Введение к работе
Актуальность темы. В России и в других странах возрастают площади рубок ухода за лесами. Наука и практика выдвинули целый ряд обоснованных положении по планированию и проведению рубок ухода: осветлений, прочистки, прореживания, проходных и санитарных рубок. При этом необходимо вырубать отставшие в росте, угнетенные и фаутные деревья. Рубки ухода стимулируют рост и. развитие древостоев, одновременно являясь крупным источником получения древесины.
Научные результаты в этой области дают возможность решать практические задачи планирования, проведения рубок ухода в древостоях разных ' пород, возраста, бонитетаа и полноты для различных почвенно - грунтовых условий.
Эти достижения мирового лесоводства позволяют улучшить породно -качественный состав лесонасаждений и в какой-то мере снизить возраст технической спелости лесофонда.
Рубки ухода за лесами также улучшают экологию лесной среды.
В наставлениях.по рубкам ухода есть рекомендации по снижению пов
реждаемости оставшихся деревьев после рубки. Такие поврежденные де
ревья являются объектами размножения знтомофитовредителей и , они
ухудшают экологическую обстановку. Поиск лесоводственно-технологичес
ких решений, снижающих частоту и тяжесть повреждений остающихся де
ревьев, является весьма актуальным для улучшения ведения лесного хо
зяйства и лесозаготовок. :
Одновременно осветление, прочистка и прореживание бывают часто экономически нерентабельными, не дают какую-либо прибыль, и чаще всего бывают убыточными,
Следовательно, лесохозяйственному производству иногда по экономическим причинам приходится отказываться от проведения этих рубок, тем самым оставляя на низком лесоводственно-экологическом и лесопромышленном уровне древостой.
В этой связи возникает крупная научно - практическая задача улучшения качества древостоев путем реализации высокорентабельных технологий рубок ухода с соблюдением лесоводственных ограничений.
Получаемые при рубках ухода и реализуемые сортименты круглого леса являются источником покрытия затрат на эти рубки. При этом необходимо с учетом лесоводственных ограничений определять количество вырубаемых деревьев с одного гектара и их средний диаметр и обеспечивать
повышение выхода высокоценных сортиментов круглого леса при переработке стволов деревьев. Это является актуальной научно - практической задачей лесного комплекса.
Поэтому диссертация , с одной стороны, посвящена научным исследованиям и разработкам по снижению повреждаемости остающихся деревьев, с другой стороны, по повышению выхода сортиментов круглого леса при рубках ухода. Все это, в конечном счете, направлено на повышение лесо-водственно - экологических показателей лесонасаждений и улучшение рентабельности рубок ухода.
Дель и задачи работы. .
Целью работы является системный анализ, натурные наблюдения, производственные эксперименты по рубкам ухода, математическое моделирование частоты, тяхєстй повреждений, выхода высокоценных сортиментов . круглого леса и решение многокритериальных оптимизационных задач выбора технологии рубок, числа вырубаемых деревьев и их диаметров.
Реализация цели настоящей работы приводит , в конечном счете, к
разработке, апробации метода компьютерного планирования и технологи-
ческогруправления рубками ухода за лесом.
. . Цель исследований включает следующие задачи: .
выполнить системный анализ рубок ухода, .как объектов;оптимального управления лесосечными работами, с определением действующих.входных и выходных параметров, факторов процесса рубок ухода; , ;
провести натурные наблюдения, пассивные, эксперименты на лесосеках Воронежсчкого мехлесхоза с определением частоты , ; числа повреждений оставшихся деревьев и тяжести этих повреждений, определить выход основных сортиментов круглого леса с каждой лесосеки и с.одного гектара; . '.
установить методом экспертных оценок ранжировку Приоритетов и вес каждого вида повреждения оставшихся деревьев,' а также вес используемого типажа механизма трелевки; ,' ,
предложить структуру и получить на Звм,' на основе производственных экспериментов, математические модели частоты повреждений оставшихся деревьев по каждой тяжести, степени интенсивности повреждения;
определить по математическим моделям характер и степени влия ния таксационных и технологических Факторов на частоты интенсивностей повреждений оставшихся деревьев;
разработать метод оптимизации выбора технологии, оборудования
~ и -
трелевки и числа деревьев с минимизацией степени тяжести повреждений деревьев на основе решений многокритериальной задачи оптимизации;
обосновать структуру и получить на ЭВМ математические модели выхода сортиментов круглого леса при рубках ухода на основе производственных экспериментов;
разработать метод многокритериальной оптимизации выбора числа вырубаемых деревьев и их диаметра с наибольшим воамошым выходом сортиментов круглого леса;
выполнить компьютерные решения оптимизационных задач рубок ухода, определить характер позитивного влияния этих решений на сохранность остающксл деревьев и выход сортиментов круглого леса;
сделать анализ экономической , экологической эффективности разработанных методов оптимизации планирования и управления рубками ухода и представить рекомендации производству по решению вопросов оптимизации рубок ухода за лесом в сосновых насаждениях, в частности, Воронежскому мехлесхозу, Воронежскому учебному опытному лесхозу, Министерству лесного хозяйства и охраны природы Никарагуа.
Методика исследования включала в себя , прежде всего, системный анализ процесса рубок ухода за лесом - как объекта оптимального управления. В связи с чем, все входные параметры процесса рубок ухода Оыли разделены на две группы: первая группа - исходные таксационные характеристики древостоя; вторая группа - искомые параметры процесса, опти-мизирурдае лесовадственные и экономические выходные показатели рубок ухода. Для решения поставленных задач, в практическом плане, были прсЯ1 ведены натурные наблюдения, измерения в двадцати шести лесосеках разного возраста, полноты сосновых древостоеці Воронежского мехлесхоза. Методикой предусматривалось использование извествных методов математического моделирования компьютерной оптимизации многокритериальных процессов биологии и технологии..
Объектами исследования являются процессы рубок ухода за лесом в сосковых дрсБОстаях в возрасте 10...100 лет, первого и второго бонитета.
Научная новизна работы
Научная новизна результатов, полученных з диссертационной работе, состоит в следующем: ,
- рубки ухода за лесом рассмотрены как объекты оптшальиого уп
равления, отличающиеся тем, что в результате системного анализа опре
делены две группы управляемых и неуправляемых параметров, и. лесоводе-
твенные-технологические и выходные параметры, целевые функции процесса;
получены математические модели частоты и тяжести повреждений оставшихся деревьев, математические модели выхода сортиментов круглого леса, отличающиеся учетом входных таксационных и технологических параметров рубок ухода;
разработана система компьютерной оптимивации рубок ухода, отлл-чающаяся тем, что желательный тип трелевочного трактора, количество вырубаемых дербВЬсБ и Кл дкаМеТр определяются на сс'гіОБв решения многокритериальных оптимизационных задач с учетом лесоводственных ограничений;
разработанные алгоритмы, программы компьютерной оптимизации рубок ухода отличаются тем, что при решении многокритериальной задачи методом экспертных оценок определяется вес каждого показателя, а поиск экстремумов сводных аддитивных Функций производится методом итерации;
-расчет экономической эффективности рубок ухода отличается тем, что учитывается прибыль от повышения объемно - качественного выхода сортиментов круглого леса и от снижения числа поврежденных деревьев, то-есть от уменыгрения потерь стволовой дре иесины.
Практическая ценность
Реализация разработанного метода многокритериальной оптимизации, программных средств компьютеризации промежуточных рубок на предприятиях лесоустройства, лесного'хозяйства позволяет повысить прибыль от рубок ухода и снизить количество поврежденных деревьев.
Апробация работы Материалы отдельных глав диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях Воронежской государственной лесотехнической академии в' 1991 -1994 годах.
Публикация работы .
По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные статьи.
Структура и.объем работы
Диссертация состоит из введения, 6 глаз, выводов, заключения, списка литературы из 117 наименований, прилокений и включает рисунков, таблиц. Объем основного текста составляет 150 машинописных страниц/
Результаты, вкнос!!шг автором- на задиту
- системный анализ, целевые функцій рубок ухода - как объектов многокритериального оптимального управления лесосечными работами;
математические модели повреждаемости деревьев, выхода сортиментов круглого леса в сосновых древостоях Воронежского мехлесхоаа;
методы компьютерной оптимизации выбора типажа трелевочного трактора, диаметра и количества вырубаемых деревьев при рубках ухода;
алгоритмические процедуры и программы ЭВМ оптимизации управляемых входных, параметров рубок ухода;
методика определения экологической, экономической эффективности рубок ухода - как объектов оптимального управления.