автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Выбор транспортной сети для освоения лесосырьевых баз

На правах рукописи

/ //

Костяев Владимир Николаевич

ВЫБОР ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ ДЛЯ ОСВОЕНИЯ ЛЕСОСЫРЬЕВЫХ БАЗ (на примере предприятий Иркутской области)

аъ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014

005547407

005547407

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Братский государственный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Рунова Елена Михайловна,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Еремеев Николай Сергеевич,

доктор технических наук,

ОАО «ЦНИИМЭ, генеральный директор

Салминен Эро Ойвович

кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова», заведующий кафедрой сухопутного транспорта леса

ФГУП "Государственный научный центр лесопромышленного комплекса"

Защита диссертации состоится «07» марта 2014 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса».

Автореферат разослан «0-$"» С7?_ 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Рыбин Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Россия занимает первое место в мире по запасам древесины, совокупный объем которой составляет 81,9 млрд. м3, в том числе спелых и перестойных лесонасаждений около 44,1 млрд. м3. Ежегодный прирост древесины составляет около 970,4 млн. м3, а расчетная годовая лесосека по разным оценкам - примерно 400-600 млн м3, из которой осваивается только 25-30% или 120-150 млн. м3. Иркутская область относится к многолесным регионам России: 71,5 млн. га или 83,1% её территории покрыто лесом. Общий запас древесных насаждений составляет более 9 млрд. м3 (или 12% от общего запаса древесных ресурсов страны), в том числе по хвойным породам -7,53 млрд. м3. Средний запас древесины на 1 га составляет 140 м3, при этом в хвойных насаждениях - 164,7 м3, в мягколиственных - 95,2 м3. Однако расчетная лесосека составляющая 52 млн. м3 осваивается не более, чем на 50%. Такой низкий уровень освоения лесных ресурсов во многом обусловлен отсутствием необходимой транспортной сети в многолесных районах (особенно на территории Сибири и Дальнего Востока), удаленностью потребителей древесины (в первую очередь деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий) от лесосырьевых баз, слабой инфраструктурой для лесозаготовительных производств. Учитывая, что доля затрат на строительство дорог и транспортировку древесины в лесозаготовительном производстве может достигать более половины себестоимости конечной продукции, вопрос рационального расположения лесотранспортной сети носит чрезвычайно важный характер, поскольку от его решения зависит экономическая эффективность деятельности лесозаготовительных предприятий и лесной отрасли в целом. Большое значение имеют методы оценки экономической доступности лесных участков в эксплуатационных лесах. В связи с этим актуальной задачей является разработка научно обоснованного метода определения пространственного расположения транспортной сети для интенсивного освоения лесосырьевых баз (на примере предприятий Иркутской области). Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ, утверждённым Указом Президента РФ № 899 от 7 июля 2011 г. и соответствует направлению: рациональное природопользование.

Степень разработанности проблемы. Вопросами поиска оптимальной лесотранспортной сети занимались Абдряшитов Р.И., Матвеенко Л.С., 1976, Борисов Г.А., 1978, Алябьев В.И., Кувалдин Б.И., Грехов Г.Ф., 1990, Салминен Э.О., 1990, Tan J.M., 1992, Ларионов В.Я., 2003, Гладков Е.Г., 2003, Мохирев А.П., 2008, Enache А., 2009, Бавбель Е.И., 2009, и другие исследователи. Методы определения категорий дорог и очередности их строительства в зависимости от сезона заготовки и вывозки древесины предложены Суриковым В.Т., 1992, Ols-son L., 2004, Тюриным А.Н., 2010, Громской Л.Я., 2012 и др. Большое количество работ посвящено вопросам оптимизации транспортно-технологических процессов (ТТП) вывозки древесины (Dean, 1997, Камусин A.A., 1998, Сушков С.И., 2004, Редькин А.К., Якимович С.Б., 2005, Рябухин П.Б., 2008, Карпачев С. П., 2008, Samani K.M., 2010, и др.). Неотъемлемым этапом выбора лесотранс-

портной сети является определение доступности участков лесного фонда - такие исследования отражены в работах Иванюты В.М., Кожухова Н.И., Моисеева H.A., 1983, Ковалева Р.Н., 1993, Болотова О.В., Ельдештейна Ю.М., Прива-лихина А.И., 1997, Hosseini, S.A., 2003, Naghdi, R„ 2008, и др. Цель исследования заключается в разработке способа нахождения рациональной транспортной сети для освоения лесных массивов с различными породным составом и запасом древесины и разными природно-климатическими условиями.

Основные задачи исследования:

1. выявить особенности строительства лесовозных дорог и организации процесса лесозаготовок в Иркутской области с учетом климатических условий, рельефа, грунтов, текущего состояния дорожной сети;

2. разработать алгоритм поиска рационального пространственного расположения лесотранспортной сети на основе методов математического моделирования (в частности инструментария теории графов), позволяющий оптимизировать расходы на строительство дорог и транспортировку древесины;

3. разработать метод определения доступных для освоения лесных участков на основе экономической оценки находящегося на них древостоя;

4. разработать рекомендации по освоению лесных участков и строительству дорог в зависимости от лесоводственно-таксационных характеристик насаждений, существующей дорожной сети и особенностей местности;

5. разработать способ оценки экономического эффекта от освоения лесосы-рьевых баз с учетом производственных мощностей и технологий лесозаготовок предприятия, а также конъюнктуры рынка лесной продукции (средние цены и уровень спроса на различные породы древесины).

Объект исследования: лесосырьевые базы и транспортная сеть в эксплуатационных и резервных лесах Иркутской области.

Предмет исследования: способ выбора лесотранспортной сети; метод оценки экономической доступности лесных участков; оптимизация ТТП вывозки древесины.

Методология и методы исследования: системный анализ, методы математического моделирования (в частности инструментарий теории графов и симплекс-метод линейного программирования), картографическое моделирование средствами геоинформационных систем. При разработке способа нахождения лесотранспортной сети и проведении экспериментальных исследований использовались геоинформационная система «Mapinfo», система автоматизированного проектирования «AutoCAD», программные пакеты «Microsoft Office» и "MathLab", графический редактор "Adobe Photoshop", визуальная среда для работы с графами «Графоанализатор 1.3».

Научная новизна. Разработан алгоритм поиска рациональной транспортной сети с помощью инструментария теории графов. Предложен метод оценки двухуровневой экономической доступности лесных участков. На основе ГИС-технологий разработан способ построения цифровой модели местности (ЦММ),

отражающей природно-климатические условия, характеристику лесного фонда и существующую транспортную сеть. Выведена формула оптимизации транс-портно-технологических процессов вывозки древесины.

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенный способ выбора лесотранспортной сети может быть использован лесозаготовительными компаниями и предприятиями лесного хозяйства при разработке проектов по освоению сырьевых баз на территории Иркутской области, а также проектными организациями при реализации отраслевых программ по освоению лесов на местном, региональном и федеральном уровнях. Результаты исследований также могут применяться в образовательном процессе. Разработанный способ позволяет снизить сметную стоимость транспортного освоения лесосырьевых баз в размере 6-8% от общих расходов на освоение лесосырьевых баз (в т.ч. затраты на строительство дорог и вывозку древесины) по сравнению с традиционными методами выбора транспортной сети, одновременно существенно сокращая время на её поиск и повышая качество управления лесными ресурсами. Положения, выносимые на защиту:

• алгоритм выбора лесотранспортной сети на основе инструментария теории графов (построение минимального остовного дерева — дерева Прима), учитывающий объем транспортируемой древесины;

• способ построения цифровой модели местности (ЦММ), отражающей природно-климатические особенности и таксационные характеристики лесосырьевых баз с использованием ГИС-технологий;

• метод определения экономической доступности лесных ресурсов в зависимости от основных рентообразующих факторов (себестоимость лесозаготовительных работ, строительства лесных дорог и транспортировки древесины);

• обоснование критериев оптимальности пространственного расположения лесотранспортной сети;

• способ оптимизации транспортно-технологических процессов вывозки древесины на основе симплекс-метода линейного программирования.

Достоверность результатов. Научные положения и выводы диссертации основаны на болыцом объеме фактических данных, полученных по материалам лесоустройства, проектной документации лесозаготовительных предприятий и проведении экспериментальных исследований. Выполнение измерений согласно государственным и отраслевым стандартам, обработка результатов при использовании методов математической статистики и моделирования с применением современных средств вычислительной техники, обеспечили достаточную точность и адекватность выводов при проведении исследований. Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических международных и всероссийских конференциях: Международная научно-практическая конференция «Теория и практика актуальных исследований» (Краснодар, 2012); III Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука XXI века: новый подход» (Санкт-Петербург, 2012); I International Academic

Conference on Applied and Fundamental Studies (St. Louis, Missouri, USA, 2012); «Проблемы современной науки» (Ставрополь, 2012); XI Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегия устойчивого развития регионов России» (Новосибирск, 2012); X Международная научно-техническая конференция «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2010); VIII (XXX) Всероссийская научно-техническая конференция (Братск, 2009). Реализация диссертационной работы. Полученные результаты использованы Территориальным отделом Агентства лесного хозяйства Иркутской области по Падунскому лесничеству при организации лесохозяйственных работ; использованы в проектной деятельности ООО «Лесные инновации» при разработке технических предложений по обоснованию транспортного освоения лесных участков на территории Иркутской области; внедрены в учебный процесс в качестве лекционного материала по дисциплинам «Транспорт леса» и «Проектирование лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» при подготовке бакалавров Братского государственного университета по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств». Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют пункту 15 «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора техники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».

Личное участие автора. Автором предложена методика исследования. Разработан алгоритм поиска рационального пространственного расположения лесо-транспортной сети с использованием ГИС-технологий и инструментария теории графов. Проведен сбор и анализ экспериментальных данных по исследуемой территории и выполнены расчеты для оценки экономического эффекта от использования разработанного метода. Предложен метод оптимизации транс-портно-технологических процессов вывозки древесины.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных списком ВАК Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, общих выводов, списка литературы, содержащего 265 наименований. Содержание работы изложено на 181 странице машинописного текста, включая иллюстративный материал и приложения (32 таблицы и 26 рисунков).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель, задачи исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость основных результатов диссертационной работы.

В первой главе изложены результаты анализа методов выбора лесо-транспортной сети, предлагаемых российскими и зарубежными исследователями. Распространенными недостатками существующих методов автоматизиро-

ванного проектирования лесотранспортных сетей на основе теории графов является допущение о сосредоточении запасов древесины в центрах тяжести кварталов, не учитывается динамика лесного фонда и возможности получения дополнительной прибыли от заготовки древесины в ходе строительства дорог. Кроме того, не описаны способы установления дополнительных звеньев дорожной сети с учетом объемов транспортируемой древесины. Многие методы из-за их существенного упрощения применимы в основном для обоснования лесотранспортной сети на лесосеках прямоугольной формы и с однородными природными условиями.

Предлагаемые способы оценки доступности лесных ресурсов имеют общую методологию, которая может быть выражена формулой:

где Пр — прибыль от реализации продукции, руб. (при положительном значении этого показателя участок принимается за экономически доступный); Рк - цена реализации 1 м3 древесины к-ой породы, руб.; - объем древесины к-ой породы, м3; З3 — затраты на заготовку обезличенного кубометра древесины, руб.; Зс - расходы на строительство лесных дорог, руб.; Зт - расходы на транспортировку обезличенного кубометра древесины, руб.

Основным недостатком большинства методов определения доступности лесных участков является то, что затраты на строительство дорог и доставку лесоматериалов рассчитываются упрощенно (по среднему или кратчайшему расстоянию вывозки древесины). Решение задач оптимизации ТТП предполагает наличие лесотранспортной сети, при этом диапазон решений будет находиться в большой зависимости от её пространственного расположения. Таким образом, на сегодняшний день не существует универсального научно обоснованного способа выбора лесотранспортной сети, позволяющего учитывать комплекс различных факторов.

Во второй главе представлено описание особенностей транспортного освоения Иркутской области и проведен анализ основных факторов, влияющих на пространственное расположение и строительство сети лесных дорог. Выявлены ключевые проблемы, препятствующие эффективному освоению лесосы-рьевых баз, наиболее важной из которых является недостаточно развитая транспортная инфраструктура (см. рисунок 1).

На рисунке 1 отражена плотность лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) круглогодового действия Иркутской области, которая составляет 0,36 км на 1000 га (по отдельным лесничествам области - от 0,14 до 16,8 км на 1000 га). При этом, районы, имеющие наибольшие запасы древесины имеют крайне низкую плотность дорог. Среднее расстояние вывозки древесины автопоездами достигает 150-160 км и имеет тенденцию к увеличению ввиду постепенного отдаления сырьевых баз лесозаготовительных предприятий от пунктов потребления.

