Methodology for planning log stacking using geotechnology and operations research

Lima, Mariana Peres de; Carvalho, Luis Marcelo Tavares de; Martinhago, Adriana Zanella; Oliveira, Luciano Teixeira de; Carvalho, Samuel de Pádua Chaves e; Dutra, Gleyce Campos; Oliveira, Thomaz Chaves de Andrade

doi:10.1590/S0104-77602011000300004

Abstracts

In view of the need to improve the planning of timber harvest and transportation, with both activities being the most influential in determining the final cost of timber delivered to the mill yard, this work aims to develop a new methodological proposal using operations research and geotechnology tools in order to determine optimal locations for log stacking and also the amountof timber to be allocated to each selected stack. Analysis was performed using two software applications, geographic information system (GIS) and operations research (OR). GIS spatial analyses were based on layers of the study site, which is a property owned by Votorantim Celulose e Papel, located in the municipality of São José dos Campos, in order to obtain three variables: degree of difficulty in operating forestry equipment, degree of difficulty in log stacking, and distance between log stacks and existing roadways. To obtain these variables, layers containing information on terrain inclination and existing roadways were combined in another analysis named weighted overlay. Results were then filtered and inserted into an operations research environment for maximizationof the timber volume in each selected stack. With results obtained from the geographic information system, 80 potential sites were selected for log stacking. By using operations research, 59 of these sites were ruled out, a 73% reduction in the number of potential sites, with only 21 sites remaining as potentially optimal for log storage. For each of these 21 sites, an optimal amount of timber wasdetermined to be allocated to each one of them.

Geographic information system; linear programming; log stacking

Verificando a necessidade de aperfeiçoar o planejamento da colheita e transporte de madeira, já que estas atividades são as que mais influenciam no custo final da madeira posta em fábrica, neste trabalho, objetivou-se desenvolver uma nova proposta metodológica que utiliza ferramentas de geotecnologia e pesquisa operacional visando à determinação de melhores locais para o empilhamento de madeira e a quantidade de madeira alocada em cada pilha selecionada. As análises foram feitas, utilizando dois softwares de sistema de informação geográfica (SIG) e de pesquisa operacional (PO), respectivamente. As análises espaciais no SIG foram realizadas a partir de layers da área de estudo pertencente à Votorantim Celulose e Papel, localizada no município de São José dos Campos, visando à obtenção de três variáveis: graus de dificuldade de movimentação de máquinas florestais, grau de dificuldade para o empilhamento de toras e a distância das áreas para empilhamento em relação às estradas existentes. Para a obtenção dessas variáveis, foram combinadas as layers contendo informações sobre a inclinação do terreno e estradas existentes em uma nova análise denominada sobreposição ponderada. Posteriormente, os resultados foram filtrados e inseridos em ambiente de pesquisa operacional que visou à maximização do volume de madeira em cada pilha selecionada. Por meio dos resultados obtidos pelo sistema de informação geográfica foram selecionados 80 locais potenciais para as pilhas de madeira. Com a utilização da pesquisa operacional eliminaram-se 59 destes locais, com uma redução de 73%, restando como locais ótimos 21 pilhas para o armazenamento da madeira. Para cada uma das 21 pilhas, foi determinada a quantidade de madeira ideal a ser alocada em cada uma.

Sistema de informação geográfica; programação linear; empilhamento

Methodology for planning log stacking using geotechnology and operations research

Metodologia para planejamento das pilhas de madeira utilizando geotecnologia e pesquisa operacional

Mariana Peres de Lima^I; Luis Marcelo Tavares de Carvalho^II; Adriana Zanella Martinhago^III; Luciano Teixeira de Oliveira^IV; Samuel de Pádua Chaves e Carvalho^V; Gleyce Campos Dutra^VI; Thomaz Chaves de Andrade Oliveira^VII

^IForest Engineer, Professor, Ph.D. candidate in Forest Resources - Instituto de Ciências Agrária e Ambientais - Universidade Federal de Mato Grosso - Campus Universitário Sinop - Av. Alexandre Ferronato, nº 1200 - 78557-267 - Sinop, MT, Brasil - marianaperes@ufmt.br

