Подготовительные работы проводят с целью создания необходимых условий для безопасной и высокопроизводительной работы на основных лесосечных работах. Подготовка лесосек к разработке обязательна и должна проводиться до ее начала.
2.1 Состав подготовительных работ
В состав подготовительных работ входят: подготовка лесосырьевого фонда, уборка опасных деревьев, подготовка волоков и лесопогрузочных пунктов, выбор трасс и строительство лесовозных усов; подготовки обслуживающих (вспомогательных) производств (обустройство мастерского участка).
2.2 Отвод лесосек в натуре
Отвод лесосек производят лесхозы, как правило, в весенне-летний период: по главному пользованию и лесовосстановительным рубкам - за 2 года до поступления лесосек в рубку; по рубкам ухода за лесом - за 1 год до рубки; по сплошным санитарным и прочим подобным рубкам - по фактической необходимости. Перед отводом лесосек все лица, привлекаемые к этой работе, должны быть предварительно проинструктированы с проведением тренировки по отводу и таксации лесосек в натуре. Приступая к отводу лесосеки, берут ее выкопировку с плана нарезки лесосек (с подробной привязкой), выписывают таксационную характеристику входящих в нее участков-выделов и подбирают аэроснимки, если они имеются.
Запроектированную к отводу лесосеку предварительно осматривают в натуре. При существенных расхождениях с данными лесоустройства (неспелый лес, неправильное определение преобладающей породы), в результате чего насаждения не могут быть отведены в рубку, эти участки заменяют другими с составлением соответствующего акта. При необходимости лесосеку разбивают на делянки.
2.3 Подготовительные работы по площади делянок
Делянка - участок лесосеки, тяготеющей к одному погрузочному пункту (верхнему складу). Количество делянок на лесосеке зависит от ее размеров и принятого среднего расстояния трелевки. Размеры делянок для каждого конкретного случая различны и зависят в основном от типа применяемых машин на валке и трелевке.
Пасека - это часть делянки, осваиваемая с одного трелевочного волока. Длина пасеки преимущественно равна ширине делянки. Ширину пасеки устанавливают исходя из способа валки и трелевки деревьев (хлыстов), состава и высоты лесонасаждений, рельефа местности, почвенно-грунтовых условий.
Лента (полупасека)- часть делянки, которая разрабатывается за один проход вальщика, ВТМ или ВПМ.
Производится разбивка на пасеки с помощью визиров. Отводится защитная полоса с открытой границей шириной 25-30 м. Прокладывается волок, его граница отмечаются метками на деревьях.
2.4 Выбор схемы транспортного освоения лесосеки
Прокладка волоков должна происходить с максимальным использованием промежутков между оставляемыми деревьями и вырубкой при этом минимального количества деревьев (подроста). Ширина волока должна быть не более 5 м. Длина пасечных волоков в летний период (при непромерзшем грунте) до 250 м в лесах 1 и П группы и 300 - в лесах III группы. В зимний период при промерзшем грунте длина волоков может увеличиваться.
При проведении лесосечных работ в летний период в лесах с влажными и переувлажненными почвами или со свежими суглинистыми почвами трелевка древесины допускается только по волокам, укрепленным порубочными остатками.
Общая доля повреждений почвы путем минерализации ее поверхности на тяжелых глинистых и суглинистых сырых и влажных почвах (долгомошная, черничная и сходные с ними группы типов леса) не должна превышать 20% площади лесосеки в равнинных условиях.
В равнинных условиях повреждение почвы в виде колеи глубиной свыше 10 см и протяженностью более 3% длины пасечного волока и более 5% магистрального не допускается. Для местности, где образование колеи не ведет к резкому снижению защитных, водоохранных функций леса и условий лесовозобновления, ограничения по повреждению почв могут снижаться органами лесного хозяйства.
2.5 Разрубка трасс и строительство лесовозных усов
Транспортная подготовка лесосечного фонда включает изыскание и строительство лесовозных усов и искусственных сооружений. Лесовозные усы, как правило, имеют простое устройство.
До начала разработки на лесосеку подводится ус лесовозной дороги. Для его прокладки выполняют упрощенные изыскание местности. Трассирование уса должно быть увязано с принятой технологией разработки лесосек.
Для прокладки уса разрабатывается полоса шириной 6...8 м. Все опасные деревья вдоль лесовозного уса на расстоянии 25 м в обе стороны убирают до начала его строительства. Тип уса выбирается в зависимости от почвенно-грунтовых условий. Протяженность лесовозных усов зависит от принятого расстояния трелевки и размещения лесосечного фонда, отведенного в рубку на расчетный год. Усы строят дорожно-строительные бригады под руководством мастера.
2.6 Подготовка погрузочных площадок. Расчет необходимого числа погрузочных площадок для складирования заготовленной древесины
Места под погрузочные площадки выбираются по требованиям:
Уклон автопоезда не должен превышать 15%, а сам путь должен быть по возможности прямолинейным;
Под погрузочную площадку желательно использовать территорию, имеющую редину, прогалину, без подроста основной породы;
Размер погрузочной площадки должен быть достаточным для размещения 6-8 сменного запаса леса, заготовленного бригадой.
Места для погрузочных площадок устраивают в соответствии с технологической картой одновременно с разрубкой просеки для дороги. Подготовка погрузочных площадок заключается в следующих работах:
Расчистка площадки от валежника, кустарника, валунов, спиливают пни заподлицо с землей
Разрубка зон безопасности и укладка хлыстов в качестве лежней.
Выбираем погрузочные площадки размером 35х40 м.
2.7 Затраты труда на проведение подготовительных работ
Объем подготовительных работ, и трудозатраты на их выполнение зависят от годового объема производства, почвенно-грунтовых условий и рельефа местности и системы машин на лесосечных работах и т.д.
Воспользуемся следующей формулой для определения трудозатрат:
где Q - годовой объем вывозки леса с каждой лесосеки, м3;
q - запас леса на 1 га, м 3 ;
A - трудозатраты на подготовку 1 га, (0,5-1,5 чел/дней);
B - трудозатраты на подготовку одного погрузочного пункта рабочими,(0,1-2);
K - коэффициент, учитывающий вырубки, гари и т.д., (1,1-1,2);
C - трудозатраты на строительство 1 км уса одним рабочим (10-15);
S - площадь, тяготеющая к одному погрузочному пункту, (5-8га);
b - ширина полосы леса, осваиваемая с одного уса, км.;
Правильная организация лесосечных работ возможна при плановом и своевременном строительстве лесовозных дорог. Схему размещения лесовозных дорог в лесосечном фонде разрабатывают таким образом, чтобы затраты на их строительство и последующую эксплуатацию с учетом расходов на трелевку были минимальными.
Для прокладки лесовозного уса выполняют упрощенное изыскание местности, которое увязывают с принятой технологией разработки лесосек. Схема размещения лесовозных усов разрабатывается с учетом равномерного размещения.
погрузочных пунктов, достижения минимально возможного расстояния трелевки, наличия удобного места для обустройства мастерского участка. Протяженность усов зависит от принятого среднего расстояния трелевки и размещения лесосечного фонда (его концентрации), отведенного в рубку на расчетный
Строительство лесовозного уса выполняется в следующей последовательности. Предварительно трассу уса намечают по абрису и общей схеме транспортного освоения лесосек. Затем трасса изыскивается на местности и закрепляется (визирами, вешками, засечками на деревьях) по оси. Разрабатывают полосу шириной 8 м и устраивают проезжую часть. Все опасные деревья вдоль трассы лесовозного уса на расстоянии 25 м в обе стороны убираются.
Усы лесовозных дорог строят лесовозные бригады под руководством дорожного мастера или мастера подготовительных дорог.
В зависимости от вида покрытия различают лесовозные автодороги: грунтовые, гравийные, щебеночные, грунтощебеночные, колейные, железобетонные, лежневые, снежные, ледяные и снежно-ледяные. Самые простые (грунтовые) дороги прокладывают в основном на сухих плотных грунтах, но в период распутицы работа автотранспорта на них затруднена. При наличии местных строи- тельных материалов наиболее эффективны гравийные и щебеночные дороги. Сначала профилируют земляное полотно таких дорог, затем насыпают песчаную подушку и слой гравия или щебня. На грунтовощебеночных лесовозных дорогах используют грунт и щебень, перемешанные в определенной пропорции. Для укрепления покрытий из грунта, гравия, щебня, грунтогравийных смесей и грунтогравийных смесей и грунтощебня применяют вяжущие органические или минеральные материалы: известь, битумы, газогенераторные смолы, цемент и др.