(1)

Рисунок 1. Плотность транспортной сети Иркутской области с распределением по лесничествам и типам дорожных покрытий (по данным проекта Лесного плана Иркутской области)

В третьей главе изложена методика поиска рационального расположения транспортной сети, основанная на инструментарии теории графов (К. Берж, 1963; М. Кирсанов, 2004), в частности на принципах построения минимального покрывающего (остовного) дерева - дерева Прима: корреспондирующие пункты (лесосеки) принимаются за вершины графа в (V, Е), а соединяющие их участки дорог являются его нагруженными ребрами. За вес ребра принимаются дорожно-транспортные затраты Еу, определяемые по формуле Хомяка В.Я., 1983:

(2)

где 1у - длина ребра (участок дороги I — ¡): расстояние между двумя корреспондирующими пунктами, связанными между собой этим ребром, км; Бу -расходы на строительство дороги на участке I — /, руб.; £ (Ь — грузонапряженность (совокупный объем древесины, который необходимо транспортировать по ребру, связывающему точки I и у), м3; Ту — транспортная составляющая себестоимости перевозок Ту, руб. / м3 на 1 км.

Задача заключается в построении графа в (V, Е), характеризующего минимальную сумму затрат, приходящихся на все транспортные связи. Расчет затрат на строительство дорог на этапе камерального трассирования проводится с учетом особенностей рельефа местности на основе методики Алябьева В.И., Ильина Б.А. и др., 1990, а также типологии почв, определяемой по методике Погребняка П.С., 1965. Оптимизация транспортно-технологических процессов проводится на основе симплекс-метода линейного программирования. При разработке способа выбора лесотранспортной сети и проведении эксперименталь-

ных исследований использовались средства современных информационных технологий, что позволило получить результаты с высокой степенью точности.

В четвертой главе представлена разработанная теория построения сети лесовозных дорог, которая определяется с учетом транспортируемой по ней древесины: при этом, за критерий оптимальности принимается минимум дорожно-транспортных затрат. В общем виде разработанный автором алгоритм поиска оптимального расположения лесотранспортной сети представлен на рисунке 2.

Оценка местности и расположения лесных ресурсов

Характеристика местности (Картографические данные)

Атрибутивные данные (стоимость строительства 1 км дороги в зависимости от особенностей местности) Определение и оценка всех участков, содержащих запасы древесины Установление норматива прибыльности и правил исключения участков из

Пространственное расположение (на капте) Запас на участке в денежном эквиваленте (в ТЫС. ОУбЛ

3

Описание местности для строительства

Описание расположения лесных участков

Построение цифровой модели местности

Отметка ключевых участков на карте Соединение ключевых участков возможными транспортными Расчет стоимости строительства каждого участка с учетом коэф.

Перевод данных в математическую модель: построение неориентированного взвешенного графа, вершинами являются ключевые участки; ребрами -возможные пути их соединения: вес оебео соответствует стоимости стоите ль ства лооог

Нахождение оптимального сасположения лесотоанспоотной сети

Расчет экономического эффекта от освоения лесосырьевых баз, разработка рекомендаций к очередности

Рисунок 2. Алгоритм поиска оптимального расположения лесотранспортной сети

В соответствии с методом построении дерева Прима определяются вершины графа - лесосеки, отобранные по критерию экономической доступности «первого порядка» (без учета расходов на строительство дорог и вывозку древесины) на основании видоизмененной формулы (2), которая примет следующий вид:

п

ЕД1 (3)

1 1

где Ед1 - экономическая доступность первого порядка (потенциальный доход) -го лесного участка, руб.; (}" - определяемый по материалам лесоустройства и таксационным данным объем заготавливаемой древесины п-ой породы на ¿-м участке, м3; Рп - цена реализации 1 м3 древесины п-й породы, руб.; - объем

заготавливаемой древесины на £-м участке, м3; Слзг - расходы на заготовку 1 м3 древесины, руб.

Выбираются лесные участки (корреспондирующие пункты), соответствующие нормативу прибыли (руб.), который устанавливается предприятием: Ед1 > Возможные пункты примыкания существующих дорог, места расположения дорожно-строительных материалов, конечный пункт доставки древесины (лесной склад, речной порт, склад потребителя и т.п.) также являются корреспондирующими пунктами (вершинами графа), которые соединяются между собой соответствующими участками дорог (нагруженными ребрами графа). При дополнении формулы (3) параметрами, учитывающими неоднородность природно-климатических факторов и различными затратами на строительство лесных дорог, находится вес ребра Ец участка £ — у.

р _ г \ л а

^вст ^вст Ц-ущ I Х Сбаз + у , (4) / 1

где Ьбаз - длина участка, строительство дороги на котором имеет стандартную (базовую) стоимость, км; Ь'отл - длина дороги на участке, проходящем по отличающимся условиям местности, км; кгр, кр, ккат - коэффициенты удлинения дороги в зависимости от степени увлажнения грунтов, рельефа местности (равнинный, слабохолмистый, пересеченный, горный) и повышенной категории дороги соответственно; Сбаз — базовая стоимость строительства 1 км дороги, руб.; С^с - стоимость строительства искусственных сооружений, руб.; ЦуЩ — длина участка, имеющего дорогу, пригодную для транспортировки древесины и не требующая строительства и ремонта, км; квСТ — коэффициент удлинения, зависящий от стоимости восстановления (ремонта) дороги на р-м участке; 1^ст -длина дороги на р-м участке, требующая восстановления (ремонта), км.

Прокладывание трассы через соответствующие усложненные условия местности (сложный рельеф, слабые грунты и т.п.), пересечении линейных объектов (ручьев, оврагов и т.п.), а также при выборе повышенной категории дороги требует учета дополнительных коэффициентов кгр, кр, ккат, которые вводятся на основе факторов, влияющих на стоимость строительства лесных дорог. Их учет производится при помощи цифровой модели местности (ЦММ), в которой отражаются основные элементы:

a) площадные участки, характеризующиеся разными типами рельефа и местности (болота, озера, места со слабыми фунтами и т.д.), на которых стоимость строительства дороги существенно отличается от базовой (изначально принятой при расчетах);

b) участки-линии, характеризующиеся реками, ручьями, оврагами, пересечение которых требует дополнительных расходов на строительство искусственных сооружений (мостов, виадуков и др.).

На основании формул (6, 7) определяется приведенная длина всех участков дорог (удельные веса ребер графа), соединяющих различные лесосеки (вершины графа), после чего в программе «Графоанализатор 1.3» строится

Щ =

^баз +

I

I1 к

^отл^гр

к к чрчкаг

+

I

взвешенный неориентированный граф и находится минимальное покрывающее дерево - дерево Прима (см. рисунок 3).

