Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Антонова Татьяна Степановна
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЛЕСОСЕК И ТРАНСПОРТНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ НА БАЗЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2012
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С.М. Кирова (СПбГЛТУ)
Научный консультант: кандидат технических наук, профессор Тюрин Николай Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Овчинников Михаил Михайлович кандидат технических наук, профессор Ларионов Владимир Яковлевич
Ведущая организация: ФГУ Санкт-Петербургский научноисследовательский институт лесного хозяйства
Защита диссертации состоится л28 марта 2012 г. в 11 час на заседании диссертационного совета Д212.220.03 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете (194021, г. СанктПетербург, Институтский пер. 5, главное здание, зал заседаний)
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТУ Автореферат разослан л___ _________ 2012 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета Бирман А.Р.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Эффективность работы лесозаготовительного предприятия зависит от рационального размещения лесосек на арендуемой территории. Задачу набора лесосек необходимо рассматривать в комплексе с их транспортным освоением, обеспечивающим эффективное использование, охрану, защиту и воспроизводство лесных ресурсов.
Набор летних и зимних лесосек и их транспортное освоение является сложной многоэтапной и многовариантной задачей. Решение этого вопроса связано с поиском лучшего варианта при учете климатических и природных условий, неравномерном распределении лесных ресурсов и требований передовых технологий заготовки древесины. В настоящее время работа, связанная с выбором летних и зимних лесосек на очередной год, выполняется в основном вручную.
Традиционный ручной способ подбора лесосек и их транспортного освоения основан на многоэтапной работе с многочисленными картами, схемами, планшетами в увязке с табличными данными лесоустроительной информации. Качество проектирования зависит от опыта специалиста, точности схем и карт, количества рассмотренных вариантов. В этой связи, научный и практический интерес представляют исследования, а так же практические разработки методики автоматизированного оптимального размещения лесосек по сезонам года, минимизирующей удельные транспортные затраты на трелевку и вывозку древесины, строительство и содержание лесных дорог.
Размещение лесосек и элементов их транспортного освоения имеет ярко выраженную географическую природу и наиболее рационально может быть реализовано современными средствами геоинформационных систем и систем спутникового позиционирования. Применение спутниковой навигации наиболее перспективно для полевого сбора и актуализации необходимой геоинформации и выноса в натуру лесных дорог и набранных лесосек при их отводе. Все это определило актуальность выбранной темы диссертации.
Цель работы. Целью работы является повышение эффективности транспортных процессов лесозаготовительного предприятия путем разработки методики рационального размещения лесосек и их транспортного освоения с учетом сезонного зонирования лесов.
Объект исследования. Объектом исследования является лесосечный фонд и транспортная сеть лесозаготовительного предприятия.
Предмет исследования: методика набора лесосек в рубку и календарная последовательность транспортного освоения лесов с учетом их сезонного зонирования на основе геоинформационных систем.
Методы исследования. Решение поставленных задач получено на основе системного подхода, математико-картографического моделирования, геоанализа и вычислительного машинного эксперимента средствами геоинформационных систем. Для разработки программного комплекса системы и экспериментальных исследований использовались:
геоинформационная система MapInfo, язык программирования MapBasic, операционная система Windows XP и пакет программ Microsoft Office.
Научная новизна исследования. Научной новизной обладают:
1. Методика рационального размещения лесосек и транспортного освоения лесов с учетом сезонного зонирования на базе геоинформационных систем.
2. Математическая модель рационального размещения лесосек и их транспортного освоения по сезонам (лето, зима) на период до 10 лет.
3. Программный комплекс PTOL на базе геоинформационной системы MapInfo, реализующий алгоритмы рационального подбора лесосек по сезонам освоения (лето, зима), с формированием календарной последовательности строительства дорог.
Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается: в разработке методики, математической модели, алгоритма и программного обеспечения рационального размещения лесосечного фонда лесозаготовительного предприятия с учетом сезонного зонирования лесов, на срок до 10 лет, на основе геоинформационных систем. Использование методики и разработанного программного комплекса снизит затраты лесозаготовительного предприятия на трелевку, вывозку древесины, строительство, содержание и ремонт дорог.
Результаты исследований могут быть использованы лесозаготовительными предприятиями, научно-исследовательскими, проектными, и учебными заведениями лесной отрасли при разработке проектов освоения лесов и формировании лесной декларации.
Научные положения, выносимые на защиту:
- методика рационального размещения лесосек и транспортного освоения лесов с учетом сезонного зонирования на основе геоинформационных систем;
- математическая модель рационального размещения летних и зимних лесосек и их транспортного освоения на период до 10 лет;
- разработанный алгоритм оптимизации подбора лесосек и их транспортного освоения на основе метода динамического программирования;
- программный комплекс PTOL на базе геоинформационной системы MapInfo, реализующий алгоритмы рационального подбора лесосек по сезонам освоения (лето, зима), с формированием календарной последовательности строительства участков дорог.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрения на заседаниях кафедры сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ, научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЛТУ в 1998-2012гг.
Реализация результатов. Разработанная методика и программный комплекс был использован при подборе лесосечного фонда на 10 лет, с проектированием элементов технологических путей лесотранспорта в арендных лесах ЗАО Комилесзаготпром, а так же при подборе лесосечного фонда и его транспортного освоения в арендных лесах ООО ВЦБК-Лес.
Результаты исследования используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании студентами СПбГЛТУ.
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Свидетельства и патенты. Разработанный программный комплекс транспортного освоения лесов PTOL зарегистрирован в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2011616538 от 19 августа 2011года.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов, списка литературы и приложений.
Содержание работы изложено на 188 страницах машинописного текста, включая иллюстративный материал и приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, практическая значимость результатов работы и основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена аналитическому обзору и научному анализу существующей методики отвода лесосечного фонда в рубку, и системе планирования транспортного освоения лесов.
Одной из основных задач лесозаготовительного предприятия является решение вопроса подбора лесосечного фонда и транспортного освоения лесов. Данные процессы взаимосвязаны между собой. Там, где существуют дороги, размещаются лесосеки, а туда где размещаются лесосеки, вынуждены строить дороги. Для осуществления предприятием лесозаготовительной деятельности разрабатывается проект освоения лесов.
Проект освоения лесов для каждого лесного участка содержит перечень лесотаксационных выделов, в которых проектируется заготовка древесины по годам планового периода. На основании проекта освоения лесов формируется лесная декларация, в которой указывается перечень лесосек, в которых осуществляется заготовка древесины на декларируемый год.
Вместе с тем, подбор выделов с формированием из них лесосек для заготовки по годам планового периода является сложной техникоэкономической задачей пространственно-временной динамики лесозаготовок, основанной на транспортном освоении лесов. Ручной способ подбора не учитывает всех требуемых факторов и, как правило, приводит к хаотичному строительству дорог и увеличению затрат. Для того чтобы рационально подобрать лесосечный фонд и построить дороги для транспортного освоения необходимо использовать возможности геоинформационных систем и математико-картографического моделирования.
Известно, что проблемами транспортного освоения лесов и организации лесосечно-транспортных работ в разное время занимались следующие ученые: Б.А. Ильин, Г.А. Борисов, Б.И. Кувалдин, В.И.
Алябьев, Ф.А. Павлов, А.К. Редькин, Р.Н. Ковалев, В.Н. Меньшиков, В.И.
Патякин, С.М. Базаров, И.Р. Шегельман, В.Я. Ларионов, Э.О. Салминен, Е.Г. Гладков, Н.А. Тюрин, Т.В. Коваленко, Д.Тан и другие специалисты, которыми разработаны методы и автоматизированные системы по решению данного вопроса.
Анализ литературных источников по теме диссертации, существующих правил отвода лесосек в рубку и правил заготовки древесины позволил сделать следующие выводы:
- изменения в лесном законодательстве и быстрое развитие информационных компьютерных технологий требует новых подходов и решений задачи размещения лесосек и их транспортного освоения;
- комплексный учет всех требований при освоении лесных участков наиболее эффективен при использовании возможностей геоинформационных систем и математико-картографического моделирования;
- задача рационального размещения лесосек и их транспортного освоения может быть реализована в два этапа: на первом этапе разрабатывается генеральная схема полного транспортного освоения лесного участка лесовозными магистралями и ветками; на втором этапе, обеспечивается рациональный набор лесосек на плановый период с календарной последовательностью строительства участков магистралей, веток и усов на основе генеральной схемы дорог. На основании анализа состояния вопроса сформулированы и решены следующие задачи исследований.
