Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние проблемы совершенствования проектирования лесовозных автомобильных дорог 9
1.1 Анализ транспортпо-технологических схем вывозки лесоматериале в 9
1.2 Современные этапы развития систем автоматизации проектирования магистралей веток и усов лесовозных автомобильных дорог 15
1.3 Современные критерии оценки трапепортпо-эксплуатацпонных качеств лесовозных автомобильных дорог при их проектировании 19
Выводы 27
Глава 2 Разработка математических моделей размещения путей транспорта в лесных массивах 29
2.1 Общая характеристика сетей лесовозных дорог 29
2.2 Теория обоснования схем транспортного освоения лесных массивов 32
2.3 Разработка математической модели оптимального проектирования вильчатой схемы размещения путей лесотранспорта 52
Выводы 59
Глава 3 Моделирование и оптимизация первичного транспортного освоения лесосек лесосырьевыхбаз при сплошных рубках 60
3.1 Анализ схем размещения лесовозных усов и трелевочных волоков 60
3.2 Математические модели протяженности и грузовой работы первичпого лесотранспорта 66
3.3 Математические модели затрат и себестоимости работ по валке - трелевке и вывозке леса по усам лесовозных дорог 69
3.4 Исследование зависимости протяженности и грузовой работы трелевочных волоков, усов и грузооборота погрузочных пунктов от схем транспортного освоения лесосек 73
3.5 Разработка регрессионных математических моделей себестоимости валки -трелевки по пасечным и магистральным волокам и себестоимости вывозки лесоматериалов по усу 85
3.6 Оптимизация параметров транспортной сети лесосек с помощью уравнения зависимости себестоимости валки-трелевки и вывозки лесоматериалов но усу 86
3.7 Разработка алгоритмов проектирования схем магистральных, пасечных волоков и лесовозных усов с погрузочными пунктами 93
Выводы 98
Завлючение 101
Библиографический список 105
Приложения 113
- Современные этапы развития систем автоматизации проектирования магистралей веток и усов лесовозных автомобильных дорог
- Современные критерии оценки трапепортпо-эксплуатацпонных качеств лесовозных автомобильных дорог при их проектировании
- Теория обоснования схем транспортного освоения лесных массивов
- Математические модели протяженности и грузовой работы первичпого лесотранспорта
Введение к работе
Актуальность темы. Лесосечные работы являются весьма трудоемкими и затраты на их проведение составляют основную часть себестоимости лесозаготовительной продукции. Затраты на проведение лесосечных работ зависят от почвешю-грунтовых условий, от схем расположения усов, магистральных н пасечных трелевочных оолоков, от технологии производства лесосечных работ и применяемого па-лочно-трелевочного и погрузочного оборудования. При очередном освоении лесосек необходимо каждый раз удлинять лесовозные усы, готовить магистральные и пасечные волока, погрузочные пункты. При увеличении густоты сети лесовозных усов и трелевочных волоков резко увеличиваются затраты па их строительство, но одновременно значительно снижается себестоимость трелевки и вывозки лесоматериалов. В этой связи научный и практический интерес представляют исследования и прикладные разработки транспортного освоения лесосек с целью минимизации общей себестоимости лесосечных работ, включающей в себя подготовку усов, магистральных и пасечных волоков, валку, трелевку и погрузку лесоматериалов. Особый научный и практический интерес заслуживают исследования и прикладные научные разработки по решению задач строительства лесовозных усов, размещения погрузочных пунктов, минимизирующих трапепортно-технологическую себестоимость вывозки лесоматериалов по лесовозному усу с определением зоны тяготения леса к усу и определению количества погрузочных пунктов по протяженности уса.
