Математическая модель отбора деревьев в однородном насаждении при проведении рубок ухода. С. 38-50

УДК

630*24

DOI:

10.37482/0536-1036-2025-2-38-50

Аннотация

В настоящее время качественный состав эксплуатационных лесных массивов возраста спелости и подходящих к нему часто является неудовлетворительным. Во многом это связано с отсутствием рубок ухода или их неправильным проведением. Производительность лесосечных работ при рубках ухода мала, получаемая древесина в большинстве случаев оказывается невостребованной. Механизация рубок ухода неудобна с производственной точки зрения и экономически невыгодна. Вместе с тем в Российской Федерации есть примеры внедрения передовых зарубежных практик осуществления рубок ухода машинным способом с использованием харвестера и форвадера. Применение этого способа позволяет кратно повысить производительность. Удельные затраты (р/м3) здесь больше затрат на сплошные рубки спелых и перестойных насаждений, однако зачастую меньше, чем при работе вальщиков леса. Еще больше повысить эффективность работы машинных лесозаготовительных комплексов при проведении рубок ухода возможно за счет автоматизации отбора деревьев в рубку. В основу такого отбора необходимо положить главную задачу данного вида рубок – получение наиболее оптимальных по размерно-качественным признакам насаждений к возрасту их спелости. Это становится возможным при учете конкурентной борьбы древесных растений в насаждении до и после проведения рубок ухода. В статье введена математическая постановка задачи назначения деревьев в рубку в однородном насаждении. Показано, что число вариантов решения растет экспоненциально. Реализован алгоритм, базирующийся на жадном методе, и выполнено экспериментальное сравнение этого метода со случайным результатом, а также с удалением дерева, имеющего самого близкого соседа среди всех деревьев. Апробация алгоритма на экспериментальных данных показала, что он эффективнее двух других.

Сведения об авторах

Г.Э. Рего¹, канд. техн. наук; ResearcherID: AFX-5848-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2235-8113
О.И. Григорьева², канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: AAC-9570-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5937-0813
И.В. Григорьев³*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: S-7085-2016, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5574-1725
А.М. Воронова¹, канд. техн. наук; ORCID: https://orcid.org/0009-0004-9567-6421
И.С. Должиков⁴, канд. техн. наук; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2738-0483
В.П. Друзьянова⁵, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAG-2463-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5409-3837

Ключевые слова

рубки ухода за лесом, отбор деревьев в рубку, математическое моделирование, жадный алгоритм, полный взвешенный граф, критерии оптимизации

Для цитирования

Рего Г.Э., Григорьева О.И., Григорьев И.В., Воронова А.М., Должиков И.С., Друзьянова В.П. Математическая модель отбора деревьев в однородном насаждении при проведении рубок ухода // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 2. С. 38–50. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-2-38-50