Задачи исследования:
1. Разработать методику и математическую модель размещения лесосек, которая учитывает долгосрочные цели полного транспортного освоения и краткосрочные цели планируемого периода.
2. Учесть при подборе лесосек сезонный характер лесозаготовительного процесса и обеспечить взаимосвязь подбора лесосечного фонда и перспективных календарных планов ввода запроектированных генеральной схемой участков магистралей и веток.
3. Обеспечить возможность использования спутниковых навигационных систем для полевых работ отвода в рубку запланированных лесосек.
4. Выбрать метод математической оптимизации предложенной математической модели, разработать алгоритм и программный комплекс рационального размещения лесосек лесозаготовительного предприятия по сезонам освоения на основе геоинформационных систем.
5. Провести машинный эксперимент с использованием программного комплекса с целью апробирования работоспособности и оценки эффективности его использования.
6. С помощью разработанного программного комплекса решить задачу подбора лесосечного фонда и транспортного освоения лесов действующего лесозаготовительного предприятия и дать оценку ее эффективности.
Во второй главе рассматриваются теоретические предпосылки задачи обоснования размещения лесосек и их транспортного освоения.
Представлена математическая модель рационального размещения лесосек и транспортного освоения лесов, выбран и обоснован метод оптимизации.
Исходными данными являются: лесохозяйственный регламент лесничества, таксационное описание выделов, в которых возможна заготовка древесины, сезонное зонирование лесного участка на зоны зимней и летней заготовки, существующая дорожная сеть и генеральная схема полного транспортного освоения лесного участка магистралями и ветками.
есохозяйственные условия определяют сроки примыкания лесосек, максимальную площадь и ширину лесосеки, условия полной вырубки отведенной лесосеки в течение года, действующие нормы и правила отвода лесосек и заготовки древесины.
Для подбора лесосечного фонда и проектирования транспортной сети используем критерий минимума приведенных расходов на лесотранспорт: строительство необходимых участков дорог, на трелевку и вывозку древесины, на содержание и ремонт дорог. Задача оптимизации заключается в том, чтобы подобрать лесосечный фонд и создать такую сеть первичных технологических путей, магистралей и веток, чтобы затраты на строительство новых дорог, их содержание и текущий ремонт, затраты на вывозку и трелевку древесины были минимальны.
Для математического описания задачи введены следующие обозначения:
T - длительность планируемого периода ( от 1 до 10лет);
N - список возможных лесосек в лесосырьевой базе в зоне летней заготовки;
M - список возможных лесосек в лесосырьевой базе в зоне зимней заготовки;
n - номер лесосеки;
t - год учетного периода;
s - индекс сезона заготовки и категория дороги, s=1,2, где s=1 летний сезон, дорога круглогодового действия, s=2 зимний сезон, зимняя сезонная дорога;
lnус - протяженность уса для обслуживания n-ой лесосеки, км;
ltв,ltм ltус - среднее расстояние вывозки по ветке, магистрали, усу в tый год, км;
Ln - протяженность вывозки от n-ой лесосеки до нижнего склада или лесного терминала, км;
Qn Цликвидный запас древесины на n Цой лесосеке, м3;
Ps(t) Цпланируемый объем заготовки в лесном фонде в tЦом году учетного периода в s-ый сезон, м3;
Ssус, Ssv - средняя стоимость строительства 1 км лесовозного уса, ветки в s -ый сезон по предприятию, руб/ км;
Sm - средняя стоимость строительства 1 км лесовозной магистрали по предприятию, руб/ км;
Qср - средний запас древесины, м3/га;
dm,dv - зона тяготения лесных грузов к магистрали, к ветке, км;
Sв - стоимость машино-смены автопоезда на вывозке по предприятию, руб/маш.-смену;
Пsnсм - сменная производительность лесовозного автопоезда на вывозке в s-ый сезон с n-ой лесосеки, м3/смену;
Sтр - стоимость машино-смены трелевочного трактора по предприятию, руб/маш.-смену;
Пsnтр - сменная производительность на трелевке в s -ый сезон в n-ой лесосеке, м3/смену;
Sр - средняя годовая стоимость содержания и ремонта лесовозных дорог по предприятию, руб/км.;
rус, rв, rм - коэффициент приведения, учитывающий затраты на содержание и ремонт усов, веток, магистралей (rус=0,5; rв=0,7; rм=1,0);
R - размер расчетной лесосеки, м3/год;
Условие примыкания лесосек формализуются следующим образом:
tn - год рубки n-ой лесосеки по срокам примыкания;
tl - год рубки рассматриваемой лесосеки;
p - срок примыкания лесосек из лесохозяйственного регламента лесничества;
yn(t) - коэффициент характеризующий выполнение сроков примыкания: yn(t)=0 - данная лесосека в t-ый год не отводится в рубку;
yn(t)=1 - данная лесосека в t-ый год отводится в рубку;
Введем переменные xt m и xtv:
xt m = 1, xt v=1, если в t-ом году строится участок магистрали, ветки;
xt m = 0, xt v=0, если в t-ом году не строится участок новой магистрали, ветки.
Математическая модель задачи может быть представлена в виде:
ус т v (ltмrм +ltвrм +ltусrус)Sр 2 sус n Ss xtm Ss xtv Sв Sтр (1) min + SQl +100Qсрdт +100Qсрdv + Пsn + Пsn 2 см тр (L,l) (t) tT nN s=nM n Ps s=1 При ограничениях:
( ynt )Qn => Ps (t ) t T (2) nN nM ( ynt )Qn R (3) s=1 nN nM ( tn = (tl + p) ynt ), (4) tn T t -(lns - Ltns ) <= Lmax, t T (5) s =1 n N n M Ограничение (2) предусматривает условие обеспечения требуемых запасов древесины в лесосеках, планируемым объемам заготовки в t-ом году в s -ый сезон.
Ограничение (3) обеспечивает условие, когда объем заготовки древесины по предприятию в набранных лесосеках не превышает объем расчетной лесосеки.
Ограничение (4) гарантирует выполнение требований сроков примыкания граничащих лесосек.
Ограничение (5) учитывает условие, что протяженность строительства планируемых лесовозных дорог к концу каждого года не должна превышать суммарную длину дорог, которое может построить предприятие в t-ом году.
Сменная производительность автопоезда на вывозке с n-ой лесосеки в s-ый сезон может быть рассчитана по формуле:
(6) (T - tп - з )Q k см пол ( s ) в П = sn, д в ln.о.п lnм ln lnус 120 + + + + T1 + Т s s Vдs.о.п. V Vвs V м ус где: Qпол (s) - полезная нагрузка на рейс лесовозного автопоезда в s-ый сезон, м3, T - продолжительность рабочей смены, мин; tп-з - подготовительно-заключительное время на смену, мин; kв - коэффициент использования рабочего времени; lnд.о.п, lnм, lnв, lnус Црасстояние вывозки с nой лесосеки соответственно по дороге общего пользования, магистрали, s s s s ветки и усу, км; V,V,V,V - среднетехнические скорости движения д.о.п м в ус по дороге общего пользования, магистрали, ветки и усу в s- сезон, км/ч;
Т1,Т2 - время пребывания на погрузочном пункте и на разгрузке, мин.
Сменную производительность на трелевке при освоении n-ой лесосеки в s-ый сезон можно рассчитать по зависимости:
(Т - tп- з )Vk тр в П =, s тр (7) ln k м 120 + tц Vф ( s ) где: Т - продолжительность рабочей смены, мин; tп-з - подготовительнозаключительное время на смену, мин; V - объем трелюемой пачки, м3;
lnтрЦсреднее расстояние трелевки при освоении n-ой лесосеки, км.; км - коэффициент, учитывающий время маневров трелевочного трактора, Vф(s) - скорость движения трелевочного трактора в s-ый сезон, км/ч; tц - время простоев трелевочного трактора при формировании пакета и его разгрузке, мин.
Среднее расстояние трелевки в n-ой лесосеке определяется по формуле:
(8) 1 Sn тр ln =, 2 100 где: Sn - площадь n-ой лесосеки, га; - постоянная величина, = 3,14.
Учитывая результаты анализа целевой функции математической модели и ограничений, в качестве метода оптимизации был выбран метод динамического программирования, позволяющий наиболее полно учесть все факторы процесса.