Покрытие колейных железобетонных дорог устраивают из железобетонных дорожных плит, уложенных по полосам движения колес автопоезда, лежневых - из бревен, хлыстов, брусьев и др. При освоении труднодоступных лесных массивов важное значение имеют зимние лесовозные дороги: снежные с покрытием из уплотненного снега, ледяные с покрытием изо льда, снежно- ледяные, снежные, обработанные водой.
Выбор трасс лесовозных усов
Правильное, хорошо организованное выполнение лесосечных работ возможно лишь в том случае, если на лесосеку своевременно, еще до прихода комплексных бригад, подведен лесовозный ус. Направление, протяженность и очередность строительства сети усов на год намечаются после отвода лесосек. При отводе лесосек и трассировании усов учитывают возможность использования существующей сети усов.
Основным требованием при разработке схемы размещения усов является требование наименьших затрат труда и средств на их сооружение и на последующую эксплуатацию с учетом расходов на трелевку. Трассирование уса должно быть всесторонне увязано с технологией разработки лесосеки, что выражается в равномерном размещении погрузочных пунктов, сокращении расстояний трелевки, выборе удобного места для пункта техобслуживания, столовой и т. д.
Направление трассы усов выбирает технорук лесопункта совместно с мастером леса, которому будет поручена разработка данной лесосеки, и дорожным мастером, под руководством которого будет строиться ус. Предварительно трассу уса намечают по абрису, затем ее уточняют на местности и закрепляют в натуре с помощью вешек, затесок на деревьях.
Для прокладки уса разрубают дорожную полосу шириной 8 м. Древесина, которую при этом заготовляют, используется для строительства уса. Оставшиеся хлысты укладывают для отгрузки на нижний склад. Все опасные деревья вдоль лесовозного уса на расстояние 25 м в обе стороны должны быть убраны до начала его строительства. Зону безопасности на территории лесосеки разрубают на полосе шириной 25 м комплексные бригады в начале разработки лесосеки.
При автомобильной вывозке леса прокладывают усы следующих типов: грунтовые (наезженные по естественному грунту), профилированные, улучшенные добавками песка или гравия, снежные, накатанные по уплотненному снегу, и снежно-поливные; лежневые из щитов, бревен или хлыстов; инвентарные ленточные; сборно-разборные из железобетонных плит; засыпные на хворостяной подушке. Тип уса выбирается в зависимости от почвенно-грунтовых условий и типа автомобилей с учетом наличия в леспромхозе дорожно-строительного оборудования и строительных материалов.
Усы узкоколейных дорог строятся, как правило, без балласта, с укладкой рельсовой решетки на спланированное грунтовое основание. В зимнее время в районах с устойчивой продолжительной зимой усы строят на снежном основании.
Усы строят дорожно-строительные бригады под руководством дорожного мастера или мастера подготовительных работ. Численный состав рабочих в бригадах и оснащенность механизмами определяется специальными технологическими картами строительства усов исходя из местных условий и типа уса. Подготовленные к работе усы лесовозных дорог дорожный мастер сдает по акту начальнику дороги или начальнику лесопункта.
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
РАЗМЕЩЕНИЕ ЛЕСОВОЗНОГО УСА НА ЛЕСОСЕКЕ
Д.Н. АФОНИЧЕВ, доц. каф. транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА, д-р техн. наук
Существуют различные варианты размещения лесовозного уса на лесосеке, наиболее распространены две схемы: проложение уса по середине и по краю лесосеки, но не обосновываются условия, при которых следует размещать ус по середине и по краю лесосеки . Очевидно, что размещение уса определяется шириной лесосеки: при относительно небольшой ширине целесообразно ус разместить по краю лесосеки со стороны лесовозной магистрали. Выбор конкретного варианта размещения уса на лесосеке может быть обоснован путем сравнения затрат на устройство трелевочных волоков, погрузочных пунктов и трелевку лесоматериалов к погрузочным пунктам по рассматриваемым вариантам.
