Использование ГИС при проектировании лесосечных работ

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Проведенные исследования и экономические расчеты показали, что с целью выравнивания объемов выработки основного комплекта машин целесообразно иметь в качестве дополнительных машин на валке, на обрезке сучьев и раскряжевке бензиномоторную пилу, на трелевке - чокерный трелевочный трактор.

На лесосечных работах, как правило, применяются различные типы машин и условия их работы разнообразны. Для расчета режимов работы комплектов машин в конкретных природно-производственных условиях нами составлена аналоговая модель и разработана программа для персональных ЭВМ.

Библиографический список

1. Алябьев, В.И. Основы математического моделирования лесопромышленных процессов / В.И. Алябьев // Пособие аспирантам. - ЦНИИМЭ.- 1990. - 398 с.

2. Бусленко, В.Н. Автоматизация имитационного моделированиия сложных систем / В.Н. Бусленко;

под ред. и с послесл. Н.П. Бусленко. - М.: Наука, 1977. - 239 с.

3. Дудюк, Д.Л. Определение оптимального межоперационного запаса сырья / Д.Л. Дудюк // Лесной журнал. ИВУЗов. - 1978. - № 3. - С. 131 - 134.

4. Заикин, А.Н. Моделирование режимов работы лесосечных машин / А.Н. Заикин // Известия высших учебных заведений. - Лесной журнал. - 2009. -№ 1. - С. 71-77.

5. Климушев, Н.К. Управление запасами лесоматериалов: монография / Н.К. Климушев. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 187 с.

6. Лебедев, Ю.А. Исследование процесса перегрузки хлыстов на нижних складах леспромхозов / Ю.В. Лебедев // Межвуз. сб. научн. тр. Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса. - Л., 1976. - Вып. 5.

7. Никитин, В.А. Опыт работы по созданию запасов хлыстов на нижних складах лесозаготовительных предприятий Свердлеспрома / В.А. Никитин. - М.: Лесная пром-сть, 1974. - 35 с.

8. Редькин, А.К. Математическое моделирование и оптимизация технологий лесозаготовок: учебник для вузов / А.К. Редькин, С.Б. Якимович. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 504 с.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИС ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЛЕСОСЕЧНЫХ работ

Ю.А. ШИРНИН, проф. каф. ТОЛПМарГТУ, д-р техи. наук,

Н.И. РОЖЕНЦОВА, ст. преподаватель каф. информатики МарГТУ, канд. техн. наук

Лесозаготовительные предприятия осуществляют заготовку древесины на основании соответствующих правовых документов. Одним из основных является технологическая карта разработки лесосеки. В ней отражают особенности и характеристики лесосеки, схему ее разработки, технологию лесосечных работ и производственные показатели.

На схеме разработки должны быть показаны границы и размеры лесосеки, лесовозные усы, границы делянок, лесопогрузочные пункты, направление волоков и границы пасек, куртины подроста и молодняка, размещение оборудования, порядок освоения делянок, зона безопасности.

Необходимые для проектирования (составления технологической карты) характеристики лесосек берутся из лесоустроитель-

nataroz@mail.ru

ных книг и из результатов осмотра лесосеки. В настоящее время на многих лесозаготовительных предприятиях лесоустроительная информация представлена не только в книжном, но и в электронном виде, например, карты и таблицы геоинформационных систем (ГИС). Подобные программные продукты позволяют более эффективно представить и использовать лесоустроительную информацию. Данный факт позволяет сделать вывод о том, что современную процедуру составления технологических карт возможно и необходимо совершенствовать, используя данные ГИС.

Цель настоящей работы - показать необходимость и возможность использования геоинформационных систем при проектировании лесосечных работ, в частности, в процедуре автоматизации построения технологической карты разработки лесосеки.

76

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Открыть Стрелка Перемещение Информация Увели

Вызов Контроль слоев Т емы Выбор слоев

Рис. 1. Привязка лесосек к системе координат у: 1 - номер таксационного выдела; 2 - лесовозная дорога

Для этого была поставлена и решена задача написания программы, позволяющей осуществлять построение технологической карты в автоматическом режиме, используя данные ГИС.

Любой лесной участок, предназначенный для разработки, имеет характеристики, представляемые в табличной и картографической форме. Информация о форме лесосеки представляется в картографической форме, например в виде электронной карты ГИС. Это позволяет получить данные о границах лесосеки в системе координат хОу и представить границу в виде математической функции. Функциональное описание границы лесосеки дает возможность определять в автоматическом режиме параметры, необходимые для составления технологической карты.

Для построения функции представим предназначенную в рубку лесосеку в системе координат хОу (рис. 1). В данном случае лесосекой является таксационный выдел № 28, примыкающий к лесовозной дороге.

Процедура привязки к данной системе координат осуществляется автоматически по прилегающей к лесосеке лесовозной дороге (квартальной просеке, усу, ветке). Осью Ох в решении задачи привязки является существующая линия лесовозной дороги, а крайняя левая точка на ней - точкой начала координат.

В качестве функции, описывающей границу лесосеки, выбирается полином степени р, который записывается в виде [1]

у( х) = X сшхт =

т=0

=С + СХ + СХ2 + ... + С ,хд-1 + с хд,

где ст - коэффициенты полинома; т - номер коэффициента; х, у - текущие координаты границы лесосеки.

Нахождение коэффициентов полинома осуществляется на основе метода наименьших квадратов.

В результате интегрирования (1) получается функция площади исследуемого участка (лесосеки).

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2010

77

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

примыкающей к лесовозной дороге, м

Рис. 2. Графическое представление задачи определения технологических параметров лесосек: 1 - погрузочный пункт; 2 - граница лесосеки

Размер стороны лесосеки, примыкающей к лесовозной дороге, м

Рис. 3. Графическое представление задачи определения среднего расстояния трелевки I, II - полученные делянки; Л - часть делянки, тяготеющая к погрузочному пункту слева; П - справа

j f (X)D Х = jZ crnXmd х =

0 0 m=0

Ц С X

= Z m^

m=0

mt___

m +1

Ц c x

= Z c^—

m=0 m +1

При равномерном распределении древесины имеем функцию запаса на лесосеке

ц c xm+1

Q

104 m=0 m +1

где q0 - средний запас древесины на лесосеке, м3 /га.

х

0

По технологии лесосека разбивается на делянки. Лучшим считается то разбиение, при котором запасы на полученных делянках примерно равны. В данной процедуре используем функцию запаса (3).

Разбиение на делянки в представляемом решении осуществляется по количеству погрузочных пунктов Z, которое может быть рассчитано любым известным способом [2, 3].

Границы делянок располагаются в точках, соответствующих значениям запаса (рис. 2).

Q

где Q(х)z - значение запаса в точке расположения границы делянки;

Z - количество погрузочных пунктов; z - порядковый номер каждого погрузочного пункта.

Следующим этапом является определение местоположения погрузочных пунктов внутри каждой делянки (рис. 2). Значение запаса в точке расположения погрузочного пункта найдется из зависимости

Q( х) пп

Q

где Q(х)z - значение запаса в точке расположения границы делянки.

Значение абсциссы этой точки определяется из формулы (3) после подстановки значения запаса Q(x)nn.

На рис. 2 представлена иллюстрация работы программы в части описания границы лесосеки полиномиальной функцией (1), разбиения лесосеки на делянки и определения расположения погрузочных пунктов.

Функциональное описание линии границы лесосеки, основанное на использовании данных и возможностей ГИС, позволяет определять значение среднего расстояния трелевки I на делянке (лесосеке). Данный показатель необходим для определения производительности трелевочного оборудования.

Решение данной задачи также требует представления предмета исследования в системе координат хОу (рис. 3). Таким предметом в данном случае является не вся лесосека, а ее часть, делянка. Осью Ох по-прежнему является линия лесовозной дороги, а местонахождение точки начала координат и

78

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

расположения оси Оу будет изменяться в зависимости от того, для какой части делянки (тяготеющей слева или справа) определяется значение среднего расстояния трелевки I. Для правой части делянки началом координат (расположения оси Оу) будет точка размещения погрузочного пункта. Для тяготеющей слева части - крайняя левая точка лесовозной дороги (оси Ох), из которой выходит линия границы делянки (рис. 3).

Для нахождения среднего расстояния трелевки на делянке используем методику [2].

Расстояние трелевки с элементарной площадки (рис. 3) определяется по формуле

£ стхт

L = х + ^ = х + ----.

у

2

Площадь элементарной площадки

dS = ydx = £ emxmdx.

m=0

Элементарная грузовая работа

dR = q0dS£э = q01 £ Стх

m=0

X +

ц 2 £ СтХт

т=0

V

dx.

J

Площадь рассматриваемого участка составит

Ъ1 *1 ц

S = j ydx = j £ CmXmdx.

0 0 m=0

Запас на исследуемом участке найдем из выражения

1 ц

Q = Q0S = Q0 j £ Cmxmdx .

0 m=0

Для части П делянки, равной Ъ тяготеющей к погрузочному пункту справа (рис. 3), I найдется из следующего выражения ц 1

£~+^ СтЪГ +

т=0 т + 2

ц ц 1 С С Ът+п+1

„ ,D + £ £--------------------

L £ UK = т=0 п=0 т + п +1___2_____

б

ц1

£ — СтЪ”

т=0 т + 1

где Ъ - ширина делянки, тяготеющей к погрузочному пункту справа, м.

Для части Л делянки, равной Ъ тяготеющей к погрузочному пункту слева, £ определится по формуле

£( - + 1------+2 ^ СтЪ2т+2 +

m=0 V т +1 т + 2 J

ц ц 1 С С Ът+п+1

„ + £ £--------------------mjLj2-----

L £ UK m=0 п=0 m + п +1___________2______

б

ц1

£ —Г СтЪ2

т+1

т=0 т + 1

Результатом работы программы является технологическая карта разработки лесосеки (рис. 4). В данном случае речь идет о ее разработке системой машин: бензопила (на валке, обрезке сучьев и раскряжевке) и форвардер (на трелевке сортиментов). Разработанная программа предусматривает проектирование технологической карты при использовании 6 систем лесосечных машин. Комплекты лесосечных машин могут добавляться.

т

Рис. 4. Технологическая карта разработки лесосеки, построенная в автоматическом режиме

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2010

79