Третья глава посвящена разработке алгоритма оптимизации размещения лесосек и их транспортного освоения методом динамического программирования. Для разработки алгоритма решения поставленной задачи сформулирован описательный алгоритм, принципиальная структура которого представлена на рисунке 1.
Процедуру условной оптимизации будем разворачивать в прямом направлении от начала периода освоения (1 года) к концу (10 году) по сезонам года. Начинать необходимо с летнего сезона, так как для освоения летних лесосек создается дорожная сеть круглогодового действия, которая может быть использована и для освоения зимних лесосек. Прежде всего, производим условную оптимизацию первого шага. Рассмотрим состояние системы на первом шаге, когда не освоены все лесосеки из общего их количества, которые могут быть заготовлены за 10 лет в летний период. Предположим, что лесосека, которая отводится в рубку, это лесосека №1л. Определим для нее соответствующие затраты целевой функции на строительство, трелевку, содержание и ремонт дорог и на вывозку леса. Выбрав лесосеку №1л, проверяется, обеспечен ли планируемый сезонный объем заготовки на расчетный 1-ый год.
Исключаются граничащие лесосеки, которые не подходят для заготовки по срокам примыкания к 1-ой лесосеке.
Если сезонный объем заготовки не обеспечен, то далее приступают к условной оптимизации второго шага. Если на первом шаге была освоена лесосека №1л, то остаются лесосеки 2л,3л,4л,ЕN, кроме лесосек, исключенных по срокам примыкания. Определив целевую функцию для каждой из оставшихся лесосек, выбираем лучшую из них по критерию.
Назначаем эту лесосеку в рубку. Исключаем, граничащие с ней лесосеки на срок примыкания, проверяем, обеспечен ли сезонный объем заготовки и из оставшихся выбираем следующую лесосеку с минимальными затратами целевой функции. Итерационный процесс продолжаем, пока не обеспечим планируемый сезонный объем заготовки на 1-ый год летнего периода (рис.1).
Продолжая условную оптимизацию, переходят к подбору лесосек на 2 год летнего сезона освоения. Из оставшихся летних лесосек выбирают лесосеку у которой соответствующие затраты целевой функции на строительство, содержание, ремонт дорог, на трелевку и вывозку леса минимальны.
Рис. 1. Принципиальная схема структуры алгоритма отвода лесосек в рубку и наращивания транспортной сети методом динамического программирования.
Проверяют, обеспечен ли планируемый сезонный объем заготовки.
Исключают из списка лесосеки, которые не подходят для заготовки по срокам примыкания к данной лесосеке. Если планируемый сезонный объем заготовки не обеспечен, выбирают следующую лесосеку с минимальными затратами, и т.д. пока не обеспечивается планируемый объем на 2 год. Продолжая итерационный процесс условной оптимизации, получим план отвода лесосек на 3-ий, 4-ый год и т.д. Последовательно подбирая лесосеки, наращиваем по годам транспортную сеть участков магистралей, веток и усов на 10 лет для летнего сезона. После того как лесосечный фонд подобран на 10 летний период летнего сезона, определяют суммарные приведенные затраты на строительство, содержание и ремонт дорог, на трелевку и вывозку древесины для 1-ого условно-оптимального варианта подбора летнего лесосечного фонда.
Далее переходят ко второму условно-оптимальному варианту. В этом варианте (рис.1) заготовка древесины в летний период начинается с лесосеки №2л. Определяют для нее соответствующие затраты целевой функции на строительство, содержание и ремонт дорог и на вывозку леса. Проверяют, обеспечен ли планируемый сезонный объем заготовки.
Исключают лесосеки, которые не подходят для заготовки по срокам примыкания к лесосеке №2л. Далее переходят к оптимизации второго шага и т.д. аналогично процессу описанному выше. Подобрав лесосечный фонд для второго условно-оптимального варианта, определяют суммарные критериальные затраты и переходят к следующему условно-оптимальному варианту. Получив N условнооптимальных вариантов последовательностей освоения летнего лесосечного фонда, выбирают единственный оптимальный вариант с минимальными суммарными затратами (см. двойная линия рис.1) и переходим к выбору лесосек для зимнего освоения.
