全 文 ：第 wt卷 第 t期
u s s x年 t 月
林 业 科 学
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原条量材设计优化软件的研制
朱玉杰 马继东
k东北林业大学工程技术学院 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 根据原条量材设计赋权有向图优化理论数学模型 o按标号法对有向图求解的思路编制了原条量材设计
优化软件 ∀该软件采用的用户界面是对话框类型 o利用双向链表存储常见木材缺陷的信息 o并把缺陷的判定作为
一个函数来使用 ~利用数据库技术把原木价格表按树种分成若干个数据库存储起来 o并使用 „⁄’ 数据对象访问技
术作为检索数据库的方法 ∀该软件可在 •¬±§²º¶|÷ !•¬±§²º¶÷° !• ¬±§²º¶usss等操作系统下运行 o速度较快 o能够满
足量材需要 o并对改变目前靠经验量材的生产现状 o使原条量材设计工作更加科学 !合理 o具有一定的指导意义 ∀
关键词 } 原条量材设计 ~林木使用价值 ~赋权有向图 ~标号法 ~主程序
中图分类号 }≥z{t1x 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlst p stvy p sy
收稿日期 }ussw p sw p sy ∀
基金项目 }黑龙江省自然科学基金资助项目ktts p wtvxswl的内容之一 ∀
Ρεσεαρχη ον τηε Οπτιµιζατιον Σοφτωαρε οφ τηε Τιµ βερ Σχαλινγ
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kΧολλεγε οφ Ενγινεερινγ ανδ ΤεχηνολογψoΝορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
Αβστραχτ } „¦¦²µ§¬±ª·²·«¨ °¤·«¶°²§∏¯¨²©·«¨ ²³·¬°¬½¨ §·«¨²µ¼²©·«¨ ·¬°¥¨µ¶¦¤¯¬±ª¥¼§¬µ¨¦·¬²±¤¯ √¨¤¯∏¤·¨§§¬¤ªµ¤°o¤±§¬±
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Κεψ ωορδσ} ·¬°¥¨µ¶¦¤¯¬±ª~∏¶¨©∏¯ √¤¯∏¨ ²© ²¯ª~§¬µ¨¦·¬²±¤¯ √¨¤¯∏¤·¨§§¬¤ªµ¤°~ ¤¯¥¨ ¬¯±ª °¨ ·«²§~°¤¬± ³µ²¦¨§∏µ¨
原条量材设计是木材生产中的一道非常关键的生产工序 o有些林木的使用价值将要通过这道生产工序
来确定 ∀因此 o围绕量材设计所需的优化理论研究也就引起了国内外很多学者的关注 o纷纷提出各种不同的
优化理论 ∀原条量材设计赋权有向图优化理论的数学模型非常适合我国现行的原条量材设计 o本文用这个
理论作为研究原条量材设计优化软件的基本理论 ∀
t 我国现行的原条量材设计
原条量材设计是对原条各部位木材用途进行优化的过程 ∀根据国情 o目前我国原条量材设计这道生产
工序是与造材生产工序合并在一起操作的 o合并后的工序称为合理造材生产工序 ∀这道生产工序是以原条
为劳动对象 o量材员根据合理造材的基本原则 !产销协议规定和国家木材标准 o按照原条上木材缺陷所引起
的材质差异 o凭经验进行量材设计 ∀设计结果用彩色笔或刃具画刻在原条的表面上 o留作锯口线的标志 ∀造
材工按线下锯 o当发现疑点时 o要立即同量材员商量改锯 ∀改锯权在量材员 o如果方案有误 o量材员要当场修
改未造部分的最佳方案 ∀因此 o在我国合理造材这道生产工序也就成了确定木材使用价值的一道非常关键
的生产工序 ∀在这道生产工序中 o量材员是林木使用价值的制定者 o造材工则是落实者 o两者相辅相成 o只有
齐心协力 o方能获得最好的效果 ∀
u 原条量材设计赋权有向图
如果把合理造材基本原则锁定在原条售价最高的目标上 o要把一根长 uw ° o中央直径 wu ¦°o大头直径
w{ ¦°o小头直径 uw ¦°o根部有一块心腐 o腐底直径 uu1y ¦°o呈锥形延伸至 u °处 ~距根端 z1u °处有 t漏节 o
尺寸为 x ¦°o并有活节 w个 ~在 tu ∗ tv °之间 o有 x个活节 o最大尺寸为 tu1u ¦°~tz ∗ t{ °之间有活节 z个 o
在梢部 uu °处有 t活节 o尺寸为 y ¦°的红松k Πινυσ κοραιενσισl原条 o按照国家现行木材标准造 u !v !w !x !y !z !
{ °的原木 o原木单价按 t||s年 tt月 t日执行的5东北 !内蒙古林区原木出厂价格表6k车成森等 ot||| ~朱玉
杰 ot||yl计算 o这时量材员划出的最佳方案见图 t所示 ∀
图 t 最佳划尺方案图
ƒ¬ªqt ׫¨ °²¶·²³·¬°¤¯ ·¬°¥¨µ¶¦¤¯¬±ª³µ²­¨¦·
如果把原条看作一条线 o锯口线看作一个顶点 o两个锯口线间的木段看作一个弧 o从根向梢划尺的操作
要求看作有向线段 o用箭头表示 o则图 t可简化成图 u ∀显然 o图 u就是一个简单的有向图 ∀
图 u 划尺方案有向图
ƒ¬ªqu ׫¨ ¶¦¤¯¬±ª§¬µ¨¦·¬²±¤¯ §¬¤ªµ¤°
如果把每个弧的权值都用该木段的售价赋给 o则图 u又可改画成图 v ∀图 v被称之为赋权有向图 ∀
图 v 划尺方案赋权有向图
ƒ¬ªqv ׫¨ ¶¦¤¯¬±ª§¬µ¨¦·¬²±¤¯ √¨¤¯∏¤·¨§§¬¤ªµ¤°
众所周知 o量材员所划的最佳方案是从多方案中优化出的一个 ∀这种优化可用均等的最小弧有向图数
学模型来描绘 ∀如果把最小弧长取 t °时k朱玉杰 ot||ul o其量材员能够找出的所有可能方案可用图 w来描
绘 o所以图 w是量材员优化设计时应想到的所有可能方案的数学模型 o这个数学模型被称之为原条量材设计
赋权有向图 ∀基本参数为 }原条长 uw ° o最小弧长 t ° o顶点数 ux个 o弧数 vss条 o所有可能的路 uuv条 ∀
图 w 原条量材设计赋权有向图
ƒ¬ªqw ׫¨ §¬µ¨¦·¬²±¤¯ √¨¤¯∏¤·¨§§¬¤ªµ¤°©²µ·¬°¥¨µ¶¦¤¯¬±ª
v 原条量材设计赋权有向图的求解
有向图的解称其为路或链 ∀求路的方法很多 o其中标号法简单 !明了 !准确 o适合计算机处理k车成森等 o
t||vl ∀用计算机求解标号时 o本文对下列问题进行了处理 ∀
311 每个弧的权值问题
众所周知 o在原条量材设计赋权有向图的弧集中 o只有所造材长的弧对所求的标号才有意义 o其余的弧
zvt 第 t期 朱玉杰等 }原条量材设计优化软件的研制
图 x 函数µ¤±®kl的程序框图
ƒ¬ªqx ׫¨ ³µ²ªµ¤°©µ¤°¨²©©∏±¦·¬²±µ¤±®kl
无意义 ∀为了简化计算过程 o可将这些无意义弧的权值赋给/ s0 o这样 o与这些无意义弧的权值有关的所有因
子均可不考虑 ∀
{vt 林 业 科 学 wt卷
312 等级认定问题
对符合所造材长的弧赋给权值时 o必须认定好等级 ∀计算机的这项认定工作 o需要在较短的时间里从八
大木材缺陷中 o认定出 tss多项限量 o难度较大 ∀由于被限量约束的木材缺陷随机性较大 o本软件制定了一
个专门的等级确定函数µ¤±®kι oϕl o其中 ι oϕ分别表示原木的大小头标号 ~木材的缺陷信息 o本软件采用双向
链表来表示k马继东等 oussw¤l ∀
根据木材缺陷和长级 !径级的关系以及相应的缺陷检量方法 o常见的木材缺陷可以建立相应的数学模型
如下 }节子k节子的位置 o该位置处节子的直径尺寸 o该位置处节子的个数l ~虫眼k虫眼的位置 o该位置处虫眼
的个数l ~腐朽k腐朽的起始位置 o腐朽的终止位置 o腐朽最大值位置 o其相应的最大值l ~纵裂和外夹皮k缺陷
的起始位置 o缺陷的终止位置l ~外伤和偏枯k缺陷的起始位置 o缺陷的终止位置 o缺陷的深度值l ∀
为了便于计算机处理判断原木的等级 o提高处理速度 o采用了链表数据结构 ∀同时考虑为使用户界面友
好 o采用双向链表 ∀要实现链表结构 o首先要能定义一个节点 o这个节点除了有数据信息以外 o还要包含指向
其他同类节点的指针 o由于 ∂¬¶∏¤¯ …¤¶¬¦没用指针这一数据类型 o故用/类0来代替 ∀对以上 x类木材缺陷 o其
双向链表节点的定义分别为 }
定义类 ‘²§¨ p ®±²·来表示节子
’³·¬²± ∞¬³¯¬¦¬·
°∏¥¯¬¦³²¶¬·¬²± „¶≥¬±ª¯¨表示节子的位置 ~°∏¥¯¬¦¶¬½¨ „¶≥¬±ª¯¨表示节子的尺寸大小 ~°∏¥¯¬¦±∏°¥¨µ¶„¶
Œ±·¨ª¨µ表示此位置处 o节子的数目 ~°∏¥¯¬¦³°µ¨√ „¶‘²§¨ p ®±²·指向上一个节点 ~°∏¥¯¬¦³‘¨¬·„¶‘²§¨ p ®±²·指向
下一个节点 ∀
定义类 ‘²§¨ p µ²·¨±来表示腐朽
’³·¬²± ∞¬³¯¬¦¬·
°∏¥¯¬¦¶·¤µ·p ³²¶¬·¬²± „¶≥¬±ª¯¨表示腐朽的起始位置 ~°∏¥¯¬¦¶·²³p ³²¶¬·¬²± „¶≥¬±ª¯¨表示腐朽的结束位置 ~
°∏¥¯¬¦°¤¬p ³²¶¬·¬²± „¶≥¬±ª¯¨表示腐朽的最大值位置 ~°∏¥¯¬¦√¤¯∏¨ „¶Œ±·¨ª¨µ表示腐朽的最大直径 ~°∏¥¯¬¦³°µ¨√
„¶‘²§¨ p µ²·¨±指向上一个节点 ~°∏¥¯¬¦³‘¨¬·„¶‘²§¨ p µ²·¨±指向下一个节点 , ,
其他类型的缺陷类似 ∀
在程序的研制过程中 o把木材等级的判断作为一个函数µ¤±®kι oϕl来使用的 o其中函数的参数 ι oϕ分别
是大头和小头标号 o函数的返回值可能为 s !t !u !v !w和 p t o分别表示木材的等级是特级 !锯切一等 !锯切二
等 !锯切三等 !等外和非材种材 ∀该函数的程序框图见图 x ∀
图 y 用户界面
ƒ¬ªqy ˜¶¨µ¬±·¨µ©¤¦¨
313 售价问题
考虑市场经济的特点 o木材的价格是浮动的 o为便于原木价格表的修改 o同时更重要的是便于原木价格
的查询 o本软件采用了按树种分别建立数据
库 o并使用 „⁄’k„¦·¬√¨ ⁄¤·¤ ’¥­¨¦·l数据对象访
问技术来进行检索数据库的方法 ∀制定了一
个价格查询函数 ²¯ªp ³µ¬¦¨kι oϕoκl o其中 ι oϕoκ
分别表示原木的长级 !径级 !等级k马继东等 o
ussw¥l o以方便在程序中调用 ∀
314 材积问题
为了减少容量 o本软件的木材材积是根据
国家原木材积表中规定的材积计算公式进行
计算 ∀
w 程序设计
本软件采用的用户界面是对话框类型的 o
见图 y o主要的功能是/原条基本信息的输入0 o
|vt 第 t期 朱玉杰等 }原条量材设计优化软件的研制
图 z /原条量材优化0按钮框图
ƒ¬ªqz ׫¨ ³µ²ªµ¤° ©µ¤°¨ ²©·«¨ ·¬°¥¨µ¶¦¤¯¬±ª
包括输入树种 !长级 !径级 ~/原条缺陷的输入0 o包
括节子 !腐朽 !虫眼等 ~/原木价格的修改0 o按树种
打开数据库 o进行价格的修改 ~/原条量材优化0 o
系统进行优化设计 ~/优化结果0 o显示程序运行的
优化结果 ∀
原条的基本信息k树种 !长级 !径级l和缺陷的
信息输入后 o在系统中作为全局变量保存起来 ∀
相应树种的原木价格保存在数据库中 ∀
/原条量材优化0按钮 o对应的 ¦¯¬¦®事件过程
是根据原条量材赋值有向图中标号法做出的 o最
小木段长度取 t ° o其框图见图 z ∀其中心思想是
当前标号值取决于前 t点标号值 !前 u点标号值
及该 u °长原木售价之和 !前 v点标号值及该 v °
长原木售价之和 !前 w点标号值及该 w °长原木
售价之和 !前 x点标号值及该 x °长原木售价之
和 !前 y点标号值及该 y °长原木售价之和 !前 z
点标号值及该 z °长原木售价之和 !前 {点标号
值及该 { °长原木售价之和这 {种可能情况中的
最大值 o将其作为当前标号的标号值 o并保存在二
维数组 ¤µµ¤¼kl中 o以方便回溯求解 ∀当前标号从
s开始 o直到原条的长级数为止 o循环运行 ∀标号
s的初始值为 s o标号 t的初始值为 s ∀
特定长级原木k即两标号间的木段l的售价计
算 o主要是先调用µ¤±®kl函数来确定木材等级 o再
根据长级 !径级 o调用函数 ²¯ªp ³µ¬¦¨kl o确定该原
木的单位销售价格 o再乘以该原木的材积即可 ∀
x 结论
等级的认定和售价问题是原条量材设计软件
研制的关键因素 o利用双向链表来存储木材缺陷
的信息 o检索速度快 o编制的程序用户界面友好 ∀
同时把缺陷的判定作为一个函数来使用 o使程序
的模块功能增强 o程序清晰 o既便于程序的编制 !
调试又便于程序的升级提高 ∀
利用数据库技术把原木价格表按树种分成若
干个数据库存储起来 o数据维护方便 !简单 o检索
速度快 o操作性强 ∀同时 „⁄’数据对象访问技术
的利用 o使程序的编制容易 o代码清晰并可在标号
法的求解过程中使用 ∀
该软件可运行在 •¬±§²º¶|÷ ! •¬±§²º¶÷° !
•¬±§²º¶usss等操作系统下 o用户界面友好 o无需
学习 o按其提示点击即可完成相应的操作 o运行速
度较快 ∀
swt 林 业 科 学 wt卷
前面给定的红松原条所有信息输入后 o经大约 ts ¶运行后输出的原条售价最高方案与最佳量材方案完
全相同 o其结果见表 t ∀
表 1 原条售价最高方案
Ταβ . 1 Τηε προϕεχτ οφ τηε ηιγηεστ σαλε
标号 ¤¥¨¯ 长级 ¨±ª·«Π¦° 径级 ⁄¬¤° ·¨¨µΠ¦° 等级 Šµ¤§¨ 材积 ∂²¯∏° Π¨°v 单价 °µ¬¦¨Π≠∏¤± 标号值 ∂¤¯∏¨ ²© ¤¯¥¨¯
s ∗ u u w{ v s1v|| uxt tss1tw|
u ∗ y w wy s s1z{u x{{ xx|1|yx
y ∗ tw { ws u t1u|x xs| t ut|1tu
tw ∗ t{ w vw u s1wvz vx| t vzy1ssv
t{ ∗ uu w u{ s s1vsu w|s t xuv1|{v
uu ∗ uw u uw t s1tsu vv| t xx{1xyt
参 考 文 献
车成森 o王景昌 o杨占奎 o等 1t||s q原条量材学 1 长春 }吉林科学技术出版社
车成森 o马艳娥 o张明石 1t||v q原条量材设计有向图的标号解法及其应用 1 东北林业大学学报 outktl }|s p |w
马继东 o李淑红 o朱玉杰 1ussw¤q原条量材设计中数据库技术的应用 1森林工程 ousktl }tz p t|
马继东 o李淑红 o朱玉杰 1ussw¥q原条量材设计中木材等级的确定 1森林工程 ouskvl }tv p tw
朱玉杰 1t||u q原条量材设计有向图中最短木段长的探讨 1森林采运科学 ot }wy p xt
朱玉杰 1t||y q干基内部根腐形状的分析 1 林业科学 ovukvl }u{x p u{{
twt 第 t期 朱玉杰等 }原条量材设计优化软件的研制