При ежегодном планировании объемов лесозаготовок стремятся сокращать про-
«
тяженность магистралей и веток лесовозных дорог, находящихся в постоянной эксплуатации, так как капитальные затраты па строительство этих лесовозных дорог слишком велики. Поэтому при транспортном освоении лесосечного фонда уделяется основное внимание строительству лесовозных усов и подготовке трелевочных волоков, погрузочных пунктов. Лесовозные усы, магистральные и пасечные волока но своей протяженности являются основными транспортными путями освоения лесосечного фонда. В научной, учебной литературе далеко недостаточно проведен научный анализ схем, параметров размещения усов, магистральных и пасечных волоков,
погрузочных пунктов. Не разработаны математические модели себестоимости палки, трелевки по волокам, себестоимости вывозки лесоматериалов по усу в зависимости от принятых схем размещения усов, трелевочных волоков и зоны тяготения лесфонда к лесовозному усу. Не решались задачи оптимизации формирования транспортной сети лесосек с помощью уравнений регрессии для конкретного лесо-* заготовительного предприятия (ЛЗП), с учетом их технико-экономических показателей. Не разработаны достаточно универсальные алгоритмы проектирования схем лесовозных усов с погрузочными пунктами, магистральных и пасечных волоков, обеспечивающих целесообразный выбор технологий валки и трелевки, схем транспортного освоения лесосек. Все это определило актуальность избранной темы диссертации.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности лесосечных работ и первичного транспорта леса путем оптимизации сети лесовозных усов, размещения погрузочных пунктов и трелевочных волоков.
Предметом (областью) исследования. Является разработка математических
моделей, методов и алгоритмов оптимизации формирования параметров сети усов *
лесовозных дорог, погрузочных пунктов, магистральных н пасечных волоков. Это
исследование направлено па повышение технологической и экономической эффективности лесосечных работ и вывозки лесоматериалов по лесовозным усам.
Объектом исследовании. Являются системы транспортного освоения лесосек и лесосечные работы (валка-трелевка).
Задачи исследовании н научных разработок:
— рассмотреть систему существующих схем размещения усов лесовозных дорог,
трелевочных волоков, представить аналитические зависимости расчетов протя
женности магистральных, пасечных волоков и объемов грузовой работы;
— предложить математические модели себестоимости работ по валке-трелевке и вы
возке леса по усам лесовозных дорог;
4t - провести исследования зависимости протяженности магистральных, пасечных волоков, усов и грузооборота погрузочных пунктов, грузовой работы трелевочных волоков, усов от схем транспортного освоения лесосек;
разработать для конкретного ЛЗП регрессионные математические модели себестоимости валки-трелевки по волоками и себестоимости вывозки лесоматериалов по усу и на этой основе решить конкретную численную задачу оптимизации параметров транспортной сети лесосек.
разработать достаточно универсальные алгоритмы проектирования сети магистральных, пасечных волоков и усов лесовозных дорог с погрузочными пунктами, обеспечивающих минимизацию себестоимости освоения лесосек.
Методы исследований. Объектами исследовании являются схемы транспортного освоения лесных массивов, размещения путем первичного транспорта лесоматериалов и погрузочных пунктов, лесные грузопотоки и технико-экономические показатели сухопутного транспорта лесоматериалов. Методы проводимых исследований: анализ существующих схем транспортного освоения лесосек с разработкой математических моделей затрат и себестоимости но валке-трелевке и вывозке лесоматериалов по усам, регрессионный анализ и оптимизация технологических процессов; методы разработки оптимизационных алгоритмов для минимизации себестоимости лесосечных работ и вывозки леса по усам.
Теоретическое значение научных результатов. Установлены закономерности изменения себестоимости работ по валке-трелевке 11 вывозке лесоматериалов по усам лесовозных дорог в зависимости от схем транспортного освоения лесосек, что позволяет проводить численные расчеты общей себестоимости при разных вариантах транспортного освоения лесосек. Разработанные вычислительные процедуры компьютерного проектирования трелевочных волоков и лесовозных усов дают возможность получать численные оценки эффективности транспортного освоения лесосек.
Практическое значение полученных результатом. ЛЗП получили достаточно универсальные алгоритмы оперативного проектирования сетей магистральных, пасечных волоков и усов лесовозных дорог с погрузочными пунктами, которые учитывают почвенно-грунтовые условия лесосек, запасы ликвидной стволовой древесины, имеющееся лесосечное и дорожно-строительное оборудование, а также вариант целесообразных технологий лесосечных работ и прокладки волоков, усов, что
позволит существенно снизить себестоимость заготавливаемой древесины. Научная новизна:
- математические зависимости протяженности трелевочных волоков, усов лесовоз
ных дорог, грузооборота погрузочных пунктов, грузовой работы трелевочных во
локов и усов отличаются возможностью их использования для существующих в
отрасли схем транспортного освоения лесосек;
математические модели себестоимости работ по валке-трелевке и вывозке лесоматериалов по усам отличаются возможностью учета существующих технологий и оборудования для транспортного освоения лесосек и лесосечных работ;
предложенные методы разработки регрессионных математических моделей себестоимости валки-трелевки и вывозки лесоматериалов по усу отличаются возможностью учета конкретных производственных и экономических условии ЛЗП для оптимизации параметров транспортной сети лесосек;
- разработанные алгоритмы проектирования параметров сети первичного транс
портного освоения лесосырьевых баз отличаются универсальностью, так как учи
тывают все возможное многообразие производственно-экономических условий
ЛЗП, существующего оборудования и технологии лесосечных работ и обеспечи
вают минимизацию себестоимости освоения лесосек.
Достоверность основных положении. Основные результаты исследований и научных разработок базируются па результатах изучении реальной практики транспортного освоения лесфонда при использовании методов получения математических моделей и оптимизации для решения задач формирования схем усов лесовозных дорог, погрузочных пунктов, магистральных и пасечных волоков. Разработанные алгоритмы оптимизации транспортного освоения лесосек включают в себя действующие на каждом предприятии технико-экономические показатели, что позволяет находить обоснованные проектные решения по транспортному освоению лесосек.
Апробация работы. Полученные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях в ВГЛТА в 2002 г., 2003 г., 2004 г.; на международной научно-практической конференции «Проблемы функционирования, стабилизации и устойчивости развития предприятий лесопромышленного комплекса
в Новом столетии» (Воронеж, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных статен.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, библиографического списка из 74 наименовании и приложении. Основная часть работы изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит * 11 рисунков и JJ3 таблиц.
%
Современные этапы развития систем автоматизации проектирования магистралей веток и усов лесовозных автомобильных дорог
Современные системы проектирования получили широкое распространение в различных отраслях деятельности человека, но на существующем этапе развития они отстают от возрастающих требований постоянно совершенствовающихся высоких и наукоемких технологий производства. Анализ существующих технологий проектирования показывает [3, 4, 5, 38, 39, 40, 50, 51, 52, 53, 62, 68], что ни автоматизация инженерных расчетов, ни автоматизация чертежных работ не обеспечивают существенного улучшения качества проектов, значительного сокращения сроков выполнения проектных и изыскательских работ.
Качественный скачек в автоматизации проектирования и управления обеспечивается разработкой и внедрением систем автоматизированного проектирования (САПР), основанных на последних достижениях в области средств вычислительной и оргтехники, методов математического моделирования, совершенствования программного обеспечения и главное - на достижениях отраслевых паук, обеспечи-вающих адекватное математическое обеспечение и достоверные исходные данные. Проблема автоматизации проектирования практически во всех отраслях в настоящее время решается комплексно в следующих направлениях [38, 40]: 1. Технологическом, включающем разработку структур банков данных, систем управления базами данных, операционных систем, управляющих программ. 2. Концептуальном, включающем обобщения опыта проектирования, отработку системы принципов проектирования. 3. Методологическом, определяющем процесс проектирования и проЄКТП 15 рующих программ на основе современных средств вычислитель!юн техники и методов системного проектирования. 4. Теоретическом, включающем задачу декомпозиции объекта проектирования, анализ общего проектного решения, построение модели функционирования объекта. В системах автоматизации проектирования лесовозных автомобильных дорог (САПР ЛАД) ведущее место должна занять (как составная часть) система имитационного моделирования процесса функционирования проектируемой дороги, определяющая основные трапепортно-эксплуатационные показатели по принимаемым проектным решениям.
Развиваясь ускоренными темпами, технологии автоматизированного проектирования дорог к настоящему времени сформировались в виде ряда технологических линий проектирования.
Решая проблему декомпозиции автомобильной дороги как сложного но структуре объекта проектирования, технологические линии проектирования еще разобщены, не связанны в систему автоматизированного проектирования. Причины этого различны, включая расхождения в принципах проектирования в разных технологических линиях проектирования, отсутствия связи по входным и выходным данным в базе исходных данных, различный уровень разработки проектирующих программ и т.д. Одна из основных причин, задерживающая перерастания технологических линий проектирования в систему автоматизированного проектирования - это отсутствие в связке технологических линии проектирования объединяющей их подсистемы автоматизированного анализа общего проектного решения, построенной па единой модели функционирования лесовозной автомобильной дороги.
Таким образом, качественный скачок в проектировании лесовозных дорог — перерастание технологических линий проектирования в САПР ЛАД обуславливается их развитием во всех отношениях, но самое главное - по теоретическому направлению, требующему создания подсистемы имитационного моделирования процессов функционирования лесовозной автомобильной дороги. Это позволит обеспечить адекватное решение одной из основных задач проектирования - оценки, получаемых проектных решений в автоматизирован)юм режиме путем имитации на ЭВМ процессов функционирования лесовозного автомобильного транспорта. В результате чего становится возможным оптимизировать проектное решение в соответствии с принятой концепцией проектирования. Для эффективной оценки проектных решении, их оптимизации подсистема моделирования процесса функционирования дороги в качестве входных параметроп должна включать целый комплекс основных параметров решений, спроектированных в различных технологических линиях проектирования. Выходными параметрами, определяющими качество проектного решения, принято считать стоимость строительства (реконструкции) дороги, показатели безопасности движения, показатели текущих затрат и ежегодных экономических эффектов. В последнее время резко возрастает роль таких выходных параметров, как энергоемкость перевозок, показатели воздействия на окружающую среду.
Такой системный подход к подсистеме имитационного моделирования как составной части САПР требует существенных научных обобщений результатов ряда смежных теоретических направлений, на которых основывается теория проектирования дорог, синтеза показателей эффективности дорожного движения и транспорт-но-эксплуатациопных характеристик автомобильных дорог, обоснование требований к подсистемам САПР ЛАД.
В настоящее время наиболее полно разработан вопрос автоматизации проектирования продольного профиля лесовозной дороги по готовым материалам изысканий. Разработана система автоматизированного проектирования лесовозных дорог (САПАД-2), которая позволяет комплексно решать ряд задач: оптимизация положения проектной линии, расчет вертикальных кривых, проектных и рабочих отметок, расчет объемов земляных работ, распределение земляных масс, выбор типа землеройной машины, расчет нежесткой дорожной одежды, расчет скорости движения и времени хода, расхода горючего, стоимости земляного полотна и дорожной одежды. Система позволяет получить готовый чертеж продольного профиля и график распределения объемов земляных работ.
Современные критерии оценки трапепортпо-эксплуатацпонных качеств лесовозных автомобильных дорог при их проектировании
Теория оценки качества проектируемых объектов и процессов (квалиметрия) определяет следующие ключевые процедуры оценки качества: формирование цели оценки, формирование системы критериев путем классификации свойств объекта и разработки методов определения критериев, выбор метода свертки показателей критериев, выбор базы оценки и метода определения базовых показателен.
Цель оценки проекта ЛЛД направлена па удовлетворение потребностей лесного комплекса в перевозках [38, 40]. При этом проект должен удовлетворять этой цели по ряду критериев: социальному, технико-экономическому, энергетическому, экологическому, эргономическому, эстетическому и др.
Разработка методов определения показателен критериев ведется на основе классификации транспортно-эксплуатацпониых свойств автомобильных дорог. Такая классификация, выполненная В.В. Сильяновым [57] на основе исследовании А.К. Бируля [9, 10], В.Ф. Бабкова [6, 7], В.К. Некрасова [44] и других отечественных и зарубежных исследователей, включает четыре группы показателей.
Первая группа показателей, характеризует параметры движения и транспортных потоков - интенсивность, состав и объем движения, пропускная и провозная способность автомобильной дороги, скорость движения и время хода автотранспортных средств.
Вторая группа показателей характеризует транспортію-экеилуатацнопные качества дорожной одежды - прочность дорожной одежды и земляного полотна, шероховатость и ровность дорожного покрытия, коэффициент сцепления, работоспособность дорожной одежды, износостойкость дорожного покрытия.
Третья группа показателей - эксплуатационные параметры дороги: надежность, проезжаемость, срок службы дороги, относительная аварийность; коэффициенты аварийности и безопасности, расстояние видимости.
Четвертая группа показателей - экономические: себестоимость перевозок и потери от дорожно-транспортных происшествии.
Известны типовые процедуры оптимизации, основанные на минимизации целевой функции, сворачивающей показатели критериев [3, 36, 38, 40]. При оценке проектных решений автомобильных дорог такая типовая процедура применима не всегда. Ее применяют при оптимизации дорожных сетей, сравнении вариантов дорог большой протяженности, на которых свертываемые показатели определяются по обобщенным зависимостям. При оптимизации местных вариантов приложения до роги такая свертка может привести к неверному результату. Например, вариант с большой суммой поникетиых коэффициентов аварийности может быть лучше варианта с меньшей суммой коэффициентов аварийности, но в котором есть пики повышенной аварийности на фоне малых пикетных коэффициентов. Аналогичные неверные решения могут быть получены при свертке скорости, эмиссии токсичных веществ, эргономических показателей и т.п.
Ряд исследователей обосновал другой путь оценки качества проектных решений — по эпюрам транспортію-эксплуатационных показателен [3]: по эпюрам скорости (Н.Ф. Хорошшюв); по эпюрам коэффициентов аварпіїностп и безопасности (В.Ф. Бабков); по эпюрам уравнений загрузки и пропускной способности (В.В. Сильянов); по эпюрам обеспеченности расчетной скорости в различные расчетные периоды года (А.П. Васильев). Эпюры позволяют выявлять неблагоприятные участки по пикам соответствующих показателей, превосходящие нормативные пределы. Основываясь на изложенном можно заключить, что оценка качества проектных решений лесовозных автомобильных дорог может выполняться как по интегральным критериям (технико-экономические показатели эффективности капитальных вложений, общий расход топлива при перевозках, суммарные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в составе отработавших газов двигателей 11 т.п.), так и по дифференциальным (отнесенным к одному пикету) показателям: эпюрам скорости, расхода топлива, эмиссии и концентрации токсичных веществ, транспортной составляющей себестоимости перевозок и т.п.
САПР ЛАД дает возможность оценивать проект лесовозной автомобильной дороги по всем представленным группам показателей трапепортпо-эксплуатационных качеств, согласно классификации В.В. Снльянова [57]. В процессе оценки транспортно-эксплуатационных качеств па первом этапе они определяются через комплекс основных показателей функционирования дороги, который будет служить основой для дополнения и развития на других этапах. Этот комплекс объединяет технико-экономические, энергетические, экологические показатели, являющиеся выходными параметрами имитационной подсистемы САПР ЛАД. Данная подсистема имитирует процесс функционирования дороги путем моделирования движения автомобилей и автомобильных потоков. Входными парамеїрпми служат основные параметры оцениваемых проектных решений, полученных н соответствующих технологических линиях проектирования. Выходные параметры подсистемы, имитирующей процесс функционирования дороги, являются входными параметрами подсистемы технико-экономических обоснований проекта дороги. Технологические линии проектирования выделяются по отдельным элементам и сооружениям дороги.
В основе моделирования процессов функционирования лесовозного автомобильного транспорта лежит анализ основополагающей системы эксплуатации автомобильных дорог «Водитель — автомобиль - дорога — окружающая среда (ВАДС)», которая включает ряд подсистем. Первый этан развития критериев оптимизации проектов автоматизированной оценки транспортно-эксплуатационпых качеств автомобильных дорог характеризуется развитием подсистемы «дорога — автомобиль». Теоретические основы проектирования дорог, заложенные академиком А.Е. Чудако-вым и профессором Г.Д. Дубелиром, развитые в трудах Л.К. Бируля, В.Ф. Бабкова и других ученых, дали возможность нормировать элементы дорог на основе закономерностей движения одиночного автомобиля с расчетной скоростью. Качество проекта считалось удовлетворительным, если в проекте соблюдались требования строительных норм и правил (СНиП) к элементам дороги (продольным уклонам подъемов и спусков, радиусам горизонтальных и вертикальных кривых, ширине полосы движения и проезжей части и т.п.). Такое положение с расчетом нормативов практически сохранялось в СНиП па автомобильные дороги до 70-х годов. Этот подход к оценке проекта дороги позволил выделить в качестве основного транспортно-эксплуатациоиного качества обеспеченную расчетную скорость. Проектные решения автомобильных дорог стали оценивать по времени и скорости движения одиночных легковых автомобилей при максимальном использовании мощности двигателя, чему способствовали труды М.Ф. Хорошилова, А.Е. Бельского, К.Л. Хавкина.
Второй этап характеризуется развитием системы «дорога — транспортные потоки». В этом направлении теорию и практику проектирования дорог развивали А.К. Бируля, В.Ф. Бабков, В.В. Сильяиов, Я.А. Калужский, Я.В. Хомяк, М.С. Фи шельсон и ряд других отечественных и зарубежных исследователе!!. На этом этапе при оценке проектных решений автомобильных дорог движение автомобилей рассматривается как массовый процесс, отдельный аитомобилі. с его тягово-скоростными качествами отходит па второй план. Основная область применения моделей транспортных потоков - автоматизированные системы регулирования движения в крупных городах, требующие оперативной информации о средних значениях скорости, плотности и интенсивности потоков для оценки общего времени нахождения транспортных единиц в системе, для оценки пропускных способностей отдельных участков системы при перераспределении потоков с целью оптимизации ее функционирования.
Теория обоснования схем транспортного освоения лесных массивов
За рубежом разработаны несколькими авторами методы автоматизированного размещения трасс веток с определением их основных параметров. В одной из самых последних зарубежных публикаций па рассматриваемую тему изложен метод, разработанный Дж. Таном [74]. Учитывая новизну и актуальность этой работы, необходимо рассмотреть ее чуть подробнее. Дж. Тан рассмагрипаст лесную дорожную сеть как состоящую из узлов и связей. Связи - это дороги и другие устройства для транспорта. Узлы стягивают связи в дорожную сеть. Они являются точками, через которые обязательно должен пройти лесной грузопоток или рабочие к месту работ, лесным поселкам и т.п. Установив узлы, переходят к разработке возможных вариантов схем грузопотоков, подлежащих анализу и оценке.
Задача состоит в назначении возможных маршрутов вывозки из каждой точки или элементарной площади лесного участка. Для ее решения автор применил метод, основанный на географических информационных системах (ГИС), особенно удобный в данном случае, когда управляющие лесными хозяйствами располагают подробными картами лесных выделов (материалами лесоустройства), па которых показана кроме запасов леса по возрасту и породам и каждом выделе местная ситуация, определяющая во многом наивыгоднейшее "проложение трасс - существующие дороги, ручьи, реки, заболоченность, рельеф местности (частично), безлесные участки и т.п. Все перечисленные «пространственные» (географические) данные учптыва ются в виде стандартной координатной системы — растра па экране компьютера. Автор выбрал систему изображений исходных данных в виде элементарных площадок - клеток, размером /х/ м. Каждая клетка имеет свои координаты (центра) - X и У и конкретные атрибуты, т.е. перечисленные- выше характеристики - запас, рельеф, гидрология и др., отмечаемые соответствующими кодами.