Обозначим суммарные затраты на устройство трелевочных волоков, погрузочных пунктов и трелевку лесоматериалов к погрузочным пунктам при размещении уса по краю лесосеки Z1 (руб), а при размещении уса по середине лесосеки - Z2 (руб). Размещение уса по краю лесосеки целесообразно, если выполняется условие
При несоблюдении условия (1) ус необходимо разместить по середине лесосеки.
Каждый из параметров Zx и Z2 включает пять статей затрат: Z3 - затраты на устройство погрузочных пунктов, руб; Z4 - затраты на устройство магистральных трелевочных волоков, руб; Z5 - затраты на трелевку по магистральным волокам, руб; Z6 - затраты на устройство пасечных волоков, руб; Z7 - затраты на трелевку по пасечным волокам, руб. Затраты Z3, Z4, Z5, Z6, Z7 определяются с учетом размеров лесосеки, пасек, расположения погрузочных пунктов и параметров технологического процесса лесосечных работ . Путем алгебраических построений можно получить аналитические зависимости, определяющие указанные затраты
где m - количество погрузочных пунктов, размещаемых по одной стороне уса; k - количество рядов пасек на лесосеке;
K - стоимость устройства одного погрузочного пункта, руб.
Количество рядов пасек k зависит от размещения уса, при расположении уса по середине k = 2, а при расположении уса по краю лесосеки k = 1.
Z4 = mkC1kPT{lII + a - a0), (3)
где CT - стоимость устройства магистрального волока, руб/км;
kPT - коэффициент удлинения магистрального волока;
1п - расстояние между погрузочными пунктами, км;
a - протяженность магистрального волока в пределах погрузочного пункта, км;
a0 - полуширина зоны тяготения к пасечному волоку, км.
Z5 = 1шЯЪГ (4)
где 1Ш - среднее расстояние трелевки по магистральному волоку, км;
q - объем трелюемой древесины, м3;
Ът - стоимость трелевки древесины по магистральным волокам, руб/(м3-км).
7 - mkkpnlnCn (dy z^ (5)
7 - 2ao It - J- (5)
где kpn - коэффициент удлинения пасечного волока;
СП - стоимость устройства пасечного волока, руб/км;
dy - ширина зоны тяготения к усу, км;
z - расстояние от уса до магистрального волока, км.
где lmB - среднее расстояние трелевки по магистральному волоку, км;
Ъп - стоимость трелевки древесины по пасечным волокам, руб/(м3-км).
Если принять, что форма лесосеки в плане прямоугольная, то объем заготавливаемой на лесосеке древесины q можно определить по формуле
q = Х.00^^^., (7)
где у - ликвидных запас древесины на 1 га, м3/га.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Средние расстояния трелевки по магистральному и пасечному волокам при размещении пасечных волоков перпендикулярно лесовозному усу, а магистральных - параллельно усу составляют
lMB = kPT;
Пв = 0,5kPn((dy / к) - z) (8)
Суммарные затраты Zx при к = 1 составят
Zj = mK + mC1kPT{ln + a - a0) +
100Ydylnmb1kpT +
+ (mkPnlnCn / 2a0)(dy - z) +
50Jdylnmkpnbn(dy - z). (9)
Суммарные затраты Z2 при к = 2 составят
Z2 = 2mK + 2mCTkPT(ln + a - a0) +
100Ydylnmb1kPT +
+ (mkPnInCn / 2a0)(dy - 2z) +
25JdylnmkPnbn(dy - 2z). (10)
Неравенство (1) легко привести к
Z2 - Zj > 0. (11)
С учетом формул (9) и (10) после преобразований неравенство (11) примет вид
mK + mCTkPT(ln + a - a0) - zmkPn ln CJ2a0 -
25YlnmkPnbn Cpy> °. (12)
Так как m > 0 и a0 > 0, то обе части неравенства (12) без изменения знака можно разделить на m и умножить на a0
2a0K + 2a0C1kPT(ln + a - a0) -
ZkPn lnCn - 50a0YlnkPnbndy2 > 0. (13)
Полученное неравенство легко решается относительно dy
dy < (2a0K + 2a0CTkPT(ln + a - a0) -
ZkPn lnCn) / 50a0YlnkPnbn. (14)
Ширина зоны тяготения к усу dy величина положительная, а поэтому из обеих частей неравенства (14) можно извлечь квадратный корень без изменения знака неравенства
2a0K + 2a0CTkPT х
x(ln + a - a0) - zkpnlnCn (15)
Формулу (15) можно упростить заменой an = 2a0 (an - ширина зоны тяготения к пасечному волоку, км) и выносом числовой константы из-под корня, тогда размещение уса по краю лесосеки целесообразно при соблюдении условия
a^K + anCTkpT х x(ln + a - 0,5an) - zkpnlnCn
Из полученного выражения (16) видно, что на размещение уса влияют три группы факторов: технологические параметры (an, ln, a, z), экономические показатели (K, CT, Cn, bn) и природные условия (kPT, kPn, у). Исследуем влияние ширины пасеки ln и ликвидного запаса древесины у на ширину зоны тяготения к усу dyK, при которой Zj = Z2, а следовательно согласно формулам (11) - (16)
a^K + anCTkpT х x(ln + a - 0,5an) - zkpnlnCn an ylnkpnbn
Следует учесть, что ln = nan, где n - целое число, тогда формула (17) преобразуется к виду
K + CTkpT -
NzkpnCn nanYkpnbn
Примем в соответствии с следующие значения: K = 35 руб, CT = 30 руб/км, Cn = 10 руб/км, bn = 0,55 руб/(м3-км) (экономические показатели приняты в базовом уровне), an = 0,016 км, a = 0,03 км, z = 0,05 км. Для равнинной местности можно принять kPT = 1,15, kPn = 1,2. Ликвидный запас древесины
Y примем в интервале 50-250 м3/га с шагом изменения 50 м3/га, при этом малые значения
Y соответствуют лесосекам при проведении рубок ухода за лесом. Расстояние между погрузочными пунктами ln может изменяться в достаточно широком диапазоне , а поэтому примем значение n = ln / an в интервале от 1 до 12.
На рисунке представлены графики зависимости dyK = fly). Множество значений dy расположенных выше кривых графиков, показанных на рисунке, согласно (16) соответствует условию размещения уса по середине лесосеки, а соответственно множество значений dy расположенных ниже кривых графиков - условию размещения уса по краю лесосеки.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009
1В статье предложены математическая модель и методика, позволяющие осуществить выбор рациональной схемы транспортно-технологического освоения лесного квартала с учетом сокращения затрат при выполнении комплекса операций подготовительных и основных работ по освоению разрозненных лесосек и отличающиеся возможностью комплексного решения задач выполнения основных переместительных операций трелевки и вывозки древесины с анализом размещения на территории лесного квартала, помимо ограничивающих его периметр квартальных просек, дополнительных временных лесовозных усов. Обоснование путей с минимальными затратами на прокладку волоков и трелевку лесоматериалов между всеми парами анализируемых участков на территории лесного квартала, базируется на последовательности из k преобразований первоначальной матрицы и делении основной задачи на подзадачи меньшего размера, что позволяет исключить повторный учет затрат на прокладку магистральных волоков при анализе сети трелевочных путей, соединяющих лесосеки с погрузочными пунктами при поквартальном освоении участков лесного фонда.
лесовозный ус.
теория графов
погрузочный пункт
вывозка лесоматериалов
трелевка
лесозаготовка
лесной квартал
1. Алябьев В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках- М.: Лесн. пром-сть.-1977.-232 с.
2. Кочегаров В.Г., Бит Ю.А., Меньшиков В.Н. Технология и машины лесосечных работ- М.: Лесн. пром-сть.-1990.-392 с.
3. Рукомойников К. П. Графоалгоритмический подход к обоснованию рациональной тех-нологии поквартального освоения участков лесного фонда // Вестник Московского государ-ственного университета леса - Лесной вестник.-2014.-№ S2.-С. 96-103.
4. Рукомойников К.П. Обоснование методики расчета основных технологических параметров освоения квартала // Лесной вестник. 2007.–№4(53)- – С.96-102.
5. Рукомойников К.П. Развитие инфраструктуры поквартального освоения участков лесно-го фонда // Лесной журнал. - 2008.- №2 – С.36-41.
6. Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Обоснование целесообразности строительства временных лесовозных дорог (усов) // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. Вып. 30. Брянск: БГИТА,-2011.-C. 168–171.
7. Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Ратманова Ю.А.Способы минимизации затрат на пер-вичный транспорт леса// Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. Петрозаводск: ПетрГУ, -2012.-№4,-С. 98-101.
8. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Галактионов О.Н. Техническое оснащение современ-ных лесозаготовок- СПб.: Профи-информ-2005. -337 с.
9. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Анализ показателей работы и оценка эффективности лесозаготовительных машин в различных природно-производственных условиях // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. «Естественные и технические науки»-2010. -№ 4 (109).-C. 66–75.
10. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В., Пладов А.В. Вывозка леса автопоезда-ми. Техника. Технология. Организация- СПб.: ПРОФИКС- 2008.- 304 c.
Проблеме повышения эффективности функционирования первичной лесотранспортной сети лесных предприятий уделено внимание в исследованиях ученых ПетрГУ , ВГЛТА, СПбЛТА, МГУЛ, ЦНИИМЭ, ГНЦ ЛПК , ПГТУ и др.
Задачи обоснования целесообразности строительства временных лесовозных усов при освоении небольших лесосек анализировались в работах . В работе предложены зависимости для составления программы определения критического значения объема вывозки леса с лесосеки, при котором целесообразно размещение временного лесовозного уса, примыкающего непосредственно к лесосеке, построены номограммы для упрощения расчетов в реальных производственных условиях. Даны рекомендации к осуществлению трелевки лесоматериалов тракторами по магистральным волокам за пределы лесосеки к погрузочному пункту, примыкающему к лесовозной дороге или поквартальной просеке на границе лесного квартала, в случае если планируемый объем вывозки леса меньше обоснованного критического значения.
Однако данные исследования не предполагают эффективного анализа возможности размещения временных лесовозных дорог в пределах квартала при наличии и совместном учете возможности трелевки лесоматериалов к ограничивающим периметр лесного квартала квартальным просекам в условиях хорошо развитой, действующей квартальной сети на арендуемой площади и одновременном освоении нескольких, расположенных на территории квартала лесных участков с различными объемами лесозаготовительных работ на их территории.
Цель исследования.Обоснованиерациональной технологической схемы размещения временных лесовозных усов и сети погрузочных пунктов при поквартальном освоении участков лесного фонда с учетомограничивающих периметр лесного квартала действующих квартальных просек.
Материал и методы исследования.Предлагаемая методика основана на реализации метода решения задачи о p-медиане в терминах целочисленного программирования.Последовательность расчетов предусматривает сопоставление анализируемых участков с вершинами графа. При этом количество вершин графа зависит от числа разрабатываемых лесосек и может быть увеличено в зависимости от природных условий и необходимой степени детализации результатов расчета путем разделения крупных лесосек на части и отображения их на графе в качестве его новых вершин. Одновременно с вершинами графа, характеризующими разрабатываемые лесосеки в пределах лесного квартала, на графе отмечаются вершины, характеризующие возможные места размещения погрузочных пунктов вблизи, ограничивающих квартал поквартальных просек. В качестве ребер графа отмечаются возможные варианты прокладки магистральных волоков на его территории, фиксируются их длины и прогнозируемые затраты на их размещение.
Вершины полученного графа нумеруются в следующей последовательности: первоначально нумеруются вершины графа, соответствующие участкам, отмеченным вблизи поквартальных просек, а затем все анализируемые лесосеки на территории квартала.
Прогнозируются затраты на обустройство погрузочных пунктов на каждом из анализируемых участков. Если же в виду каких либо причин размещение погрузочного пункта на территории лесосеки невозможно, то затраты на его обустройство приравниваются к . Прогнозируются объемы заготавливаемой древесины на каждой из лесосек.
Примем - матрицей распределения, в которой
Примем, если вершина является медианной вершиной (т.е. на данном участке лесного квартала расположен погрузочный пункт и есть подъездные пути, обеспечивающие возможность вывозки древесины с использованием лесовозного автотранспорта на лесопромышленный склад) и , в том случае, когда на анализируемом участке не предполагается размещение погрузочного пункта и обустройство лесотранспортных путей.
Предлагаемая методика предусматривает сокращение суммарных затрат на поддержание в действующем состоянии существующих поквартальных просек, размещение на территории лесного квартала дополнительных лесовозных дорог, магистральных волоков, обустройство заданного числа погрузочных пунктов, трелевку к ним древесины и учитывает затраты на вывозку древесины к лесопромышленному складу. Использование методики предусматривает минимизацию целевой функции:
Физический смысл учитываемых в целевой функции слагаемых следующий:
· первое слагаемое характеризует суммарные затраты на прокладку всех магистральных волоков, связывающих между собой осваиваемые участки в лесном квартале, и трелевку по ним лесоматериалов к погрузочным пунктам:
где - минимальные суммарные затраты на прокладку магистральных волоков, связывающих между собой участки i и j, и на трелевку древесины между обозначенными участками, д.е.;
· второе слагаемое учитывает суммарную стоимость обустройства погрузочных пунктов:
где - стоимость размещения погрузочного пункта на - участке, д.е.;
· третье слагаемое учитывает возможные затраты на прокладку лесовозной дороги:
где
различные
варианты прокладки транспортных путей от анализируемого участка до участков,
расположенных у поквартальных просек, соответствующие минимальным затратам на
прокладку магистральных волоков (временных лесовозных дорог), м; -
число участков, примыкающих к поквартальным просекам, шт; -
дополнительные затраты, связанные с превращением 1 п.м. магистрального
волока в лесовозную дорогу, д.е.;
· четвертое слагаемое учитывает дополнительные затраты на перемещение лесовозного автотранспорта по дополнительным лесовозным дорогам, анализ целесообразности размещения которых в лесном квартале является составной частью данной методики:
где
-
стоимость машино-смены лесовозного автотранспорта, задействованного на вывозке
древесины, д.е.; -
вырубаемый запас древесины на каждом из анализируемых участков, м3;
-
средняя скорость движения лесовозного автотранспорта в холостом и грузовом
направлениях по дополнительным лесовозным дорогам, прокладываемым в лесном
квартале, м/с; -
средняя нагрузка на рейс лесовозного автотранспорта, м3; -
число часов работы лесовозного автотранспорта в смену, ч.; -
коэффициент использования времени смены лесовозного автотранспорта; 
-
минимальные расстояния от анализируемого участка, расположенного у
поквартальной просеки до угла лесного квартала в направлении которого
осуществляется вывозка лесоматериалов на лесопромышленный склад.
Ограничения, накладываемые на целевую функцию:
Для всех анализируемых участков должно выполняться условие, гарантирующее, что любая анализируемая вершина прикреплена к одной и только одной медианной вершине (т.е. любой анализируемый участок (лесосека) на территории лесного квартала связан посредством магистрального волока только с одним погрузочным пунктом).
На территории лесного квартала для обеспечения выполнения всех операций лесосечных работ должно быть расположено один или более погрузочных пунктов (т.е. в графе, характеризующем участки на территории лесного квартала должно быть не менее p медианных вершин). Выполнение этого условия обеспечивается вводимым ограничением на количество погрузочных пунктов в лесном квартале.
Число используемых в анализе вариантов размещения погрузочных пунктов вблизи поквартальной просеки должно соответствовать условию:
Для всех анализируемых участков должно выполняться условие, гарантирующее, что любая анализируемая вершина может быть прикреплена только к вершине входящей в медианное множество (т.е. если , то , т.к. присоединение любого анализируемого участка (лесосеки) на территории лесного квартала посредством магистрального волока или сети магистральных волоков ко второму участку, может быть оправдано, только в том случае, если на втором участке расположен погрузочный пункт).
Значения являются целочисленными и могут находиться в пределах . Аналогично методу решения задачи о p-медиане в терминах целочисленного программирования, целесообразно преобразовать данное условие в выражение:
Каждый участок (лесосека), принимаемый в качестве медианной вершины должен быть связан магистральным волоком или сетью магистральных волоков и поквартальных просек с одним или несколькими участками, расположенными на границе лесного квартала.
Обоснование
минимальных затрат на прокладку волоков и трелевку между
всеми
парами анализируемых участков лесного квартала
Для решения поставленной задачи необходимо обоснование методики расчета минимальных суммарных затрат на прокладку магистральных волоков и трелевку древесины между всеми парами анализируемых участков и .
Для реализации этой задачи выведены математические зависимости, учитывающие особенности технологического процесса лесосечных работ в условиях поквартального освоения участков лесного фонда и разнообразие природно-производственных условий анализируемых участков, позволяющие заполнять и преобразовывать все последовательные матрицы, промежуточных значений обоснования минимальных затрат на прокладку волоков и трелевку между всеми парами анализируемых участков лесного квартала.
