Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Жизнь современного общества становится все более компьютеризированной. Растут требования к оперативности и надежности информационных услуг, появляются новые их виды. Уже сейчас ученые разрабатывают принципиально новые формы глобальных информационных сетей. В недалеком будущем многие процессы сетевого проектирования, администрирования и обслуживания будут полностью автоматизированы. Вполне возможно, что такая сложная, самоорганизующаяся и самоуправляемая система, как Интернет и станет колыбелью искусственного интеллекта.

Интернет -- объединение сетей - всемирная компьютерная сеть, объединяющая миллионы компьютеров в единую информационную систему. Интернет предоставляет широчайшие возможности свободного получения и распространения научной, деловой, познавательной и развлекательной информации. Глобальная сеть связывает практически все крупные научные и правительственные организации мира, университеты и бизнес центры, информационные агентства и издательства, образуя гигантское хранилище данных по всем отраслям человеческого знания. Виртуальные библиотеки, архивы, ленты новостей содержат огромное количество текстовой, графической, аудио и видеоинформации.

Интернет стал неотделимой частью современной цивилизации. Стремительно врываясь в сферы образования, торговли, связи, услуг, он порождает новые формы общения и обучения, коммерции и развлечений. «Сетевое поколение» -- это настоящий социально культурный феномен наших дней. Для его представителей Интернет давно стал привычным и удобным спутником жизни. Человечество вступает в новый -- информационный -- этап своего развития.

Технологические основы сети Интернет. Одним из важных свойств компьютера является его способность принимать и передавать информацию по линиям связи. Несколько соединенных между собой компьютеров могут образовывать сеть, что позволяет им обмениваться данными, эффективнее использовать ресурсы, дает возможность дистанционного управления из одного центра. Данные различных типов записываются в виде файлов, имеющих имя и трехсимвольное расширение. Оно определяет, как файл будет обрабатываться компьютером. Файл dog.jpg -- фотография, которую можно посмотреть на экране монитора или распечатать на принтере. Файл luna.mp3 -- музыкальный, его можно прослушать через наушники или колонки. Referat.doc -- документ программы WORD, а mike.mp3 - страница гипертекста. Именно страницы гипертекста отображаются на экране монитора при путешествии по Интернету. Они содержат фотографии, тексты, картинки, а главное -- ссылки на другие страницы. Программа, обрабатывающая файлы гипертекста, называется браузером (browser - обозреватель). Браузер определяет форму отображения страницы, расставляет в нужные места картинки, обеспечивает правильный переход по ссылкам и выполняет множество других полезных функций. Наиболее известные браузеры это самый распространенный Internet Explorer фирмы Miсrosoft, популярный в 1990-ые Netscape Communicator, Opera. Совокупность файлов образует сайт. Сайт принадлежит какому-либо лицу или организации и имеет уникальный адрес. Он ведет на главную страницу сайта, с которой открывается доступ к другим страницам. Небольшие сайты так и называются -- домашние странички. Они обычно содержат фотографии, небольшие тексты, несложные элементы оформления.

Адрес любого информационного ресурса записывается в виде нескольких слов, разделенных точками, например, krugosvet.ru или school_385.narod.ru. Эти слова, которым обычно придают смысловую окраску, и определяют адрес, как последовательность доменов разного уровня. Самый правый -- первый уровень, затем второй и т.д. Обычно адрес состоит из двух-трех доменных имен. Зонами первого уровня распоряжаются специальные организации. Они ведают регистрацией новых имен второго уровня, а, главное, тем, чтобы по доменному адресу можно было отыскать требуемый сайт. Для этого в Интернете существуют специальные серверы DNS, которые сопоставляют доменное имя сайта и IP-адрес того компьютера, на котором этот сайт размещается. Базы данных DNS постоянно обновляются и корректируются. Для правильной передачи информации по сети слева от доменного имени указывается название протокола, в соответствии с которым организована эта информация:

http:// -- протокол передачи гипертекстовых страниц,

ftp:// -- протокол пересылки файлов,

wap:// -- протокол для передачи информации на мобильные телефоны (WAP -- Wireless Application Protocol -- протокол беспроводной связи).

Доменное имя вместе с названием протокола образует полный адрес ресурса URL (Unified Resourse Locator -- универсальный указатель ресурсов). Справа от URL можно указать путь к конкретному файлу в структуре сайта. Обычно для адресов сайтов название протокола опускается, а перед доменным именем ставится WWW, например, www.krugosvet.ru.

Объем информации, доступной через Интернет, огромен и растет с каждым днем. Отыскать необходимые сведения подчас необычайно трудно. Для помощи в решении этой задачи существуют интернет-каталоги и поисковые системы (поисковые машины, поисковики). Каталоги ресурсов или классификаторы содержат адреса и иногда аннотации к сайтам, сгруппированным в категории по тематике. Каждая категория может содержать несколько подкатегорий. Сайты в категориях бывают отсортированы по степени популярности, определяемой с помощью счетчиков посещений. Переходя по названиям рубрик, можно добраться до интересующей информации. Например: Развлечения -- Активный отдых -- Туризм -- Снаряжение -- Магазины и так далее.

Интернет меняет даже мировоззрение и психологию людей. Молодые люди, выросшие в эпоху передовых технологий, с детства привыкшие к использованию компьютеров в образовании, развлечениях, на работе, живут в ином восприятии информационного пространства. Для них общение со сверстником из другой части света или мгновенное получение сведений по любому вопросу дело совершенно обыденное. Вместе с развитием Интернета возрастают и информационные потребности «сетевого поколения».

Цели и задачи исследования и возможный путь их решения.

Цель работы: на основе изучения возможностей модели FORRUS-S на примере моделирования динамики лесных насаждений двух лесничеств для разных сценариев ведения лесного хозяйства разработать структуру представления информации о системе моделей FORRUS в сети Интернет, создать специализированный сайт.

Задачи:

1. Изучить возможности модели FORRUS-S

2. Провести вычислительные эксперименты для двух лесничеств ОЛХ «Русский лес» для разных сценариев ведения лесного хозяйства

3. Проанализировать результаты вычислительных экспериментов

4. Разработать Интернет - сайт, содержащий теоретические основы создания модели, описания моделей, публикации, проекты и презентации

1. Общая часть

программный комплекс модель forrus

1.1 КОМПЛЕКС ПРОГРАММ FORRUS-S

В настоящей работе используется оригинальная имитационная модель прогноза динамики разновозрастных разнопородных насаждений и разработанный на ее основе комплекс программ FORRUS-S (FORest of RUSsia - Stand), который предназначен для имитационного моделирования и анализа динамических процессов, протекающих в лесных массивах. Модель отличается трехмерным пространством моделируемых элементов и реализована в технике эколого-физиологического (объясняющего) имитационного моделирования. В основе работы модели лежит повторяющийся пересчет текущего прироста (по диаметру и высоте) и изреживания насаждений в терминах трехмерной структуры крон. Вычисления проводятся применительно к отдельным элементам леса многовидового разновозрастного древостоя (элемент леса - группа деревьев одного вида, одного онтогенетического состояния). Прирост (увеличение запаса) определяется условиями локального освещения зоны активного прироста крон, с учетом полноты насаждения, взаимодействия видов и доступности ресурсов экотопа (воды и азота). Программно FORRUS-S состоит из отдельных блоков: «Входные данные и параметры модели», «Сервисные программы», «Моделирование» (рис. 1).



Рисунок. 1. Структура прогнозного комплекса FORRUS-S

Входными данными модели FORRUS-S являются стандартные повыдельные таксационные описания и планы лесных насаждений. Внутренне пространство модели - трехмерно, поэтому на первом шаге модель преобразует исходную двухмерную «картинку» данных (планы лесонасаждений и таксационные описания) в трехмерную (рис. 2). Преобразование исходной информации происходит в несколько этапов:

1) на планы лесонасаждений средствами используемой ГИС накладывается равномерная сетка, тем самым сложная конфигурация выделов в плане аппроксимируется набором прямоугольных пространственных элементов (16,7х16,7 м);

2) затем плоские пространственные элементы достраиваются по вертикали прямоугольными параллелепипедами - ячейками высотой по 2,5 м: таким образом, элементы моделирования становятся трехмерными;

3) каждому элементу присваиваются свойства выдела, которому он принадлежит: породный и возрастной состав, средние высоты и диаметры для каждого элемента леса, запас, полнота, ТУМ и пр..

Блок «Моделирование» состоит из двух моделей: «Естественное развитие» и «Экзогенные воздействия».



Рисунок. 2. Формирование исходной пространственной информации.

Модель естественного развития насаждений имитирует существенные процессы, протекающие в лесных насаждениях: прирост, спонтанное изреживание и естественное возобновление древостоя. Она включает в себя четыре субмодели: «Свет», «Прирост», «Изреживание» и «Естественное возобновление». В ходе моделирования прогнозируются изменение средних таксационных характеристик насаждений (высоты, диаметра, возраста, запаса и др.), изменение породного и возрастного состава.

Известно, что основными лимитирующими факторами развития лесных насаждений являются фотосинтетические активная радиация (ФАР), доступный азот и вода. Поскольку комплекс программ FORRUS-S предназначен для моделирования динамики лесных насаждений зоны хвойно-широколиственных лесов и южной/средней тайги, то в модели ведущим фактором, определяющим развитие насаждений, является фотосинтетическая активная радиация (ФАР). Другие существенные факторы - доступный азот и влажность почвы - учитываются отдельно для каждого элемента моделирования, поскольку каждый из них после трансформации исходных данных обладает свойствами типа условий местопроизрастания (ТУМ) соответствующего выдела.

Каждый шаг работы Модели естественного развития начинается с расчета световых условий произрастания насаждений. Эти расчеты проводит субмодель «Свет», который с учетом полноты и породно-возрастного состава насаждений рассчитывает доступную ФАР для каждой ячейки каждого элемента моделируемого пространства. Значение доступной ФАР определяется положением ячейки в древостое (в модельном представлении - свойствами соседних ячеек). Далее с учетом полученных данных о световых условиях субмодель «Прирост» для каждого элемента моделирования определяет текущий прирост насаждений: прирост в высоту, по диаметру и прочие основные характеристики древостоя. Полученные результаты обрабатываются в субмодели «Изреживание», которая отвечает за моделирование естественного изреживания древостоя. Результаты моделирования опять просчитывает субмодель «Свет», определяя новые световые условия моделируемого пространства. Далее субмодель «Естественное возобновление» вычисляет параметры естественного возобновления, которое должно произойти в насаждении. На этом завершается один шаг работы Модели естественного развития. Шаг работы модели составляет 5 лет. Площадь моделирования может составлять до нескольких десятков тысяч гектаров. После каждого шага моделирования формируется таблица данных по породному и возрастному составу древостоя и его биометрическим показателям для всех выделов моделируемого объекта. Для каждого элемента леса на выделе рассчитываются количество стволов, возраст, средняя высота дерева и средняя высота прикрепления кроны, средний диаметр ствола, площадь проекции и форма кроны, достигнутый бонитет. Кроме того, рассчитываются сведения о запасе и полноте насаждения. Эти данные являются основой для работы модели «Экзогенные воздействия» и сервисных программ.

Модель экзогенных воздействий дополняет комплекс программ FORRUS-S возможностями решения прикладных задач. Она позволяет имитировать изреживание лесных насаждений в результате воздействия экзогенных факторов, включая антропогенные (в том числе лесохозяйственные и лесопользование), техногенные и прочие внешние воздействия. Имитация внешних воздействий может быть подключена на любом шаге моделирования и быть избирательной к элементам моделируемого пространства. С практической точки зрения наибольший интерес представляет моделирование различных режимов лесопользования, лесохозяйственных мероприятий, содействия естественному возобновлению леса и посадки лесных культур. В настоящее время разработаны алгоритмы следующих лесохозяйственных воздействий и лесопользования: рубки главного пользования, рубки ухода (осветление, прочистка, прореживание, проходная, рубки обновления и переформирования), лесовосстановление (создание лесных культур, содействие естественному возобновлению).

