Planejamento integrado da colheita e estradas florestais sujeito à requisitos ecônomicos, ambientais e de abastecimento

Abstract

Resumo: Os problemas táticos de planejamento florestal que integram decisões de colheita florestal e planejamento de estradas normalmente tratam da alocação espaço-temporal das atividades de manejo em uma paisagem. Tais atividades podem levar a diferentes influências no processo produtivo e nos impactos ambientais de uma floresta, tornando esse planejamento uma etapa importante para a tomada de decisão. Apesar dos avanços na solução de problemas que integram o planejamento da colheita com o planejamento de estradas, há poucos documentos que incluem restrições ambientais e de agregação de áreas de corte. Dessa maneira, o presente estudo propõe como objetivo geral implementar e analisar modelos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) em um estudo de caso que integra decisões de agendamento de colheita e estradas florestais, com enfoque em considerações de abastecimento, bem como econômicas e ambientais. Diferentes definições de vizinhança entre talhões florestais foram testadas para enumerar os blocos de colheita, integrando requisitos de limites mínimo e máximo de tamanho de bloco de colheita, idade de corte, alocação de blocos de colheita, alocação de estradas de acesso aos povoamentos e restrições ambientais de corte. Além do mais, foram implementados diferentes planos com objetivo de maximizar a receita de um planejamento integrado de agendamento de colheita e estradas sujeito à diferentes prescrições de agregação de blocos de colheita e restrições ambientais. Para enumerar os blocos de colheita, os blocos foram gerados a priori a partir da aplicação do algoritmo Girvan-Newman, marcando, porventura, a primeira aplicação deste algoritmo na literatura florestal. A metodologia aplicada neste estudo permitiu resolver problemas de planejamento tático florestal para colheita e estradas, integrando questões econômicas e ambientais, que resultaram em menos de 3 horas de processamento computacional. Os resultados demonstraram que, quanto maior a distância de vizinhança considerada entre dois talhões para enumerar os blocos, maior foi o retorno econômico e maior o percentual de designação de áreas de corte. Além do mais, constatou-se que, quanto maior a distância de vizinhança entre dois talhões, maior o tamanho médio de blocos, assim como, menor o custo de manutenção das estradas. Em contrapartida, quando considerados diferentes níveis de agregação entre blocos de colheita, percebeu-se que, quanto mais agregado, menos flexível se torna o modelo matemático, tendendo a redução de áreas agendadas e menor retorno econômico. Apesar da redução da rentabilidade, outros benefícios monetários resultantes da aplicação dessa abordagem podem ser obtidos em operações subsequente que não foram considerados neste estudo. Além disso, melhorias nos modelos apresentados podem ser aplicadas, como através da flexibilização das restrições de idade, de maneira que o modelo matemático seja capaz de ampliar as alternativas de seleção de áreas de corte.

Abstract: Tactical forest planning problems that integrate forest harvesting decisions and road planning typically deal with the spatio-temporal allocation of management activities in a landscape. Such activities can lead to different influences on the production process and environmental impacts, making this planning an important step for decision making. Despite advances in solving problems that integrate harvest planning with road planning, there are few documents that include environmental restrictions and cut area aggregation. Therefore, the present study proposes to implement and analyze Mixed Integer Linear Programming (MILP) models in a case study that integrates harvest scheduling decisions and forest roads planning, focusing on supply, economic and environmental considerations. Different definitions of the neighborhood between forest stands were analyzed to enumerate the harvest clusters, integrating requirements for minimum and maximum harvest cluster size limits, cutting age, allocation of harvest blocks, allocation of access roads to stands, and environmental concerns. Furthermore, different plans were implemented to maximize revenue from an integrated harvest and road scheduling planning subject to different harvest cluster aggregation prescriptions and environmental constraints. The harvest clusters were enumerated a priori from the application of the Girvan-Newman algorithm, marking, perhaps, the first application of this algorithm in the forestry literature. The methodology applied in this study allowed solving problems of tactical forestry planning for harvesting and roads, integrating economic and environmental issues, which resulted in less than 3 hours of computational processing. The results showed that the greater the neighborhood distance considered between two stands, the greater economic return, and percentage of designation of cut areas. Furthermore, the study shows that the greater distance between two stands, the greater the average cluster size, as well as the lower road maintenance cost. On the other hand, considering different levels of aggregation between harvesting clusters resulted in less flexibility in the mathematical model, tending to reduce scheduled areas and economic returns. Despite the profitability decreased, other monetary benefits resulting from the application of this approach can be obtained in subsequent operations that were not considered in this study. In addition, improvements in the models presented can be applied, such as by relaxing age constraint, in order to mathematical model be able to expand the alternatives for selecting cutting areas.