На рисунке 3 кругами с цифрами от 2 до 12 обозначены лесосеки (вершины графа), соединенные различными транспортными путями (ребрами графа); цифра 1 обозначает исходную вершину - конечный пункт доставки древесины. Жирными линиями выделено дерево Прима - кратчайшая лесотранспортная сеть, в которую в дальнейшем вводятся дополнительные звенья и узловые точки пересечения дорог, а также устанавливаются категории дорог, зависящие от объема грузоперевозок и планируемого срока их эксплуатации. Определяются экономически доступные лесосеки второго порядка Ед2 - лесные участки, способные принести прибыль после строительства дорог и вывозки древесины. Для этого формула (4) приводится к следующему виду: i

ЕД2 = £ Q? ■ РП -1

где Qi - обезличенный запас древесины на ;'-м участке, м3;Стр - суммарные расходы на вывозку древесины с i-го участка, руб.; ¿прив - приведенная длина дорог, км; Сстр - расходы на строительство дороги, прокладываемой к t-му участку, руб.

Оставляются лесосеки, соответствующие условию: Ед2 > N2 (где N2 — норматив прибыли от освоения участков с учетом расходов на строительство дорог и транспортировку древесины, руб.) и устанавливается окончательное расположение лесотранспортной сети. После этого проводится оптимизация транспортно-технологического процесса лесозаготовок: места концентрации древесины (лесосеки), промежуточные и лесные склады, комплекты имеющейся лесозаготовительной техники и другие параметры включаются в систему уравнений, положенной в основу оптимизационной модели. Строится система уравнений, решаемая симплекс-методом. Целевая функция принимает следующий вид:

30бщ = axi + Ьх2 + сх3 + dx4 + —I- nxk -» min , (6)

^ Qi ' Слзг "t" ^ ' Qi ' Стр "I" ^ ' ^прив ' Сстр |> (5)

III

где Зо6щ - общие затраты на заготовку и транспортировку древесины, руб.; хг -элемент системы, характеризующий процесс заготовки и транспортировки древесины из лесосек непосредственно потребителям, минуя промежуточные склады; х2 - элемент системы, характеризующий процесс заготовки и транспортировки древесины конечному потребителю через лесные склады; х3 - тот же процесс, но через промежуточные склады; х4 - заготовка и транспортировка древесины последовательно: с лесосек на промежуточные склады, а затем на лесные склады с последующей доставкой конечному потребителю: хк — заготовка и транспортировка древесины до конечного потребителя через другие каналы и виды транспорта; а, Ь, с, ¿1,... п - показатели затрат, связанных с соответствующим способом транспортировки.

Каждый элемент системы представляет собой следующую логистико-математическую модель:

11м р к

(С^тркЗ^шрк) > (7)

¡=1 ¡=1 т=1 р=1 к=1

где С^трк - объемы доставки древесины с лесосек до пункта назначения, м3; Зцтрк ~ удельные затраты на заготовку и транспортировку древесины до пункта назначения, руб./м3. Модель описывает расходы (руб.) на заготовку ¿-х сортиментов (I = 1, 2, 3, ..., I) на 7-х лесосеках (;' = 1, 2, 3, ..., I) с использованием ш-й технологии (т = 1, 2, 3, ..Ы) и доставку р-м типом транспорта (р = 1, 2, 3, ..., Р) к-ому конечному потребителю (к = 1, 2, 3, ..., К). Аналогичным способом рассчитываются и другие элементы системы. В рамках оптимизации ТТП лесной фонд разделяется на зоны сезонной эксплуатации, руководствуясь тем, что освоение лесных участков, расположенных на слабых и заболоченных грунтах, а также с небольшими запасами древесины и на большом расстоянии от транспортных путей, рационально осуществлять в зимнее время.

Очередность строительства дорог зависит от наступления спелости древесины - минимального возраста рубки, принятого в регионе. Средневзвешенный запас древесины (2мврл на участке определяется по формуле:

QмвpJi = т; I (8)

^¿общ

где qí - запас древесины /'-го участка, достигшей МВР, м3; 0,ОбЩ - общий запас древесины, м3. Рационально планировать строительство дорог в следующей очередности: 1) маршруты, соединяющие участки леса с наименьшим МВР строятся в первую очередь; 2) при одинаковых МВР приоритет отдается маршрутам с большим соотношением объема вывозки к длине дороги; 3) строительство дорог разделяется на несколько периодов в зависимости от производственных мощностей предприятия, конъюнктуры рынка лесной продукции. Экономический эффект от освоения лесосырьевых баз рассчитывается по формуле определения чистого приведенного дохода:

(1 + г у Z-. (1 + г У '

t=i v t=i

где CFt - приток денежных средств от реализации древесины в период t, руб.; It - объем инвестиций на строительство дорог и освоение лесосек в t-ом периоде, руб.; г - ставка дисконтирования (ставка по кредиту или уровень инфляции); t -номер периода; п - общее количество периодов, t = 1,2, ..., п (или время действия инвестиции).

Пятая глава содержит результаты экспериментальных исследований разработанного метода, проведенные для арендного участка ОАО «Бадинский КЛПХ», расположенного на территории лесного фонда Братского лесничества, площадью 107 800 га. Приведено сравнение полученной схемы лесотранспорт-ной сети: 1) выбираемой традиционным способом и 2) найденной с помощью разработанного метода. С помощью геоинформационной системы "Mapinfo Professional 10.0" на основании материалов лесоустройства, картографических и таксационных данных создан слой с информацией о распределении древесины по породам и возрастным группам на исследуемой территории (см. рисунок

4).

На рисунке 4 цветами обозначены породы древесины в соответствии с принятыми стандартами лесоустройства. Слой дополняется информацией о распределении запасов древесины, и по формуле (4) рассчитывается потенциальный доход от освоения различных участков. Соответствующие участки обозначаются в новом слое ГИС (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Слой ГИС, отражающий распределение древесины по породам

(фрагмент)

Условные обозначения по рисунку 4 отражены в таблице 1. Таблица 1 — Распределение запасов древесины на исследуемой территории (условные обозначения к рисунку 4)

Цвет в слое ГИС

Запас древостоя. м3/га

более 250 от 150 до 250

от 50 до 150

Недоступные участки

Рисунок 5. Соединение лесосек и пунктов примыкания дорог воздушными линиями

Рисунок 4. Слой ГИС, характеризующий распределение запасов древесины

(фрагмент)

Используя данные слоев ГИС, представленных на рисунках 3 и 4, определены участки, соответствующие критерию экономической доступности первого порядка (с наибольшим потенциальным доходом), а в случае примерно равных значений приоритет отдавался участкам, с наибольшим запасом более востребованных на рынке пород древесины (сосны и лиственницы). Из 38 потенциальных участков были выбраны 24 наиболее прибыльных - они приняты за вершины графа. Квартал 72 принят за конечный пункт доставки древесины, поскольку он примыкает к существующей дороге, ведущий к лесозаготовительному предприятию. Каждый участок последовательно соединяется со смежным по воздушным линиям. На рисунке 5 представлены возможные варианты соединений.

