伐区楞场位置决定集材和运材的距离，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，以及森林可持续经营对综合效益的要求，决定了理论模型的决策目标及其约束条件多，模型影响因素具有不确定性和时空性特点。GIS技术具有处理和分析地理空间及非空间信息的强大功能，在林业上有广泛的应用(邱荣祖等，2001；Palander，1997；Dean，1997；Hentschel, 1996；赵尘，1996；Marshall et al., 1995)。基于GIS的伐区楞场位置决策系统，对GIS技术、DBMS技术和数学规划方法进行集成，应用启发式算法进行编程实现模型求解，系统应用有助于在复杂环境条件约束下，实现森林经营综合效益最佳。

1 开发平台及运行环境 1.1 系统开发平台

MapInfo具有较完善的图形表达和处理功能，开放的关系型数据库管理功能，强大的数据查询分析功能，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，能满足本应用系统的开发与应用需要。

1.2 系统运行环境

Windows 95以上系统软件；MapInfo 6.0开发平台；Mapbasic 6.0二次开发语言。微型计算机配置：586以上主机一台，配置64 MB以上内存和8 MB以上显卡；数据输入设备：扫描仪1台，数据化仪1台；输出设备：VGA彩显1台，喷墨彩色打印机1台。

2 伐区楞场位置决策数学模型 2.1 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，建立林道修建费用的地形模型(邱荣祖，2001)。

(1)

式中：Y₀为单位长度林道修建费(元·m^-1)；R_D为伐区平均比降(%)；V为伐区平均沟谷密度(个·km^-2)。

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，建立不同集材方式的成本模型。

1) 索道集材可表示成一元回归方程

(2)

式中：a_j，b_j(j=1，2，3，表示松、杉、杂)为索道集材的单位固定成本(元·m^-3)和单位可变成本(元·m^-3m^-1)，L_p为平均集材距离(m)。

2) 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，其计算式为

(3)

式中：η′为板车道展线系数；d₁为板车道修建定额(m·工日^-1)；q₀为单位面积出材量(m³·hm^-2)；λ为树种修正系数。

3) 担筒集材由人工费和担筒道修建费组成，其经验公式为

(4)

式中：d₂为担筒道修建定额，一般地形条件取22 m·工日^-1，困难地形条件取17 m·工日^-1。

2.2 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，各小班的平均集材距离按小班的形心点为准，采用加权平均法计算L_P。

(5)

式中：Q_i为小班i的蓄积量(m³)；n为伐区小班数；η″为集材道展线系数；x_ic，y_ic为小班i的中心点坐标(m)；x_L，y_L为伐区楞场的中心点坐标(m)。

2.3 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，使伐区木材的集运材综合费用最低，即

(6)

式中：C_Z为楞场所吸引范围内木材的集运材综合费用(元)；C_J为集材费用(元)；C_D为林道修建费(元)；c_Jk为单位集材方式k的单位集材成本(元·m^-3m^-1)；C_D为林道延伸长度(m)。

3 系统结构与功能 3.1 系统结构

见图 1。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，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，再进行扫描线跟踪数字化，建立系统空间数据库，由GIS基础软件Map Info和DBMS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，支持作业伐区优选和楞场位置决策。

3.2 系统功能  见图 2。

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，用“面积控制法”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，包括采伐树种、合理采伐量和计划采伐量，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，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功能，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，用“楞场位置决策模型”计算出索道集材方式、手板车集材方式、担筒集材方式3种集材方式的伐区楞场最佳位置，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，用敏感性分析方法分析在各变动因素的作用下，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 4.1 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，建立应用系统空间数据库。

通过系统分析，在试用区域内，合理年采伐面积和采伐量分别为3.95 hm²和709.38 m³。设需材单位需要340 m³杉木，出材率按0.6计算，需砍伐森林蓄积量为567 m³。在确定可采伐区时，充分考虑到对生态林的保护，并按如下原则确定可采林区，沿河流两岸20 0 m范围内为水源涵养林，在沿河岸200 m的范围产生一条200 m宽的缓冲区，在缓冲区内的林木不能采伐；天然林不能采伐；坡度超过45°的林地也不能采伐。采伐顺序从谷口深入谷底，并沿道路深入的原则。伐区平均比降为30%，伐区平均沟谷密度为2个·km^-2。经过系统决策分析，确定43林班15大班3小班一部分，面积2.07 hm²，蓄积量588.78 m³为作业伐区，采用人工担筒集材方式，系统自动分割经营小班，得到作业小班。试用区域的林道网、林分、河流，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，见图 3。

4.2 敏感性分析

应用敏感性分析方法分析单位集材费用c_Jk和单位林道修建费用Y₀对决策楞场位置的影响程度(傅家骥等，1996)。c_Jk和Y₀分别变动±20%，伐区木材生产综合费、集材费、林道修建费，新修林道起点与楞场位置坐标的变化趋势，见表 1。从表中可以看出，c_Jk和Y₀变动±20%，对楞场位置的影响程度基本一样，变化的幅度在的范围36~61 m内。

5 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，并设计成决策支持系统，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，系统效率和稳定性好，用户界面友好，易于操作，可扩展性强。但伐区楞场位置仅是构成整个基于GIS的生态型伐区作业决策支持系统的重要部分，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。