Система информационного обеспечения принятия решений при планировании рационального лесопользования

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ДЛИТ - длительность подачи топлива.

3. РЕЖИМ ПОВЫШЕННЫХ ОБОРОТОВ работает при частоте вращения двигателя 2000 об./мин.

1.Электропитание.

2. Угол опережения подачи топлива (УОПТ).

3. Впрыск.

3.1. Результаты измерения в системе электропитания:

Ua6 - 26V напряжение на клеммах аккумуляторной батареи;

I - 28A постоянный электрический ток, потребляемый или отдаваемый аккумулятором или другими потребителями.

3.2. После совмещения на экране отобразилось значение угла опережения подачи топлива УОПТ 41 nkb.

3.3. Измерили параметры впрыска и отобразили результаты измерений:

Рмах - 33.7 МРа.

Рост - 14.5 MPa.

ДЛИТ - 4.4 mS.

Pmax - максимальное давление впрыска топлива;

Рост - остаточное давление в топливопроводе высокого давления;

ДЛИТ - длительность подачи топлива.

4. «МОЩНОСТЬ»

В результате высветилось измеренное значение мощности двигателя -179 л.с.

Выводы

Как показали наши исследования, содержание биодобавок влияет на измеряемые параметры. Ток, потребляемый стартером в момент пуска, увеличивается, а напряжение АКБ в момент пуска уменьшается в зависимости от содержания биодобавок, результаты приведены в табл. 2, рис. 4, 5. Следующие измерения топливной системы высокого и низкого давления в табл. 2, рис. 6-11 показали, что давление топлива увеличивается в зависимости от содержания биодобавок в дизельном топливе на разных оборотах двигателя, т.к. вязкость и плотность биотоплива выше, чем у дизельного топлива, поэтому нагнетательный клапан открывается позже, а закрывается раньше, чем на дизельном топливе. Измерение мощности двигателя, табл. 2 и рис. 12, показали, что мощность двигателя снижается в зависимости от биотоплива на 3 %.

Библиографический список

1. Руководство по эксплуатации Мотортестер МОЗ-

2. Предприятие-изготовитель: ООО «Тироид», 2007. - 131 с.

2. Савельев, Г. С. Биологическое моторное топливо для дизелей на основе рапсового масла / Г.С. Савельев, Н.В. Краснощеков // Тракторы и с/х машины. - 2005. - № 10. - С. 11-16.

3. Медведков, В.И. Автомобили КамАЗ, УРАЛ / В.И. Медведков, С.Т. Билык, Г.А. Гришин. - М.: Издательство ДОСААФ, 1987.

4. Валеев, Д.Х. Руководство по эксплуатации, устройству, техническому обслуживанию и текущего ремонта автомобиля / Д.Х. Валеев. - Набережные челны: ОАО «Камаз», 2006. - 412 с.

СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

принятия решений при планировании рационального лесопользования

О.В. БОЛОТОВ, доц. каф. использования водных ресурсов СибГТУ, канд. техн. наук

В Российской Федерации до настоящего времени проблемным остается вопрос о комплексном информационном обеспечении принятия эффективных управленческих решений в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов.

В соответствии с принятым в 2007 г. Лесным кодексом в качестве основного инс-

sibstu@sibstu. kts. ru трумента государственного управления установлена новая система лесного планирования. На уровне субъектов РФ - лесные планы, лесничеств и лесопарков - лесохозяйственные регламенты, лесных участков, предназначенных для лесопользования - проекты освоения лесов. Новая система лесного планирования должна решать не только среднесрочные и

118

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

краткосрочные тактические задачи. Она на основе долгосрочного прогнозирования возможных ситуаций должна позволять разрабатывать соответствующие стратегические варианты развития, как лесного хозяйства, так и всего лесного комплекса субъектов РФ в целом. С учетом значительной продолжительности цикла «рубка леса - восстановление» и глобальных мировых экономических циклов (в среднем 30 лет), «... лесное планирование становится жизненно необходимым не только на 10 лет, но и на более продолжительное время (50-100 лет)» [11]. При этом лесной план должен содержать не только характеристику состояния лесов, оценку лесосырьевого потенциала, но и планы его освоения, охраны, защиты и воспроизводства лесов, а также оценку экономической эффективности этих мероприятий, подробную характеристику, схемы транспортного освоения и многое другое. Достаточно очевидно, что эти задачи весьма не простые, для их качественного решения необходимо иметь систему специального, достоверного и достаточного информационного обеспечения в статике и динамике. Оно должно позволять рассматривать не только текущие, оперативные, но и прогнозные задачи, базирующиеся на ретроспективном анализе с обязательным использованием методов математического моделирования и оптимизации.

В качестве информационных ресурсов до недавнего времени использовались два основных источника: данные государственного учета лесного фонда и периодического лесоустройства. Развитие геоинформационных систем (ГИС) значительно повысило качество, оперативность и объем информационного обеспечения лесного хозяйства. Однако в лесном хозяйстве России до настоящего времени не принято общее для всех программное обеспечение, поэтому лесоустроительные предприятия и органы управления лесным сектором в практической деятельности используют различные программные продукты ГИС. Мало того, за редким исключением, эти информационные системы не направлены на решение задач прогнозирования, а, следовательно, имеют весьма ограниченные возможности в области планирования и управления. А между тем известно - без прогноза нет управления [9].

В 2008 г. принята Стратегия развития лесного комплекса России на период до 2020 г. В ней в качестве одной из главных целей рассматривается организация устойчивого управления лесами при достаточном обеспечении потребностей лесопромышленного комплекса транспортом и экономически доступными лесными ресурсами. Одной из главных причин низкого использования расчетной лесосеки в России (менее 30 % по стране) является отсутствие достаточно развитой транспортной инфраструктуры. Плотность лесных дорог в основных многолесных регионах Российской Федерации составляет 0,4-0,7 км на 1000 га, что существенно ниже современных требований и уровня этого показателя (в 10-15 раз) в таких странах, как Швеция, Финляндия или Канада.

Более того, сеть лесных дорог в России не только недостаточна по плотности, но и характеризуется крайне неудовлетворительными эксплуатационными качествами, в основном предназначена для сезонной (зимней), а не круглогодовой вывозки древесины и, следовательно, не может использоваться для выполнения требуемого комплекса лесохозяйственных мероприятий. Например, в Красноярском крае порядка 80 % лесовозных дорог - это дороги временного действия, так называемые «зимники».

Советом администрации и Департаментом природных ресурсов и лесного комплекса Красноярского края в 2007 г. принята отраслевая программа «Развитие деятельности по заготовке и переработке древесины» на 2007-2017 гг. Здесь отмечено, что в крае сосредоточены крупнейшие в России лесосырьевые ресурсы - 7,8 млрд м3, или 9,4 % общероссийского запаса древесины. При наличии расчетной лесосеки 66,35 млн м3 фактический объем лесозаготовки по всем видам пользования в 2007 г. составил 15,65 млн м3 (23,6 % от расчетной лесосеки). Программа прежде всего направлена на увеличение объемов заготовки древесины за счет развития инфраструктуры, глубокой переработки древесного сырья и привлечения инвестиций.

Достаточно характерно, что и доклад на IX Международном лесном форуме

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

119

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

(Санкт-Петербург, 2007) заместителя губернатора Красноярского края, руководителя Департамента природных ресурсов и лесной отрасли администрации края А. Гнездилова назывался «Стимулы, механизмы и принципы эффективного управления лесной инфраструктурой». В докладе также была отмечена одна из главных проблем лесного комплекса

- слабое развитие лесной дорожной инфраструктуры. На территории, например, Богучанского и Кежемского районов, где выполняются наиболее интенсивные лесозаготовки, на 1000 га приходится всего 0,35 км лесных дорог. При этом на один Богучанский район

- «центр» лесозаготовок Нижнего Прианга-рья - приходится почти 60 % лесных дорог с твердым покрытием, в котором и вывозится около 70 % древесины от общего объема в этих районах. Становится очевидным, что экономическая доступность в крае обеспечена только 24 млн м3 древесины, то есть 36,2 % от расчетной лесосеки.

Согласно принятым в крае программным документам к 2016 г. должно быть построено более одной тысячи километров лесовозных грузосборочных магистралей. Однако, по известным нормативам Гипро-лестранса, для эффективной заготовки и вывозки только 1 млн м3 древесины необходимо построить еще как минимум 45 км дорог круглогодового действия (10 км магистралей и 35 км веток), а также не менее 160 км усов. Легко подсчитать, что на планируемое в краевой программе увеличение объемов заготовки древесины до 25 млн м3 (почти на 10 млн м3) потребуется построить около 450 км дорог и затратить при этом (при средней стоимости строительства лесных дорог - веток и магистралей) около 1 млрд руб. И это без учета необходимого строительства дорог лесохозяйственного назначения и усов.

Вполне очевидно, что для реализации таких капиталоемких проектов, как развитие дорожной инфраструктуры лесной промышленности и лесного хозяйства, в первую очередь необходимо научно обоснованное информационное обеспечение принятия эффективных управленческих решений, в частности, по разработке вариантов и определению оптимальных транспортно-технологических схем освоения

ресурсов древесины с одновременным определением их экономической доступности. Эти схемы должны соответствовать уже принятым проектам и программам развития региона, инвестиционной заинтересованности, требованиям технико-экономической эффективности, социальной значимости и другим региональным и местным особенностям.

Более того, при планировании и проектировании освоения лесов необходимо соблюдать природоохранные требования и экологические ограничения. В частности, недостаточный учет экономической доступности ресурсов древесины, реальной динамики лесного фонда (с учетом результатов лесовосстановления и возможных потерь от пожаров, энтомовредителей и других негативных факторов) приводит к завышению величины расчетной лесосеки, а на практике к перерубу и истощению спелых лесов. Кроме того, продолжается, уже ставшая нормой, практика превышения допустимых объемов рубки в хвойном хозяйстве. Так, в расчетной лесосеке по главному пользованию Красноярского края хвойное хозяйство составляет 62,7 %, а фактические рубки (например в 2007 г.) хвойных пород - 90,4 %. Следует отметить и еще одно весьма существенное обстоятельство. Отсутствие лесных дорог круглогодового действия практически исключает возможность своевременно, качественно и в полном объеме выполнять требуемый регламентом комплекс лесохозяйственных мероприятий по комплексному использованию, защите, охране и воспроизводству лесов.

Такое положение дел в лесном комплексе не обеспечивает реального соблюдения основных законодательно утвержденных принципов устойчивого управления, сохранения и рационального, непрерывного, неистощительного использования лесов.

Таким образом, определяется актуальность исследований и разработки специализированной системы информационного обеспечения принятия эффективных управленческих решений, прежде всего в области рационального использования лесов. В первую очередь требуется разработать методы автоматизированного проектирования рациональных схем сети лесных дорог с уче-

120

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

том динамики всего лесного фонда объекта лесопользования и одновременным определением экономической доступности ресурсов древесины. На основе этой информации должно выполняться планирование размещения лесозаготовительного и лесохозяйственного производства на многовариантной основе. То есть, с возможностью варьирования основных природных, технико-экономических, технологических и других факторов, лесохозяйственных условий и экологических ограничений, конъюнктуры рынка с обязательным прогнозированием на долгосрочную перспективу возможных сценариев и результатов. При этом должны быть выполнены все требования лесного законодательства.

Анализ разработанного и апробированного к настоящему времени информационного обеспечения, которое позволяло бы решать указанные выше задачи, приведен нами ранее [4, 5] и здесь не повторяется. Отметим лишь, что известные нам разработки не позволяют качественно решать современные задачи и тем более решать их комплексно на единой методологической основе.

В результате многолетних исследований, выполненных нами в рамках грантов, госбюджетных, хоздоговорных и диссертационных работ, была разработана система информационного обеспечения, позволяющая решать два основных блока задач.

1. Рационально размещать лесопромышленное и лесохозяйственное производства на основе автоматизированного проектирования сети лесных (лесовозных и лесохозяйственных) дорог для любых объектов и условий лесопользования на кратко-, средне- и долгосрочную перспективу с одновременным определением экономической доступности ресурсов древесины и учетом динамики лесного фонда.

2. Корректировать допустимый размер пользования с учетом динамики лесного фонда (рубок, процессов лесовосстановления после сплошнолесосечных рубок, возможных «рисков» - потерь лесных ресурсов от пожаров, вредителей и др.) и экономической доступности ресурсов древесины.

Были разработаны математические модели, алгоритмы и соответствующее про-

граммное обеспечение: динамики лесного фонда на один оборот рубки и больший период времени; оптимизации величины расчетной лесосеки для отдельной и группы хозяйственных секций; автоматизированного проектирования рациональных схем сети лесных дорог и определения экономической доступности ресурсов древесины. На основе вышеуказанного инструментария разработаны соответствующие методики, которые и составляют основу информационного обеспечения принятия эффективных управленческих решений в области лесопользования [2-5].

