全 文 ：第 wt卷 第 t期
u s s x年 t 月
林 业 科 学
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基于 ŠŒ≥的伐区楞场位置决策系统
邱荣祖t 黄德华u 翁发进v 王周俊t 王超群t
kt q福建农林大学 福州 vxsssu ~u q福建省地质遥感中心 福州 vxssss ~v q三明梅列区林业局 三明 vyxsssl
关键词 } ŠŒ≥ ~伐区楞场位置 ~敏感性分析 ~综合费用
中图分类号 }≥z{u 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlst p sutt p sw
收稿日期 }ussv p st p sz ∀
基金项目 }福建省林业厅科学基金资助项目k闽林科≈usst wyw号l ∀
ΓΙΣ2Βασεδ ∆εχισιον Σψστεµ οφ Ωοοδ Λανδινγ Λοχατιον
±¬∏•²±ª½∏t ‹∏¤±ª ⁄¨ «∏¤u • ±¨ªƒ¤­¬±v • ¤±ª«²∏­∏±t • ¤±ª≤«¤²´ ∏±t
kt q Φυϕιαν Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Φυζηουvxvsst ~u q Φυϕιαν Γεολογιχαλ Ρεµοτε Σενσινγ Χεντερ Φυζηουvxssss ~
v q Σανµινγ Μειλιε Φορεστρψ Βυρεαυ Σανµινγvyxsssl
Αβστραχτ} ƒ¤¦·²µ¶º¨ µ¨ ¤±¤¯¼½¨ §¬± §¨·¤¬¯¶º«¬¦«¤©©¨¦·¶º²²§ ¤¯±§¬±ª ²¯¦¤·¬²±q ⁄¨ ¦¬¶¬²± °²§¨ ¶¯²© º²²§ ¤¯±§¬±ª ²¯¦¤·¬²±¬±
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Κεψ ωορδσ} ŠŒ≥ ~º²²§ ¤¯±§¬±ª ²¯¦¤·¬²±~¶¨±¶¬·¬√¬·¼ ¤±¤¯¼¶¬¶~·²·¤¯ ²¯ªª¬±ª¦²¶·
伐区楞场位置决定集材和运材的距离 o并直接影响到伐区木材生产效率和成本 ∀伐区楞场选择受地形
地质条件 !资源分布和作业方式的影响 ∀由于山地伐区作业条件的复杂多变和决策要素空间分布性特点 o以
及森林可持续经营对综合效益的要求 o决定了理论模型的决策目标及其约束条件多 o模型影响因素具有不确
定性和时空性特点 ∀ ŠŒ≥技术具有处理和分析地理空间及非空间信息的强大功能 o在林业上有广泛的应用
k邱荣祖等 ousst ~°¤¯¤±§¨µot||z ~⁄¨ ¤±ot||z ~‹ ±¨·¶¦«¨¯ot||y ~赵尘 ot||y ~¤µ¶«¤¯¯ ετ αλqot||xl ∀基于 ŠŒ≥的伐
区楞场位置决策系统 o对 ŠŒ≥技术 !⁄…≥技术和数学规划方法进行集成 o应用启发式算法进行编程实现模型
求解 o系统应用有助于在复杂环境条件约束下 o实现森林经营综合效益最佳 ∀
1 开发平台及运行环境
t1t 系统开发平台 ¤³Œ±©²具有较完善的图形表达和处理功能 o开放的关系型数据库管理功能 o强大的数
据查询分析功能 o直观的数据可视化表达方式和具有二次开发工具语言等特点 o能满足本应用系统的开发与
应用需要 ∀
t1u 系统运行环境 •¬±§²º¶|x以上系统软件 ~¤³Œ±©²y1s开发平台 ~¤³¥¤¶¬¦y1s二次开发语言 ∀微型计
算机配置 }x{y以上主机一台 o配置 yw …以上内存和 { …以上显卡 ~数据输入设备 }扫描仪 t台 o数据化仪
t台 ~输出设备 }∂Š„彩显 t台 o喷墨彩色打印机 t台 ∀
2 伐区楞场位置决策数学模型
u1t 费用分析 主要包括以下几个方面 ∀
林道修建费 应用回归分析方法 o建立林道修建费用的地形模型k邱荣祖 ousstl ∀
Ψs € p {t1wx n u1sy Ρ∆ n us1vxς ktl
式中 }Ψs 为单位长度林道修建费k元#°ptl ~Ρ∆ 为伐区平均比降k h l ~ς为伐区平均沟谷密度k个#®°pul ∀
集材费 集材费用的高低取决于山场作业条件 !资源情况和所采用的集材方式等因素 ∀费用分析就是
根据山场作业条件和资源情况 o建立不同集材方式的成本模型 ∀
tl索道集材可表示成一元回归方程
Χϑt € αϕ n βϕΛ³ kul
式中 }αϕ oβϕkϕ€ t ou ov o表示松 !杉 !杂l为索道集材的单位固定成本k元#°pvl和单位可变成本k元#°pv °p tl o
Λ³为平均集材距离k°l ∀
ul手板车集材由集材人工费 !板车折旧费和板车道修建费分摊组成 o其计算式为
Χϑu € tv1y n u xsskt n Γlδt θs n {1|z ≅ ts
pv Λ° Κ kvl
式中 }Γχ为板车道展线系数 ~δt 为板车道修建定额k°#工日 p tl ~θs 为单位面积出材量k°v#«°pul ~Κ为树种
修正系数 ∀
vl担筒集材由人工费和担筒道修建费组成 o其经验公式为
Χϑv € y1xw n s1|uΛ° n u xssδu θs Κ kwl
式中 }δu 为担筒道修建定额 o一般地形条件取 uu °#工日 p t o困难地形条件取 tz °#工日 p t ∀
u1u 平均集材距离 平均集材距离主要与伐区楞场位置 !伐区形状 !蓄积量分布和地形条件等有关 ∀以小
班为计算的基本单元 o各小班的平均集材距离按小班的形心点为准 o采用加权平均法计算 Λ° ∀
Λ° €
Ε
ν
ι € t
Θιkt n Γδl kξιχ p ξΛlu n kψιχ p ψλlu
Ε
ν
ι € t
Θι
kxl
式中 }Θι 为小班 ι的蓄积量k°vl ~ν为伐区小班数 ~Γδ为集材道展线系数 ~ξιχ oψιχ为小班 ι的中心点坐标k°l ~
ξΛ oψΛ为伐区楞场的中心点坐标k°l ∀
u1v 伐区楞场位置决策数学模型 确定最佳伐区楞场位置的决策数学模型应满足不同的集材方式 !山场作
业条件和资源情况下 o使伐区木材的集运材综合费用最低 o即
ΧΖ°¬± € Χϑ n Χ∆ € χϑκ Ε
ν
ι € t
Θι n Λ∆Ψs kyl
式中 }ΧΖ 为楞场所吸引范围内木材的集运材综合费用k元l ~Χϑ 为集材费用k元l ~Χ∆ 为林道修建费k元l ~χϑκ
为单位集材方式 κ的单位集材成本k元#°pv °p tl ~Χ∆ 为林道延伸长度k°l ∀
图 t 系统结构
ƒ¬ªqt ≥¼¶·¨° ¶·µ∏¦·∏µ¨
3 系统结构与功能
v1t 系统结构 见图 t ∀描述森林资源特征的
小班卡以及进行作业费用分析的定额指标通过
键盘输入 o存放在数据表和数据库文件中 ∀描
述森林空间分布特征和其它作业条件的空间数
据采用扫描仪扫描图纸 o再进行扫描线跟踪数
字化 o建立系统空间数据库 o由 ŠŒ≥ 基础软件
¤³Œ±©²和 ⁄…≥进行管理 ∀优选伐区模型与楞
场位置决策模型构成系统决策模型库 o支持作
业伐区优选和楞场位置决策 ∀
v1u 系统功能 见图 u ∀
优选伐区模块 合理采伐量计算功能 }对全
场森林资源 !森林经营类型进行综合分析 o用
/面积控制法0计算出森林合理年采伐量 ∀优选
伐区功能 }根据用户输入的采伐条件 o包括采伐树种 !合理采伐量和计划采伐量 o可得出可伐小班分布图 ∀综
合考虑树种 !蓄积量 !生长量 !需材单位 !道路分布 !运输成本 !采伐面积和河流分布等森林资源状况和作业条
件 o通过空间分析得出最佳的作业伐区面积和空间位置 ∀数据维护功能 }提供小班信息和生产作业条件更新
utu 林 业 科 学 wt卷
图 u 系统功能
ƒ¬ªqu ≥¼¶·¨° ©∏±¦·¬²±
功能 o包括小班数据更新 !整个林场数据的
表整列更新和表结构修改 ∀
楞场决策分析模块 该模块根据优选伐
区模块得出的最佳作业伐区进行分析 o用
/楞场位置决策模型0计算出索道集材方式 !
手板车集材方式 !担筒集材方式 v种集材方
式的伐区楞场最佳位置 o即集运材综合费用
最小的伐区楞场位置 ∀
敏感性分析模块 该模块根据楞场决策
模块得到的最佳楞场位置 o用敏感性分析方
法分析在各变动因素的作用下 o各种集材方
式作业伐区楞场的最佳位置 !集材费用和林
道修建费用的变动范围 ∀
打印输出模块 模块为用户提供各种图 !
表打印功能 ∀
4 应用分析
w1t 楞场位置决策 选择福建省永安虹桥国有林业采育场部分林班为试用区域 ∀通过对地图数字化和输
入属性数据 o建立应用系统空间数据库 ∀
图 v 决策分析
ƒ¬ªqv ⁄¨ ¦¬¶¬²± ¤±§¤±¤¯¼¶¬¶
通过系统分析 o在试用区域内 o合理年
采伐面积和采伐量分别为 v1|x «°u 和
zs|1v{ °v ∀设需材单位需要 vws °v 杉木 o
出材率按 s1y计算 o需砍伐森林蓄积量为
xyz °v ∀在确定可采伐区时 o充分考虑到
对生态林的保护 o并按如下原则确定可采
林区 o沿河流两岸 uss °范围内为水源涵
养林 o在沿河岸 uss ° 的范围产生一条
uss °宽的缓冲区 o在缓冲区内的林木不能
采伐 ~天然林不能采伐 ~坡度超过 wxβ的林
地也不能采伐 ∀采伐顺序从谷口深入谷
底 o并沿道路深入的原则 ∀伐区平均比降
为 vs h o伐区平均沟谷密度为 u个#®°pu ∀
经过系统决策分析 o确定 wv林班 tx大班 v
小班一部分 o面积 u1sz «°u o蓄积量 x{{1z{
°v 为作业伐区 o采用人工担筒集材方式 o
系统自动分割经营小班 o得到作业小班 ∀
试用区域的林道网 !林分 !河流 o以及由系
统决策分析得到的作业小班 !修建林道起点 !楞场位置分布 o见图 v ∀
w1u 敏感性分析 应用敏感性分析方法分析单位集材费用 χϑκ和单位林道修建费用 Ψs 对决策楞场位置的
影响程度k傅家骥等 ot||yl ∀ χϑκ和 Ψs 分别变动 ? us h o伐区木材生产综合费 !集材费 !林道修建费 o新修林道
起点与楞场位置坐标的变化趋势 o见表 t ∀从表中可以看出 oχϑκ和 Ψs 变动 ? us h o对楞场位置的影响程度基
本一样 o变化的幅度在的范围 vy ∗ yt °内 ∀
vtu 第 t期 邱荣祖等 }基于 ŠŒ≥的伐区楞场位置决策系统
表 1 敏感性分析结果
Ταβ .1 Ρεσυλτσ οφ σενσιτιϖιτψ αναλψσισ
变动因素
≤«¤±ª¬±ª©¤¦·²µ
变动率
≤«¤±ª¬±ªµ¤·¨Πh
集材费
‹¤µ√ ¶¨·¦²¶·Π¼∏¤±
林道修建费
•²¤§¦²¶·Π¼∏¤±
综合费
ײ·¤¯ ¦²¶·Π¼∏¤±
楞场位置k ξΛ o ψΛl
¤±§¬±ª ²¯¦¤·¬²± ∃ΛΠ°
s w y|t1ut u svx1zt y zuy1|u v| ysw uuz ou |ws {|t s
单位集材费 n us x yu|1wx u svx1zt z yyx1ty v| ysw uuz ou |ws {vs yt
˜±¬·«¤µ√ ¶¨·¦²¶· p us w {vx1xu {zu1{{ x zs{1ws v| ysw uxt ou |ws {yu vz
单位林道修建费 n us x zz{1sz t vsv1ut z s{t1u{ v| ysw uwv ou |ws {x{ vy
˜±¬·µ²¤§¦²¶· p us w y|t1uu t yu{1xy y vt|1z{ v| ysw uuz ou |ws {vs yt
x 结论与建议
伐区楞场位置选择是森林作业系统优化中的一个核心问题 ∀研究最佳伐区楞场位置决策理论模型与方
法 o并设计成决策支持系统 o为提高伐区楞场位置决策的效率和科学性提供一个有效的工具 ∀试用表明 o系
统效率和稳定性好 o用户界面友好 o易于操作 o可扩展性强 ∀但伐区楞场位置仅是构成整个基于 ŠŒ≥的生态
型伐区作业决策支持系统的重要部分 o尚有采伐顺序 !皆伐面积与形状优化 !林道网合理配置 !运输方式优化
等系统功能有待于继续开发设计 ∀
参 考 文 献
傅家骥 o仝允桓 1t||y q工业技术经济学 1 北京 }清华大学出版社 owz p xw
邱荣祖 o周新年 1usst q基于 ŠŒ≥的优选作业伐区决策支持系统 1 遥感信息 okvl }vz p ws
邱荣祖 1usst q公路交通运输系统工程 1厦门 }厦门大学出版社 otuu p txw
王晓武 o陈宗敏 o杜兴国 1usss q¤³…¤¶¬¦程序设计 1 北京 }电子工业出版社 oxy p uz
赵 尘 1t||y q基于 ŠŒ≥的索道集材分析设计 1 林业资源管理 ok特l }t p v
⁄¨ ¤± ⁄qt||z qƒ¬±§¬±ª²³·¬°¤¯ µ²∏·¨¶©²µ±¨ ·º²µ®¶²©«¤µ√¨ ¶·¶¬·¨ ¤¦¦¨¶¶µ²¤§¶∏¶¬±ªŠŒ≥2¥¤¶¨§·¨¦«±¬´∏¨¶q≤¤±¤§¬¤± ²∏µ±¤¯ ²©ƒ²µ¨¶·• ¶¨¨¤µ¦«ouz }tt p uu
‹ ±¨·¶¦«¨¯ ≥ qt||y qŠŒ≥2¥¤¶¨§ §¨§∏¦·¬²± ²© ¤µ¨¤¯ ²³¨ ±¬±ª ©¨©¨¦·¶²©µ²¤§ ±¨ ·º²µ®¶§¨ °²±¶·µ¤·¨§¥¼ ·«¨ ¬¨¤°³¯¨ ²© „• ≤Ќ‘ƒ’ q ƒ²µ¨¶··¨¦«±¬´∏¨2Œ±©²µ°¤·¬²±
kŠ¨ µ°¤±¼l ow{kt p ul }{ p tv
¤µ¶«¤¯¯ …o¦¦∏¯¯ ²∏ª« ⁄ Š qt||x q°¨ ¶·°¤±¤ª¨ °¨ ±·§¨¦¬¶¬²± ¶∏³³²µ·¶¼¶·¨°¶}„ ±¨ º ¦«¤¯¯¨ ±ª¨ ©²µ©²µ¨¶·¨ ±·²°²¯²ª¬¶·¶q׫¨ ©²µ¨¶·µ¼¦«µ²±¬¦¯¨oztkvl }u{{
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°¤¯¤±§¨µ× qt||z q „ ²¯¦¤¯ ⁄°2ŠŒ≥2° ¶¼¶·¨° ©²µª¨²ªµ¤³«¬¦¤¯ ¼¯ §¨ ¦¨±·µ¤¯¬½¨ §º²²§³µ²¦∏µ¨°¨ ±·³¯¤±±¬±ª¤±§§¨¦¬¶¬²± °¤®¬±ªq≥¬¯√¤ ƒ ±¨±¬¦¤ovtkul }tz| p
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