Для заполнения первоначальной матрицы, охватывающей значения минимальных суммарных затрат на прокладку магистральных волоков и трелевку древесины лишь между ближайшими парами анализируемых участков и , напрямую связанных между собой магистральным волоком, без реализации возможности его прокладки через территорию другой лесосеки, предложена математическая зависимость:
где - затраты на прокладку магистрального волока между участками и , расположенными на территории лесного квартала, д.е.; - расстояние между участками и , м; - стоимость машино-смены техники, задействованной на трелевке лесоматериалов, д.е.; - средний объем трелюемой пачки лесоматериалов, м3; - число часов работы машины, задействованной на трелевке, в смену, ч.; - коэффициент использования времени смены при трелевке древесины; - средняя скорость движения машины, задействованной на трелевке в холостом и грузовом направлениях по магистральным волокам, м/с.
В случае, если магистрального волока, напрямую соединяющего между собой анализируемые участки и , не существует, элементу первоначальной матрицы присваивается значение +∞. Элементам первоначальной матрицы присваивается значение +∞.
Предлагаемая методика базируется на последовательности из преобразований первоначальной матрицы. Задача разбивается на подзадачи меньшего размера. Применяется принцип динамического программирования, где оптимальное решение задачи меньшего размера может быть использовано для решения исходной задачи. При этом, согласно алгоритму Флойда , на каждой последующей - итерации новая матрица представляет собой минимальные суммарные затраты на прокладку магистральных волоков и трелевку древесины между парами анализируемых участков и с ограничением в том, что путь между всеми парами участков и в качестве промежуточных участков содержит только участки из множества .
Для вычисления элементов всех последующих матриц рекомендуется использование рекуррентного соотношения:
где - номер анализируемой матрицы значений (номер итерации); , - соответственно, расстояния между участками и , полученные по результатам матриц и , м; , - соответственно, затраты на прокладку магистрального волока до первого ближайшего участка на пути между участками и , полученные по результатам матриц и , д.е.
Элементам , , последней матрицы результатов присваивается значение 0.
Результаты последней итерации подставляются в предложенную ранее целевую функцию. Поиск решения может быть осуществлен с использованием методов линейного программирования.
Результаты исследования и их обсуждение.Предложенная методика обоснования минимальных затрат на прокладку волоков и трелевку между всеми парами анализируемых участков лесного квартала позволяет исключить повторный учет затрат на прокладку магистральных волоков при анализе сети магистральных волоков, соединяющих лесосеки с погрузочными пунктами на территории лесного квартала.При практическом использовании результатов возможно смещение погрузочных пунктов на некоторое расстояние от заложенных в расчеты значений, либо размещение лесоматериалов вдоль временного лесовозного уса, но следует учесть, что перемещение погрузочных пунктов в направлении вывозки древесины приведет к увеличению затрат на транспортно-технологическое освоение лесного квартала в соответствии со следующей зависимостью:
где - величина, соответствующая изменению суммарных затрат на освоение лесного квартала, д.е.; - отклонение от расчетного положения -погрузочного пункта в направлении трелевки (вывозки древесины), м; - объемы работ по трелевке древесины с лесосек, соединенных магистральными волоками с -погрузочным пунктом, м3; , соответственно, затраты на прокладку 1 п.м. магистрального волока и 1 п.м. лесовозного уса.
Выводы. Предложенные математические зависимости и методика позволяютобеспечить возможностькомплексногоучета основных переместительных операций трелевки и вывозки древесины и анализа размещения на территории лесного квартала, помимо ограничивающих его периметр квартальных просек, дополнительных временных лесовозных усов.
Рецензенты:
Ширнин Ю.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТОЛП, ФГБОУ ВПО Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола;
Царев Е.М., д.т.н., доцент, профессор, ФГБОУ ВПО Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола.
Библиографическая ссылка
Рукомойников К.П. ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОБОСНОВАНИЮ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РАЗМЕЩЕНИЯ ЛЕСОВОЗНОГО УСА НА ТЕРРИТОРИИ ЛЕСНОГО КВАРТАЛА // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16418 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
