Метод и модели автоматизированного управления технологическим процессом выращивания хвойных насаждений в лесопромышленном комплексе

Актуальность темы

.

Одним из достояний нашей страны являются большие запасы леса. Однако в последние годы намечена тенденция уменьшения лесов. Площадь лесов в нашей стране уменьшается из-за пожаров и неэффективного ведения хозяйственных работ в лесопромышленном комплексе. В Российской Федерации постоянно решаются задачи непрерывного и рационального лесопользования, улучшения качественного состава лесов и повышения выхода деловой древесины. В лесопромышленном комплексе решение этих задач может быть осуществлено при правильном, обоснованном лесопользовании, основной составляющей которого являются рубки ухода.

Рубки ухода за лесом были и остаются самым трудоёмким, сложным и потому проблематичным лесопромышленным процессом. Уход за лесом является распределённым во времени технологическим процессом на протяжении всего периода лесовыращивания и на каждом возрастном этапе имеет свои особенности, которые заключаются, прежде всего, в отсутствии оптимального управления технологическим процессом выращивания насаждений. Для эффективного планирования и контроля проведения рубок ухода за лесом необходимо иметь достаточно точные математические модели, наиболее полно описывающие технологические процессы выращивания хвойных насаждений.

В целом, актуальность темы настоящей диссертационной работы заключается в решении комплекса вопросов по созданию метода автоматизированного управления технологическим процессом выращивания одновозрастных хвойных насаждений на основе моделирования динамики хода роста насаждений, построения алгоритмов расчёта оптимальных режимов выращивания, выбора системы лесозаготовительных машин и разработки программного обеспечения для реализации поиска решения с помощью вычислительной техники.

В области управления процессом лесовыращивания ведутся интенсивные исследования, которые базируются на трудах выдающихся учёных, в числе которых С. Н. Сеннов, М. М. Орлов М. Е. Ткаченко, И. С. Мелехов, Н. П. Анучин, А. З. Швиденко, B.C. Петровский и др.

Объектом исследования в диссертационной работе являются метод и модели системы управления технологическим процессом выращивания одновозраст-ных хвойных насаждений.

Целью диссертационной работы является разработка метода автоматизированного управления технологическим процессом выращивания одновозрастных хвойных насаждений, посредством моделирования динамики хода роста лесонасаждения, с учётом реакции на воздействие в виде рубок ухода.

Методы исследований построены на сочетании экспериментальных и теоретических подходов. В работе применялись: математическое и имитационное моделированиеметоды теории управленияоригинальные методы исследования хвойных насаждений, как объекта управления, с использованием современных измерительных средств и электронно-вычислительной техники. Полученные результаты обрабатывались по типовым программам с использованием методов теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны модели реакции одновозрастных хвойных насаждений, как объекта управления, на воздействия в виде рубок ухода, связывающие информационные показатели технологического процесса выращивания с годовым приростом объёма древесины.

2. Разработана методика сбора информационных показателей объекта управления (одновозрастные хвойные насаждения) на основе изобретений способа и устройства измерения таксационных характеристик насаждения (Патенты 2 412 587 RU и 2 363 149 RU).

3. Построены алгоритмы, обеспечивающие нахождение оптимальных режимов управления технологическим процессом выращивания одновозрастных хвойных насаждений и разработана программа для реализации этих алгоритмов. (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2 010 610 420).

4. Разработано программное обеспечение АСТГТП по выбору оптимальной системы лесозаготовительных машин для осуществления рубок ухода, как управляющего воздействия на объект управления. (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2 012 612 050).

Практическая полезность диссертационной работы заключается в том, что в ходе её выполнения разработан метод автоматизированного управления технологическим процессом выращивания одновозрастных хвойных насаждений, методика сбора информационных показателей объекта управления и АСТПП по выбору оптимальной системы лесозаготовительных машин.

Научные положения диссертации используются в учебном процессе (лекции, дипломное проектирование) ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА), в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в ФГУП «РОСЛЕСИНФОРГ» «ВОРОНЕЖЛЕСПРОЕКТ».

Достоверность полученных результатов доказана на основании подтверждения сходимости теоретических положений с результатами проведённых экспериментов в лесных хозяйствах.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на следующих конференциях:

— международная научно-техническая конференция «Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины», посвящённая 50-летию факультета технологии деревообработки ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (Воронеж, 17−21 мая 2010 г.);

— международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 20−21 октября 2010 г.);

— международная научно-техническая конференция «Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины», посвященная 50-летию факультета технологии деревообработки ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (Воронеж, 17−21 мая 2010 г.);

— VIII международная научно-техническая конференция «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 28 декабря 2010 г.);

— международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 18−20 октября 2011 г.).

Реализация результатов диссертационной работы подтверждена актами производственных испытаний программного обеспечения метода автоматизированного управления технологическим процессом выращивания одновозрастных хвойных насаждений.

Разработки диссертационной работы были использованы в деятельности филиала ФГУП «РОСЛЕСИНФОРГ» «ВОРОНЕЖЛЕСПРОЕКТ» по лесоустройству, лесному планированию и проектированию. Были применены компьютерные программы, подтверждённые свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2 010 610 420 «Расчёт режимов оптимального ускоренного выращивания сосновых древостоев» и № 2 012 612 050 «Автоматизированная система технологической поддержки производства по выбору оптимальной системы лесозаготовительных машин для проведения рубок ухода за лесом». Использование этого программного обеспечения в подготовке рекомендаций для лесопользователей для проведения ухода за лесом, позволило максимизировать объём заготавливаемого круглого лесаснизить возраст технической спелости сосновых древостоев на 5. 10 летповысить выход стволовой древесины с 1 га лесфонда за 1 год лесовыращивания на 3,1 м /га в зависимости от бонитетаполучить экономический эффект за счёт снижения повреждаемости деревьев.

Кроме того, в деятельности этого предприятия по разработке проектов освоения лесов был применен метод автоматизированного сбора таксационных показателей лесонасаждений, подтверждённый патентом RU 2 412 587 «Способ измерения местоположения и таксационных характеристик учетных деревьев», авторов Ю. В. Мурзинова и B.C. Петровского. Использование этого метода позволило провести с меньшими затратами разработку проектов освоения лесов.

Научные положения диссертационной работы, выносимые на защиту: