Введение к работе
Актуальность темы исследования определяется необходимостью повышения эффективности размещения лесной дорожной инфраструктуры и транспортно-технологических процессов лесозаготовительного предприятия, путем рационального использования климатических особенностей региона с учетом фактора сезонности лесозаготовительного производства при разработке проекта генерального плана транспортного освоения арендуемых лесных земель. Рациональное районирование лесных участков на сезонные зоны заготовки и вывозки древесины позволяет на предпроектной стадии обосновать схему транспортного освоения лесных земель в зависимости от природно-производственных, транспортных и экологических факторов, установить сезон освоения лесных участков и целесообразность строительства к ним дешевых зимних лесовозных дорог, что весьма актуально для предприятий, работающих в таежной зоне в условиях с ярко выраженными сезонами года: зима, весна, лето и осень.
В известных работах недостаточно внимания уделено вопросам
влияния нечеткой исходной информации при учете природно-
производственных и сезонных условий на заготовке и вывозке древесины.
В настоящее время для решения данной задачи в арсенале
проектировщиков не имеется достаточно эффективного
методологического обеспечения, основанного на базе аналитических расчетов, учитывающих неполноту и неточность исходных данных.
Степень разработанности темы исследования.
Известно, что проблемами транспортного освоения лесных участков с учетом сезонности лесопромышленного производства в разное время занимались ученые: Б.А. Ильин, Б.И. Кувалдин, В.И. Алябьев, В.Е. Леванов, И.Р. Шегельман, К.И. Вороницын, В.Н. Шитов, Р.Н. Ковалев, И.В. Григорьев, Э.О. Салминен, Н.А. Тюрин, Л.В. Щеголева, В.М. Лукашевич, СМ. Гордеев, А.Г. Дорофеев, Т.В. Коваленко, Л.Я. Громская, Т.С. Антонова и др.
Анализ существующих методов сезонного районирования лесопромышленного производства в литературных источниках показал, что в известных работах большое внимание уделяется фактору сезонности лесозаготовок и вопросу разделения лесного фонда на сезонно-климатические зоны заготовки и вывозки древесины. Существующие рекомендации не учитывают фактора неопределенности, вызванного нечеткостью и неточностью исходных данных, что может привести к ошибкам при проектировании транспортно-технологических процессов лесозаготовительного предприятия.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности размещения лесной дорожной инфраструктуры и организации транспортно-технологических процессов лесозаготовительного предприятия, путем рационального сезонного
районирования лесных земель. В соответствии с поставленной целью решены следующие задачи:
выполнен анализ существующих подходов и методов, используемых в настоящее время для решения задачи сезонного районирования лесопромышленного производства;
на основе системно-структурного анализа природно-производственных и климатических условий, установлены факторы, влияющие на сезонность проведения транспортно-технологических операций при заготовке и вывозке древесины;
- разработаны новые подходы к сезонному районированию
лесопромышленного производства путем разработки математической
модели, основанной на методах теории нечетких множеств;
- разработано программно-инструментальное средство, позволяющие
осуществлять многофакторный анализ лесного участка с выбором сезона
его транспортного освоения;
- разработана и внедрена на производстве методика сезонного
районирования лесопромышленного производства, основанная на
использовании методов теории нечетких множеств и ГИС технологий;
Научная новизна исследования. Впервые разработана и апробирована математическая модель рационального сезонного районирования лесопромышленного производства, базирующаяся на методах теории нечетких множеств, позволяющая учитывать неточность и нечеткость исходной информации. Разработана и реализована методика сезонного районирования лесопромышленного производства, с применением средств «нечеткого» моделирования и ГИС технологий.
Теоретическая значимость исследования состоит в разработке новых подходов по созданию математических моделей, программно-инструментальных средств и методик позволяющих осуществлять выбор сезона транспортного освоения лесных участков в условиях неполноты и нечеткости исходных данных, за счет использования алгоритмов, основанных на географическом пространственном анализе и методах теории нечетких множеств.
Практическая значимость исследования состоит в разработке
оригинальной методики сезонного районирования лесопромышленного
производства, основанной на интеграции методов географического
пространственного анализа, математико-картографического
моделирования и теории нечетких множеств, позволяющей обосновать рациональное размещение зимних и летних лесовозных дорог на лесных землях арендуемых лесозаготовительным предприятием.
Методология и методы исследования. Решение поставленных задач получено на основе системного подхода, теории нечетких множеств, методологии «нечеткого» моделирования, теории планирования экспериментов, географического пространственного анализа и
математико-картографического моделирования. Использовались:
специализированная программная среда для «нечеткого» моделирования fuzzy TECH 6.2а, ГИС «Zulu 7.0», СУБД «Microsoft SQL Server 2008», пакет программ Microsoft Office, операционная система Windows 7.
Положения, выносимые на защиту. В работе выносятся на защиту основные результаты, полученные лично автором, обладающие научной новизной:
1. Разработана математическая модель рационального сезонного
районирования лесопромышленного производства, при помощи которой
возможно осуществление выбора сезона транспортного освоения лесного
участка, характеризующегося многими количественными и
качественными показателями с учетом неполноты и нечеткости исходных
данных.
-
Разработано программно-инструментальное средство, позволяющее осуществлять поддержку процедур принятия обоснованных решений в сфере оценки лесных участков для выбора сезона лесопромышленного производства.
-
Разработана методика сезонного районирования лесопромышленного производства, основанная на применении методов теории нечетких множеств и ГИС технологий.
Достоверность научных исследований обосновывается применением современных методов моделирования технологических процессов, достаточной апробацией результатов работы, проведением опытно-экспериментальной работы, подтверждающей адекватность полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.
Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях кафедры сухопутного транспорта леса лесоинженерного факультета (СПбГЛТУ, 2009-2012); IX международной научно-технической интернет-конференции «Леса России в XXI веке» (СПбГЛТУ, 2012); международной научно-технической конференции молодых ученых «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка» (СПбГЛТУ, 2012); Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (СибГТУ, 2012); пленарном заседании лесоинженерного факультета по итогам научно-исследовательских работ 2012 года (СПбГЛТУ, 2013).
Результаты диссертационного исследования использованы при создании «Автоматизированной системы учета лесопользования Группы Илим» и внедрены в учебный процесс на кафедре сухопутного транспорта леса лесоинженерного факультета СПбГЛТУ.
Часть материалов диссертационной работы получена при выполнении НИР №01201255482 «Разработка теоретических основ
сквозных технологических процессов и модульных систем лесозаготовительного производства». Работа выполнялась в составе Перечня Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ, утвержденного Президентом РФ 07.07.11г. (пункт «Рациональное природопользование»).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, перечня цитируемых источников и приложений. Диссертация изложена на 127 страницах текста, включает библиографический список из 167 наименований, 41 рисунок и 21 таблицу.