Автор работы [74] использует обычный итеративный процесс для нахождения максимальной прибыли согласно (2.8). Для уменьшения количества итерации Дж. Тан предложил ограничиваться проработкой лишь 4...5 вариантов расположения трассы ветки, намечаемых инженером с учетом собственного опыта трассирования п местной ситуации, показанной на исходной карте. Компьютер выдает все необходимые данные для сравнения этих вариантов и отбора лучшего из них.
Для этой же цели в системе программ автора принято за основу трассирование дорог в варианте лишь одной (низшей) категории. Несомненно, такое допущение несколько снижает качество трассирования головных участков. Дальнейшее уточне ние дорожного стандарта (типа покрытия) предлагается Дж. Таном производить разработанным им способом отбора по окончании укладки трассы. Важным являет ся возможность учета при укладке трассы на компьютере затрат на сосредоточенные или специальные работы, например, постройку мостового перехода.
В работе рекомендуется принимать для получения достаточно падежных результатов размер клетки растра 100x100 м (I га). Программой предусмотрено учитывать до 12 растровых заданий — слоев географических исходных данных, приходящихся на каждую клетку: объемов вырубки, типов местности, затрат труда на все виды работ в лесу (в чел.-дп. па 1 га), кодированных данных для условий строительства дороги и подвозки (форвардерами) древесины к дороге, выхода основных сортиментов - пиловочника, балансов (по породам) и др. При этом за один прием можно разместить лесовозные дороги на участке местности размером только до 1000 га с густотой дорожной сети соответственно 9,4...9,8 м/га. Первый вариант оказался более экономичным.
Разработанный Дж. Таном в [74] метод размещения лесовозных дорог имеет и другие ограничения. Его нельзя использовать (в предложенном варианте) в пересеченной и горной местностях, при переменном режиме рубок, при использовании различных дорожных конструкций на дорогах и др. В целом же метод машинного автоматизированного трассирования лесовозных веток и усов, разработанный
Дж. Таном, является интересной научной разработкой, имеющей большое практическое значение. Работники кафедры сухопутного транспорта леса Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (ЛТЛ) пключнлпсь в разработку проблем оптимизации транспортных сетей в лесных массивах в начале 50-х годов.
Результаты начального этапа работ по этой тематике опубликованы в работе [28]. В этой монографии, в частности, изложен способ определения оптимального расстояния между усами, исходя из критерия минимума затрат труда на постройку усов и на трелевку леса. В некоторых случаях этот критерий может быть удобнее, чем стоимостные оценки. Он может быть полезным, например, н в настоящее время, в период перехода к рыночной экономике в стране. 1. Учета главной особенности лесных дорог - собирательного характера их работы на транспортировке лесных грузов, распределенных на больших площадях с малой концентрацией (от 10... 15 до 150...200 т/га). 2. Обязательной оптимизации (глобальной пли попарной) и взаимной, увязки работы всех звеньев транспортного процесса (включая подвозку). 3. Учета динамики лесных грузов. 4. Соблюдения соответствия проектируемых видов дорожных конструкций н подвижного состава ожидаемой (расчетной) грузонапряженности и грузовой работы. 5. Применения многоэтапных усилений проезжей части на дорогах (участках), где грузонапряженность является переменной во времени (возрастающей) величиной. 6. Ограничения до разумного предела количества ответвлении и разветвлений дорожной сети, требующих дополнительного строительства пассивных соединительных путей. 7.Учета расходов на перевозку к местам работ в лесу рабочих при определении оптимальной густоты веток, особенно в участках лесного фонда, не достигших спелости, где объем перевозок лесных грузов невелик.
Математические модели протяженности и грузовой работы первичпого лесотранспорта
Представлены разработанные автором аналитические зависимости для определения протяженности трелевочных волоков /t.it и /m. и грузовой работы соответствующей этим волокам г„ и ,„ (м3 м)[66, 67, 68].
Примечание а- ширина пасеки, м; п- количество пасек; лг(,іц, Л „,н- соответственно коэффициенты удлинения магистральных и пасечных трелевочных волоков; b -ширина зоны безопасности, м; Ь() - расстояние от лесовозного уса до устья магистрального волока, м; ,-ликвидный запас стволовой древесины, м /га; к и р - коэффициенты, определяемые для схемы (рисунок 3-1-б) по таблице 3.2 и для схемы (рисунок 3-1-г) по таблице 3.3 ); ап -длина ленты, м; а(Г параметр, зависящий от технологических свойств валочно-трелевочной машины, м.
Аналитические зависимости таблицы 3.1 дают возможность, исходя из начальных условий разработки лесосек, определять длину зоны тяготения к погрузочному пункту, длину магистральных и пасечных волоков, объемы грузовой работы по магистральным и пасечным волокам.
Математические модели затрат и себестоимости работ по валке-трелевке и вывозке леса по усам лесосечных дорог для конкретных производственных условий дают возможность решать задачи протяженности транспортных сетей лесосек и разрабатывать экономические модели оптимизации транспортного освоения лесосек.
Исследование численных значений параметров пасечных, магистральных волоков, усов лесовозных дорог дало возможность разработать регрессионные математические модели себестоимости лесосечных работ и вывозки лесоматериалов по усам. 3.5 Разработка регрессионных математических моделей себестоимости валки -трелевки по пасечным и магистральным волокам и себестоимости вывозки лесоматериалов но усу
По данным таблицы представляется возможным разработать регрессионную математическую модель себестоимости валки-трелевки по пасечным и магистральным волокам. Научный и практический интерес представляют регрессионных математические модели себестоимости связанные с количеством пасек, шириной зоны тяготения и грузооборотом.
Уравнение регрессии (3.18) является достаточно адекватным по критерию Фишера, ошибки расчетов не превышают ±2%. Для науки и практики представляет интерес получения математической модели зависимости себестоимости вывозки ле соматериалов по усу в зависимости от расстояния между погрузочными пунктами, ширины зоны тяготения к усу от количества погрузочных пунктов, расположенных по одну сторону уса.
Уравнение (3-19) является адекватным по критерию Фишера и диапазоне изменения неременных и погрешность расчетов не препышает ±2%. Рассмотренные із регрессионные математические модели (3-18) и (3-ІУ) себестоимости валки — трелевки и вывозки леса по усам дают возможность найти оптимальные параметры размещения трелевочных волоков и погрузочных пунктов для рассматриваемых условий ЛЗП Тверской области.
Оптимизация параметров транспортной сети лесосек с помощью уравнения зависимости себестоимости валки-трелевки и вывозки лесоматериалов по усу Представляется интересы для пауки п практики, решение задачи оптимизации параметров транспортной сети лесосек. Это задача может быть решена двумя методами:
1. Метод решения экстремальных задач с помощью математических моделей себестоимости валки-трелевки по волоком "и вывозки лесоматериалов по усу. В этом случае математические модели представлены в разделе 3.5 и имеют вид уравнений регрессии, которые отражают принятые заранее условия и экономические показатели транспортного освоения, уравнение регрессии можно использовать только для конкретных условий и опытных результатов.
2. Метод диалогового режима выбор оптимальных параметров транспортного освоения лесосеки и уса лесовозных дорог, при котором себестоимости лесосечных работ и транспортного освоения уса лесовозном дороги не будут превышать допустимой себестоимости.
Рассмотрим оптимизацию параметров транспортной сети лесосек первым методом. Этот метод может быть использован, когда лесфонд лесосеки по ликвидному запасу стволовой древесины будет однородным и заранее известны стоимость строительства усов ,волоков, а также себестоимости валки-трелевки и вывозки. Воспользуемся уравнением регрессии (3.18).
Задача размещения погрузочных пунктов по длине уса должна обеспечить снижение себестоимости перевозки лесоматериалов по усу, то есть необходимо решить экстремальную задачу минимизации себестоимости транспортировки леса по усу с определением оптимальных расстоянии между погрузочным пунктом ширины зоны тяготения к усу, количество погрузочных пунктов по одну сторону от уса. Для решения этой задачи используем уравнение регрессип(3.19).
Похожие диссертации на Обоснование первичного транспортного освоения лесосырьевых баз при сплошных рубках