Основными документами, положенными в основу разработки алгоритмов моделирования лесохозяйственных мероприятий и лесопользования являются действующие в настоящее время “Наставление по рубкам ухода в равнинных лесах европейской части России” (М., 1994), “Основные положения по рубкам ухода в лесах России” (М.,1993), “Основные положения по рубкам главного пользования в лесах Российской Федерации” (М., 1994). На основе этих материалов разработаны алгоритмы лесохозяйственных мероприятий:

Таким образом, программы блока лесохозяйственных воздействий и лесопользования осуществляют отбор выделов в рубки ухода и рубки главного пользования, формируют информацию о вырубаемых запасах на каждом выделе согласно определенному сценарию ведения лесного хозяйства. Каждый сценарий ведения лесного хозяйства задается в модели отдельно специальной матрицей. Сервисные программы прогнозного комплекса обеспечивают возможность разделения модельной территории на разные функциональные зоны, для каждой из которых можно задавать свой сценарий рекомендации по определению способов и объемов работ по воспроизводству лесов целевого назначения. Это позволяет разрабатывать стратегии приоритетно-целевых систем ведения лесного хозяйства и лесопользования, соответствующие критериям устойчивого управления лесами.

Проверка модели подразумевает проверку ее достоверности или адекватности. Эта проверка заключается в определении степени соответствия модели реальности. Адекватность модели проверяется путем тестирования. Адекватность модели соответствие модели моделируемому объекту или процессу. Понятия достоверности и адекватности являются условными, поскольку мы не можем рассчитывать на полное соответствие модели реальному объекту, иначе это был бы сам объект, а не модель. Поэтому в процессе моделирования следует учитывать адекватность не модели вообще, а именно тех ее свойств, которые являются существенными с точки зрения проводимого исследования. В процессе проверки модели необходимо установить включение в модель всех существенных факторов. Проверка модели также подразумевает определение той степени, в которой она действительно помогает менеджеру при принятии решений. Оценка модели подразумевает проверку ее правильности. Оценка построенной модели осуществляется путем ее тестирования. Тестирование модели включает в себя проведение множества экспериментов. На вход модели могут подаваться выборки различного объема. Для оценки результатов полученных моделей следует использовать знания специалистов предметной области. Если результаты моделирования эксперт считает приемлемыми, ее можно применять для решения реальных задач.

Верификации модели FORRUS-S был проведен ряд вычислительных экспериментов. В первом эксперименте проводилось прогнозирование хода роста смешанных березово-еловых насаждений в течение 70 лет (с 30 до 100 лет) и сравнение с таблицами хода роста смешанных насаждений (Козловский, Павлов, 1967). Средняя ошибка расчета высоты ели составила 3,4 %, максимальная 5 %. Аналогичные значения ошибки получены и для других параметров древостоя.

Второй эксперимент был проведен на основе натурных данных 1955 г. о насаждениях Приокско-Террасного заповедника (ПТЗ). Верификация модели заключалась в сравнении прогнозируемых значений общего запаса и запаса по основным породам с данными таксации 1968, 1980 и 1999/2000 гг. Анализ результатов показал, что ошибки результатов моделирования не превышают 5 % для общего запаса (рис. 3), 10 % - запаса сосны, березы, осины, 15 % - для ели и дуба.

Рисунок. 3. Моделирование динамики общего запаса и контрольные годы таксации

Следующим экспериментом было сравнение прогнозных и натурных данных для средних диаметров и высот по классам возрастов для основных лесообразующих пород насаждений заповедника. Эксперименты базировались на таксационных данных лесоустройств 1955 г. - вариант 1, 1968 г. - вариант 2 и 1980 г - вариант 3. В каждом случае прогнозировали развитие насаждений до 2000 года (45, 30 и 20 лет соответственно). Полученные прогнозные данные сравнивали с данными таксации 1999/2000 года. На рис. 4 приведены результаты прогноза средних значений высот и диаметров сосны.



Рисунок. 4. Распределение средних диаметров (а) и высот (б) по возрастным классам

В целом отмечено хорошее соответствие результатов моделирования: отклонения прогнозных данных от натурных для всех возрастных групп, кроме перестойных насаждений, не превысили 10-15 %. Аналогичные результаты получены для других древесных пород.

1.2 Разработка разных вариантов ведения лесного хозяйства и лесопользования для формирования лесных насаждений целевого назначения

Разработанный в 60-70-х годах XX века метод «сценарного моделирования» в стратегическом менеджменте нацелен на диалог современности с планируемыми и конструируемыми реальностями прошлого и/или будущего. Метод сценарного моделирования позволяет уточнить и рационализировать интуитивное видение, которое несет коллектив специалистов-экспертов лесной науки и практики. Главное преимущество этого метода состоит в освобождении интуитивной составляющей представления от «тяжелых фракций» его субъективно-ценностной составляющей, которую неизбежно вносит каждый из специалистов-экспертов или лесопользователей, причастных к планированию и принятию стратегических решений управления. Сценарием, применительно к использованию технологий математического имитационного моделирования к решению задачи формирования лесов целевого назначения, является система лесоводственных мероприятий.

1.2.1 Теоретические основы организации лесопользования в целевых хозяйствах

Ведение интенсивного лесного хозяйства с применением современных технологий в выращивании леса, уходе за ним и его лесопользовании в условиях федеральной собственности на лес в Российской Федерации перспективно и эффективно в целевых хозяйствах (Гиряев, 2002, 2003а,б). Целевое хозяйство - территориальная единица лесного фонда, являющаяся объектом проектируемых комплексных мероприятий по выращиванию древостоя определенного сортимента с конкретным оборотом рубки, в котором расчет рубок главного пользования лесом производится по целевой породе. Целевое хозяйство рассматривается также как участок лесного фонда, проектируемый для передачи лесопромышленными предприятиями в долгосрочную аренду на получение соответствующих сортиментов. Минимальной территорией при организации целевых хозяйств является лесной квартал (Гиряев, 2003а). Таким образом, проектирование целевых хозяйств ведется на получение целевой породы сортиментов заданных размеров.