На рисунке 5 кругами указаны центры лесосек, имеющих наибольший запас древесины, и пункты примыкания дорог. Рассматривается 61 возможный вариант соединения выбранных участков. Определяется длина воздушных линий (в км), однако линейной длины недостаточно ввиду неоднородных природно-климатических условий местности, по которой проходят участки дорог. В связи с этим добавляются новые слои ГИС, содержащие информацию об особенностях рельефа и грунтов (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Слой ГИС: зонирование территории по степени увлажненности

(фрагмент)

Условные обозначения по рисунку 6 отажены в таблице 2, отражающей зависимость коэффициентов удлинения трассы от типов почвенно-грунтовых условий.

Цвет Тип почвы Коэф. удл. Цвет Тип почвы Коэф. удл.

1 1 очень сухие 1 влажные 1,3

ш сухие 1,1 сырые 1,4

свежие 1,2 ¡■■ИМ: болота 00

На рисунке 6 представлена тематическая карта зонирования территории по степени увлажненности участков. В зависимости от типа почв вводятся коэффициенты удлинения трассы: от 1 до 1,4. Болота относятся к недоступным участкам местности. Также на основании данного слоя ГИС в дальнейшем определяются зоны зимнего и летнего освоения лесосек. Аналогичным способом вводятся повышающие коэффициенты в зависимости от особенностей рельефа. С учетом потенциальных объемов транспортируемой древесины по формуле (6) определен удельный вес ребер, и построено минимальное остовное дерево (дерево Прима). Затем сеть скорректирована вводом дополнительных узлов и звеньев, установлены оптимальные углы примыкания дорог, а по формуле (8) установлены экономически доступные участки второго порядка на маршруте 1 (см. Таблицу 3).

На рисунке 7 приведены схемы расположения лесотранспортной сети, найденной 1) традиционным (субъективным) способом и 2) на основании разработанного метода.

Рисунок 7. Сравнение лесотранспортных сетей: а) слева - выбранная традиционным способом; б) справа - выбранная при помощи разработанного метода

Общая суммарная протяженность лесотранспортной сети, найденной при помощи традиционного способа выбора (рисунок 7 - слева), на 3-5% больше по сравнению с лесотранспортной сетью, найденной на основании разработанного метода (рисунок 7 - справа). Транспортное освоение лесосырьевых баз по схеме, выбранной на основе разработанного метода, позволяет достичь экономии в размере 6-8% от совокупных расходов на освоение лесосырьевой базы.

РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Разработанный алгоритм выбора лесотранспортной сети возможно использовать в проектных организациях для нахождения и обоснования рациональных схем транспортного освоения лесосырьевых баз на этапе планирования работ.

2. Предложенный метод рекомендуется к применению на больших территориях (площадью более 10 ООО га) в эксплуатационных или резервных лесах со слаборазвитой транспортной сетью. При применении данного метода рекомендуется использовать материалы лесоустройства, проведенного по третьему разряду, когда площадь квартала достигает 800 га.

4. Метод наиболее эффективен при освоении лесосырьевых баз со сложным рельефом местности и различной степенью увлажнения грунтов, т.е. со сложными природно-климатическими условиями.

Таблица 3. Экономическая доступность лесных участков по Маршруту 1

Коррс- СПОН-диру-ющие пункты 1 2 3 4 10 9 8 13 14 15 16 22 23 24 Ьд, Запас на кварт., м3 Расходы на вывозку, тыс. руб. Расходы на ЛЗГ, тыс. руб Прибыль ДО стр-ва дорог, тр. Итого Стр-во дорог, ТЫС. руб Итого прибыль, тыс. руб

1 4 3 5 5 4 4 6 4 3 5 4 4 4 55 114428 31410 68657 297 413 41000 256413

2 41000 3 5 5 4 4 6 4 3 5 4 4 4 51 64457 16372 38674 167 533 45000 122533

3 45000 45000 5 5 4 4 6 4 3 5 4 4 4 47 83643 19823 50186 217 402 55000 162402

4 55000 55000 55000 5 4 4 6 4 3 5 4 4 4 42 102655 21558 61593 266 820 49000 217820

10 49000 49000 49000 49000 4 4 6 4 3 5 4 4 4 37 84531 15723 50719 219 714 49000 170714

9 49000 49000 49000 49000 49000 4 6 4 3 5 4 4 4 34 84787 14202 50872 220 381 47000 173381

8 47000 47000 47000 47000 47000 47000 6 4 3 5 4 4 4 30 64425 9664 38655 167 457 63000 104457

13 63000 63000 63000 63000 63000 63000 63000 4 3 5 4 4 4 24 56393 6683 33836 146 581 40000 106581

14 40000 40000 40000 40000 40000 40000 40000 40000 3 5 4 4 4 20 90439 8908 54263 235 078 29000 206078

15 29000 29000 29000 29000 29000 29000 29000 29000 29000 5 4 4 4 17 59598 5006 35759 154 914 68500 86414

16 68500 68500 68500 68500 68500 68500 68500 68500 68500 68500 4 4 4 11 73613 4196 44168 191 345 46000 145345

22 46000 46000 46000 46000 46000 46000 46000 46000 46000 46000 46000 4 4 7 54302 1955 32581 141 151 49000 92151

23 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 49000 4 4 57345 1004 34407 149 062 45500 103562

24 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500 45500

Итого по маршруту 1 990616 156503 594370 2574851 627000 1947851

В таблице 3 представлена матрица с описанием показателей расходов на транспортировку древесины по маршруту № 1 (через 1, 2, 3, 4, 10, 9, 8, 13, 14, 15, 16, 22, 23 и 24 вершины графа (лесные участки соответствующих кварталов)). За конечный пункт доставки древесины принята вершина графа №24. Рассчитывается приведенная стоимость ребер посредством ввода расходов на строительство участков дорог (руб.) и транспортировку древесины (руб./ м3 на 1 км), и определяется экономическая доступность второго порядка всех лесосек. Аналогичным способом проведена оценка доступности лесных участков на других маршрутах и построена окончательная схема оптимальной лесотранспортной сети.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод выбора лесотранспортной сети на этапе её камерального трассирования, который позволяет комплексно учитывать основные факторы: особенности грунтов и рельефа местности, технологии строительства дорог и искусственных сооружений, неоднородность запасов древесины, динамику лесного фонда, существующую транспортную сеть. Метод позволяет учитывать комплекс различных параметров, влияющих на транспортно-технологические процессы вывозки древесины.

2. В основу метода положен алгоритм поиска оптимального расположения лесотранспортной сети на основе использования инструментария теории графов, в частности метода построения минимального остовного дерева (дерева Прима). Метод позволяет устанавливать дополнительные звенья (участки дорог) с учетом суммы перемещаемых грузов.