В результате многочисленных вычислительных экспериментов, выполненных с помощью вышеуказанного инструментария, подтверждена адекватность моделей и достоверность результатов. Установлены зависимости влияния основных технико-экономических и природных факторов на вид, структуру и другие характеристики сети лесных дорог, экономическую доступность ресурсов древесины, а также размер пользования и его зависимость от экономической доступности, процессов лесовосстановления, «рисков» - возможных потерь лесных ресурсов от пожаров, вредителей и других факторов.

По сути, проводилось имитационное моделирование в основном на реальных объектах лесного фонда Нижнего Приангарья. При этом исследовались объекты лесопользования с различными (в широком диапазоне варьирования) таксационными показателями и природно-географическими характеристиками. Варьировались также технико-экономические условия и транспортно-технологические схемы освоения участков лесного фонда (лесосека, арендный участок, лесничество, группа лесничеств, лесхоз) и доставки древесины потребителям. Часть исследований выполнялась на абстрактных объектах в основном для установления адекватности моделей и границ их применимости.

В частности, установлены: степень влияния лесовосстановления после рубок и рисков потерь от пожаров на величину размера пользования, зависимости экономической доступности участков лесного фонда от затрат на строительство дорог, вывозку круглых лесоматериалов, разности стоимости то-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 5/2010

121

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

варнои продукции и затрат на лесозаготовку. Выявлена зависимость вида схемы сети лесных дорог от транспортных технико-экономических показателей - стоимости вывозки древесины, строительства дороги и размера объекта лесопользования.

Следует отметить, что в практике неавтоматизированного проектирования существует несколько классических видов схем сети лесовозных дорог: в «елочку», вильчатого, веерного и комбинированного типов. В научной литературе, как уже отмечалось ра-нее[8], предлагается подходить к выбору того или иного вида схемы только исходя из слабо формализованных рекомендаций. Например, вильчатую схему рекомендуется использовать в горной местности при трассировании веток на склонах гор параллельно горизонталям и для освоения небольших по площади массивов. Схему путей в «елочку» целесообразно применять в пересеченной местности, где она хорошо вписывается в рельеф местности, определяемый наличием развитой речной системы, а также для освоения средних по площади лесных массивов. Идеальной, с точки зрения минимизации среднего расстояния вывозки, является веерная схема, которая, однако, не может реально использоваться (да и не применяется на практике). В этом варианте сеть дорог будет представлена в виде пучка расходящихся из одного центра примыкания дорог (нижнего склада), протяженность которых становится предельно максимальной. Основной характеристикой, определяющей эффективность того или иного вида схемы дорог, рекомендуется принимать средневзвешенное расстояние вывозки древесины за весь период эксплуатации участка леса. Оно определяется как частное от деления суммарной грузовой работы на эксплуатационный запас древесины и удельные приведенные затраты. Но в этом случае потребуется спроектировать (без средств автоматизированного проектирования, поскольку таких пока не разработано) для исследуемого участка лесного фонда хотя бы основные, из указанных выше, варианты схем, вычислить необходимые технико-экономические показатели и только тогда можно будет определить наиболее эффективный вариант. Разумеется, такой метод

является исключительно трудоемким и никак не гарантирует оптимальность результата.

Следует особо подчеркнуть, что в зависимости от варьирования (в достаточно широком диапазоне) исходных данных проектируемые (многочисленные расчетные эксперименты) по предлагаемому нами методу схемы сети дорог стабильно соответствуют одному из известных в проектной практике классических видов или их комбинациям. Это, несомненно, подтверждает, с одной стороны, достоверность, адекватность и устойчивость предлагаемого нами инструментария автоматизированного проектирования. С другой - предполагает некоторую закономерность зависимости изменения вида схемы дорог от величины и соотношения исходных данных, а также принятых критериев оптимизации.

Например, критерий минимизации среднего расстояния вывозки (Lср ^ min) предполагает минимизацию затрат С на вывозку древесины. Для этого условия оптимальным видом сети должен являться веерный вид, когда дороги проходят по кратчайшему расстоянию от лесосеки до нижнего склада. Критерию минимизации суммарной протяженности всей сети дорог (ZL ^ min) наиболее соответствующим видом будет вильчатый, когда от пункта доставки древесины отходят одна или две магистрали, а к ним примыкают ветки, которые постепенно соединяют все близлежащие выделы с этими магистралями. Однако при уменьшении среднего расстояния вывозки общая протяженность лесовозных дорог увеличивается. Промежуточное положение занимают комбинированный вид и в «елочку».