^IIForest Engineer, Professor Ph.D. in Geoscience and Environment - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras /UFLA - Campus Universitário - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - passarinho@dcf.ufla.br

^IIIBachelor of Computer Sciences - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras/UFLA - Campus Universitário - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - dricazm@gmail.com

^IVForest Engineer, Ph.D. candidate in Forest Engineering - Departamento de Ciências Florestais - Universidade Federal de Lavras /UFLA - Campus Universitário - Cx. P. 3037 - 37200-000 - Lavras, MG, Brasil - oliveirat@hotmail.com

^VForest Engineer, Ph.D. candidate in Forest Resources - Departamento de Ciências Florestais - Escola Superior Luiz de Queiroz/ESALQ -Universidade de São Paulo/USP - Cx. P. 9 - 13418-900 - Piracicaba, SP, Brasil - spccarvalho@usp.br

^VIForest Engineer, Professor Ph.D. in Forest Engineering - Faculdade de Ciências Agrárias - Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri/UFVJM - Campus II - Rod. MGT-367, km 583, nº 5000 - 39100-000 - Diamantina, MG, Brasil - gleycedutra@yahoo.com.br

^VIIBarchelor in Computer Science, Ph.D. candidate in Computer Science - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação - Universidade Estadual de Campinas/UNICAMP - Av. James Clerck Maxwell, Cidade Universitária "Zeferino Vaz" - 3013083-868 - Campinas, SP, Brasil - thomazchaves@gmail.com

ABSTRACT

In view of the need to improve the planning of timber harvest and transportation, with both activities being the most influential in determining the final cost of timber delivered to the mill yard, this work aims to develop a new methodological proposal using operations research and geotechnology tools in order to determine optimal locations for log stacking and also the amountof timber to be allocated to each selected stack. Analysis was performed using two software applications, geographic information system (GIS) and operations research (OR). GIS spatial analyses were based on layers of the study site, which is a property owned by Votorantim Celulose e Papel, located in the municipality of São José dos Campos, in order to obtain three variables: degree of difficulty in operating forestry equipment, degree of difficulty in log stacking, and distance between log stacks and existing roadways. To obtain these variables, layers containing information on terrain inclination and existing roadways were combined in another analysis named weighted overlay. Results were then filtered and inserted into an operations research environment for maximizationof the timber volume in each selected stack. With results obtained from the geographic information system, 80 potential sites were selected for log stacking. By using operations research, 59 of these sites were ruled out, a 73% reduction in the number of potential sites, with only 21 sites remaining as potentially optimal for log storage. For each of these 21 sites, an optimal amount of timber wasdetermined to be allocated to each one of them.

Key words: Geographic information system, linear programming, log stacking.

RESUMO

Verificando a necessidade de aperfeiçoar o planejamento da colheita e transporte de madeira, já que estas atividades são as que mais influenciam no custo final da madeira posta em fábrica, neste trabalho, objetivou-se desenvolver uma nova proposta metodológica que utiliza ferramentas de geotecnologia e pesquisa operacional visando à determinação de melhores locais para o empilhamento de madeira e a quantidade de madeira alocada em cada pilha selecionada. As análises foram feitas, utilizando dois softwares de sistema de informação geográfica (SIG) e de pesquisa operacional (PO), respectivamente. As análises espaciais no SIG foram realizadas a partir de layers da área de estudo pertencente à Votorantim Celulose e Papel, localizada no município de São José dos Campos, visando à obtenção de três variáveis: graus de dificuldade de movimentação de máquinas florestais, grau de dificuldade para o empilhamento de toras e a distância das áreas para empilhamento em relação às estradas existentes. Para a obtenção dessas variáveis, foram combinadas as layers contendo informações sobre a inclinação do terreno e estradas existentes em uma nova análise denominada sobreposição ponderada. Posteriormente, os resultados foram filtrados e inseridos em ambiente de pesquisa operacional que visou à maximização do volume de madeira em cada pilha selecionada. Por meio dos resultados obtidos pelo sistema de informação geográfica foram selecionados 80 locais potenciais para as pilhas de madeira. Com a utilização da pesquisa operacional eliminaram-se 59 destes locais, com uma redução de 73%, restando como locais ótimos 21 pilhas para o armazenamento da madeira. Para cada uma das 21 pilhas, foi determinada a quantidade de madeira ideal a ser alocada em cada uma.

Palavras-chave: Sistema de informação geográfica, programação linear, empilhamento.

Full text available only in PDF format.

Texto completo disponível apenas em PDF.

5 ACKNOWLEDGMENTS

The authors wish to thank CAPES (coordination for improvement of higher education personnel) for granting financial aid, and also VCP-Florestal, in particular Engineers Honório Kanegae, Taís Rufino, Claudio Thiersch, Pablo de Campos Ferreira, for providing data, suggestions, ideas, and for their trust.

6 REFERENCES

(received: March 10, 2010; accepted: April 28, 2011)

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Publication Dates

Publication in this collection
22 Sept 2014
Date of issue
Sept 2011

History

Accepted
28 Apr 2011
Received
10 Mar 2010

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

[1] ARCE, J. E. Um sistema de programação do transporte principal de multiprodutos florestais visando à minimização de custos 1997. 98 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 1997.

[2] BANHARA, J. R.; RODRIGUEZ, L. C. E.; SEIXAS, F.; MOREIRA, J. M. M. A. P.; SILVA, L. M. S. da; NOBRE, S. R.; COGSWELL, A. Agendamento otimizado da colheita de madeira de eucaliptos sob restrições operacionais, espaciais e climáticas. Scientia Florestalis, Piracicaba, v. 38, n. 85, p. 85-95, mar. 2010.

[3] CONTRERAS, M.; CHUNG, W. A computer approach to finding an optimal log landing location and analyzing influencing factors for ground-based timber harvesting. Canadian Journal of Forest Research, Ottawa, v. 37, n. 2, p. 276-292, Feb. 2007.

[4] FLISBERG, P.; FORSBERG, M.; RÖNNQVIST, M. Optimization based planning tools for routing of forwarders at harvest areas. Canadian Journal of Forest Research, Ottawa, v. 37, n. 11, p. 2153-2163, Nov. 2007.

[5] LEITE, H. G. Conversão de troncos em multiprodutos da madeira, utilizando programação dinâmica 1994. 230 f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 1994.

[6] OLIVEIRA, C. A. de. Turfa de São José dos Campos: estado de São Paulo. São Paulo: CPRM, 2001. 14 p. (Série oportunidades minerais, 24).

[7] RODRIGUEZ, L. C. E.; LIMA, A. B. N. P. M. A utilização da programação linear na determinação de uma estratégia ótima de reforma de um talhão florestal. Scientia Florestalis, Piracicaba, n. 31, p. 47-53, 1985.

[8] SEIXAS, F. Planejamento e estudo de sistema de exploração florestal. Circular Técnica IPEF, Piracicaba, n. 34, p. 25-303, dez. 1986.

[9] SILVA, G. F.; LEITE, H. G.; SILVA, M. L.; RODRIGUES, F. L.; SANTOS, H. N. Problemas com o uso de programação linear com posterior arredondamento da solução ótima, em regulação florestal. Revista Árvore, Viçosa, v. 27, n. 5, p. 677-688, 2003.

[10] SILVA, M. L. da; MIRANDA, G. M. Custos. In: MACHADO, C. C. (Ed.). Colheita florestal 2. ed. Viçosa, MG: UFV, 2008. p. 185-230.

[11] SOARES, C. P. B.; RIBEIRO, J. C.; NASCIMENTO FILHO, J.; RIBEIRO, J. C. L. Determinação de fatores de empilhamento através de fotografias digitais. Revista Árvore, Viçosa, v. 27, n. 4, p. 473-479, 2003.

[12] WEINTRAUB, A.; ROMERO, C. Operations research models and the management of agricultural and forestry resources: a review and comparison. Interfaces, New York, v. 36, n. 5, p. 446-457, 2006.