3. Метод позволяет проводить оценку двухуровневой экономической доступности лесных участков: первый уровень (порядок) доступности определяется до нахождения пространственного расположения транспортной сети, второй уровень (порядок) доступности - после строительства дорог и транспортировки древесины.

4. Проведенные расчеты на основе предложенного алгоритма выбора лесотранспортной сети подтверждают эффективность метода:

• при обосновании оптимального пространственного расположения лесотранспортной сети (повышение эффективности поиска транспортной сети за счет существенного увеличения рассматриваемых вариантов);

• на этапе строительства и эксплуатации лесовозных дорог (сокращение расходов на строительство транспортной сети за счет нахождения решений, близких к оптимальным);

• на этапе транспортировки древесины (повышение экономической эффективности процесса вывозки древесины ввиду рациональных маршрутов, сокращающих общий пробег лесовозных автомобилей).

5. Усовершенствована формула определения экономической эффективности освоения лесосырьевых баз на основе чистого приведенного дохода с учетом основных экономических факторов: инфляции, ставок по кредиту, имеющимся собственным средствам и т.д.

6. На основе экспериментальных исследований, проведенных на территориях Иркутской области (на площади более 100 ООО га) с различными природно-климатическими условиями, подтверждена пригодность метода к применению на практике. Рассчитана экономическая доступность лесных участков лесных участков и эффективность их освоения различными транспортно-технологическими схемами.

7. Метод позволяет снизить сметную стоимость транспортного освоения лесосырьевых баз на 6-8% от общих расходов на освоение лесосырьевых баз (в т.ч. затраты на строительство дорог и вывозку древесины) по сравнению с традиционными методами выбора транспортной сети, одновременно существенно сокращая время на её поиск и повышая качество управления лесными ресурсами.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Костяев, В. Н. Проектирование схемы лесотранспортной сети / В. Н. Ко-стяев, Е. М. Рунова // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 4 (3) -С. 597-601.

2. Костяев, В. Н. К вопросу проектирования схемы лесотранспортной сети с учетом оптимизации грузопотоков / В. Н. Костяев // Системы. Методы. Технологии. - 2013. - № 1 (17). - С. 116-122.

3. Костяев, В. Н. Роль оптимизации транспортно-технологических процессов в проектировании рациональной сети лесовозных дорог / В. Н. Костяев // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 1; URL: http://www.science-education.ru/107-8408 (дата обращения: 15.11.2013).

4. Костяев, В. Н. Подход к проектированию оптимальной лесотранспортной сети с помощью математического моделирования / В. Н. Костяев, Е. М. Рунова // Системы. Методы. Технологии. - 2012. - № 4 (16). - С. 170-176.

В других изданиях:

5. Костяев, В. Н. Проектирование сети лесовозных дорог и оптимизация транспортно-технологических процессов / В. Н. Костяев // Отраслевые аспекты технических наук. - 2012. - № 11 (23). - С. 21-23.

6. Костяев, В. Н. Проектирование лесотранспортной сети с использованием инструментов математического моделирования / В. Н. Костяев // Проблемы современной науки: сборник научных трудов: выпуск 5. Часть 2. -Ставрополь: Логос, 2012. - 267 с.

7. Костяев, В. Н. Проектирование сети лесовозных дорог на основе теории графов / В. Н. Костяев // Наука XXI века: новый подход: материалы III международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, 25 октября 2012 года, г. Санкт-Петербург. - Петрозаводск: Петропресс, 2012. - 134 с.

8. Костяев, В. Н. Оптимизация лесотранспортной сети как основа развития лесопромышленного комплекса России / В. Н. Костяев // Стратегия устойчивого развития регионов России: Сборник материалов XI Всероссийской научно-практической конференции / Под общ. ред. С.С. Чернова. - Новосибирск: Издательство НГТУ, 2012. - 224 с.

9. Костяев, В. Н. Использование методов математического моделирования для нахождения оптимальной схемы сети лесовозных дорог / В. Н. Костяев // Теория и практика актуальных исследований: Материалы II Международной научно-практической конференции. - Краснодар. - 2012. - 176 с.

10.Kostyaev, V. N. Method of forest roads network design using mathematical simulation. / V. N. Kostyaev, E. M. Runova // Applied and Fundamental Studies: Proceedings of the 1st I International Academic Conference. Vol. 1. - St. Louis, USA. - October 27-28, 2012. - 428 p.

11.Костяев, В. H. Задачи оптимизации транспортно-технологических процессов лесозаготовительных предприятий и пути их решений / В. Н. Ко-

стяев, Е. М. Рунова // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития: Материалы X Международной научно-технической конференции. 1 -30 ноября 2010 г. - URL: http://science-bsea.bgita.ru/2010/les_komp 2010/runova_kost.htm (дата обращения: 15.11.2013).

12.Костяев, В. Н. Применение математических методов для оптимизации схем лесовозных дорог / В. Н. Костяев, Б. И. Угрюмов // Естественные и инженерные науки - развитию регионов Сибири: материалы VIII (XXX) Всероссийской научно-технической конференции. - Братск: ГОУ ВПО «БрГУ». — 2009. - 253 с.

Просим присылать Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 141005, Мытищи-5, Московская область, 1-я Институтская, дом 1, для совета Д.212.146.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса».

Телефон: (498) 687-38-81 E-mail: uchsovet@mgul.ac.ru

Подписано в печать: 21.01.2014 Объем: 1,0 п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 184 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, пр-т Вернадского, д. (495) 363-78-90; www.reglet.ru

фгбоу впо «братским государственный университет»

На правах рукописи

04201456194

Костяев Владимир Николаевич

выбор транспортной сети для освоения лесосырьевых баз

(на примере предприятий Иркутской области) 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д-р с.-х. наук, профессор Рунова Елена Михайловна

Москва - 2014

Оглавление

Введение...................................................................................................................4

Глава 1. Методы оптимизации транспортного освоения лесных ресурсов.....10

1.1 Анализ способов выбора лесотранспортной сети, предлагаемых российскими исследователями..........................................................................10

1.2 Анализ работ зарубежных исследователей по проблемам транспортного освоения лесосырьевых баз...............................................................................20

1.3 Определение доступности лесных ресурсов.............................................28

1.4 Транспортно-технологические схемы освоения лесосырьевых баз......33

Выводы по разделу 1..........................................................................................36

2. Особенности лесопромышленного комплекса Иркутской области и анализ основных факторов, влияющих на транспортное освоение лесосырьевых баз39

2.1 Запасы древесины и распределение древостоя на рассматриваемой территории...........................................................................................................42

2.2 Характеристика транспортной сети............................................................44

2.3 Влияние природно-климатических условий на строительство дорог ...53

2.4 Объемы лесопромышленного производства и экспорта древесины.......55

2.4.1 Характеристика занятости населения в лесном секторе экономики Иркутской области..........................................................................................55

2.4.2 Характеристика лесосырьевого потенциала и его использования....56

2.4.3 Основные лесозаготовители..................................................................59

Выводы по разделу 2..........................................................................................61

3. Методика автоматизированного способа выбора оптимальной лесотранспортной сети..........................................................................................63

3.1 Основные положения способа выбора оптимальной транспортной сетибЗ

3.2 Использование ГИС-технологий................................................................67

Выводы по разделу 3..........................................................................................72

4 Разработка теории выбора лесотранспортной сети........................................74

4.1 Общий алгоритм выбора сети дорог..........................................................74

4.2 Построение цифровой модели местности..................................................78

1. 1 Ч^А шип ^ ........................................................

