CC BY
68
ГИС ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ОСВОЕНИЯ УЧАСТКОВ ЛЕСНОГО
ФОНДА
Мохирев А.П., Дрягин В.В. (Лф СибГТУ, г. Лесосибирск)
A system based on several programs and GIS technologies, which optimize the development of forest resources, has been developed. The programs optimize harvesting, transport and forestry processes.
Лесозаготовительная деятельность после кризиса 90-х переживает не лучшие времена. Все деньги бизнеса и государства брошены на освоение ресурсов, которые более востребованы и быстрее окупаются. Кроме того, обезлесенные европейские территории России, варварские вырубки беспокоят экологов, а они в свою очередь, создают дополнительные условия, препятствующие эффективной заготовки леса. Все эти факторы не позволяют эффективно развивать лесозаготовительную деятельность. Для рационального, неистощимого и непрерывного лесопользования требуются большие вложения для создания инфраструктуры. Отсутствие полноценной инфраструктуры для освоения лесного фонда сегодня одна из ключевых проблем в лесозаготовительной отрасли.
Для всего лесопромышленного комплекса и, особенно, его лесозаготовительного сектора проблема отсутствия развитой инфраструктуры - одна из ключевых. Среди них самое слабое звено - дорожная сеть. Без развитой дорожной сети невозможно вести рациональное лесопользование.
Получается замкнутый круг: неразвитость инфраструктуры, в первую очередь, дорожной сети приводит к низкому освоению расчетной лесосеки. Малые объемы лесозаготовки являются препятствием в создании перерабатывающих мощностей, а их отсутствие лишает финансовой возможности инвестировать в развитие дорожной сети. Разорвать это кольцо можно только через инвестирование средств в создание обслуживающей инфраструктуры проекта, не нарушив при этом социальные, экологические и другие нормы.
Задача создать план освоения лесного фонда, учитывающий множество природно-климатических и технико-экономических факторов может решиться только с помощью информационных технологий. Информационные технологии в лесной промышленности развиваются очень слабо, однако возможности гео-графико-информационных систем в сегодняшнее время высоки.
Цель настоящей работы: разработка географической информационной системы планирования оптимального освоения лесного фонда, учитывающей основные природно-климатические и технико-экономические факторы, позволяющей оперативно прогнозировать и планировать разработку участков лесного фонда на кратко-, средне- и долгосрочную перспективу.
Поставлены следующие задачи: анализ существующих методов автоматизированного проектирования схемы лесных дорог, определения экономической доступности лесных ресурсов и планирования оптимального освоения участков лесного фонда; выявление основных факторов, влияющих на проектирование сети лесных дорог, экономическую доступность лесных ресурсов и планирование оптимального освоения лесных ресурсов; определение качественного и ко-
личественного влияния основных факторов на планирование оптимального освоение лесных ресурсов; выявление транспортных технико-экономических показателей, влияющих на схему сети лесных дорог; разработка методики проектирования схемы сети лесных дорог и определения экономической доступности лесных ресурсов и ее экспериментальное испытание на примере предприятий Нижнего Приангарья; создание системы, на основе ГИС, позволяющей оперативное планирование оптимального освоения лесного фонда на ближайшие 510 лет.
Для нахождения рациональной схемы сети лесных дорог наиболее эффективным способом представляется использование инструментария теории графов, поскольку одной из основных задач этой теории как раз и является нахождение оптимальных путей. В таком случае, участок лесного фонда представляется в виде связного взвешенного графа, в котором вершины - участки лесного фонда, а ребра - возможные транспортные пути между ними, характеризуемые соответствующими стоимостями строительства дорог. В основу графоаналитической модели положен алгоритм построения минимального покрывающего дерева. Математическую модель проектирования оптимальной схемы сети лесовозных дорог можно представить в виде
X L ^ min,
F =
при n=N
X Lb
Lcp = -И--> min
в
n
где F - функция, определяющая транспортные затраты; n - количество участков лесного фонда, до которых планируется строительство дороги; N - общее количество участков лесного фонда; XL - общая протяженность проектируемых дорог; Ьвср - среднее расстояние вывозки древесины; L^ - расстояние вывозки древесины с i-того участка.
При изучении данной модели более детально нами была получена функция, главной задачей которой явилась минимизация суммы затрат в условиях отдельного участка лесного фонда
____n к
F(t) = (XL - Lcy4 - XLmp )Сстр (t) + LecmCecm (t) + XLmCm (t)V£ (t) + XLmpjCmpj (t) ^ min,
i=1 j=1
где F(t) - функция, определяющая транспортные затраты в определенный период времени t; L^ - протяженность дорог, не требующих строительства (существующих); XL^ - сумма расстояний участков дорог, имеющих стоимость строительства, отличающуюся от стоимости проектируемой дороги; Сстр -стоимость строительства одного километра проектируемой лесовозной дороги; L^t - протяженность дорог, требующих восстановления (ремонт); Свст - стоимость восстановления (ремонта) одного километра дороги; Си - стоимость вывозки одного кубометра древесины на один километр; LTpj, Ср - длина и стоимость строительства j-того участка лесовозной дороги, отличающегося по стоимости строительства от проектируемой (мосты, заболоченные участки и
др.); (t) - объем заготавливаемой древесины q-той породы, в i-том выделе,
<
возраста к в расчетный момент времени 1:; к - количество участков лесовозной дороги, отличающихся по стоимости строительства от проектируемой дороги.
На основании данных моделей составлена программа проектирования схемы сети лесных дорог. При экспериментальном испытании программы выявлено, что она позволяет не только получить оптимальную схему транспортных путей, но и учесть наличие уже проложенных дорог, особенности рельефа местности, наличие рек, болот и пр. Формируемый при этом файл результатов в цифровой или графической форме отображает транспортную схему и необходимую очередность строительства отдельных ее участков.
Компьютерные программы для рациональной схемы сети лесных дорог лежат в основе системы планирования оптимального освоения лесного фонда.
С помощью спутникового снимка определяются характеристики лесного фонда, по уникальным компьютерным программам составляется оптимальная сеть планируемых лесных дорог, план рубок, экономическая доступность лесных ресурсов. В рекомендациях указывается наиболее рациональный и оптимальный вариант освоения лесного фонда. Т.е. когда, как и какого качества требуется построить определенный участок дороги, затратив при этом минимум времени и ресурсов. Очередность, технология и время освоения определенной лесосеки. Все работы просчитываются и показывается финансовый результат освоения конкретного участка строительства дороги и освоения лесного фонда.
В разработанной системе, входными данными являются следующие материалы: схема лесонасаждений, окрашенная по преобладающим породам; таксационные описания; схема существующих дорог; топографическая карта данной местности; данные о стоимости: строительства одного километра дороги, со-
3
держания одного километра дороги, вывозки одного м древесины на расстояние одного километра. Этот список может быть дополнен или изменен в соответствии с поставленными задачами. Наиболее простой путь подготовки таких карт - снимки местности со спутника. Для начала работы, необходимо ввести значения параметров требующихся для расчетов. В результате получаем построенную программой сеть лесовозных дорог и информацию по участку, требуемую лесозаготовителям для принятия решения об освоении участка лесного фонда (расстояние вывозки, стоимость вывозки, общие затраты на разработку участка, стоимость продукции, находящейся на участке, предполагаемую прибыль от его освоения и др.).
Данная разработка в лесопромышленной отрасли позволяет получить возможность использовать экономически недоступные участки леса в данный момент, учитывая все особенности природных условий, рельефа местности и т.д. Представляется возможность моделировать сеть дорог, при одновременном определении затрат на создание инфраструктуры, освоение лесного фонда, а также учитывать возможность лесопользования данным участком. У лесничества появляется возможность самостоятельного получения и печати рабочих вариантов лесных карт на интересующий объект.
Предлагаемая система может быть использована при разработке целевых, отраслевых программ и в проектах освоения лесов на федеральном, региональ-
ном и в местном уровнях, как для лесопользователей, так и для государственных органов исполнительской власти, управления лесным хозяйством и лесоустройстве. Она позволяет оперативно планировать и прогнозировать экономически эффективную разработку участков лесного фонда на краткосрочную, среднесрочную и долгосрочную перспективу.
Выводы. 1. Предложена математическая модель проектирования схемы лесовозных дорог, минимизирующая сумму затрат на освоение участков лесного фонда с различными природно-климатическими и технико-экономическими условиями.
2. Разработана методика проектирования схемы сети лесных дорог и определения экономической доступности участков лесного фонда. В зависимости от цели решаемых задач, методика предусматривает определение экономической доступности по аналитическим зависимостям и графикам без проектирования схемы сети дорог, но с учетом основных рентообразующих факторов.
3. Экспериментальные испытания методики на разнообразных по технико-экономическим и природно-климатическим условиям объектах Нижнего При-ангарья показали ее универсальность и работоспособность.
4. Разработанная методика проектирования схемы сети лесных дорог и определения экономической доступности участков лесного фонда учитывает возрастную динамику лесного фонда, позволяет оперативно планировать и прогнозировать его разработку на краткосрочную и долгосрочную перспективу.
5. Разработана система, основанная на нескольких компьютерных программах и ГИС технологиях, оптимизирующая процесс освоения лесного фонда. Программы оптимизируют лесозаготовительные, транспортные и лесохо-зяйственные процессы. В результате руководитель лесозаготовительной компании получает комплекс правильных управленческих решений с экономическими обоснованиями для освоения лесного фонда на ближайшие 5-10 лет. Решения предлагаются в географической информационной системе. Руководитель компании в любое время может посмотреть комплекс работ и мероприятий для оптимального освоения лесного фонда. При этом, автоматически показываются затраты на работы и прибыли от освоения участков лесного фонда.
