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Tabu search design for difficult forest management optimization problems

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Abstract:

A series of tabu search (TS) methods for solving the stand harvesting and road access optimization problem was developed and evaluated. This challenging forest management problem includes spatial constraints for maximum opening size, adjacency delay (green up), as well as timber-flow targets derived exogenously from a strategic planning process. The base harvest decision unit is the stand, and harvest blocks are created dynamically as adjacent stands are scheduled for treatments. The road network subproblem is solved using a fast heuristic method to select a minimum discounted cost set of road construction projects so that scheduled stands are accessible. The TS methods range from simple ones with fixed tabu tenure to an adaptive search with feedback mechanisms to control tabu tenure and to direct the search near constraint boundaries. It was found that while simple TS algorithms can find feasible solutions to the problem, these may be far from optimal. A good short-term memory strategy, constraint boundaries smoothed using penalty functions, and customized diversification moves were important design elements in the most successful TS algorithm for this problem. This paper points out the necessity to design the TS method carefully, since there are many possible TS designs and the design choices matter.

Une série de méthodes heuristiques de type tabou (MT) ont été développées et testées afin de résoudre le problème d'optimisation de la récolte de peuplements et de la localisation du réseau routier. Ce problème complexe d'aménagement forestier inclus des contraintes spatiales qui restreignent la dimension des trouées occasionnées par les opérations de récolte, des délais associés à l'adjacence (retour de la végétation) ainsi que des objectifs de flux de matière première dérivés d'un processus de planification stratégique. Pour la récolte, les décisions sont prises à l'échelle du peuplement. Les parterres de coupe sont créés de façon dynamique au fur et à mesure que le traitement des peuplements adjacents est planifié. Le sous problème du réseau routier est résolu en utilisant une méthode heuristique rapide. Celle-ci sélectionne un ensemble de projets de construction de chemins qui permettent d'accéder aux peuplements ayant été sélectionnés et dont le coût actualisé est minimum. Les MT sont nombreuses, allant d'un statut tabou fixe jusqu'à des recherches adaptatives incluant des mécanismes de rétroaction pour contrôler le statut de tabou et diriger la recherche en périphérie de l'espace de solutions possibles délimité par les contraintes. Bien que des algorithmes simples de MT puissent trouver des solutions aux problèmes, on constate que celles-ci peuvent être loin de la solution optimale. Une stratégie favorisant la mémoire à court terme, la relaxation des contraintes en utilisant des fonctions de pénalité et des gestes de diversification adaptés sont tous des éléments de conception importants des MT les plus performantes pour la résolution de ce problème. Il existe plusieurs façons de concevoir une recherche tabou et chacune d'elle donne des résultats différents. Cet article met l'accent sur la nécessité de procéder avec prudence lors de la conception d'une méthode de recherche tabou.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2003

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nrc/cjfr/2003/00000033/00000006/art00018
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