Sustainable Tactical Planning of Fuel Management Lane Operations

Abstract

Portugal has one of the lowest productivity and performance of operations of forest exploration and vegetation management in Europe. This is mainly due to a mismatch between the equipment used and the geological features of the harvest areas, as well as a lack of communication and technical information about the compatibility of equipment and harvest areas. This dissertation addresses this problem and develops two Mixed Integer Programming (MIP) alternative models that provide a sustainable tactical plan suitable for an ongoing research project at INESC TEC, Project OPTIVEG. The tactical plan schedules the allocation of certain equipment to the different harvest areas in different periods while considering distinct productivity values among different equipment characteristics and area types. To achieve this plan, the problem intends to minimize a set of economic and environmental costs. With the purpose of validating the proposed models, a set of instances was generated, building on data from the project and from similar case studies. Firstly, computational experiments were devised to compare the performance of both models. Afterward, the cost structures of two different spatial layouts of the harvest areas were compared. Finally, sensitivity analyses are performed on the impact of the environmental component of the objective function on the solution. The experiments show that the performance of Model 2 becomes better than Model 1 when instances are larger and that there’s a distinctive change in cost structure when comparing both spatial layouts. Regarding the impact of the environmental objective, considering the price range it is currently applied to, there is little to no influence on the final solution. Furthermore, both models provide a thorough sustainable tactical plan with scheduled equipment allocation to every harvest area considered.

Alternate abstract:

Portugal apresenta uma produtividade e performance ambiental das operações de exploração florestal e gestão de vegetação inferior comparado aos restantes países da Europa. Principalmente devido à falta de comunicação e de informação técnica relativa à compatibilidade e adequabilidade dos diferentes tipos de equipamento às áreas de vegetação. Esta dissertação tem como intuito abordar este problema, desenvolvendo dois modelos matemáticos Mixed Integer Programming (MIP) que constroem um planeamento tático sustentável no âmbito de um projeto de investigação em curso no INESC TEC, Projeto OPTIVEG. O plano tático gere a atribuição de determinados equipamentos a diferentes áreas em diferentes períodos, considerando valores de produtividade distintos consoante a combinação entre os diferentes equipamentos e tipos de área. De forma a completar este plano, o problema minimiza um conjuntos de custos tanto económicos como ambientais. No intuito de validar os modelos propostos, um conjunto de instâncias foi gerado, baseado em dados recebidos do projeto e de outros casos de estudo similares. Em primeiro lugar, experimentos computacionais foram concebidos de forma a comparar a performance de ambos os modelos. De seguida, foi comparada a estrutura de custos de dois layouts geográficos das áreas. Por último, foi feita uma análise de sensibilidade do impacto da componente ambiental da função objetivo na solução final. Os resultados para estes objetivos são apresentados, concluindo-se que o desempenho do segundo modelo revela-se melhor que o primeiro para instâncias de tamanho superior, e que se verifica uma mudança na estrutura de custos quando se compara os dois possíveis layouts geográficos. No que diz respeito ao impacto da compenente ambiental, considerando o range de preços que se aplicam atualmente, existe pouca influência na solução final. Ambos os modelos constroem um plano tático sustentável com alocação em cada período de um equipamento a uma área de vegetação.