С целью установления предполагаемой закономерности зависимости изменения вида схемы дорог от величины и соотношения исходных данных были выполнены специальные исследования. В результате [4, 5] была установлена однозначная зависимость, обуславливающая изменение вида схемы лесных дорог от коэффициента (названного нами коэффициентом вида сети) К который определяется по формуле

К = С/С ,

где Сстр - стоимость строительства дороги.

В результате вычислительного эксперимента установлено, что при значениях

122

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

коэффициента Кс меньше 0,7 проектируется вильчатый вид сети. При значениях этого коэффициента от 0,7 до 7 схема лесных дорог располагается в «елочку», от значений больше 7 до 28 формируется комбинированный вид. При значениях коэффициента К больше 28 схема сети трансформируется в веерный вид.

Кроме того, установлена достаточно четкая зависимость, обуславливающая изменение вида схемы сети дорог от значения коэффициента К который позволяет дифференцировать многообразие участков лесного фонда по их величине и, следовательно, по запасу на отдельных выделах. Например, для сравнительно мелких участков (квартал и менее) по нашей методике проектируется вильчатая схема дорог. По сути, это временные лесовозные дороги - усы, предназначенные для вывозки (трелевки) древесины непосредственно из лесосеки, которые в реальной практике и прокладываются по указанной схеме (коэффициент Кс меньше 0,7, минимизируются затраты на вывозку). С другой стороны, для крупных объектов, например территории целого лесхоза (в соответствии с новым Лесным кодексом 2007 г. лесоустройство будет проектировать лесничества и лесопарки) или их групп, проектируемый вид схемы - веерный (коэффициент К больше 28, минимизируются затраты на строительство дорог). Для последнего варианта нами рекомендуется определять экономическую доступность ресурсов древесины в виде зон, ограниченных радиусами, которые обозначают классы доступности в зависимости от уровня рентабельности их освоения. А для проектирования рациональной схемы сети дорог следует разделить этот крупный объект на более мелкие, например, лесхоз на лесничества и уже для них могут быть спроектированы сети лесных дорог. Для лесничеств или арендных участков крупных лесозаготовителей при значениях коэффициента Кс от 0,7 до 7 схема лесных дорог представляет вид, близкий к «елочке», от 7 до 28 - формируется комбинированный вид.

В то же время в процессе исследований определился ряд недостатков разработанных нами ранее алгоритмов и программ

[1, 4, 5, 10]. Так, при реализации расчетов требуются значительные предварительные (до использования программы) и последующие (после программные) работы по подготовке исходных данных и интерпретации результатов расчета, в частности, по выбору типа и категории отдельных участков сети лесовозных дорог, учету рельефа и других особенностей местности. Кроме того, недостаточно эффективно был решен вопрос оптимизации узлов дорожной сети. В качестве алгоритма поиска кратчайших путей в графах был использован алгоритм Флойда-Уо-ршелла, который не в полной мере отвечает требованиям решаемых задач и современным информационным технологиям. Это динамический алгоритм для нахождения кратчайших расстояний между всеми вершинами взвешенного ориентированного графа. Его очень легко реализовать на любом языке программирования, однако алгоритм определяет только кратчайшие расстояния между всеми парами вершин, но не сохраняет информации о кратчайших путях. Преимущество алгоритма Флойда-Уоршелла состоит и в том, что он пригоден для большинства графов с ребрами неотрицательной длины, отличный вариант для решения задачи в общем случае, без особых условий. Серьезным недостатком алгоритма является необходимость несколько раз анализировать одну и ту же вершину, что приводит к лишним итерациям и к значительным затратам машинного времени и ресурсов.

В связи с этим были проведены дополнительные исследования с целью устранения отмеченных недостатков, которые опубликованы нами ранее [6, 7]. Кратко отметим лишь основные задачи и результаты этих исследований.

