Почтовый адрес: 163000, ОПС Архангельск, бокс 249, САФУ, Редакция "Лесной журнал".

Адрес местонахождения: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, д. 17, САФУ, Редакция "Лесной журнал", ауд. 1425.

Тел.: 8(8182) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/ 
e-mail: forest@narfu.ru

RussianEnglish



архив

Математическая модель отбора деревьев с учетом заданной абсолютной полноты насаждения при проведении рубок ухода. С. 82–94

 Версия для печати

Рего Г.Э., Григорьева О.И., Григорьев И.В., Друзьянова В.П., Матвиенко Е.Ю.

Рубрика: Лесное хозяйство

Скачать статью (pdf, 0.7MB )

УДК

630*24

Аннотация

В лесном хозяйстве есть понятие «абсолютная полнота насаждения» – сумма площадей поперечных сечений всех деревьев насаждения на высоте 1,3 м в пересчете на 1 га. В настоящее время все большее распространение получает технология лидарной подеревной съемки лесных массивов, результатами которой становятся в т. ч. данные о координатах деревьев и их диаметрах. Эти данные позволяют вычислить полноту насаждения. При планировании снижения абсолютной полноты древостоя во время проведения рубок ухода в однородном насаждении требуется сделать оптимальный выбор назначаемых в рубку деревьев, чтобы достичь плановой полноты и при этом обеспечить максимально возможное жизненное пространство для оставляемых деревьев. Представлена постановка задачи отбора деревьев для рубок ухода, предполагающая сохранение заданной доли полноты насаждений при одновременном обеспечении равномерного пространственного распределения оставшихся деревьев. Целью работы является разработка математической модели оптимального отбора деревьев в рубку как системы поддержки принятия решений для повышения эффективности рубок ухода. Для решения задачи предлагается генетический алгоритм, использующий результаты подеревной лидарной съемки насаждения, в котором каждое дерево кодируется двоичным вектором, а целевая функция сочетает максимизацию суммарных попарных расстояний и штрафы за нарушение ограничений по планируемой полноте насаждения и минимальному расстоянию между оставляемыми на доращивание деревьями. Рассмотрено теоретическое обоснование сложности задачи и показано, что в общем случае она является NP-трудной. Предложенный подход успешно апробирован на реальных данных подеревной лидарной съемки, что подтверждает его эффективность и практическую применимость в лесном хозяйстве.

Благодарности: Работа выполнена в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства» и за счет гранта РНФ № 23-16-00092, https://rscf.ru/project/23-16-00092/

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
В.П. Друзьянова4, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAG-2463-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5409-3837
Е.Ю. Матвиенко5, канд. с.-х. наук, доц.; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6767-315X
1Петрозаводский государственный университет, просп. Ленина, д. 33, г. Петрозаводск, Россия, 185910; regogr@yandex.ru
2Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Институтский пер., д. 5, Санкт-Петербург, Россия, 194021; grigoreva_o@list.ru
3Арктический государственный агротехнологический университет, 3-й км, д. 3, ш. Сергеляхское, г. Якутск, Россия, 677007; silver73@inbox.ru*
4Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, д. 58, ул. Белинского, г. Якутск, Россия, 677000; druzvar@mail.ru
5Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт им. А. Кортунова, д. 111, ул. Пушкинская, г. Новочеркасск, Ростовская обл., Россия, 346428; zhikalena11@mail.ru

Ключевые слова

генетический алгоритм, абсолютная полнота насаждения, снижение абсолютной полноты, заданная абсолютная полнота, равномерность расположения деревьев, комбинаторная оптимизация, метаэвристика, лидарная съемка насаждения, рубки ухода, оставление деревьев

Для цитирования

Рего Г.Э., Григорьева О.И., Григорьев И.В., Друзьянова В.П., Мат-
виенко Е.Ю. Математическая модель отбора деревьев с учетом заданной абсолютной полноты насаждения при проведении рубок ухода // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 3. С. 82–94. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-3-82-94

Литература

  1. Беляева Н.В. Зональные особенности возобновления ели в условиях Ленинградской области // Науч. обозрение. 2012. № 5. С. 97–106. 

  2. Беляева Н.В., Грязькин А.В. Закономерности появления подроста ели после сплошных рубок в зависимости от состава материнского древостоя // Актуал. Проблемы лесн. комплекса. 2015. № 41. С. 3–7. 

  3. 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. 

  4. 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. 

  5. 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. 

  6. Дружинин Н.А., Дружинин Ф.Н. Лесоводственная эффективность равномерно-постепенных рубок в условиях Вологодской области // Лесохоз. информ. 2013. № 2. С. 40–44. 

  7. Дружинин Н.А., Неволин Н.Н. О выборочных рубках в осушаемых ельниках // Гидролесомелиорация и эффективное использование земель лесного фонда. Информационные материалы. Вологда, 1998. С. 243–248. 

  8. 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. 

  9. Коршунов Н.А., Савченкова В.А., Перминов А.В., Конюшенков М.Е. Перспективные направления применения беспилотных авиационных систем в лесном комплексе // Лесохоз. информ. 2022. № 2. С. 34–46. https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2022.2.03

  10. Кружилин С.Н., Барышникова Е.В., Мишенина М.П. Методика статистической обработки результатов лесокультурных исследований с использованием ППП MATHCAD // Лесотехн. журн. 2019. Т. 9, № 3(35). С. 56–67. https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2019.3/56

  11. Кружилин С.Н., Ищенко О.С., Багдасарян А.А. Мониторинг дубрав в условиях нижнего Дона (на примере Донлесхоза) // Наука. Мысль: электрон. периодич. журн. 2017. Т. 7, № 7. С. 35–39. https://doi.org/10.25726/нмэнж.v7i7.7

  12. Кружилин С.Н., Чернышков Д.В. Методика исследования географических культур дуба черешчатого // Человек. Общество. Природа. Международный сборник научно-практических работ / под ред. В.С. Кукушина. Ростов-на-Дону: ГинГо, 2011. С. 308–312. 

  13. 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

  14. Русинов Д.Э. Разработка алгоритма назначения лесохозяйственных мероприятий по уходам за лесами // Научному прогрессу – творчество молодых. 2020. № 2. С. 145–148. 

  15. Сеннов С.Н. Динамика еловых древостоев разного происхождения // Лесоведение. 1992. № 1. С. 3–10. 

  16. Сеннов С.Н. Итоги экспериментального изучения конкуренции в древостоях // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 1993. № 11. С. 160–172. 

  17. Сидоренков В.М., Астапов Д.О., Бадак Л.А., Ачиколова Ю.С. Возможности таксации лесов на основе данных радиолокационной спутниковой съемки на примере ленточных боров Алтайского края // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: материалы 19-й Междунар. конф. М.: ИКИ РАН, 2021. С. 379. https://doi.org/10.21046/19DZZconf-2021a

  18. Степанова Д.С., Савченкова В.А. Мониторинг состояния зеленых насаждений // Охрана, инновационное восстановление и устойчивое управление лесами. Forestry – 2023: материалы Междунар. лесн. форума. Воронеж: ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова, 2023. С. 164–172. https://doi.org/10.58168/Forestry2023_164-172

  19. Alaidi A.H., Der C.S.S., Leong Y.W. Systematic Review of Enhancement of Artificial Bee Colony Algorithm Using Ant Colony Pheromone. International Journal of Interactive Mobile Technologies, 2021, vol. 15, no. 16, pp. 172–180. https://doi.org/10.3991/ijim.v15i16.24171

  20. Katoch S., Chauhan S.S., Kumar V. A Review on Genetic Algorithm: Past, Present, and Future. Multimedia Tools and Applications, 2021, vol. 80, pp. 8091–8126. https://doi.org/10.1007/s11042-020-10139-6

  21. Kuo C.-C., Glover F., Dhir K.S. Analyzing and Modeling the Maximum Diversity Problem by Zero-One Programming. Decision Sciences, 1993, vol. 24, iss. 6, pp. 1171–1185. https://doi.org/10.1111/j.1540-5915.1993.tb00509.x

  22. Martí R., Martínez-Gavara A., Pérez-Peló S., Sánchez-Oro J. A Review on Discrete Diversity and Dispersion Maximization from an OR Perspective. European Journal of Operational Research, 2022, vol. 299, iss. 3, pp. 795–813. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2021.07.044

  23. Parreño F., Álvarez-Valdés R., Martí R. Measuring Diversity. A Review and an Empirical Analysis. European Journal of Operational Research, 2021, vol. 289, iss. 2, pp. 515–532. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2020.07.053

  24. Shukla A., Pandey H.M., Mehrotra D. Comparative Review of Selection Techniques in Genetic Algorithm. 2015 International Conference on Futuristic Trends on Computational Analysis and Knowledge Management (ABLAZE). Greater Noida, India, 2015, pp. 515–519. https://doi.org/10.1109/ABLAZE.2015.7154916