Целевая порода проектируемого хозяйства - хвойная или лиственная порода всех возрастов, IV-го и выше классов бонитета (для лиственных - III-го и выше), преобладающая в естественных и искусственных насаждения, обеспечивающая получение сортиментов заданных размеров (Гиряев, 2003а). Основные задачи целевых хозяйств:

· повышение продуктивности лесов;

· целевое выращивание леса и древесины высокого качества

· обеспечение промышленности и населения древесиной разных пород, сортиментов и не древесной продукцией;

· сохранение и улучшение защитных, средобразующих и других функций леса.

Теоретической основой создания целевых хозяйств является классический принцип лесного хозяйства непрерывного и неистощительного пользования лесом. Организация такого пользования предполагает формирование адекватной модели лесного фонда для сплошнолесосечного хозяйства в виде возрастных рядов, преемственного связанных по классам возраста, а для выборочной системы как совокупности поколений разного возраста с учетом оборота хозяйства. Исторически такая модель получила название непрерывно функционирующего леса (Моисеев, 2003). Условием ее функционирования является ежегодное проведение совокупности мероприятий, соответствующих структуре насаждений и зонально-типологическим особенностям местности произрастания. Такая совокупность получила название региональных систем лесохозяйственных мероприятий. Она включает взаимно обуславливаемые способы (мероприятия и технологии) рубок, возобновления, ухода за формирующимися насаждениями, охраны от пожаров, защиты от вредителей и болезней, поддержания в требуемом состоянии дорожной сети и других видов инфраструктуры, соответствующих организационных и управленческих мероприятий. Характер таких мероприятий для каждого отдельного хозяйственного подразделения зависит от уровня интенсивности хозяйства, что в свою очередь обусловлено соотношением спроса и предложения на лесные ресурсы, условиями их сбыта, наличием производств по их переработке, их защитными и среда образующими свойствами.

Лесной квартал - минимальная территориальная единица участка лесного фонда, включаемая в целевое хозяйство. При этом доля целевой породы должна составлять не менее 50 % от лесной площади квартала. Возрастная структура насаждений в целевом хозяйстве должна обеспечивать равномерное распределение целевой породы по классам возраста. Минимальная площадь целевого хозяйства должна составлять не менее 10 % площади хозяйственной части. Включение в целевое хозяйство высокопродуктивных искусственных насаждений целевой породы, плантационных лесных культур, а также лесосеменной базы с улучшенными наследственными свойствами для выращивания посадочного материала. Компактность территории целевого хозяйства, неразрывность ее с инфраструктурой района расположения. Включение в целевое хозяйство разновозрастных целевых насаждений для формирования, наряду со сплошнолесосечной - выборочной формы хозяйства.

Согласно Лесному Кодексу (2006) леса, расположенные на землях лесного фонда, по целевому назначению подразделяются на защитные леса, эксплуатационные леса и резервные леса. Целевые хозяйства формируют более гибкую систему лесовыращивания и лесопользования за счет плантационного лесоразведения, возрастов рубок, породного и сортиментного состава по хозяйственным секциям. В целевых хозяйствах предусматривается оборот рубки максимально отвечающий специфике хозяйства по целевому назначении, в том числе: укороченные обороты рубки (на балансы, рудостойка, мелкий пиловочник), получаемые при интенсивном лесовыращивании, и длительные обороты рубки в расчете на естественную спелость насаждений в водоохранных и других защитных лесах I группы.

С экономической точки зрения организация целевых хозяйств предполагает получение наивысшей доходности от использования лесосырьевых ресурсов в максимально короткие сроки. Важными условиями функционирования целевых хозяйств являются концентрация сырьевой базы на территории, прилагающей к лесоперерабатывающим предприятиям и наличие максимального запаса сырья (Гиряев, 2002, 2003). Продолжительность оборота рубки и применяемый режим способов и объемов работ по воспроизводству лесов и рубок ухода зависят от целевого назначения леса; если цель - производство высококачественного крупномерного пиловочника, то режим управления включает большое количество последовательных рубок ухода, а продолжительность оборота рубки относительно велика. Если цель заключается в производстве баланса, то оборот рубки становится короче, а режим рубок ухода существенно снижен, если рубки ухода вообще производятся.

Как показывает мировой лесоводственный опыт, наиболее эффективно для получения максимальных запасов древесины применение интенсивных методов лесовыращивания: создание лесосырьевых культур-плантаций, внесение удобрений, использование комплексного ухода, а также традиционных лесовосстановительных мероприятий (сохранение подроста, содействие естественному возобновлению ценных пород, своевременное и правильное проведение рубок ухода и другие). Рациональное использование законов природы леса и интенсивных методов лесовыращивания в целевых хозяйствах может существенно повысить продуктивность леса, принципиально изменить характер лесного фонда и направленность ведения лесного хозяйства на получение максимальной экологической и экономической эффективности (Писаренко, 2004).

1.2.2 Экономическое обоснование систем воспроизводства лесов

Рентная оценка древесных ресурсов - основа лесоуправления. Хозяйственная ценность лесов определяется рентной стоимостью лесосырьевых ресурсов. Первичным объектом рентной оценки древесных ресурсов леса является ствол дерева определенной породы, ступени толщины, разряда высот, качества. Рентная (корневая) стоимость древесного ствола равна разнице между товарным выходом сортиментов круглого леса и стоимостью лесозаготовительных работ (включая нормальную предпринимательскую прибыль). В состав лесозаготовительных работ включаются работы по строительству лесовозных дорог, если их строит за свой счет лесопользователь (арендатор лесного фонда) и не включаются, если этим строительством занимается собственник лесного фонда. Рентная стоимость стволов существенно зависит от регионального спроса на круглый лес и транспортной инфраструктуры. Спрос на круглый лес характеризуется общим уровнем цен и соотношением цен на низкокачественную (мелкотоварную) и высококачественную (крупномерную) древесину. Спрос высокий, если цены на низкокачественное сырье выше себестоимости заготовки обезличенного кубометра древесины, а цены на высококачественное сырье превышают цены на низкокачественное в 2-3 раза. Транспортная инфраструктура в лесном массиве характеризуется плотностью транзитных путей, связывающих участки леса с рынками сбыта круглых лесоматериалов (потребителями). Плотность транзитных путей в лесном массиве, в свою очередь, оценивается средним расстоянием вывозки древесины по лесовозным дорогам или средним разрядом лесных такс. Рентная стоимость древесных ресурсов леса возрастает с увеличением регионального спроса на круглый лес и увеличением плотности транзитных транспортных путей. С увеличением рентной стоимости древесных ресурсов увеличивается доходность рубки леса, растет лесной доход, становится возможным переход на интенсивные методы воспроизводства леса.

Рентная стоимость древесного запаса на таксационном выделе определяется как сумма стволовых рент. Исходной информацией служит распределение стволов по породам, ступеням толщины и качеству (деловые, дровяные). Таксационный выдел (насаждение) экономически доступен, если рентная стоимость древесного запаса r> 0. Лесопользование на участке лесного фонда (лесничество, лесхоз) экономически устойчиво, если запас экономически доступных древесных ресурсов долговременно не убывает. Стволовые ренты - основа для определения экономически эффективного способа рубки леса. Совокупность стволов на выделе с положительной рентой образуют эффективный запас насаждения. Сравнение эффективного запаса с общим (ликвидным) дает основание судить о целесообразности сплошной, условно-сплошной или выборочной рубки. Лесная подать (попенная плата) не должна превышать рентную стоимость древесного запаса.

Критерий эффективности - чистый лесной доход. Критерием экономической целесообразности (эффективности) альтернативных форм (систем) ведения лесного хозяйства на расчетном объекте (лесничестве, лесном участке) является чистый лесной доход. Чистый лесной доход исчисляется как разница между рентным доходом, получаемым от рубок спелого леса и рубок ухода в припевающих и средневозрастных насаждениях, и затратами на лесовосстановление и уходы в молодняках.

Рентный доход от рубок ухода может быть отрицательной величиной (убытком). Доходность рубок ухода существенно увеличивается, если они проводятся в системе с главными рубками. В этом случае все затраты по строительству и содержанию лесовозных дорог и управлению можно условно относить на главные рубки. Чистый лесной доход как критерий сравнительной оценки систем ведения лесного хозяйства можно анализировать в следующих формах:

o динамика текущего дохода;

o динамика кумулятивного дохода;

o интегральный критерий за расчетный период (один-два оборота рубки).

Анализ местного спроса на круглый лес. Местный спрос на древесные ресурсы леса можно оценивать по использованию расчетной лесосеки и закупочным цена на круглый лес по породно-качественно-размерным группам. За 2006 год фактическое использование расчетной лесосеки в ОЛХ «Русский лес» (Серпуховской район Московской области) составило по хвойному хозяйству - 50%, по лиственному - 5%, а цены на низкокачественную древесину не покрывали затрат на ее заготовку. Низкий уровень цен на мелкотоварную и лиственную древесину определяется следующими факторами:

1) отсутствием эффективных потребителей (предложение превышает спрос);

2) искусственного завышения предложения в силу обязательного проведения рубок с высоким выходом «дешевого» сырья (сплошных, добровольно выборочных, переформирования).

Современная ситуация позволяет говорить о том, что текущий спрос на древесные ресурсы леса в Московском регионе низкий, а следовательно, ведение лесного хозяйства в интенсивных его формах в этом регионе сегодня экономически нецелесообразно. «Правильное» лесное хозяйство базируется на самоокупаемости и ведется за счет лесного дохода. Лесной доход в регионе существенно увеличится, если в результате общего экономического роста в стране: 1) возрастет покупательная способность населения и поднимутся цены на круглый лес; 2) появятся целлюлозно-бумажные(картонные) предприятия, работающие преимущественно на лиственном сырье, которые будут способны платить за это сырье «справедливые» цены.

Настоящая работа носит характер пилотного проекта и преследует главным образом исследовательские цели. Поэтому сценарное моделирование динамики насаждений было решено провести, как минимум, для двух вариантов (стратегий) экономического развития. Первый вариант - современная ситуация сохраняется на длительную перспективу; второй - современная экономическая ситуация (кризисная) в ближайшее время сменится резким подъемом, который сохранится на длительную перспективу. По первому варианту расчетная лесосека используется наполовину, по второму - полностью. Уровень и структура цен на круглый лес по вариантам представлена в таблице 1.

Таблица 1. Местные цены производителей на круглые лесоматериалы

Качественно- породно-размерная группа	Цена, руб/кбм
Качество	Порода	Диаметр, см	Стратегия 1	Стратегия 2
Деловая	Сосна	От 24	1150	2500
		20-24	900	2000
		14-18	630	750
		Менее 14	370	750
	Ель	От 24	1150	2300
		20-24	900	1800
		14-18	630	750
		Менее 14	370	700
	Береза	От 24	550	1500
		20-24	500	900
		14-18	450	700
		Менее 14	360	650
	Осина	От 24	360	650
		20-24	360	650
		14-18	360	650
		Менее 14	360	650
Тех.сырье	хвойное	От 8	340	650
	лиственное	От 8	340	650
дрова	хвойные	От 8	320	600
	лиственные	От 8	320	600

Исходные экономические параметры сценариев.

Исходными экономическими параметрами для сценарного моделирования являются:

1) стволовые ренты, дифференцированные по древесным породам, ступеням толщины, разрядам высот, качеству (деловые, дровяные), разрядам такс (удаленности насаждений от транзитных путей транспорта);

2) расходы на лесовосстановление и уходы в молодняках (создание культур - 9 тыс.руб/га, уходы в молодняка - 5 тыс руб/га). На рис. 5 представлена корневая стоимость деловых стволов сосны 4-го разряда высот в зависимости от ступени толщины (диаметра) и разряда лесных такс для современного и прогнозируемого рынка круглых лесоматериалов Серпуховского района Московской области.



А

Б

Рисунок 5. Корневая стоимость деловых стволов сосны 4-го разряда высот: а) Современный рынок круглого леса; б) Перспективный рынок круглого леса

1.2.3 Разработка сценариев прогнозного моделирования

Исполнителями НИОКР разработаны несколько альтернативных сценариев: экстенсивной, интенсивной (создание культур и проведение рубок ухода) формы хозяйства и современной и ожидаемой структуры рынка лесоматериалов. Матрица сценариев приведена в таблице 4. Во всех сценариях моделируется проведение сплошных рубок главного пользования (значение минимально допустимой рентной стоимости насаждений, относимых в рубку главного пользования r=0). Принципиальным отличием групп сценариев являются:

1) технология рубок главного пользования (с сохранением и без сохранения подроста);

2) использование 90%-30%-0% лесокультурой площади лесничеств на создание культур;

3) наличие/отсутствие и значение рентной стоимости рубок ухода (r=0 или вне зависимости от рентной стоимости), соответственно «лесоводственные» и «коммерческие» рубки ухода;

4) возраст рубки главного пользования (нормативный или снижение на класс возраста);

5) структура спроса на лесоматериалы (стратегия 1 и стратегия 2 - см. Таблица 1)

6) уровень расчетной лесосеки по лесничеству.

Таблица 2. Параметры моделирования для различных сценариев ведения лесного хозяйства и лесопользования (матрица сценариев)

Лесохозяйственные параметры	Система хозяйства
	«Российская»	«Скандинавская»
	а	б	в
Возраст рубки	нормативный	нормативный	снижены на класс возраста
Сохранение подроста	да	да	нет
Доля культур на вырубках, %	90	0	30
Рубки ухода	лесоводственные	лесоводственнын	коммерческие
Спрос на древесные ресурсы, цены:	Шифр сценария
низкие (стратегия 1)	2	5	6
высокие (стратегия 2)		8-1	9-1

Примечание: стратегия 1 - низкий объем продаж: расчетная лесосека используется на 50% и менее (объем рубки главного пользования 45000 куб.м за 5 лет); стратегия 2 - высокий объем продаж: расчетная лесосека используется на 100% (объем рубки главного пользования 150000 куб.м за 5 лет)

Уровень расчетной лесосеки для не истощительного лесопользования каждого из модельных лесничеств подобран не был, хотя в модели существует возможность проведения такого расчета на предварительном этапе формирования сценариев. Ограничение на максимальный допустимый объем рубок ухода не поставлено. Для каждого из разработанных сценариев ведения лесного хозяйства созданы специальные матрицы, где для разных вариантов формулы древостоя и возраста заданы требуемая полнота насаждений, вид и очередность рубки. Потери культур учитываются за счет моделирования гибели 10% культур за первые 5 лет после их создания.

Разработанные сценарии дают возможность методом сравнительного анализа прогнозных баз данных

1. провести лесоводственную и экономическую оценку эффективности различных способов и объемов работ по воспроизводству лесов целевого назначения на основе экономических, лесоводственных и экологических критериев;

2. выявить преимущества и недостатки альтернативных систем (форм) ведения лесного хозяйства;

3. сравнить варианты разного уровня пользования лесом (размер расчетной лесосеки), влияние изменения этого параметра на прогнозируемые экономические и лесоводственные характеристики лесных ресурсов;

4. проанализировать необходимость применения разных технологий рубок главного пользования лесом: определить целесообразность сохранения подроста при главной рубке;

5. выявить зависимость воздействия системы лесохозяйственных мероприятий (сценариев) от исходного состояния лесного фонда объекта моделирования;

6. выявить влияние местного спроса на древесные ресурсы леса на выбор и эффективность системы ведения лесного хозяйства;

7. определить размер, экономическую и лесоводственную эффективность рубок ухода; выявить значение разного объема рубок ухода; исследовать влияние изменения этих параметров на прогнозируемые экономические и лесоводственные характеристики лесных ресурсов;

8. показать значимость изменения возраста рубки, способов и объемов работ по воспроизводству лесов для формирования лесов целевого назначения.

1.2.4 Алгоритмы работы программы

На первом шаге работы программ блока «Лесохозяйственные воздействия и лесопользование» модели FORRUS-S происходит отбор выделов в рубки согласно заданному сценарию ведения лесного хозяйства. Программа анализирует три основных признака: формулу древостоя 1 яруса, возраст главной породы, полноту древостоя 1 яруса. На втором шаге программы блока имитируют само воздействие: например, при моделировании рубок ухода происходит удаление малоценных пород для поддержания оптимальной для развития древостоев полноты. Программы блока выполняют расчеты согласно следующим правилам:

1. Если полнота древостоя с определенным классом возраста и формулой древостоя превосходит заданную полноту, то на выделе планируется тот или иной вид рубки, в результате которой формируется насаждение требуемой полноты.

a. Осветления и прочистки моделируются, если полнота насаждения превышает критическую (заданную) полноту более чем на 0,2 единицы.

b. Прореживания и проходные рубки моделируются, если полнота насаждения превышает критическую (заданную) полноту более чем на 0,1 единицы.

2. Снижение полноты в смешанных насаждениях происходит за счет наименее ценных пород.

3. При достижении возраста спелости насаждения назначаются в рубку главного пользования.

4. При назначении рубок главного пользования программа учитывает наличие подроста ценных пород. При наличии достаточного количества подроста ценных пород на выделе возможно моделирование рубок с сохранением подроста, а при недостаточном возобновлении сохранение подроста не происходит.

5. Назначение лесокультурных мероприятий основано на анализе возобновления ценных пород. При недостаточном количестве подроста ценных пород на вырубках моделируется посадка лесных культур. Подбор пород для лесовозобновления производится в соответствии с типом местопроизрастания путем задания перечня древесных пород, предназначенных для создания культур и количества саженцев (сеянцев) на гектар (возможно моделирование посадки смешанных насаждений).

6. Все выделы, выбранные программами блока лесохозяйственных воздействий и лесопользования, далее проходят проверку по экономическим критериям. На основе стволовых рент и таксационной характеристики выдела (распределения стволов по породам, ступеням толщины и качеству) проводится расчет рентной стоимости древостоя соответственно либо для главной рубки, либо рубки ухода. Назначение в рубку происходит, если рентная стоимость выбираемого древесного запаса превышает заданный уровень. Если по сценарию этот уровень больше нуля, то проводятся только «коммерческие» (доходные) рубки (это требование не распространяется на уходы в молодняках).

7. По всем выделам, рубка которых целесообразна по лесохозяйственным и экономическим критериям, рассчитывается суммарный древесный запас (отдельно по главному и промежуточному пользованию), который сравнивается с заданным по сценарию максимально допустимым размером пользования по данному объекту моделирования (лесничеству). В случае превышения в рубку случайным отбором назначается только часть выделов.

2. Специальная часть

Раздел 2.1 Вычислительные эксперименты с целью получения долгосрочного прогноза развития насаждений для разных сценарий ведения лесного хозяйства на примере ОЛХ « Русский лес»

Вычислительные эксперименты по разработанным сценариям были проведены для двух лесничеств ОЛХ «Русский лес»: Отрадинского и Шараповского (рис. 6). Для этих же лесничеств был просчитан сценарий естественного развития насаждений (О1 и Ш1 соответственно). Расчеты проведены на 30 шагов моделирования - прогнозирование 150 лет развития насаждений.

Рисунок 6. Схема размещения лесничеств ОЛХ «Русский лес»

2.2 Характеристика модельного объекта

В ходе выполнения работы была создана информационная система двух модельных объектов - Отрадинского и Шараповского лесничеств ОЛХ «Русский лес», включающая атрибутные (повыдельные таксационные описания) и картографические (электронные повыдельные карты в ГИС) базы данных.

ОЛХ «Русский лес» расположено в южной части Московской области вдоль левого берега реки Оки на территории двух административных районов - Серпуховского и Ступинского. Хозяйство организовано в 1967 г. во исполнение Постановления Совета Министров СССР как постоянно действующая школа передового опыта, достижений науки и новых форм ведения лесного хозяйства. Территория хозяйства разделена на 10 лесничеств, средняя площадь лесничества - 7 тыс. га. Общая площадь лесного фонда (по состоянию на 01.01 1999 г.) - 69,2 тыс. га, в том числе покрытые лесной растительностью земли - 63,8 тыс. га. Средний состав насаждений - 5Б2Е2С1Ос+Д, Лп; средний возраст - 53 года; средняя полнота - 0,73; средний бонитет - 1,4; текущее изменение запаса на 1 га - 4,0 куб. м. Все леса отнесены к первой группе. Насаждения отличаются достаточно высокой продуктивностью: 65% покрытых лесной растительностью земель заняты высокобонитетными древостоями (1-1а); 43% - высокополнотными насаждениями (полнота 0,8 и выше). По площади преобладают средневозрастные насаждения (53%), меньшую площадь занимают спелые и перестойные (18%), приспевающие (17%) и молодняки (12%). Расчетная лесосека по главному пользованию 100 тыс. куб. м осваивается в настоящее время на 30-35%.

Территория относится к подзоне хвойно-широколиственных лесов. Характерной чертой современных лесов является практически полное отсутствие лесов зонального типа. Это связано с тем, что лесные массивы сформировались в результате сильных антропогенных воздействий (распашки, гари, многократные рубки) на протяжении последнего тысячелетия. В настоящее время в лесном покрове преобладают пионерные виды деревьев - береза (Betula pendula, B. pubescens), осина (Populus tremula) и сосна (Pinus sylvestris). Сосновые насаждения представлены в основном культурами разного возраста. Зональным типом растительности являются полидоминантные елово-широколиственные леса, включающие как широколиственные виды деревьев (Quercus robur, Tilia cordata, Acer platanoides, Ulmus glabra, U. laevis, Fraxinus excelsior), так и ель (Picea abies). На большей части площади отсутствует полный набор зональных эдификаторов. В долинах малых рек распространены леса с преобладанием ольхи черной (Alnus glutinosa).

2.3 Динамика насаждений для разных сценариев ведения лесного хозяйства и лесопользования на примере двух лесничеств ОЛХ «Русский лес»

На рис. 7 - 16 показаны некоторые результаты моделирования за 150-летний период (30 шагов вычислительных экспериментов): интегральные показатели (объем главного и промежуточного пользования, объем лесохозяйственных работ), среднегодовые показатели, динамика эксплуатационного запаса в целом, экономически доступных ресурсов, чистого дохода и пр.

На рис. 17 представлена схема, которая позволяет провести анализ размещения позднесукцессионных теневыносливых видов - ели и липы при моделировании естественного развития насаждений на разных шагах моделирования. Анализ показал значительное увеличение (на 30 шаге моделирования - почти в 3 раза по сравнению с начальным состоянием) площадей смешанных насаждений с участием ели и липы одновременно, а также заметное сокращение площадей насаждений с отсутствием этих видов. Кроме того, наблюдается сокращение площадей насаждений с участием ели и небольшое увеличение площадей насаждений с участием липы.

Рисунок 7. Динамика некоторых среднегодовых показателей Шараповского лесничества ОЛХ «Русский лес. Сценарий 81



Рисунок 8. Динамика некоторых среднегодовых показателей Шараповского лесничества ОЛХ «Русский лес. Сценарий 91.



