КОМПЬЮТЕРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ УСКОРЕННЫМ ВЫРАЩИВАНИЕМ НАСАЖДЕНИЙ

 

Черепухин С.А. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

 

The control systems of the accelerated cultivation of wood cultures are considered.

 

Выращивание насаждений до возраста технической спелости – это сложный процесс, как с технологической, так и с экономической стороны. Эта сложность обусловлена, главным образом, большим возрастом технической спелости – в среднем не менее 50-60 лет.

         Длительный процесс выращивания затрудняет  учет и прогнозирование изменений климатических, экологических и других параметров, существенно влияющих на рассматриваемый процесс. С большим периодом роста леса связывают сложность и малую точность существующей практики определения реакции насаждений на рубки ухода. Все это приводит к тому, что осуществляемые на практике  режимы рубок ухода за лесом не всегда являются достаточно эффективными, а компенсировать допущенные погрешности   в будущем удается не всегда. Также, при решении задач оптимального управления лесовыращиванием возникают сложности, связанные с колебанием цен на лесоматериалы и с изменением спроса на отдельные виды лесопродукции. Это требует использования гибких систем управления, позволяющих вносить необходимые коррективы в процесс лесовыращивания. Немалую сложность для внедрения в практику лесовыращивания  автоматического контроля и управления представляет протяженная пространственная структура лесфонда, его удаленность от крупных промышленных объектов.

         Тем не менее, уже сейчас существует острая необходимость в компьютерных системах управления лесовыращивания, работающих в системе «советчика». При наличии относительно дешевой, неспециализированной аппаратуры такие системы высокоэффективны, так как позволяют осуществлять гибкое управление процессом с учетом большого количества технологических и экономических параметров.

Таким образом, задача сводится к следующему:  необходимо выбрать возрасты рубок и количество вырубаемых деревьев таким образом, чтобы сумма объемов стволовой древесины от промежуточных и сплошных рубок была максимальной. При этом время выращивания было минимальным.

                               ,                            (1)

где    i  -  индекс   рубки   ухода i = 1, 2, 3....n;    n  - сплошная рубка; k  - количество вырубаемых деревьев при рубке ухода или сплошной       рубке;   j  - индекс деревьев;   V_ij – объем  j-го дерева в i-ой рубке; t  -   возраст технической спелости; V(D_j,H_j) – функция объема одного дерева при i-ой рубке ухода  или сплошной рубке, м³; D_j  –  диаметр j-го дерева; Н –высота j-го дерева, м.

В данной случае под управлением процесса лесовыращивания понимается такая форма хозяйственной деятельности, которая обеспечивает согласованную, четкую взаимосвязь и взаимодействие между отдельными составными частями системы, координируя всю производственную деятельность в пространстве и времени.

         Прежде чем перейти к выработке решений по управлению, представляется вполне обоснованным провести анализ самой системы, над которой это управление будет осуществляться.

         Компьютерную систему управления процессом рубок ухода за лесом можно представить следующим образом, как показано на рис. 1.

         Рисунок 1- Система компьютерного управления процессом  рубок ухода

 

Система  описывается следующими параметрами:

-       ,…   - входные (начальные) параметры, влияющие на режим i - й рубки и носящие стохастический характер. Эти параметры можно учитывать, измерять, но не изменять;

-        ,… - те же величины что и ,…, но уже после проведения рубок. Величины этих параметров будут в значительной мере влиять на дальнейший прирост стволовой древесины. Изменяясь со временем, эти параметры для следующей рубки будут входными;

-       Х₁,…Х_к  -  входные  величины контролируемых, регулируемых воздействий на объект управления. Фактически  - это режимные параметры рубок ухода, установленные лесоводом  с помощью ЭВМ;

-       f₁,….f_к  - значения входных параметров, определяющие размеры  и   эффективность пользования древесиной;          

Задача функционирования представленной системы управления состоит в подборе значений  Х₁,…Х_к таким образом, чтобы с учетом ограничений ,…. и случайных входных величин  ,…найти оптимальные значения f₁,….f_к при поддержании на заданном уровне значений параметров ,….

         Компьютерная программа, написанная на основе соответствующего алгоритма управления, должна обеспечить высокоэффективную работу лесозаготовительного предприятия, поддерживания на оптимальных уровнях значения всех экономических показателей процесса лесовырашивания. При этом в основе оптимального управления должен лежать принцип целостности и целенаправленности вырабатываемых управляющих воздействий. Другими словами, каждая относительно взятая рубка должна увязываться с последующими рубками. Режимы рубок должны быть оптимальными не для какой-либо отдельной операции, а для всей системы выращивания, не смотря на большую продолжительность процесса.

         Использование на практике программ компьютерного управления возможного на двух уровнях:

         1 уровень. Использование персонального компьютера первичными лесохозяйственными предприятиями для практических расчетов режимов рубок.  Для выработки управляющих воздействий здесь вводится таксационные показатели конкретного древостоя ,…, а именно запас стволовой древесины на 1 га, средний диаметр и высота, число деревьев на 1 га, возраст древостоя. На выходе ЭВМ выдает требуемые режимные параметры рубок: изменение запаса, величина снижения густоты, время проведения рубки. Соблюдая эти режимные параметры становится возможным получить при минимальных затратах максимальную прибыль от промежуточного пользования древесиной и при этом качественно улучшить состав насаждения, что послужит залогом дальнейшего улучшения эффективности лесопользования.

         2 уровень. Использование персонального компьютера лесопроектными предприятиями для разработки моделей прогноза лесопользования, выработки стратегии проведения лесохозяйственных мероприятий.

         В обоих случаях персональный компьютер используется в режиме «советчика». Полученные результаты по управлению процессом лесовыращивания всегда можно сравнить с имеющимися нормативными документами. Рассмотренный  режим работы позволяет всегда достаточно быстро вводить коррективы  в программу рубок, особенно в случае появления внезапных, неблагоприятных, случайных воздействий.