УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЯМИ УСКОРЕННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННЫХ НАСАЖДЕНИЙ
Черепухин С.А. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)
For receiving ecologically non-damaged plantings it is necessary to choose: the best schedule of cutting-off infected or damaged plants, the best components of skidding equipment. Programming procedures and algorithms of making management decisions while conducting the cutting-off of infected or damaged plants have been developed to achieve these goals.
Для малолесных районов Европейской части России нужны новые компьютерные технологии проектирования и управления ускоренным выращиванием лесонасаждений с высокими лесоводственно-экологическими и экономическими характеристиками.
Таким образом, необходимо решить две задачи:
1. Выбрать возрасты рубок и количество вырубаемых деревьев таким образом, чтобы сумма объемов стволовой древесины от промежуточных и сплошных рубок была максимальной:
,
(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; Vij - объем j-го дерева в i-ой рубке, м3; t - возраст древостоя при сплошной рубке, лет.
,
(2)
где V(Dj,Hj)– функция объема одного дерева при i-ой рубке ухода или сплошной рубке, м3; Dj – диаметр j-го дерева, м; Н – высота j-го дерева, м.
2. Выбрать вид трелевочного оборудования таким образом, чтобы сумма поврежденных деревьев каждой степени тяжести была бы минимальна при минимальных затратах:
, (3)
где i – степень тяжести повреждений: 1- слом ствола ниже 0,5 высоты дерева; 2- слом ствола выше 0.5 высоты дерева; 3- слом вершинок стволов; 4- повреждения корневой системы у растущих деревьев; 5- повреждения кроны и коры; Vij – объем j-го дерева в i-ой степени тяжести, м3; S – затраты на проведение рубки и трелевку деревьев, руб.
Компьютерная программа 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.
Для решения этих задачи необходимо найти математические модели: хода роста насаждений; реакций насаждений на рубки ухода; различных видов лесоводственно-экологического ущерба; эксплутационных затрат на проведение лесосечных работ.
Алгоритм нахождения коэффициентов уравнений.
1. Ввод исходных значений из базы данных:
2. Ввод данных с клавиатуры
- Значение точности нахождения E коэффициентов регрессионной модели и значение предела нахождения порядка уравнения min;
- Начальное значение порядка уравнения;
- Конечное значение порядка уравнения.
3. Нахождение значений постоянных коэффициентов уравнений.
4. Расчет суммы средне квадратичного отклонения
5. Если D2<min, тогда происходит запоминание значений коэффициентов и переход к пункту 7.
6. Увеличение порядка уравнения, переход к пункту 3.
7. Если точность устраивает переход к пункту 8 иначе к пункту 6.
8. Вывод на печать оптимальных коэффициентов уравнения
Алгоритм оптимизации режимов рубок ухода
Рассмотрим вопрос о нахождении объема вырубаемых деревьев и возраста проведения рубок ухода, при которых целевая функция (1) будет максимальной.
Поиск максимума целевой функции производится в задаваемом временном промежутке для различных диаметров технической спелости. Количество рубок и объем рубки задается в зависимости от породы и начального возраста рубки. Рассмотрим алгоритм поиска оптимальных параметров промежуточных и сплошной рубки:
1. Ввод данных с клавиатуры: возраст первой рубки; диаметр технической спелости; минимальный и максимальный процент изреживания для прочистки, прореживания, проходной рубки;
2. Нахождение математических моделей диаметра, высоты, запаса и суммы площадей сечения от возраста.
3.
Расчет объема древесины Vi полученной при i рубке
ухода 
, где Vij
- объем j-го дерева в i-ой рубке, м3; n
– количество вырубленных деревьев: 
, где S–
сумма площадей сечений, м2; Рi –
процент вырубаемых деревьев при i-ой рубке; D – средний диаметр насаждений,
м.
4.
Расчет суммарного объема Vs полученного при рубках ухода и сплошной рубке Vсп: 
5. Нахождение и запоминание оптимальных параметров сплошной рубки и рубки ухода:
- ЕСЛИ 
>max ТО max=, запоминание возраста и процентов вырубаемого запаса
при каждой рубки ухода (где tсп – возраст сплошной рубки).
6. Определение возраста следующей рубки tсл:
Возраст,
при котором можно проводить следующую рубку – это тот возраст, при котором
полнота древостоя достигнет значения единице. Полноту можно определит по
формуле: 
, где Sрас
– расчетная сумма площадей сечений; Sтаб
– табличная сумма площадей сечения.
7. ЕСЛИ текущий диаметр насаждения при возрасте tсл равен диаметру технической спелости ТО переход к пункту 9.
8.
Проводится следующая рубка, процент изреживания
9. ЕСЛИ перебраны все варианты, то переход к пункту 11.
10.
Проводят, рассечет процента вырубки
11. Вывод результата.
Таким образом, приведенные выше алгоритмы позволяют оптимально выбрать процент изреживания и возрасты рубок ухода таким образом, чтобы сумма объемов стволовой древесины от промежуточных и сплошной рубки была максимальной при минимальном времени лесовыращивания.
Алгоритм оптимального выбора трелевочного оборудования
Алгоритм оптимального выбора трелевочного оборудования делится на 6 этапов, на каждом из которых определяются:
1. Вид экологического ущерба.
2. Степень тяжести повреждений.
3. Весовые коэффициенты каждого вида повреждений.
4. Математические зависимости экологического ущерба от применяемого трелевочного оборудования.
5. Математические зависимости эксплуатационных затрат.
6. Оптимальное трелевочное оборудование, исходя из минимума целевой функции (3).