開展林業(yè)機械采伐 切實提高作業(yè)效率

路寬+李昀

摘要：機械采伐對林業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵性的作用，本文首先介紹了國內(nèi)外林業(yè)機械采伐的發(fā)展歷程，然后總結(jié)了目前林業(yè)機械采伐的主要內(nèi)容，最后指出未來的林業(yè)機械采伐要向著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展，降低采伐成本，提高采伐效率，有效的利用森林資源，保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)朝著健康、穩(wěn)定的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能采伐;采伐成本;生產(chǎn)力

中圖分類號： S776.31 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? DOI編號： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2016.20.013

森林產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可缺少的重要組成部分。傳統(tǒng)的采伐方式不僅效率低下，而且采伐成本高，這種采伐方式已經(jīng)不能滿足日益增長的市場需求。機械采伐能夠改善作業(yè)環(huán)境、極大的提高作業(yè)效率。近幾年，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，林業(yè)機械采伐也逐漸向自動化、信息化、智能化和數(shù)字化發(fā)展。

1林業(yè)機械采伐的發(fā)展

國外林業(yè)機械采伐的起步較早，尤其是一些林業(yè)發(fā)達(dá)的國家。早在20世紀(jì)初期，林業(yè)采伐機械逐漸興起，到20世紀(jì)60年代左右，聯(lián)合采伐機的研制成功，標(biāo)志著林業(yè)機械采伐又向前邁進(jìn)了一大步。但此時采伐機的功能相對比較簡單，直到70年代采伐機的技術(shù)發(fā)展才逐漸趨于穩(wěn)定。進(jìn)入21世紀(jì)，歐美各國逐漸生產(chǎn)出適用于自己國家的林業(yè)機械采伐設(shè)備，通過信息技術(shù)改造，提高機械采伐裝備的技術(shù)密集程度，形成以信息技術(shù)、人工智能為一體的采伐裝備，使得采伐作業(yè)的操作簡單化。

我國林業(yè)機械采伐總體來說，起步較晚，發(fā)展較慢，原始的人工油鋸采伐效率低且不安全。在上世紀(jì)50年代后期和60年代中期我國引進(jìn)的自行式造材機和原條采伐聯(lián)合機，極大的提高了采伐作業(yè)效率。改革開放以后，通過開發(fā)研究、引進(jìn)技術(shù)及合作生產(chǎn)，采伐設(shè)備得到長久發(fā)展，目前采伐作業(yè)已基本上實現(xiàn)全機械化，但是和國外的機械采伐技術(shù)相比還有一定的差距，主要體現(xiàn)在兩個方面[1]：一是主要的采伐機械設(shè)備都是從國外引進(jìn)，自主研發(fā)的能力不足;二是缺少實際的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，群眾對林業(yè)機械設(shè)備的革新積極性不足。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，木材的需求量也在迅速的增加，因此采伐機械的發(fā)展也面臨著嚴(yán)峻的考驗。

2林業(yè)機械采伐的研究現(xiàn)狀

隨著林業(yè)信息技術(shù)飛速的發(fā)展，林業(yè)機械采伐的研究不僅僅局限于如何造材來滿足人們的需求，而是逐漸朝著更加智能化、信息化的方向發(fā)展[2]，逐步提高采伐效率以及森林資源的利用率。

采伐機是一種多功能、高自動化的采伐機械，采伐頭是其主要部件之一，不同類型的采伐頭能夠滿足不同的造材需求，未來的采伐頭要朝著智能化的方向去發(fā)展，能夠自動優(yōu)化造材方案[3]，實時的獲取造材數(shù)據(jù)，例如直徑、長度等。為了實現(xiàn)這些，基于計算機視覺及2D、3D的激光掃描儀逐漸應(yīng)用到測量系統(tǒng)中，采伐數(shù)據(jù)的獲取更加方便、可靠。依靠先進(jìn)的設(shè)備及手段，人們能夠從采伐機中獲得的數(shù)據(jù)會越來越多，深入研究這些數(shù)據(jù)，能夠?qū)ι值纳晒芾怼⒔?jīng)營決策有很大的幫助。

木材處理控制系統(tǒng)是采伐機控制系統(tǒng)的組成之一，該部分包含兩個子系統(tǒng)：測量系統(tǒng)和造材優(yōu)化系統(tǒng)。測量系統(tǒng)主要是運用非接觸的測量方式，例如激光掃描儀;優(yōu)化造材系統(tǒng)的目的是制定最優(yōu)采伐策略，根據(jù)歷史采伐數(shù)據(jù)，模擬采伐，最終得出最優(yōu)的采伐方案。一個完善的造材優(yōu)化系統(tǒng)對提高木材收益以及木材的利用率有很大的幫助，因此越來越來多的采伐機制造商以及研究人員致力于這種系統(tǒng)的研究當(dāng)中。

森林作業(yè)過程中，采伐成本主要包括燃油成本、作業(yè)時間成本、勞力成本等，降低采伐作業(yè)各個環(huán)節(jié)的成本對林業(yè)產(chǎn)業(yè)有著重要的發(fā)展意義[4]。在不影響生產(chǎn)率的同時如何控制采伐作業(yè)的成本是人們關(guān)心的主要問題，例如合理的規(guī)劃采伐路線以及根據(jù)木材需求制定合適的造材方案等，以達(dá)到節(jié)約燃料的目的;利用傳感器收集到的數(shù)據(jù)建立一些數(shù)學(xué)模型去評估時間成本的大小，并對時間成本的控制提供一些合理的建議，選用懂林業(yè)技術(shù)以及操作技術(shù)的人員去使用采伐機，以達(dá)到控制勞力成本的目的。

3 林業(yè)機械采伐的發(fā)展趨勢

未來的林業(yè)機械采伐必然朝著智能、高效和多功能的方向發(fā)展，以提高生產(chǎn)力、節(jié)約森林資源為目的。歸納起來主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

采伐機的自動化程度和效率要逐步的提高，在不影響生產(chǎn)率的同時，降低采伐作業(yè)每個環(huán)節(jié)的成本，提高森林資源利用率。

研究更先進(jìn)的采伐機設(shè)備，不斷的改進(jìn)信息化系統(tǒng)，使采伐機變得更加智能化，提高生產(chǎn)率、保證木材質(zhì)量。

以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，指導(dǎo)森林經(jīng)營各個環(huán)境的經(jīng)營以及決策。利用收集到的海量造材數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型去指導(dǎo)造材，不斷的改進(jìn)采伐策略，提供有價值的信息。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉小虎，俞國勝.中國林業(yè)機械發(fā)展的研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（07）：141-143.

[2] 覃圣釗.林業(yè)機械采伐發(fā)展趨勢[J].吉林農(nóng)業(yè)，2015（17）：110.

[3]蒲帥，劉晉浩.林木采伐頭的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀研究[J].機械工程與自動化，2016（01）：219-221.

[4] Chloe Williams， Pierre Ackerman. Cost-productivity analysis of South African pine sawtimber mechanised cut-to-length harvesting， Southern Forests， 2016.

作者簡介：路寬，北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，在讀碩士研究生，研究方向：林業(yè)信息化。

通訊作者：李昀，北京林業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，副教授，研究方向：林業(yè)信息化、信息管理與信息系統(tǒng)、森林資源信息管理。