Предположим в начале, что освоение зимних лесосек, начинается с лесосеки №1з. Определяют целевую функцию для данной лесосеки, проверяют, выполнены ли объемы сезонной зимней заготовки на первый год и исключают лесосеки, граничащие с лесосекой №1з.
На следующем шаге выбирают из оставшихся зимних лесосек (2з,3з,4зЕЕM), лесосеку с минимальной целевой функцией. Отправляют эту лесосеку в рубку, определяя объем необходимого строительства зимних дорог. Обеспечивают сроки примыкания к ней соседних лесосек, проверяют, выполняется ли требуемый сезонный объем зимней заготовки. Если нет, то из оставшихся, выбирают следующую лесосеку с минимальными затратами. Процесс продолжаем, пока не обеспечим планируемый объем заготовки на 1-ый год зимнего периода. Далее переходят к процессу подбора зимних лесосек на 2 год. После того как лесосечный фонд подобран на 10 летний период зимнего освоения, определяют суммарные приведенные затраты на строительство, содержание, ремонт дорог и на вывозку древесины для 1-ого условнооптимального варианта подбора лесосечного фонда. Затем переходят ко условно-оптимальному варианту подбора зимнего лесосечного фонда (см.
двойная линия рис.1, зимние лесосеки).
Получив m условно-оптимальных вариантов освоения, по количеству зимних лесосек, выбирают окончательный оптимальный вариант с минимальными суммарными удельными затратами.
В результате получается оптимальный набор лесосечного фонда на плановый период с календарной последовательностью строительства участков магистралей, веток и усов по сезонам освоения с минимальными затратами на строительство, содержание и ремонт дорог, вывозку и трелевку древесины.
В четвертой главе приводится методика и программное обеспечение подбора лесосек и их транспортного освоения на базе геоинформационных систем.
Рис.2 Структура ГИС размещения лесосек и их транспортного освоения.
На основе исходных данных (рис.2) и правил заготовки древесины средствами геоанализа, выполняется агрегирование лесотаксационных выделов, где разрешена заготовка древесины в лесосеки. Далее, в автоматизированным режиме в системе PTOL, осуществляется подбор оптимальных летних лесосек, затем зимних лесосек на расчетный период с визуализацией на карте и созданием атрибутивной базы данных.
Результатом автоматизированного подбора являются: координаты размещения лесосек и последовательность освоения зимнего и летнего лесосечного фонда с календарным планом строительства участков магистралей, веток и усов по годам планового периода.
Программирование поставленной задачи осуществлено в виде программного комплекса транспортного освоения лесов PTOL на языке MapBasic в геоинформационной среде MapInfo. Система PTOL построена по модульному принципу. Система реализована с простым удобным интерфейсом, что делает ввод исходных данных легким, интуитивно понятным, с возможностью корректировки при ошибке пользователя. Все исходные и выходные параметры сохраняются в виде табличных и графических файлов системы MapInfo. В результате работы программного комплекса (PTOL) получаем последовательность набора лесосечного фонда на период до 10 лет и последовательность строительства лесовозных автомобильных дорог на каждый год в табличном и картографическом виде.
Пятая глава посвящена исследованию работоспособности автоматизированной системы размещения лесосек и их транспортного освоения и результатам машинного вычислительного эксперимента.
Использование машинного эксперимента вызвано невозможностью проведения натурного эксперимента из-за больших затрат на создание и исследование вариантов набора лесосек и их транспортного освоения в производственных условиях. Целью машинного эксперимента являлась апробация системы и определение её эффективности и работоспособности.
Система испытана в различных проблемных ситуациях с разными условиями размещения как существующих дорог, так и проектируемых магистралей и веток. Для экономической оценки работы системы использовали производственные исходные данные лесосечного фонда ООО Метсялиитто Подпорожье в Подпорожском районе Ленинградской области. Для проведения машинного эксперимента рассматривались различные ситуации работы лесозаготовительного предприятия. Были рассмотрены варианты когда: расчетная лесосека осваивается только на 30-35%, когда на основе генеральной схемы полного транспортного освоения требуется строительство магистралей или веток, когда расчетная лесосека осваивается на 80-90%, и в случае, когда лесозаготовительное предприятие, в первые три года своей работы не ведет заготовку в летний период с последующим выходом на круглогодовой режим работы.
