Фрагмент ведомости выделов, в которых допускается заготовка древесины

Таким образом, для обоснования рациональной структуры сети лесных дорог необходимыми являются средние таксационные показатели насаждений, при создании и проектировании лесных дорог – общая характеристика выделов, а также характеристика разрешенных проектируемых мероприятий, информация по которым совмещается с картографическими базами данных в ГИС. Это по возможности выполняется как на повыдельном, так и на поквартальном уровнях.

Для ГИС транспортного освоения основными исходными данными являются данные о местных природных, производственных и экономических условиях районапроектирования; местоположении и объемах грузообразующих и грузопотребляющих пунктов; местоположении, составе, протяжении и качественном состоянии существующих путей транспорта; перспективе развития сети дорог общего пользования и других ведомств; характеристике уровня работы лесовозного транспорта; состоянии строительства и содержании лесных дорог, а также обеспеченности района местными дорожно-строительными материалами; существующие и перспективные направления потоков грузов лесопромышленных и лесохозяйственных предприятий.

На основе исходных данных выполняется анализ природных и грунтово-гидрологических условий, дается краткая характеристика лесного фонда, сезонное зонирование транспортного освоения лесов, анализ производства, эффективности работы транспортных средств, характеристика существующих транспортных путей; анализ качества и состояния существующих дорог.

При оптимизации структуры лесных дорог необходимо определить основные параметры:

• оптимальные зоны тяготения лесных грузов к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу и магистральному волоку;

• оптимальную требуемую густоту в км на 1000 га автодорог общего пользования, лесных магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков;

• потребность автомобильных дорог общего пользования, магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков в км на площадь и на объем заготовки древесины для освоения транспортно не освоенных лесных массивов;

После оптимизации переходят к анализу обеспеченности существующими транспортными путями с выделением транспортно доступных и недоступных лесных участков.

В транспортно не освоенных лесных массивах требуется размещение новых лесных магистралей и веток.

Завершающим этапом при разработке генеральной схемы транспортного освоения является определение потребности в новом строительстве и реконструкции лесных дорог, разработка рекомендаций для календарного планирования полного транспортного освоения лесов. После формирования основного каркаса лесных дорог можно выполнять набор лесосечного фонда и планировать последовательность транспортного освоения лесов.

3.3. Оптимизация структуры лесных дорог

Для оптимизации структруры лесных дорог необходимо составить математическую модель. В общем случае под математической моделью задачи оптимизации будем понимать специальную запись постановки и условий решения типовой задачи оптимизации с использованием понятий математики и математической символики. Применительно к конкретной задаче оптимизации математическая модель соответствует математической постановке данной задачи.

Для математической постановки введем следующие обозначения:

Характеристика лесосырьевой базы

– общая площадь лесных кварталов, га;

– площадь, на которой разрешена заготовка древесины при различных видах рубок, га;

– общий запас древесины, м³;

– ликвидный запас насаждений, где разрешена заготовка, м³;

– запас на 1 га общей площади в м³/га, который рассчитывается по формуле

(3.1)

– ликвидный запас на 1 га площади, где разрешена заготовка, м³/га, который рассчитывается по формуле

(3.2)

− ежегодный разрешенный размер рубок спелых и перестойных лесных насаждений и рубок ухода, м³;

– годовой объем заготовки, м³.

В зависимости от технологии лесосечных работ

– ширина пасеки, км;

– средний объем трелюемой пачки, м³;

– средний объем сортимента, м³;

, – среднетехнические скорости движения трелевочной машины по пасечному и магистральному волоках, км/час;

− производительность трелевочной машины, м³/смену. Производительность трелевочной машины при сортиментной технологии заготовки (форвардера) можно определить по формуле [2]

,

(3.3)

^{где – продолжительность смены, с; – регламентированные простои, с; – средний объем транспортируемого форвардером пакета, м}3

(3.4)

где и – время погрузки и разгрузки погрузочной платформы форвардера, с; и – время движения форвардера по пасечному волоку в грузовом и порожнем направлениях, с; и – время движения форвардера по магистральному волоку в грузовом и порожнем направлениях, с; и – время переездов в процессе погрузки и разгрузки грузовой платформы форвардера.

	(3.5)
	(3.6)

где и – время погрузки и разгрузки одной порции груза (один или несколько сортиментов), с, – 5...7с; и – объем одной порции груза при погрузке и разгрузке, м³ .

Объем одной порции груза (пачки) определяется для погрузки и разгрузки по общей формуле

(3.7)

где q_c – средний объем сортимента, м³; n_с – количество сортиментов в одной порции груза (пачке)

	(3.8)
	(3.9)

где – длина пасечного волока, м; – 1,1...1,2 – коэффициент, учитывающий увеличение пройденного пути за счет непрямолинейного движении и разворотов.

При определении времени движения форвардера по магистральному волоку в грузовом и порожнем направлении принимаем аналогичные формулы с подстановкой вместо длины магистрального волока в соответствии с принятой технологической схемой

(3.10)

где , – путь форвардера для полной загрузки груза платформы и его средняя скорость

(3.11)

где – ширина пасеки, м; – запас древесины, м³/га; – 0,3…1,0 – доля вырубаемого запаса; – доля лесоматериалов определенной сортогруппы .

Время переездов следует учитывать, если форвардер осуществляет сортировку лесоматериалов в процессе разгрузки и штабелевки. При этом расчет ведется по формуле, аналогичной вышеприведенной для .

В зависимости от автомобиля на вывозке древесины

– полезная нагрузка на рейс лесовозного автомобиля, м³;

, , , – среднетехнические скорости движения автомобиля соответственно по дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу км/час;

− производительность автомобиля на вывозке, м³/смену. Производительность автомобиля на вывозке можно рассчитать по формуле [70]

,

(3.12)

где – число рейсов в смену; – полезная нагрузка на рейс лесовозного автомобиля, м³.

Число рейсов в смену можно определить по формуле

(3.13)

где – продолжительность рабочей смены, мин; – подготовительно-заключительное время на смену (20 мин для автомобилей с карбюраторными двигателями, 30 мин – с дизелями); – коэффициент использования рабочего времени ; , – среднее протяжение участков соответственно дороги общего пользования, магистрали, ветки и уса, км; , – среднетехнические скорости движения на этих участках, км/ч; и – время пребывания на погрузочном пункте и на разгрузке, мин.

Время пребывания автопоездов на погрузочном пункте определяется по формуле

(3.14)

где – время на установку автопоезда под погрузку и ожидание погрузки; – время на погрузку 1 м3 груза, мин.

Время пребывания на нижнем складе (пункте разгрузки) определяется по формуле

(3.15)

где – время на установку автопоезда под разгрузку, мин; – время разгрузки автопоезда.

Лесовосстановление

– средние ежегодные трудозатраты на лесовосстановление, чел.-дни;

– средняя зарплата рабочего на лесовосстановительных работах, руб. в день.

Строительство дорог

, , – стоимость строительства 1 км дороги общего пользования, магистрали и ветки соответственно, руб./км;

, , , – стоимость устройства 1 км уса, магистрального, пасечного волоков, погрузочного пункта (с учетом расхода древесины) соответственно, руб.

Ремонт и содержание дорог

, – затраты на содержание и ремонт соответственно 1 км магистрали в год, руб.;

, , , – затраты на содержание 1 км ветки, уса, магистрального и пасечного волоков в год соответственно, руб.

Эксплуатация и содержание транспортных машин

– стоимость машино-смены трелевочной машины, руб./смену;

– стоимость машино-смены автомобиля на вывозке, руб./смену.

Задача оптимизации структуры сети лесных дорог предполагает нахождение следующих параметров: , , , , – зоны тяготения к магистральному волоку, усу, ветке, магистрали, дороге общего пользования соответственно, км; – угла примыкания ветки к магистрали, град.

В качестве критерия оптимизации структуры сети лесных дорог используются суммарные удельные (приходящиеся на 1 м³ заготовленной древесины) затраты на строительство и создание новых, ремонт и содержание существующих элементов сети, затраты на трелевку и вывозку древесины, а также затраты на лесовосстановление, связанные с затратами на пешие переходы рабочих выполняющих лесохозяйственные мероприятия при отсутствии автомобильных дорог от существующей дороги до места проведения работ и обратно.

Для математической формулировки задачи составим уравнение выше перечисленных затрат для идеализированной сети, расчетная схема которой представлена на рис. 7

(3.16)

где , , – удельные затраты на строительство 1 км соответственно дороги общего пользования, лесной магистрали и ветки, руб./м³; , , , – удельные затраты на устройство 1 км соответственно уса, магистрального и пасечного волоков, погрузочного пункта, руб./м³; , , , , – удельные затраты на содержание и ремонт 1 км в год лесной магистрали, содержание и ремонт 1 км в год соответственно ветки, уса, магистрального и пасечного волоков, руб./м³; , – удельные затраты соответственно на трелевку трактором и вывозку автомобилем, руб./м³, − удельные затраты на пешие переходы рабочих, выполняющих лесохозяйственные мероприятия, руб./м³.

