AN INTEGER LINEAR PROGRAMMING APPROACH APPLIED TO THE CERRADO (SAVANNA) MANAGEMENT

AbstractCerrado presents great potential for the use of its resources, whether timber or non-timber, as fruits, firewood and charcoal. Thus, this study aimed to test the use of forest regulation model type I in a remnant of cerrado, applying the integer linear programming. The studied area was a remnant of cerrado sensu stricto located in São Romão – MG. The type of forest management carried out was the strip cutting. with post regeneration conduction. The model type I was applied generating 8 scenarios considering 14 years of planning horizon. The tested scenarios considered the area control, volume control and also both controls in the same model, where the objective function was to maximize the present value of revenues (PVR). After data processing it was observed that scenario 5 was the best, because it obtained the lowest amplitude variation (425 – 575 ha/year) and volume (18.000 – 21.000 m3/year) of the exploited surface limits, presenting a PVR of R$4,004,561.58. It is possible to conclude that the developed models were able to regulate the volumetric yield in constant flows over the planning horizon, representing a promising alternative for the sustainable planning of the wood resources of the cerrado.Keywords: Mathematical programming; forest regulation; forest management. ResumoUma abordagem aplicada da programação linear inteira no manejo do cerrado. O cerrado apresenta um grande potencial de uso de seus recursos, sejam eles madeireiros ou não madeireiros, como frutos, lenha e carvão vegetal. Assim, o trabalho teve como objetivo testar o uso do modelo tipo I de regulação florestal em um remanescente de cerrado utilizando a programação linear inteira. A área de estudo foi um remanescente de cerrado sensu stricto localizado em São Romão – MG. O regime de manejo elaborado foi o corte em faixas com posterior condução da regeneração. O modelo tipo I foi aplicado gerando 8 cenários em um horizonte de planejamento de 14 anos. Os cenários testados consideraram o controle por área, por volume, bem como ambos no mesmo modelo, sendo a função objetivo o valor presente das receitas (VPR) a ser maximizado. Após o processamento dos modelos observou-se que o cenário 5 foi o melhor, possuindo limites de área explorada (425 – 575 ha/ano) e volumétricos (18.000 – 21.000 m3/ano) com menor variação de amplitude, apresentando R$4.004.561,58 de VPR. Pôde-se concluir que os modelos formulados foram capazes de regular a produção volumétrica em fluxos constantes ao longo do horizonte de planejamento, em sua grande maioria, constituindo-se de uma alternativa promissora ao planejamento sustentável dos recursos madeireiros do cerrado.Palavras-chave: Programação matemática; regulação florestal; manejo florestal.AbstractCerrado presents great potential for the use of its resources, whether timber or non-timber, as fruits, firewood and charcoal. Thus, this study aimed to test the use of forest regulation model type I in a remnant of cerrado, applying the integer linear programming. The studied area was a remnant of cerrado sensu stricto located in São Romão – MG. The type of forest management carried out was the strip cutting. with post regeneration conduction. The model type I was applied generating 8 scenarios considering 14 years of planning horizon. The tested scenarios considered the area control, volume control and also both controls in the same model, where the objective function was to maximize the present value of revenues (PVR). After data processing it was observed that scenario 5 was the best, because it obtained the lowest amplitude variation (425 – 575 ha/year) and volume (18.000 – 21.000 m3/year) of the exploited surface limits, presenting a PVR of R$4,004,561.58. It is possible to conclude that the developed models were able to regulate the volumetric yield in constant flows over the planning horizon, representing a promising alternative for the sustainable planning of the wood resources of the cerrado.Keywords: Mathematical programming; forest regulation; forest management

Spatial adjacency constraints effect in optimized forest planning

O objetivo do estudo foi aplicar restrições espaciais de adjacência no agendamento da colheita florestal em um modelo tradicional de planejamento florestal. Foi analisado e comparado o impacto no VPL (valor presente líquido) e na produção volumétrica de madeira. A área de estudo foi composta por 52 talhões de eucalipto. Foram simuladas 254 alternativas de manejo, sendo então criados 4 cenários de agendamento da colheita florestal envolvendo o uso da programação linear inteira, seguindo a formulação pelo modelo tipo I com maximização do VPL e um horizonte de planejamento de 7 anos. O cenário 1 não considerou a adjacência, enquanto que os cenários 2 (URM), 3 (ARM50) e 4 (ARM70) continham restrições de adjacência. Os resultados demonstraram que as restrições de adjacência reduzem o VPL em 3,74%, 2,24% e 2,10%, e a produção volumétrica em 2,92%, 1,79% e 1,73%, nos cenários 2, 3 e 4 respectivamente. Porém, os cenários 2, 3 e 4 obtiveram sucesso no controle de corte de talhões adjacentes, segundo suas restrições, e impedindo a formação de extensas áreas contiguas como encontrado no cenário 1 (153,25 ha).Palavras-chave: Programação linear inteira; restrição URM; restrição ARM. AbstractSpatial adjacency constraints effect in optimized forest planning. The objective of the study was to apply the spatial adjacency constraints in the forest harvest scheduling when using the traditional forest planning model. It was analyzed and compared the impact on NPV (Net Present Value) and the volumetric production of wood. The area of study was formed by 52 stands of eucalyptus. A total of 254 forest management alternatives were simulated, where 4 forest harvest scheduling scenarios contained the integer linear programming were created, following the model type I and the maximization of the NPV for 7 years of the horizon planning. Spatial adjacency constraints were applied to scenarios 2 (URM), 3 (ARM50) and 4 (ARM70) but not to scenario 1. The results showed that the spatial adjacency constraints reduced NPV in 3,74%, 2,24% and 2,10%, and the volumetric production in 2,92%, 1,79% e 1,73% through the scenarios 2, 3, and 4, respectively. Therefore, the scenarios 2, 3, and 4 obtained success in controlling the adjacent harvested stands, according to their restrictions, and avoiding the creation of large and continuous areas such as observed in the scenario 1 (153,25ha).Keywords: Integer linear programming; URM constraint; ARM constraint.The objective of the study was to apply the spatial adjacency constraints in the forest harvest scheduling when using the traditional forest planning model. It was analyzed and compared the impact on NPV (Net Present Value) and the volumetric production of wood. The area of study was formed by 52 stands of eucalyptus. A total of 254 forest management alternatives were simulated, where 4 forest harvest scheduling scenarios contained the integer linear programming were created, following the model type I and the maximization of the NPV for 7 years of the horizon planning. Spatial adjacency constraints were applied to scenarios 2 (URM), 3 (ARM50) and 4 (ARM70) but not to scenario 1. The results showed that the spatial adjacency constraints reduced NPV in 3,74%, 2,24% and 2,10%, and the volumetric production in 2,92%, 1,79% e 1,73% through the scenarios 2, 3, and 4, respectively. Therefore, the scenarios 2, 3, and 4 obtained success in controlling the adjacent harvested stands, according to their restrictions, and avoiding the creation of large and continuous areas such as observed in the scenario 1 (153,25ha)

Comparação entre a meta-heurística simulated annealing e a programação linear inteira no agendamento da colheita florestal com restrições de adjacência

http://dx.doi.org/10.5902/198050989289The impacts on the landscape after forest harvesting in reforestation are visible, but the cutting is a necessary process to ensure a sustained yield and introduce new technologies. An alternative of control is to use the adjacency constraints in the mathematical models. Thus, the aim of the study was to assess the ability of the metaheuristic SA to solve mathematical models with adjacency constraints type URM, and to check its action with the increasing of the problem complexity. The study was conducted in a forest project containing 52 stands, and created 8 scenarios, where the Johnson and Scheurmann (1977) model I was used as reference. The adjacency constraint type URM was used to control the cutting of adjacent stands. The models were solved by the ILP and metaheuristic SA, which was sued 100 times per scenario. The results showed that the scenario 8 has consumed 137.530 seconds via PLI, which represented 2.023,09 times more than the average time processing of the SA metaheuristic (67,98 seconds). The best solutions were 4.71% (scenario 1) to 11.40% (scenario 8) far from the optimal (ILP). The metaheuristic SA is capable to solve the forest problem, meeting the targets in the most cases. The increasing of complexity produced a higher deviation from the optimal. Concludes that the metaheuristic SA should not be processed a single time, because there are hazards in obtain inferior solutions, but doing it is recommended to increase the stop criterion.http://dx.doi.org/10.5902/198050989289Os impactos gerados na paisagem após a colheita florestal em reflorestamentos são visíveis, porém, o corte raso é um processo necessário para garantir uma produção sustentada e introduzir novas tecnologias. Uma alternativa de controle é utilizar restrições de adjacência nos modelos matemáticos. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar a capacidade da meta-heurística SA na resolução de modelos matemáticos com restrições de adjacência do tipo URM, e observar sua ação com o aumento da complexidade do problema. O estudo foi conduzido em um projeto florestal contendo 52 talhões, sendo criados 8 cenários, onde o modelo I de Johnson e Scheurmann (1977) foi usado como referência. A restrição de adjacência do tipo URM foi usada para controlar o corte de talhões adjacentes. Os modelos foram resolvidos pela PLI e meta-heurística SA, no qual foi processada 100 vezes/cenário. Os resultados mostraram que o cenário 8 consumiu 137.530 segundos via PLI, gastando um tempo de 2.023,09 vezes a mais que o tempo médio de processamento da meta-heurística SA (67,98 segundos). As melhores soluções ficaram 4,71 % (cenário 1) a 11,40 % (cenário 8) distante do ótimo (PLI). A meta-heurística SA é capaz de resolver o problema florestal, atendendo às metas na maioria das vezes. O aumento da complexidade produz um maior desvio em relação ao ótimo. Conclui-se que a meta-heurística SA não deve ser processada uma única vez, pois há riscos de se obter soluções inferiores, caso seja feita, deve-se aumentar o tempo de parada