Рисунок 9. Динамика некоторых среднегодовых показателей Шараповского лесничества ОЛХ «Русский лес. Сценарий 81



Рисунок 10. Динамика некоторых среднегодовых показателей Шараповского лесничества ОЛХ «Русский лес. Сценарий 91



Рисунок 11. Интегральные показатели Отрадинского лесничества (сравнение сценариев)



Рисунок 12. Интегральные показатели Шараповского лесничества (сравнение сценариев)



Рисунок 13. Интегральные показатели (площади и запасы) по лесовосстановлению и рубкам ухода Отрадинского лесничества (сравнение сценариев)



Рисунок 14. Интегральные показатели (площади и запасы) по лесовосстановлению и рубкам ухода Шараповского лесничества (сравнение сценариев)



Рисунок 15. Динамика общего запаса по породам (тыс.куб.м). Отрадинского лесничества для сценариев 2, 5, 6, 81 и 91



Рисунок 16. Сравнительная динамика общего запаса по породам (тыс.куб.м). Отрадинского и Шараповского лесничества для сценариев 81-91

Оценки полученных результатов:

1) При низком местном спросе на древесные ресурсы леса:

a) искусственное возобновление лесов (создание культур) заметно не улучшает динамику чистого дохода лесного хозяйства, в то же время через 100-120 лет наблюдается тенденция увеличения экономически доступных ресурсов (Сц 2 и 5);

b) проведение в полном объеме рубок ухода не дает заметного увеличения роста продуктивности насаждений (по доходности), в то же время рубки ухода максимальных объемов приводят к некоторому увеличению экономически доступных ресурсов (Сц 2 и 6)

c) ведение лесного хозяйства по Сц 5 и 6 приводят к существенному снижению чистого лесного дохода.

2) При высоком местном спросе на древесные ресурсы леса (Сц. 81 и 91 на примере Отрадинского лесничества):

a) проведение соответствующих объемов лесоводственных рубок ухода приводит к значительно лучшей динамике эксплуатационного запаса и динамике экономически доступных ресурсов, что нельзя отметить в случае моделирования коммерческих рубок ухода;

b) при проведении лесоводственных рубок ухода динамика рентного дохода от главного пользования заметно выше, чем при проведен коммерческих рубок ухода, в то же время, чистый доход лесного хозяйства для системы хозяйства с лесоводственными рубками ухода существенно уступает системе с коммерческими.

3) Анализ прогнозного моделирования по описанному выше набору сценариев показал, что наиболее целесообразной системой ведения лесного хозяйства является система «скандинавского типа» (Сц. 6).

4) Динамика показателей лесного фонда и реакций лесных насаждений на одну и ту же систему работ по воспроизводству лесов целевого назначения индивидуальна для каждого лесничества.

5) Сравнение результатов долгосрочного прогнозного моделирования насаждений Отрадненского и Шараповского лесничеств показал, что выбор из альтернативных сценариев ведения лесного хозяйства и подбор лесохозяйственных параметров требует индивидуального подхода: построения долгосрочных прогнозов альтернативных вариантов ведения лесного хозяйства для каждого объекта.

6) Рубки ухода при экстенсивных формах хозяйства не дают ни экономического, ни лесоводственного эффекта.

3. Разработка интернет сайта «FORRUS»

Большое количество людей пользуется интернетом, где главным информационным ресурсом является web-сайт. Самостоятельное создание сайта предусматривает собрание всех теоретических материалов по теме модели лесных экосистем «FORRUS», структурирование и разработка с использованием программного обеспечения: Macromedia Dreamweaver 8, Adobe Photoshop CS2, KoolMoves , PPT to SWF Scout v1.12c. Все перечисленные программы предназначены для облегчения создания структуры сайта.

Есть очень множество программ для создания сайта, все они являются устаревшими и трудоемкими, в первую очередь нужно знать все HTML теги так называемые коды для написания WEB-страниц, с использованием программы Dreamweaver 8 нужно минимум знаний тегов и максимум творческого воображения. Для создания сайта главную очередь использовалась программа Dreamweaver 8.

Практическая работа создания сайта проходит в несколько этапов:

1) Создание эскизов и каркасов с использованием программы Photoshop CS2.

2) Создание анимированных флеш роликов - KoolMoves.

3) Конвертирование документов:

а) публикации в формате WORD.doc в PDF - For Word V3.5

б) презентации в формате PowerPoint.ppt в SWF - Scout v1.12c

4) Создание web-страниц, содержащий отформатированный текст, конвертированные документы, рисунки, гиперссылки, фреймы и таблицы стилей CSS. Публикация готового Web-сайта в интернетес использованием программы Macromedia Dreamweaver 8.

3.1 Программное обеспечение для разработки сайта

Macromedia Dreamweaver 8 (в переводе - ткач мечты) - HTML-редактор, разработанный компанией Macromedia. Богатый инструментарий, удобный интерфейс, открытость приложения для всевозможных настроек и другие особенности делают Dreamweaver одним из самых популярных HTML-редакторов в мире.

Macromedia Dreamweaver позволяет создавать страницы на основе фреймов. Страница делится на фреймы с помощью команды Modify - Frameset, после чего можно задать цвет фона каждого фрейма или выполнить какие-либо другие действия. Расположив фреймы, можно заняться дизайном каждого фрейма в качестве отдельной страницы или продолжить работать с ними в виде фреймов. При этом при необходимости можно переключиться в редактор HTML-кода и вносить изменения вручную. Чтобы вставить какие-либо элементы, нужно использовать меню Insert и различные диалоговые панели, появляющиеся при выборе отдельных команд. Помимо традиционных меню есть множество отдельных инструментальных панелей: для вставки отдельных элементов, для установки атрибутов, для управления фреймами. Спецификация каскадных таблиц стилей в программе появилась довольно давно. Однако этот механизм стал по-настоящему актуальным только с внедрением в современные браузеры поддержки технологии Dynamic HTML. Пакет Macromedia Dreamweaver обеспечивает удобную работу с каскадными таблицами стилей. В панели определения стилей есть возможность создать собственные стили или импортировать существующие.

...