Для проверки работоспособности системы использовалась повыдельная карта лесосырьевой базы и атрибутивная база данных по лесосечному фонду. Для подготовки исходных данных использовалась генеральная схема транспортного освоения лесного участка и карта сезонного зонирования лесов. Исходные данные и план машинного эксперимента подбирались таким образом, чтобы создавать максимальную ресурсную нагрузку на систему для проверки ее работоспособности в различных ситуациях.
Рис.3 Фрагмент плана размещения лесосек и их транспортного освоения.
Таблица Календарный план строительства дорог.
Год ввода участка Протяженность дороги в Категория дороги строящихся участков Тип дороги эксплуатацию дороги, км 2013 ус 4,2 круглогод ус 3,8 зимняя ветка 1,5 зимняя 2014 ус 2,2 круглогод ус 2,3 зимняя 2015 ус 2,4 круглогод ус 1,1 зимняя ветка 1,3 зимняя 2016 ус 1,2 круглогод ус 2,5 зимняя ветка 1 круглогод 2017 ус 1,8 круглогод ус 1,2 зимняя 2018 ус 2,9 круглогод ус 1,3 зимняя 2019 ус 2,4 круглогод ус 0,8 зимняя 2020 ус 2,6 круглогод ус 1,2 зимняя 2021 ус 1,4 круглогод ус 2,4 зимняя ветка 1,5 круглогод В результате работы системы для каждого варианта машинного эксперимента было получено оптимальное размещение лесосек (рис.3) и календарный план строительства дорог по годам (табл. 1).
По результатам эксперимента экономическая эффективность использования методики размещения лесосек и транспортного освоения лесов достигает 17ЕЕ.39%. Это подтверждает эффективность автоматизированного подбора лесосек и их транспортного освоения с минимизаций расходов на лесотранспорт. Полученные результаты подтвердили достоверность предложенной модели, а также созданных на ее базе алгоритмов.
В шестой главе рассмотрено решение промышленной задачи набора лесосек с помощью разработанной методики и программного комплекса PTOL. Для внедрения разработанной системы в производственных условиях использовали участки лесного фонда, арендуемые ЗАО Комилесзаготпром в Салминском участковом лесничестве.
Участки лесного фонда, переданные в аренду ЗАО Комилесзаготпром, находятся на территории республики Карелия.
Арендуемый лесной участок расположен в Питкярантском центральном лесничестве. Срок аренды 25 лет.
В ходе реализации была успешно решена задача подбора лесосечного фонда и организации его транспортного освоения на период с 2009 по 2018гг. для летнего (рис.4) и для зимнего сезонов (рис.5).
Рис.4 Результаты расчетов подбора летнего лесосечного фонда для ЗАО Комилесзаготпром на период 2009 по 2018 гг.
Рис.5 Результаты расчетов подбора зимнего лесосечного фонда для ЗАО Комилесзаготпром на период 2009 по 2018 гг.
При сравнении внедренного варианта, полученного с помощью разработанного программного комплекса PTOL, с вариантом традиционного ручного проектирования специалистами ЗАО Комилесзаготпром и СПбНИИЛХ экономия транспортных расходов составила 9.5%.
Общие выводы 1. В результате анализа особенностей технологического процесса лесозаготовительного предприятия установлено, что для решения задачи размещения лесосек и транспортного освоения лесов необходимо применение комплексного логистического подхода, основанного на математико-картографическом моделировании в ГИС-среде.
Традиционный ручной подбор лесосечного фонда не обеспечивает долгосрочные цели полного транспортного освоения арендных лесов лесозаготовительного предприятия и приводит к хаотичному строительству лесовозных дорог.
2. Существующая практика разработки проектов освоения лесов с распределением по годам отводимых в рубку выделов учитывает только лесохозяйственные и экологические требования и не учитывает лесосечно-транспортные, технологические особенности и глобальные задачи полного транспортного освоения арендных лесов, что приводит к хаотичному строительству дорог и увеличению затрат.
3. Для того чтобы избежать хаотичного строительства дорог необходимо обеспечить взаимосвязь подбора лесосек и перспективных календарных планов ввода запроектированных генеральной схемой участков магистралей и веток. Подбор лесосечного фонда с использованием геоинформационных систем позволяет получить географические координаты отвода лесосек, и облегчает полевые работы по их отводу при использовании GPS навигаторов.