Литература

1. Богачев П.В., Григорьева О.И. Контроль качества и эффективности рубок ухода по нормативам интенсивной модели лесного хозяйства в Тихвинском лесничестве Ленинградской области // Актуальные проблемы лесного хозяйства и деревопереработки: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. Ю.М. Казакова и др. Казань: Казанск. нац. исслед. технол. ун-т, 2023. С. 16–19.
2. Богачев П.В., Григорьева О.И., Григорьев Г.А. Использование абсолютной полноты как критерия качества проведения рубок ухода // Повышение эффективности лесного комплекса: материалы Девятой Всерос. нац. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Петрозаводск: Петрозаводск. гос. ун-т, 2023. С. 40–41.
3. Бузыкин А.И. Устойчивость лесных ценозов в связи с их пространственной структурой и биоразнообразием: НИР: грант No 01-04-48176. Рос. фонд фундамент. исслед., 2001.
4. Григорьева О.И., Панарин А.О. Перспективные пути повышения эффективности рубок ухода в молодняках // Актуальные проблемы лесного хозяйства и деревопереработки: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. Ю.М. Казакова и др. Казань: Казанск. нац. исслед. технол. ун-т, 2023. С. 70–73.
5. Григорьева О.И., Панарин А.О. Повышение эффективности ухода за лесом // Повышение эффективности лесного комплекса: материалы Девятой Всерос. нац. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Петрозаводск: Петрозаводск. гос. ун-т, 2023. С. 61–62.
6. Карпечко А.Ю. Особенности формирования корней в еловых и смешанных насаждениях после рубок ухода в южной Карелии // Актуал. проблемы лесн. комплекса. 2007. No 17. С. 160–163.
7. Коротюк О.М. Значение и проблемы рубок ухода // Тр. Братск. гос. ун-та. Сер.: Естеств. и инженер. науки – развитию регионов Сибири. 2009. Т. 1. С. 142–147.
8. Кузьмичев В.В. Закономерности роста древостоев. Новосибирск: Наука, 1977. 150 с.
9. Маслаков Е.Л. Формирование сосновых молодняков. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 168 с.
10. Михайлова Л.М., Куницкая О.А., Мотовилов А.И. Перспективы систем машин на базе средств малой механизации для малообъемных лесозаготовок и лесохозяйственных работ // Стратегия и перспективы развития агротехнологий и лесного комплекса Якутии до 2050 года: сб. науч. ст. по материалам Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, посвящ. 100-летию образования Якутской АССР и 85-летию Первого президента РС (Я) М.Е. Николаева (Николаевские чтения). М.: Знание-М, 2022. С. 735–742.
11. Михайлова Н.В., Михайлов А.В. Трехмерная упрощенная модель световой конкуренции деревьев в лесу // Математическое моделирование в экологии: материалы Нац. конф. с междунар. участием. Пущино: ИФХиБПП РАН, 2009. С. 178–179.
12. Морковина С.С. Финансовое обеспечение цифровой трансформации лесного хозяйства РФ // Актуальные вопросы теории и практики финансово-хозяйственной деятельности: сб. материалов II Всерос. (нац.) науч.-практ. конф. Воронеж: Науч. кн., 2020. С. 109–112.
13. Морковина С.С., Панявина Е.А., Авдеева И.А. Исследование системы нормирования в лесном хозяйстве России // Лесотехн. журн. 2019. Т. 9, No 1 (33). С. 176–187. https://doi.org/10.12737/article_5c9201723dbb21.63764253
14. Морковина С.С., Топчеев А.Н. Цифровизация в лесном секторе: перспективы и потенциал // Современные тенденции развития менеджмента и государственного управления: материалы межрегион. заочн. науч.-практ. конф.: в 2 т. / под ред. А.В. Полянина. Орел: Среднерус. ин-т управления – филиал РАНХиГС, 2019. С. 125–127.
15. Морковина С.С., Шанин И.И. Применение цифровых технологий в лесном комплексе // Вызовы цифровой экономики: развитие комфортной городской среды: тр. III Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Брянск: Брянск. гос. инженер.-технол. ун-т, 2020. С. 553–555.
16. Рубцов М.В. Структурная трансформация монодоминантных сообществ древостоев в возрастной динамике: НИР: грант No 96-04-49836. Российский фонд фундаментальных исследований, 1996.
17. Секретенко О.П., Грабарник П.Я. Анализ горизонтальной структуры древостоев методами случайных точечных полей // Сиб. лесн. журн. 2015. No 3. С. 32–44.
18. Сеннов С.Н. Динамика еловых древостоев разного происхождения // Лесоведение. 1992. No 1. С. 3.
19. Сеннов С.Н. Итоги экспериментального изучения конкуренции в древостоях // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 1993. No 11. С. 160.
20. Сеннов С.Н. Итоги экспериментального изучения взаимоотношений деревьев в смешанных насаждениях // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2003. No 170. С. 21–31.
21. Сеннов С.Н., Мельников Е.С. Особенности межвидовых взаимоотношений между деревьями // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 1996. No 4. С. 39.
22. Терсков И.А., Терскова М.И. О закономерностях процесса изреживания светолимитированных древостоев // Математический анализ компонентов лесных биогеоценозов. Новосибирск: Наука, 1979. С. 25–44.
23. Трушевский П.В., Куницкая О.А. Влияние технологии и системы машин лесосечных работ на концентрацию порубочных остатков // Актуальные проблемы лесного хозяйства и деревопереработки: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. Ю.М. Казакова и др. Казань: Казанск. нац. исслед. технол. ун-т, 2023. С. 110–113.
24. Трушевский П.В., Куницкая О.А. Современные системы машин для очистки лесосек от порубочных остатков // Актуальные проблемы лесного хозяйства и деревопереработки: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. Ю.М. Казакова и др. Казань: Казанск. нац. исслед. технол. ун-т, 2023. С. 121–126.
25. Berglin E., Brodal G.S. A Simple Greedy Algorithm for Dynamic Graph Orientation. Algorithmica, 2020, vol. 82, pp. 245–259. https://doi.org/10.1007/s00453-018-0528-0
26. Hertz E., Kunickaya O., Runova E., Tikhonov E., Timokhov R., Mikhaylenko E., Chemshikova Ju., Perfiliev P. Forest Preservation Techniques in the Urals. International Journal of Environmental Studies, 2023, vol. 80, iss. 4, pp. 1055–1064. https://doi.org/10.1080/00207233.2022.2096959
27. Karp R.M. Reducibility Among Combinatorial Problems. 50 Years of Integer Programming 1958–2008. Berlin, Heidelber, Springer, 2010, pp. 219–241. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68279-0_8
28. Morkovina S.S., Kunickaya O., Dolmatova L., Markov O., Nguyen V.L., Baranova T., Shadrina S., Grin’ko O. Comparative Analysis of Economic Aspects of Growing Seedlings with Closed and Open Root Systems: The Experience of Russia. Asian Journal of Water, Environment and Pollution, 2021, vol. 18, iss. 2, pp. 19–26. https://doi.org/10.3233/AJW210015
29. Rego G.E., Grigoreva O.I., Voronov R.V. Algorithms for Calculating Schemes of Transport Routes in a Felling Area. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 806, art. no. 012025. https://doi.org/10.1088/1755-1315/806/1/012025
30. Ryabukhin P., Kunickaya O., Burgonutdinov A., Makuev V., Sivtseva T., Zadrauskaite N., Hertz E., Markov O. Improving the Efficiency of Forest Companies by Optimizing the Key Indicators of Sustainable Forest Management: a Case Study of the Far East. Forest Science and Technology, 2022, vol. 18, iss. 4, pp. 190–200. https://doi.org/10.1080/21580103.2022.2128900
31. Ryan C.T., Smith R.L. A Greedy Algorithm for Finding Maximum Spanning Trees in Infinite Graphs. Operations Research Letters, 2022, vol. 50, iss. 6, pp. 655–659. https://doi.org/10.1016/j.orl.2022.10.004

Ссылка на английскую версию:

A Mathematical Model of Tree Selection in a Homogeneous Plantation during Improvement Thinning. С. 38-50