Рис. 3.6 Схема к расчету оптимальной структуры сети лесных дорог: , , , – зона тяготения к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу соответственно; – угол примыкания ветки к магистрали; 1– дорога общего пользования, 2 – лесная магистраль; 3 – ветка; 4 – ус

Удельные затраты на строительство 1 км дороги общего пользования, руб./м³ можно определить по формуле

(3.17)

Удельные затраты на строительство 1 км магистрали, руб./м³ можно определить по формуле

(3.18)

Удельные затраты на строительство 1 км ветки, руб./м³ можно определить по формуле

(3.19)

Удельные затраты на устройство 1 км уса, руб./м³ будут

(3.20)

Удельные затраты на устройство 1 км магистрального волока, руб./м³ будут

(3.21)

Удельные затраты на устройство 1 км пасечного волока, руб./м³ можно определить по формуле

(3.22)

Удельные затраты на устройство 1 погрузочного пункта, руб./м³ можно определить по формуле

(3.23)

Удельные затраты на содержание и ремонт магистрали, руб./м³ можно определить по формуле

(3.24)

где – среднее расстояние вывозки по магистрали, км;

– межремонтный период, лет.

Среднее расстояние вывозки по магистрали может быть определено по формуле

,

(2.25)

где – коэффициент развития магистрали.

Удельные затраты на содержание и ремонт ветки, руб./м³ будут

(2.26)

где – среднее расстояние вывозки по ветке, км.

Среднее расстояние вывозки по ветке может быть определено по формуле

(2.27)

где – коэффициент развития ветки; – угол примыкания ветки к магистрали, град.

Удельные затраты на содержание и ремонт уса, руб./м³ будут

(3.28)

– среднее расстояние вывозки по усу, км.

Среднее расстояние вывозки по усу может быть определено по формуле

(3.29)

где – коэффициент развития уса.

^{Удельные затраты на содержание и ремонт магистрального волока, руб./м}3

(3.30)

где – среднее расчетное расстояние трелевки по магистральному волоку, км.

Среднее расстояние трелевки по магистральному волоку может быть рассчитано по формуле

(3.31)

где – коэффициент развития трассы магистрального волока.

^{Удельные затраты на содержание пасечного волока, руб./м}3

(3.32)

– среднее расчетное расстояние трелевки по пасечному волоку, км.

Среднее расстояние трелевки по пасечному волоку может быть рассчитано по формуле

(3.33)

где – коэффициент развития трассы пасечного волока.

Удельные затраты на трелевку, руб./м³ рассчитываются по формуле

(3.34)

Удельные затраты на вывозку автопоездом, руб./м³ рассчитываются по формуле

(3.35)

Удельные затраты на лесовосстановление, связанные с пешими переходами рабочих, руб./м3 могут быть определены по формуле

(3.36)

где – трудозатраты на лесовосстановление, чел.-дни; – средняя тарифная ставка рабочего на лесохозяйственных работах, руб.

Ограничения, накладываемые на математическую модель, требуют условия неотрицательности, т.е. искомые переменные (оптимизируемые параметры) должны иметь положительные значения, а именно:

, , , , , .

Необходимо найти такие оптимальные зоны тяготения к дороге общего пользования , лесной магистрали , ветке , усу , магистральному волоку , которые обеспечивали бы минимум суммарных удельных затрат целевой функции на строительство и содержание новых, ремонт и содержание существующих элементов сети, затраты на трелевку и вывозку древесины, а также затраты на лесовосстановление, связанные с затратами на пешие переходы при отсутствии автодорог.

Основными выходными параметрами системы оптимизации структуры сети лесных дорог, реализованной в MS Excel, будут:

– оптимальные зоны тяготения в км лесных грузов к дороге общего пользования, лесной магистрали, ветке, усу, магистральному волоку;

– оптимальная требуемая густота в км на 1000 га дорог общего пользования, лесных магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков;

– потребность автомобильных дорог общего пользования, магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков в км на площадь и на 1 млн. м³ заготовки древесины для освоения транспортно неосвоенных лесных массивов.

Оптимальная требуемая густота автомобильных дорог каждой технической категории в км/1000 га при известной зоне тяготения определяется по формулам:

, , , , ,

(3.37)

При этом суммарная оптимальная густота дорог общего пользования и магистралей будет

(3.38)

Суммарная оптимальная густота дорог общего пользования, магистралей и веток будет

(3.39)

Общая суммарная оптимальная густота всех автодорог будет

(3.40)

Нормативная потребность в строительстве магистралей, веток, усов, магистральных и пасечных волоков в км на планируемый объем заготавливаемой древесины в год ( ) определяется по формулам соответственно:

, , , , .

(3.41)