зспортно-технологического процесса..........................

последовательности освоения лесных участков......1

ценка эффективности освоения лесосырьевых баз.. 1

........................................................................................1

шьная проверка способа выбора оптимальной

........................................................................................1

частка исследования....................................................1

ъ строительства дороги...............................................1

Заключение.............

Список литературы

152 154

Введение

Актуальность темы исследования. Россия занимает первое место в мире по запасам древесины, совокупный объем которой составляет 81,9 млрд. м3, в том числе спелых и перестойных лесонасаждений около 44,1 млрд. м3. Ежегодный прирост древесины составляет около 970,4 млн. м3, а расчетная годовая лесосека по разным оценкам - примерно 400-600 млн. м3, из которой осваивается только 25-30% или 120-150 млн. м3. Иркутская область относится к многолесным регионам России: 71,5 млн. га или 83,1% её территории покрыто лесом. Общий запас древесных насаждений составляет более 9 млрд. м3 (или 12% от общего запаса древесных ресурсов страны), в том числе по хвойным породам - 7,53 млрд. м3. Средний запас древесины на 1 га составляет 140 м3, при этом в хвойных насаждениях - 164,7 м3, в мягколиственных - 95,2 м3. Однако расчетная лесосека составляющая 52 млн. м3 осваивается не более, чем на 50%. Такой низкий уровень освоения лесных ресурсов во многом обусловлен отсутствием необходимой транспортной сети в многолесных районах (особенно на территории Сибири и Дальнего Востока), удаленностью потребителей древесины (в первую очередь деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий) от лесосырьевых баз, слабой инфраструктурой для лесозаготовительных производств. Учитывая, что доля затрат на строительство дорог и транспортировку древесины в лесозаготовительном производстве может достигать более половины себестоимости конечной продукции, вопрос рационального расположения лесотранспортной сети носит чрезвычайно важный характер, поскольку от его решения зависит экономическая эффективность деятельности лесозаготовительных предприятий и лесной отрасли в целом. Большое значение имеют методы оценки экономической доступности лесных участков в эксплуатационных лесах. В связи с этим актуальной задачей является разработка научно обоснованного метода определения оптимального пространственного расположения транспортной сети для интенсивного освоения лесосырьевых баз (на примере предприятий Иркутской области). Работа выполнена в соответствии с перечнем приоритетных направлений развития науки, техноло-

гий и техники в РФ, утверждённым Указом Президента РФ № 899 от 7 июля 2011г. и соответствует направлению: рациональное природопользование.

Степень разработанности проблемы. Вопросами поиска оптимальной лесо-транспортной сети занимались Абдряшитов Р.И., Матвеенко JI.C., 1976, Борисов Г.А., 1978, Алябьев В.И., Ильин Б.А., Кувалдин Б.И., Грехов Г.Ф., 1990, Салминен Э.О., 1990, Tan J.M., 1992, Ларионов В.Я., 2003, Гладков Е.Г., 2003, Мохирев А.П., 2008, Enache А., 2009, Герасимов Ю. Ю., 2009, Бавбель Е.И., 2009, и другие исследователи. Методы определения категорий дорог и очередности их строительства в зависимости от сезона заготовки и вывозки древесины предложены Суриковым В.Т., 1992, Olsson L., 2004, Тюриным А.Н., 2010, Громской Л.Я., 2012 и др. Большое количество работ посвящено вопросам оптимизации транспортно-технологических процессов (ТТП) вывозки древесины [Dean, 1997, Камусин A.A., 1998, Сушков С.И., 2004, Sessions J., Akay А.Е., 2005, Редькин А.К., Якимович С.Б., 2005, Рябухин П.Б., 2008, Карпачев С.П., 2008, и др.]. Неотъемлемым этапом выбора лесотранспортной сети является определение доступности участков лесного фонда - такие исследования отражены в работах Иванюты В.М., Кожухова Н.И., Моисеева H.A., 1983, Ковалева Р.Н., 1993, Болотова О.В., Ельдештейна Ю.М., 2002, Hosseini, S.A., 2003, Naghdi, R., 2008, и др.

Цель исследования заключается в разработке способа нахождения пространственного расположения транспортной сети для освоения лесных массивов с различными породным составом и запасом древесины и разными природно-климатическими условиями.

Основные задачи исследования:

1. выявить особенности строительства лесовозных дорог и организации процесса лесозаготовок в Иркутской области с учетом климатических условий, рельефа, грунтов, текущего состояния дорожной сети;

2. разработать алгоритм поиска оптимального пространственного расположения лесотранспортной сети на основе методов математического моделирования (в частности инструментария теории графов), позволяющий

оптимизировать расходы на строительство дорог и транспортировку древесины;

3. разработать метод определения доступных для освоения лесных участков на основе экономической оценки находящегося на них древостоя;

4. разработать рекомендации по освоению лесных участков и строительству дорог в зависимости от динамики лесоводственно-таксационных характеристик насаждений, существующей дорожной сети и особенностей местности;

5. разработать способ оценки экономического эффекта от освоения лесосырьевых баз с учетом производственных мощностей и технологий лесозаготовок предприятия, а также конъюнктуры рынка лесной продукции (средние цены и уровень спроса на различные породы древесины).

Объект исследования: лесосырьевые базы и транспортная сеть в эксплуатационных и резервных лесах Иркутской области. Предмет исследования: способ выбора лесотранспортной сети; метод оценки экономической доступности лесных участков; оптимизация ТТП вывозки древесины.

Методология и методы исследования: системный анализ, методы математического моделирования (в частности инструментарий теории графов и симплекс-метод линейного программирования), картографическое моделирование средствами геоинформационных систем. При разработке способа нахождения оптимальной лесотранспортной сети и проведении экспериментальных исследований использовались геоинформационная система «Mapinfo», система автоматизированного проектирования «AutoCAD», программные пакеты «Microsoft Office» и "MathLab", графический редактор "Adobe Photoshop", визуальная среда для работы с графами «Графоанализатор 1.3».