4. Разработанная математическая модель рационального размещения лесосек дает возможность комплексно планировать организацию лесосечных и лесотранспортных работ, учитывая сезонный характер лесозаготовительного процесса.
5. При подборе лесосек и их транспортном освоении, критерием оптимизации являются удельные транспортные затраты на трелевку, вывозку древесины, затраты на строительство лесных дорог и их содержание с учетом лесохозяйственных и лесоэксплуатационных ограничений.
6. Разработанная методика, математическая модель, алгоритм и созданный на их базе программный комплекс PTOL, позволяют получить рациональный план транспортного освоения арендных участков лесного фонда с набором лесосек и последовательность строительства дорожной сети на плановый период до 10 лет, снижающий удельные транспортные затраты на 17ЕЕ39%.
7. Результаты апробации разработанной методики и программного комплекса PTOL в разнообразных природно-производственных условиях функционирования лесозаготовительного предприятия подтвердили работоспособность и достоверность предложенной модели, а также созданных на ее базе алгоритмов и программного обеспечения.
8. Результаты исследований успешно внедрены в ЗАО Комилесзаготпром арендующем лесные массивы в Питкярантском лесничестве республики Карелия, ООО ВЦБК-Лес, а также используются в учебном процессе в СПбГЛТУ. Экономическая эффективность применения программного комплекса PTOL в сравнении с ручным способом подбора лесосечного фонда в ЗАО Комилесзаготпром составляет 9,5%, для ООО ВЦБК-Лес - 8 %.
9. Результаты исследований могут быть рекомендованы к внедрению в производственно-технических отделах лесозаготовительных предприятий и использоваться научно-исследовательскими и проектными организациями лесного комплекса при разработке проектов освоения лесов, лесных деклараций лесозаготовительного предприятия и организации транспортного освоения лесов и размещения лесосек по сезонам на период до 10 лет.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки 1. Антонова Т.С. Рациональное размещение лесовозных автомобильных дорог при разработке проектов освоения лесов для заготовки древесины./ Т.С. Антонова// Известия СанктПетербургской лесотехнической академии. Вып. 197. СПб.:
СПбГЛТУ, 2011. С. 130-138.
2. Антонова Т.С. Подбор лесосечного фонда в проекте освоения лесов на базе геоинформационных систем. / Т.С. Антонова// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 198. СПб.:
СПбГЛТУ, 2012. С. 126-135.
В других изданиях:
3. Зеленкова Т.С. Рациональное освоение годового лесосечного фонда лесозаготовительного предприятия / Т.С. Зеленкова // Тезисы докладов молодых ученых лесотехнической академии, на научной конференции, посвященной 200- летию лесного департамента России. СПб.: СПбГЛТА, 1998. С. 48-49.
4. Зеленкова Т.С. Рациональная организация годового лесосечного фонда ЛЗП методом динамического программирования / Т.С.
Зеленкова // Информационные системы управления в лесном комплексе. Материалы научно-технической конференции 26 ноября 1999 года. СПб.: СПбГЛТА, 1999. С. 60-61.
5. Антонова Т.С. Подбор лесосек и рациональное размещение лесовозных автомобильных дорог лесозаготовительного предприятия. / Т.С. Антонова, Н.А. Тюрин // Материалы 8-ой международной научно-технической интернет-конференции Леса России в XXI веке. СПб.: ГЛТУ, 2011. С. 102-106.
6. Антонова Т.С Подбор оптимального лесосечного фонда в проекте освоения лесов на базе геоинформационных систем. / Т.С. Антонова // Материалы международной научно-технической конференции молодых ученых 10-11 ноября 2011года Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка.
СПб.: ГЛТУ, 2011. С. 252-256.
Просим принять участие в работе диссертационного совета Д.212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер.,5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова, Ученый совет.
АНТОНОВА ТАТЬЯНА СТЕПАНОВНА
АВТОРЕФЕРАТ
Подписано в печать с оригинал-макета ___.___ 2012.
Формат 60.84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Уч.-изд.л. 1,0. Печ.л.1,25. Тираж 100 экз. Заказ№ ___. С 5а.
Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер.,3.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям