточных и сплошных рубок и выбором трелевочного оборудования позволяют практике лесного хозяйства решать задачи долгосрочного прогноза хода роста нормальных сосновых насаждений, обоснованно проектировать промежуточные и сплошные рубки леса при снижении возраста технической спелости, увеличении объемов пользования древесиной и снижения числа повреждений оставшихся деревьев.

» Вычислительные процедуры, алгоритм, компьютерная программа оптимального выбора типа трелевочного трактора, по критерию минимального повреждения остающихся деревьев дают возможность снизить потери древесины, улучшить экологический уровень лесфонда вследствие снижения количества засохших и подверженным болезням поврежденных деревьев.

Апробация работы.

Материалы отдельных глав диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях Воронежской Государственной лесотехнической академии в 1995 - 1998 г.г., на международном симпозиуме ИЮФ-РО "ЬАШХ - 98" в городе Красноярске.

Публикации работы.

По теме диссертационной работы опубликовано восемь научных статей.

Структура, и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, заключения, спи- 7 ска литературы из 90 наименований, приложения, 26 рисунков, 19 таблиц. Объем основного текста составляет 144 страницы.

Результаты, выносимые автором на защиту.

1. Системный анализ, целевые функции рубок ухода - как объектов оптимального управления лесосечными работами.

2. Математические модели хода роста нормальных сосновых древостоев и их реакции на рубки ухода.

3. Математические модели повреждаемости деревьев.

4. Методы компьютерной оптимизации выбора режимов рубок ухода и типа трелевочного трактора.

5. Алгоритмические процедуры и программы на ЭВМ оптимизации управления входными параметрами рубок ухода.

6. Методика определения экологической, экономической эффективности рубок ухода как объектов оптимального управления.

ГЛАВА 1» Состояние жэученности темы.

1.1. Состояние и перспективы развития рубок ухода за лесом.

Рубки леса являются важнейшим мероприятием, проводимым лесозаготовительными предприятиями. В результате проведения рубок леса промышленность получает один из важнейших видов сырья - древесину.

Принципиально различают два вида рубок:

- сплошная, в результате которой отведенный участок леса вырубается полностью. В ходе такой рубки в большом объеме заготавливается древесина хорошего качества, поэтому такую рубку еще называют главной.

- выборочные, которые проводятся на протяжении всего срока выращивания насаждения и заключаются в периодическом удалении из насаждения некоторой части деревьев. Целью проведения таких рубок является, прежде всего, воспитание насаждений, обладающих наиболее ценными хозяйственными свойствами, повышенной устойчивостью к небл