Научная новизна. Разработан способ выбора оптимальной транспортной сети, комплексно учитывающий экономическую доступность лесных участков, объем транспортируемых грузов, динамику лесного фонда, природно-климатические условия местности. Предложен алгоритм оптимизации транспортно-технологических процессов вывозки древесины.

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенный способ выбора лесотранспортной сети может быть использован лесозаготовительными компаниями и предприятиями лесного хозяйства при разработке проектов по освоению сырьевых баз на территории Иркутской области, а также проектными организациями при реализации отраслевых программ по освоению лесов на местном, региональном и федеральном уровнях. Результаты исследований также могут применяться в образовательном процессе. Разработанный способ позволяет достигать экономии в размере 6-8% от общей стоимости строительства дорог и транспортировки древесины по сравнению с традиционными методами нахождения транспортной сети, одновременно, существенно сокращая время на её выбор и повышая качество управления лесными ресурсами.

Положения, выносимые на защиту:

• алгоритм выбора лесотранспортной сети на основе инструментария теории графов (построение минимального остовного дерева - дерева Прима), учитывающий объем транспортируемой древесины;

• метод построения цифровой модели местности (ЦММ), отражающей природно-климатические особенности и таксационные характеристики лесосырьевых баз с использованием ГИС-технологий;

• метод определения экономической доступности лесных ресурсов в зависимости от основных рентообразующих факторов (себестоимость лесозаготовительных работ, строительства лесных дорог и транспортировки древесины);

• обоснование критериев оптимальности пространственного расположения лесотранспортной сети;

• способ оптимизации транспортно-технологических процессов вывозки древесины на основе симплекс-метода линейного программирования.

Достоверность результатов. Научные положения и выводы диссертации основаны на большом объеме фактических данных, полученных по материалам лесоустройства, проектной документации лесозаготовительных предприятий и про-

ведении экспериментальных исследований. Выполнение измерений согласно государственным и отраслевым стандартам, обработка результатов при использовании методов математической статистики и моделирования с применением современных средств вычислительной техники, обеспечили достаточную точность и адекватность выводов при проведении исследований.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических международных и всероссийских конференциях: Международная научно-практическая конференция «Теория и практика актуальных исследований» (Краснодар, 2012); III Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука XXI века: новый подход» (Санкт-Петербург, 2012); I International Academic Conference on Applied and Fundamental Studies (St. Louis, Missouri, USA, 2012); «Проблемы современной науки» (Ставрополь, 2012); XI Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегия устойчивого развития регионов России» (Новосибирск, 2012); X Международная научно-техническая конференция «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2010); VIII (XXX) Всероссийская научно-техническая конференция (Братск, 2009).

Реализация диссертационной работы. Полученные результаты использованы Территориальным отделом Агентства лесного хозяйства Иркутской области по Падунскому лесничеству при организации лесохозяйственных работ; использованы в проектной деятельности ООО «Лесные инновации» при разработке технических предложений по обоснованию транспортного освоения лесных участков на территории Иркутской области; внедрены в учебный процесс в качестве лекционного материала по дисциплинам «Транспорт леса» и «Проектирование лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» при подготовке бакалавров Братского государственного университета по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют пункту 15 «Обоснование схем транспортного освоения лесосырьевых баз, поставки лесопродукции, выбора тех-

ники и способов строительства лесовозных дорог и инженерных сооружений» паспорта специальности 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».

Личное участие автора. Автором предложена методика исследования. Разработан алгоритм поиска оптимального пространственного расположения лесо-транспортной сети с использованием ГИС-технологий и инструментария теории графов. Проведен сбор и анализ экспериментальных данных по исследуемой территории и выполнены расчеты для оценки экономического эффекта от использования разработанного метода. Предложен метод оптимизации транспортно-технологических процессов вывозки древесины.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных списком ВАК Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, общих выводов, списка литературы, содержащего 269 наименований. Содержание работы изложено на 180 страницах машинописного текста, включая иллюстративный материал (31 таблицу и 26 рисунков).

Глава 1. Методы оптимизации транспортного освоения лесных ресурсов

1.1 Анализ способов выбора лесотранспортной сети, предлагаемых

российскими исследователями

Главным условием развития лесного промышленного комплекса и создания всей жизненно важной инфраструктуры северных районов рассматриваемых регионов является строительство достаточной сети автомобильных дорог промышленного и лесохозяйственного назначения с высокими транспортно-эксплуатационными показателями [Гаан, 2006, Моисеев, 2002, Анучин, 1997, Бычков, 1986, Синицын, 1987, Допперт, 2009].

Первые научные работы, касающиеся оптимизации сети лесных дорог, появились в начале XX века ввиду развития механизированного транспорта леса. В числе первых исследователей были ученые [Невесский, 1930, Сыромятников, 1948], предложившие способ определения оптимального расстояния трелевки по формуле:

I = Ч

27■Ь • /

(1)

А ■ й

где I - расстояние трелевки, м; Ь - стоимость строительства 1 м уса, руб.; / - коэффициент концентрации (при сплошной рубке принимается за 1,0); (I - стоимость подвозки древесины по усу, руб./ м3 на 100 м; А - ликвидный запас древесины на гектаре, м3/га.

Ранцев А. А. [Ранцев, 1937] установил, что при разделении лесосырьевой базы экономической осью магистрали на две равные части (ширина полос 2-6 км) суммарная грузовая работа по примыкающим к магистрали веткам минимальна. К недостатку метода необходимо отнести то обстоятельство, что установление основного направления магистрального пути сильно зависит от геометрических параметров лесосырьевой базы.

Нестеровым В.Г. [Нестеров, 1961] предложен способ нахождения сети лесовозных дорог, учитывающий культурно-бытовое обслуживание населения, живущего в районах с большими запасами лесосырьевых баз. Плотность дорожной се-

ти (при прочих равных условиях) увеличивается в этом случае в 1,5-2 раза. Однако данный метод сложно использовать в условиях рыночной экономики ввиду большого количества не связанных между собой напрямую участников экономических отношений и отсутствием централизованного управления.

Ильин Б.А. и Кувалдин Б.Н. [Ильин, Кувалдин, 1982] занимались определением наиболее выгодного расстояния между усами и ветками, установив, что с увеличением ликвидного запаса древесины на 1 га оптимальные расстояния между усами и ветками существенно сокращаются. Методы [Альябьев, Ильин, 1990] предполагают несколько этапов: 1) выделение границ лесосырьевой базы и определение годового грузооборота (в соответствии с производственными мощностями предприятия, комплектами лесозаготовительных машин и типом рубок); 2) определение пунктов