Во-первых, выполнен более детальный анализ алгоритмов, предназначенных для нахождения кратчайших путей в графах: Дейкс-тры, Дейкстры-Грибова, Левита, Йена, Флой-да-Уоршелла, Форда-Беллмана и Джонсона. Следует подчеркнуть, что основной задачей любого алгоритма, позволяющего построить схему сети дорог, является процесс поиска кратчайшего пути (в нашем случае) между нижним складом и центрами выделов.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

123

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рис. 1. Блок-схема алгоритма проектирования сети лесных дорог

Выбору алгоритма следует уделить особое внимание, так как именно с его помощью выполняется основная часть работы программы, и он в большей части определяет эффективность ее работы, да и решение задачи в целом. Отметим, что к основным особенностям решаемой здесь задачи следует отнести: а) необходимость использования полного ориентированного графа (граф дерево), позволяющего включать в расчет большое количество вершин; б) в графе отсутствуют ребра с отрицательным весом; в) сеть дорог в рассматриваемом объекте отсутствует либо имеется ее незначительная часть; г) все вершины, включенные в проектируемую сеть, должны быть соединены с первой вершиной (нижним складом) дорогами, обеспечивающими минимальные транспортные затраты; д) каждое вновь добавленное ребро влияет на матрицу весов графа, а после добавления каждого очередного ребра необходимо пересчитывать матрицу весов ребер графа; е) в конечную сеть дорог могут быть включены не все вершины графа; ж) при построении сети дорог необходимо определить не только транспортные затраты при движении (по кратчайшему пути) от первой до каждой вершины, но и список вершин, через которые проходит этот кратчайший путь. В результате проведенного анализа установлено, что из всех перечислен-

ных выше алгоритмов лучше всего отвечает перечисленным особенностям алгоритм Дей-кстры. Этот алгоритм имеет ряд преимуществ по сравнению с другими. Он позволяет находить кратчайшие расстояния между одной вершиной графа и всеми остальными, имеет приемлемую сложность даже при работе с полными графами и просто реализуется на любом языке программирования.

Во-вторых, изучен и реализован новый методический прием - использование в графе дополнительных вершин (помимо центров выделов). Дополнительные вершины позволяют более детально учесть особенности местности (рельеф, реки, болота и т.п.), а также рассматривать дополнительные варианты проектирования схем сети дорог в зависимости от этих особенностей [7].

В-третьих, произведена оптимизация расположения и структуры узлов дорог, которые предложено размещать не только в вершинах графа (центрах выделов), но и в дополнительных вершинах. Это, как показали исследования, обеспечивает более рациональную структуру узлов и минимизацию длин, входящих в узел дорог [6].

В-четвертых, исследована и установлена зависимость общих транспортных затрат от объемов вывозки и, что особенно важно, разработаны объективные рекомендации для выбора типа и категории дороги на каждом отдельном участке ее сети. Обоснована целесообразность и установлены количественные показатели, определяющие эффективность перехода с одного типа дороги на другой. Переход должен осуществляться при достижении объема вывозимой по этому участку древесины выше определенного значения, что позволяет уменьшить общие транспортные затраты за счет снижения затрат на вывозку.

На основе алгоритма Дейкстры и перечисленных выше исследований разработан усовершенствованный алгоритм проектирования рациональной схемы сети лесных дорог (лесовозных и лесохозяйственных), блок-схема которого представлена на рис. 1. На рисунке блоки 1-17 обозначают: 1. Ввод матрицы стоимостей строительства и ремонта дорог;

124

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Карта

Файл Карта Этапы Редактор Помощь

имеющаяся дорога;

участки дороги, которые необходимы в первый период освоения;

участки дороги, необходимые во второй;

участки дороги, необходимые в третий;

участки дороги, необходимые в четвертый;

участки дороги, необходимые в пятый;

участки дороги, необходимые в шестой период освоения

Рис. 2. Схема дорог, спроектированная по программе СЛД-1 с градацией по периодам освоения

2. Ввод данных, характеризующих вершины графа - укрупненные выделы (координаты центров выделов, группу класса возраста и преобладающую породу); 3. Ввод данных о существующих дорогах, рельефе и других особенностях местности - реках, болотах и т.п.; 4. Формирование первоначальной матрицы весов ребер; 5. Создание списка неосвоенных выделов, для данного этапа; 6. Построение схемы сети лесовозных дорог; 7. На всех ребрах графа определяются дополнительные вершины и выполняется

поиск кратчайших путей до центров всех неосвоенных ранее выделов с одновременным определением рентабельности их освоения;

8. Добавление в транспортную сеть выделов с минимальными транспортными затратами и неотрицательной рентабельностью (вершина исключается из списка неосвоенных вы-делов). Если таких вершин нет, то переходим к пункту 11; 9. Путь до выдела фиксируется как построенный и корректируется матрица весов ребер; 10. Если есть еще неосвоенные выделы, то переходим к пункту 6; 11. Оп-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010

125

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ределение грузопотока для всех дорог сети; 12. Выбор типа дорог, построенных на текущем этапе; 13. Определение показателей экономической эффективности (прибыль, рентабельность) освоения укрупненных выделов для текущего этапа; 14. Все нерентабельные выделы текущего этапа переносятся в список неосвоенных следующего этапа; 15. Если еще не рассмотрены все этапы, то прейти к рассмотрению очередного временного этапа; 16. Построение сети лесохозяйственных дорог; 17. Сохранение всех полученных данных.

При проектировании схемы сети дорог с использованием алгоритма, приведенного на рис. 1, устраняются все отмеченные ранее недостатки. В частности, особенности местности (реки, болота и т.п.) учитываются непосредственно в процессе реализации автоматизированного проектирования. Все данные об этих объектах вводятся в расчет вместе с исходными данными и впоследствии учитываются при поиске кратчайших путей. Кроме того, в основной части алгоритма производится ввод дополнительных вершин в граф, которые дают возможность строить пути не только по центрам выделов.

Дополнительные точки размещаются на ребрах - дорогах, которые уже включены в схему сети. После нахождения кратчайшего пути, все незадействованные в проектируемой сети вспомогательные вершины удаляются из графа. Это уменьшает длину пути между нижним складом и центром выдела и позволяет приблизить схему сети к реальным условиям. Подготовка данных для реализации алгоритма занимает незначительное время, что позволяет оперативно рассмотреть и проанализировать несколько альтернативных вариантов решений и выбрать наиболее эффективный.

На основе результатов указанных в работе исследований и алгоритма (рис. 1) в 2008 г. были разработаны значительно усовершенствованные программы проектирования рациональной схемы сети лесных дорог и одновременного определения экономической доступности лесных ресурсов, названные нами соответственно - сеть лесовозных дорог (СЛД-1) и сеть лесных (лесовозных и лесохозяйственных) дорог (СЛД-2). (Свидетельства о государственной регистрации программ для

ЭВМ № 2008614147 (2008 г.) и № 2009610561 (2009 г.) «Проектирование рациональной схемы сети лесовозных автодорог», авторы О.В. Болотов, Ю.М. Ельдештейн, РА.Черных).

На рис. 2 представлена схема одного из вариантов сети лесовозных дорог, спроектированная по программе СЛД-1 для реальных условий арендного участка Высокогорского лесозаготовительного предприятия филиала Лесосибирского лесопильно-деревообрабатывающего комбината № 1 (Красноярский край, г. Лесосибирск). Участок расположен на территории бывшего Енисейского лесхоза в Рудюковском лесничестве.

На схеме дорог в границах арендного участка показаны: в левом нижнем углу

- пункт доставки древесины (нижний склад); флажками с номером - центр укрупненного выдела; квартальная сетка с номером квартала; река и др.

На рисунке приведена схема сети лесных дорог с градацией по периодам освоения, продолжительность которых может быть установлена в требуемом для планирования освоения участка временном интервале. Например, один год - планирование ежегодной производственной программы на 6 лет (краткосрочное и среднесрочное планирование), 10 или 20 лет - долгосрочное планирование с учетом динамики лесного фонда (10 и 20 лет

- периоды перехода лиственных и хвойных древостоев из одной возрастной градации в другую), то есть шестой период освоения будет соответствовать обороту рубки, если на данном арендном участке имеется возможность организовать непрерывное и неистощительное лесопользование. При этом возможность организации непрерывного и неистощительного лесопользования легко проверить, моделируя процесс ежегодных рубок. Укрупненные выделы, к которым дороги не проложены, на рассматриваемый период времени и заданном уровне рентабельности являются экономически недоступными. При необходимости, используя программу СЛД-2, до этих участков могут быть спроектированы лесохозяйственные дороги для возможности выполнения комплекса необходимых лесохозяйственных мероприятий. В местах пересечения дорогами реки могут быть рас-

126

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2010