МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИРОДНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЙ В ЗАДАЧАХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРВИЧНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ ДРЕВЕСИНЫ В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ

SIMULATION OF NATURAL AND INDUSTRIAL CONDITIONS IN RESEARCH TASKS OF PRIMARY TIMBER TRANSPORTATION IN THE

HIGHLANDS

кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации Абрамов В.В.

кандидат технических наук, доцент кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации Черных А.С.

младший научный сотрудник кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации Бондаренко А.В.

ФГБОУ В ПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Abramov V.V., Chernykh A.S., Bondarenko A.V.

FSBEIHPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies» vitali Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script , Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script , ac Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

DOI: 10Л2737/2960

Abstract. The article focuses on the modeling of natural production conditions within the simulation model developed by the process of the primary timber transportation in the highlands to enable prediction with high confidence results on a PC functioning of the various hardware options, as well as studying the optimal conditions and parameters of their work.

Keywords: primary forest transportation, hauling wood, mountain logging.

Для обоснования эффективной технологии первичной транспортировки древесины необходимы достоверные показатели сравниваемых вариантов ее выполнения в конкретных лесоэксплуатационных условиях. В горной местности рельеф разрабатываемых лесосек меняется самым непредсказуемым образом, оказывая влияние на схему их освоения, конфигурацию, местоположение и протяженность транспортных путей. В такой ситуации природно-производственной неопределенности оценивать работу различных технических средств целесообразно на основе современных методов моделирования, позволяющих прогнозировать с достаточной степенью адекватности результаты функционирования различных вариантов.

При разработке имитационной модели первичной транспортировки древесины в горной местности целесообразно использовать структуру [2,3] состоящую из следующих взаимосвязанных блоков-элементов: программа рубок, конфигурация разрабатываемой лесосеки, рельеф местности разрабатываемого лесного массива, параметры древостоя, тип транспортной системы, параметры освоения лесосеки, параметры работы транспортной системы, техникоэкономический результат, лесоводственно-экологические последствия, обобщенный критерий эффективности транспортировки древесины (рисунок 1).

Структурная схема имитационной модели процесса первичной транспортировки древесины

Рисунок 1 - Структурная схема имитационной модели процесса первичной транспортировки древесины

Для моделирования горизонтальной конфигурации лесосеки и близлежащих транспортных путей предполагается использовать материалы отвода лесного участка в рубку. Привязка местности к системе координат начинается с противоположного лесовозной дороге угла отведенного в рубку участка против часовой стрелки (рисунок 2). После графического моделирования контуров отведенного в рубку лесного участка последовательно с заданным шагом задаются координаты продольной оси лесовозной дороги.

Схема моделирования лесосеки и близлежащих транспортных путей по контурным точка

Рисунок 2 - Схема моделирования лесосеки и близлежащих транспортных путей по контурным точка

Моделирование поверхности разрабатываемого лесного участка выполняется на основе результатов горизонтальной привязки конфигурации лесосеки с близлежащими транспортными путями к системе координат, а также топографических данных местности. Для этого вся территория разрабатываемого лесного участка в пределах крайних точек покрывается сеткой с элементарными плоскостями-квадратами определенного разрешения.

На основе обработки графических изображений данных топографических карт последовательно на конфигурацию лесосеки накладываются горизонтали. Отметки узлов сетки (рисунок 3) определяются отметками горизонтали по выражению [4]

где -значение высоты Ci - го узла рельефной сетки соответствующего ординаты Ya и абсциссы xci;

HPi - отметка горизонтали, м;

А - сечение горизонталей, м;

L - заложение сетки (расстояние между горизонталями по сетке), м;

1- расстояние от точки пересечения с горизонталью стороны квадрата сетки до узла сетки, отметка которого определяется (плюс - при*1^ < подъеме от узла в сторону горизонтали; минус - при уклоне ^^Vj+i), м.

Определение аппликат узлов рельефной сетки

Рисунок 3 - Определение аппликат узлов рельефной сетки

Для моделирования пространственной структуры расположения деревьев с их индивидуальными эксплуатационными параметрами (координаты местоположения деревьев на лесосеке, их количество по каждой породе, диаметр, высота, объем и масса ствола, ширина и протяженность кроны) требуется статистическая информация с их распределениями, а также соответствующий математический аппарат. При моделировании координат деревьев на разрабатываемом лесном участке необходимо знать вероятностный закон их распределения по площади. В практике лесной таксации при решении задач о средних расстояниях между деревьями исходят из случайного равномерного расположения деревьев на лесопокрытой площади, таким образом, в лесоэксплуатации используют, как правило, закон Пуассона. Из допущений Пуассоновского распределения числа деревьев на лесной площади следует, что если N деревьев расположены на площади S, то вероятность Р(п) нахождения11 деревьев на площади с равна (при N >п и S >с)

где р - среднее число деревьев на единице площади лесосеки, шт;

Плотность распределения расстояний между двумя деревьями определяется функцией

а среднее расстояние между деревьями формулой

где площадь под расположение деревьев находится по крайним контурным точкам разрабатываемой лесосеки привязанных раннее к системе координат

а общее количество деревьев определяется как

где Qra- средний запас стволовой древесины на одном га, м3/га;

ЧСр- средний объем ствола дерева в древостое, м3;

qcpi- средний объем ствола дерева i-ой породы.

Координаты деревьев, а также подроста и подлеска XPDnH YPDn. можно считать случайными величинами, равномерно распределенными соответственно

в интервалах (XLMin, Хьмах) и (YLMin, YlM3X) и моделировать по правилам:

где 5п, случайные числа, равномерно распределенные в интервале (0,1); YPDni - ордината месторасположения i-ro дерева PDni ; XPDn _ абсцисса месторасположения i-ro дерева PDni .

