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Scheduling forest core area production using mixed integer programming

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Abstract:

Core area, the area of mature forest protected by a buffer area from edge effects of surrounding habitats, is an important spatial measure describing forest ecological conditions. Three alternative mixed integer programming (MIP) formulations are presented for explicitly scheduling core area production in a forest management scheduling model. Formulations utilize detailed data preprocessing that develops a set of influence zones. Each influence zone identifies an area of the forest that can produce core area. Each zone is influenced by a unique combination of management units (stands) of the forest. The assumed width of the buffer surrounding core area affects both the number of zones in the forest and the number of stands associated with each zone. Numerous test cases were applied, varying the MIP formulation used to describe core area production, the assumed buffer for core area (50 or 100m), and the set of additional forest-wide constraints to control harvest levels and core area production levels over time. Solution times varied substantially between the alternative MIP formulations. Solution times were substantially less for the formulation that used more, but simpler, spatial constraints. Solution times for large test cases suggest that real-world applications are likely feasible.

Le massif, cette superficie de forêt mature protégée des effets de bordure pouvant provenir des habitats avoisinants par une bande tampon, est une mesure spatiale importante qui décrit les conditions écologiques d’une forêt. Trois formulations alternatives de programmation linéaire mixte qui permettent de planifier la production de massifs à l’intérieur d’un plan d’aménagement forestier sont présentées. Les formulations utilisent des données détaillées qui sont prétraitées pour produire des zones d’influence. Chaque zone d’influence détermine une superficie de la forêt pouvant produire un massif. Chaque zone est influencée par une combinaison d’unités d’aménagement (peuplements) de la forêt qui lui est propre. La largeur de la bande tampon entourant un massif affecte à la fois le nombre de zones dans la forêt et le nombre de peuplements associés à chaque zone. Plusieurs cas-types ont été testés en faisant varier la formulation utilisée pour décrire la production des massifs, la largeur de la bande tampon entourant un massif (50 ou 100 m) et le jeu de contraintes additionnelles à l’échelle de la forêt permettant de contrôler les niveaux de récolte et de production de massifs dans le temps. Le temps requis pour obtenir la solution variait beaucoup selon la formulation utilisée. Il variait beaucoup moins avec la formulation qui utilisait des contraintes spatiales plus nombreuses, mais plus simples. Le temps requis pour obtenir la solution des cas-types plus lourds indique qu’une utilisation pour des cas réels est envisageable.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 2007

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nrc/cjfr/2007/00000037/00000010/art00014
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