Mineração de dados aplicada a métodos de seleção de variáveis para a modelagem de estoque de carbono acima do solo

The objective of this work was to apply the random forest (RF) algorithm to the modelling of the aboveground carbon (AGC) stock of a tropical forest by testing three feature selection procedures – recursive removal and the uniobjective and multiobjective genetic algorithms (GAs). The used database covered 1,007 plots sampled in the Rio Grande watershed, in the state of Minas Gerais state, Brazil, and 114 environmental variables (climatic, edaphic, geographic, terrain, and spectral). The best feature selection strategy – RF with multiobjective GA – reaches the minor root-square error of 17.75 Mg ha-1 with only four spectral variables – normalized difference moisture index, normalized burn ratio 2 correlation texture, treecover, and latent heat flux –, which represents a reduction of 96.5% in the size of the database. Feature selection strategies assist in obtaining a better RF performance, by improving the accuracy and reducing the volume of the data. Although the recursive removal and multiobjective GA showed a similar performance as feature selection strategies, the latter presents the smallest subset of variables, with the highest accuracy. The findings of this study highlight the importance of using near infrared, short wavelengths, and derived vegetation indices for the remote-sense-based estimation of AGC. The MODIS products show a significant relationship with the AGC stock and should be further explored by the scientific community for the modelling of this stock.O objetivo deste trabalho foi aplicar o algoritmo “random forest” (RF) à modelagem do estoque de carbono acima do solo (CAS) de uma floresta tropical, por meio da testagem de três procedimentos de seleção de variáveis: remoção recursiva e algoritmos genéticos (AGs) uniobjetivo e multiobjetivo. Os dados utilizados abrangeram 1.007 parcelas amostradas na bacia hidrográfica do Rio Grande, no estado de Minas Gerais, Brasil, e 114 variáveis ambientais (climáticas, edáficas, geográficas, de terreno e espectrais). A melhor estratégia de seleção de variáveis – a RF com AG multiobjetivo – chega ao menor erro quadrático de 17,75 Mg ha-1 com apenas quatro variáveis espectrais – índice de umidade por diferença normalizada, textura de correlação do índice de queimada por razão normalizada 2, cobertura arbórea e fluxo de calor latente –, o que representa redução de 96,5% no tamanho do banco de dados. As estratégias de seleção de variáveis ajudam a obter melhor desempenho da RF, ao melhorar a acurácia e reduzir o volume dos dados. Embora a remoção recursiva e o AG multiobjetivo mostrem desempenho semelhante como estratégias de seleção de variáveis, esta último apresenta menor subconjunto de variáveis, com maior precisão. As descobertas deste trabalho destacam a importância do uso de infravermelho próximo, comprimentos de onda curtos e índices de vegetação derivados para a estimativa de CAS baseada em sensoriamento remoto. Os produtos MODIS mostram relação significativa com o estoque de CAS e precisam ser melhor explorados pela comunidade científica para a modelagem deste estoque

DETECÇÃO DA EXPANSÃO DA ÁREA MINERADA NO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MINAS GERAIS, NO PERÍODO DE 1985 A 2011 ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE SENSORIAMENTO REMOTO

O objetivo deste estudo foi analisar a evolução da área minerada no QuadriláteroFerrífero (QF), Minas Gerais, e quantificar a área coberta com vegetação florestalnativa que foi suprimida por esta atividade durante os últimos 26 anos. Foramutilizadas imagens TM/Landsat 5 correspondente a área de estudo nos anos de 1985,1989, 2000 e 2011. Para cada ano de análise, utilizando técnicas de interpretaçãovisual de imagens, foram criados polígonos identificando e delimitando as áreasmineradas. Para a análise da supressão da vegetação florestal nativa pela mineração,as imagens de 1985 foram classificadas gerando um mapa temático de uso ecobertura do solo do QF. Em seguida, os polígonos de mineração identificados emcada ano de análise foram sobrepostos ao mapa da vegetação nativa possibilitando ocálculo da área de vegetação florestal nativa suprimida pela expansão da mineração.Entre os anos de 1985 a 2011, observou-se aumento de 213% na área minerada noQF. As áreas suprimidas de vegetação florestal nativa entre os anos de 1985 a 1989, 1989 a 2000 e 2000 a 2011 corresponderam respectivamente a 324,42 ha, 948,98 hae 1989,68 ha, com uma perda total de vegetação nativa de 3.263,07 h