После расчета координат i-ro дерева PDni на основе данных таксационных описаний разрабатываемой лесосеки по составу насаждения моделируется его порода с последующим присваиванием соответствующего индекса (n): 1- сосна, 2- ель, 3- лиственница, 4- кедр, 5- граб, 6- бук, 7- береза, 8- пихта, 9- осина, 10- дуб.

Для моделирования породы дерева, а также подроста и подлеска выполняется генерирование случайной величины с последующей проверкой ее подания в долевой интервал той или иной породы составляющей общий состав насаждения Pi-iпри этом Рк= 1.

Определение интервала доли i- ой породы в общем составе древостоя выполняется следующим образом 1—~Щ, где Pi- вероятности наличия i - ой породы в рассматриваемом древостое.

Определение доли числа деревьев i - ой породы в общем числе, принятом за единицу можно получить из следующего выражения

где ко- коэффициент объемного распределения пород в древостоях (в долях от десятых).

Таким образом, количество одной породы произрастающей в древостое может быть вычислено по формуле:

Моделируемый объем ствола дерева i - ой породы с достаточной точностью для технических расчетов можно определить по формуле предложенной Алябьевым В.И.[4]:

где D0 5 _ диаметр ствола на середине высоты;

Ai- коэффициент, учитывающий образующую форму ствола дерева (при форме ствола -1: для хвойных и лиственных пород А,= 0,998; при форме ствола - II: для хвойных и лиственных пород =1,117).

Диаметр ствола дерева i- ой породы на середине высоты можно определить по следующей формуле [5]:

где коэффициенты, зависящие от формы образующей ствола

(при форме ствола - I: bo=l,63; bi= - 2,98; ь2=7,24; ь3 = - 9,46; ь4=3,66; при форме ствола - II: bo=l,98; bi=-5,34; Ь2=13Д7; b3=_ ]6,30; ь4=6,48).

D, - моделируемый диаметр i- ого дерева по логнормальному распределению, м;

Hi - моделируемая высота i- ого дерева смоделированному ранее диаметру, м.

Для моделирования диаметра i- ого дерева предлагается использовать результаты ЦНИИМЭ в виде следующей зависимости:

где О* - средний диаметр i- ой породы дерева, м;

Hi- средняя высота i- ой породы дерева, м;

РсР- один из параметров логнормального закона принимаемый; для условий Северного Кавказа принимается 0,2678;

, §i2 - случайные числа, равномерно распределенные в интервале (0,1). При моделировании высоты дерева может быть использован следующий алгоритм

где Нс°;р _ средняя высота дерева по ступени диаметра Dcp;

ан- среднеквадратическое отклонение Нс°рср для ступени диаметра Dcp.

Для определения величины Н^рср можно использовать математическую модель [4] массовых таблиц

где Нср - средняя высота i-ой породы дерева соответствующая ^ср на определенной ступени по таксационным данным массовых таблиц;

- смоделированный диаметр дерева i-ой породы в зависимости от ^ср; ai, а2, аз _ постоянные коэффициенты, зависящие от породы дерева.

Для моделирования диаметра кроны дерева может быть использована формула проф. В.С.Сюнева [5]:

где VV постоянные коэффициенты, зависящие от породы дерева;

Aq - возраст дерева (из таксационных характеристик), лет.

Длину кроны можно определить по известным формулам проф. Алябьева В.И. [4] в зависимости от смоделированного ранее диаметра и соответствующей ему высоты, а также рассчитанной длины бессучковой зоны дерева i- ой породы.

По величине реализаций диаметра и высоты дерева находится масса ствола дерева

где Р - плотность древесины, моделируемая как случайная нормально распределенная величина.

Разработанный математический аппарат для исследования процесса первичной транспортировки древесины чувствителен к большому разнообразию условий производства и природной среды горной местности (уклоны; конфигурации лесосек, лесотаксационные показатели насаждения, способы рубок; вид транспортируемой древесины). Его реализация в программном обеспечении позволит с высокой степенью достоверности на стадии технологического проектирования прогнозировать результаты функционирования различных вариантов технических средств, а также обосновывать оптимальные режимы и параметры их работы, что крайне важно в современных условия развития лесозаготовительного производства [1].

Библиографический список

  • 1. Абрамов, В. В. Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки в малолесных районах [Текст] : автореф. ... канд. техн. наук : 05.21.01 / В. В. Абрамов ; Гос. образовав учреждение высш. проф. образования "Воронеж, гос. лесотехн. акад.". - Воронеж, 2009.- 15 с.
  • 2. Абрамов, В. В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств на выборочных рубках [Текст] : [деп. рукопись] / В. В. Абрамов; Фед. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования "Воронеж, гос. лесотехн. акад.". - Воронеж, 2008. - 96 с.
  • 3. Абрамов, В. В. Трелевка леса в малолесных районах России [Текст] : [деп. рукопись] / В. В. Абрамов; Фед. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования "Воронеж, гос. лесотехн. акад.". - Воронеж, 2005. - 63 с.
  • 4. Алябьев, В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках [Текст]: учеб.пособие / В. И. Алябьев; М: Лесн. пром-сть,1977. - 248 с.
  • 5. Сюнев, В. С. Обоснование выбора систем машин для рубок ухода [Текст] : дис.... д- ра. техн. наук : 05.21.01: защищена 19.03.00 / В. С. Сюнев; Воронеж, гос. лесотехн. акад. - Воронеж, 2000. - 397 с.

УДК 630*372

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >