ОСОБЕННОСТИ ПрименениЯ компьютерного моделирования при выборе системы машин для рубок ухода

 

Суханов Ю.В. (ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ)

 

The article focuses on the choice of the logging machinery for thinning

 

Ключевые слова: компьютерное моделирование, рубки ухода

Key words: computer simulation, leaving cabins

 

При решении вопроса оптимального выбора системы машин для рубок ухода необходимо учитывать значительное количество факторов: таксационные характеристики древостоя, почвенно-грунтовые условия, климатические условия, программу рубок. Различные системы машин для выполнения рубок ухода и соответствующая им технологическая организация работ имеют разную производительность и не одинаково влияют на природную среду. Поэтому вопрос выбора оптимальной системы машин для конкретных природно-производственных условий приобретает значительную актуальность.

Для решения данного вопроса предлагается создание компьютерной системы поддержки принятия решения, которая позволит получить оценку для различных систем машин, на основании которой возможно сделать обоснованный выбор.

Рассматривать рубки ухода отдельно от главной рубки не правильно. Основная задача рубок ухода это получения к возрасту главной рубки высококачественного насаждения, увеличение процента выхода деловой древесины, а также увеличение фактического лесопользования с гектара. Поэтому основными критериями выбора системы машин должны быть объем деловой древесины, получаемый при главной рубке, и экономический эффект от проведения рубок ухода. Эти два критерия учитывают качество выполнения программы изреживания, производительность машин, повреждаемость при рубках ухода оставляемого на доращивание древостоя и себестоимость проведения рубок ухода.

Модель проведения рубок ухода реализована в виде готовой программы на языке Map Basic, что позволяет использовать ее на компьютере с установленной программой Map Info. Результаты работы программы представляются в виде таблиц и диаграмм, на основании которых возможно сделать обоснованны выбор. Варьируя типами и марками машин можно подобрать оптимальную по составу систему машин или оптимизировать проектные параметры и выбрать аналоги для проектирования новой машины с учетом будущих условий эксплуатации.

Модель проведения рубок ухода состоит из нескольких частей:

Модуль начальных условий, который на основе начальных условий (климатический район, рельеф, состав насаждения, запас, возраст, класс бонитета и др.) генерирует горизонтальную и вертикальную структуру древостоя, грунтовые условия, температуру, величину снежного покрова, также выбирается волок и если это первая рубка, то выбираются деревья в рубку. Эти данные служат исходными данными для имитационной модели.

Модуль проведения рубки ухода позволяет моделировать как работу харвестера, выбираемого из базы данных, так и бригады вальщиков. В имитационной модели работы харвестера учитываются повреждения оставляемому на доращивание древостою (в том числе и корневой системе), колее образование и уплотнение почвы, кроме этого учитывается время работы харвестера (общее, время на передвижение, валку, обработку). При моделировании бригады вальщиков также учитываются повреждения при валке.

Модуль трелевки позволяет моделировать работу форвардера, выбираемого из базы данных, и колесного чокерного трелевочного трактора. При моделировании также учитываются повреждения древостоя и почвенного покрова получаемые при трелевке. 

Программа позволяет моделировать вторые или третьи рубки, при этом исходными данными являются выходные данные моделирования роста древостоя подвергнувшегося первым рубкам ухода.

Для того чтобы рассчитать, как меняются таксационные характеристики древостоя в промежутках между  несколькими подходами промежуточных рубок и какими будут эти характеристики к времени главной рубки необходимо моделировать ход роста древостоя. Модель хода роста может «отслеживать» судьбу каждого дерева или моделировать изменения во времени общих характеристик всего древостоя. Моделирование каждого дерева в отдельности сопряжено со многими трудностями, особенно когда речь заходит о моделировании хода роста в большом временном промежутке. Моделирование общих характеристик всего древостоя с одной стороны проще, т.к. уже разработано множество адекватных математических моделей изменения запаса насаждения, числа деревьев, средних высот и диаметров. Кроме того, для однородных древостоев, возможно моделирование, основанное на применении региональных таблиц хода роста, которые описывают изменение во времени таксационных признаков насаждения. Но для задачи оптимального выбора системы машин важно чтобы при вторых и третьих промежуточных рубках деревья сохраняли бы не только свои координаты на местности, но и особенности развития, а также информацию о повреждениях полученных при предыдущих рубках.

Входными данными модели хода роста служат: тип леса, начальный и конечный возраст моделирования, бонитет, запас на момент моделирования. Шаг расчета 10 лет. Текущий прирост и отпад получаем из региональных таблиц хода роста. После расчета изменения общего запаса насаждения и числа деревьев, моделируем изменение диаметров и высот каждого дерева. В период быстрого роста в древостоях превалирует дискриминационная форма отпада, который направлен в первую очередь на элиминацию угнетенных или отставших в росте растений. Наиболее слабые деревья определяются по высокому проценту перекрытия их зоны влияния другими (соседними) деревьями.  Также отпадают деревья, получившие в результате проведения рубок ухода сильные повреждения (слом вершины, сильный наклон ствола, повреждение большой площади корневой системы). Подрост в модели не рассматривается, т.к. он практически не влияет на деревья старшего поколения.

Применение модели хода роста позволяет не только сравнивать системы машин и разные технологии проведения рубок ухода, но и позволяет сравнить результат полученный после проведения рубок ухода с базовым вариантом (без рубок ухода). Это может позволить оптимизировать число промежуточных рубок, период их повторяемости и оптимальное количество деревьев, которое необходимо назначить в рубку за каждый прием.

Данные, характеризующие состояние древостоя перед главной рубкой, а также результаты работы других модулей, являются входными параметрами для лесоводственно-экономической модели. С помощью которой, сравнивая экономический эффект от проведения рубок ухода с помощью той или иной системы машин, можно выбрать наиболее подходящую систему машин для данных природно-производственных условий. а также целесообразность проведения рубок ухода в конкретном древостое. Кроме того, возможно оценить каковы экономические потери от отклонений  в выполнении программ рубок ухода или от увеличения числа поврежденных деревьев.