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동적계획법 적용에 의한 삼나무 임분의 간벌시업체계 분석
Analysis of Optimal Thinning Prescriptions for a Cryptomeria japonica Stand Using Dynamic Programming 원문보기

韓國林學會誌 = Journal of Korean Forest Society, v.104 no.4, 2015년, pp.649 - 656  

한희 (서울대학교 산림과학부) ,  권기범 (서울대학교 산림과학부) ,  정혜진 (서울대학교 산림과학부) ,  설아라 (서울대학교 농업생명과학연구원) ,  정주상 (서울대학교 산림과학부)

초록
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이 연구의 목적은 국립산림과학원 한남시험림의 삼나무조림지에서 목재 및 탄소 경영을 위한 최적의 간벌시업체계를 결정하기 위해 수행되었다. 이 문제를 풀기 위해 Paderes and Brodie에 의해 개발된 PATH 알고리즘을 의사결정 지원체계로 그리고 임분생장예측을 위해 권기범 등이 개발한 임분생장모델을 적용하였다. 이 임분생장모델은 개체목간의 거리에 대한 고려가 없이 임목의 고사나 간벌과 같은 임분밀도 조절 요인에 의한 생장효과를 예측할 수 있다. 분석 결과 순현재가를 극대화하기 위한 목재생산경영은 탄소흡수량을 극대화하기 위한 탄소경영에 비해 간벌의 횟수는 적었지만 간벌강도가 상대적으로 큰 값으로 나타났다. 탄소경영의 경우 목재생산경영에 비해 탄소흡수량이 약 6% 증가한데 비해 순수익은 약 3.2% 감소하는 것으로 나타났다. 한편 탄소경영이나 목재생산경영을 위한 집약적 경영은 무간벌 시업조건을 전제로 하는 '무간벌 대조구'의 경우에 비해 약 60% 정도의 탄소흡수 및 순수익 증진효과가 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study was to analyze the optimal thinning regimes for timber or carbon managements in Cryptomeria japonica stands of Hannam Experimental Forest, Korea Forest Research Institute. In solving the problem, PATH algorithm, developed by Paderes and Brodie, was used as the decision-ma...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 PATH 알고리즘을 적용하여 목재생산에 의한 수익 극대화 및 임분의 탄소흡수 극대화 두 가지를 선별적으로 도출할 목적으로 집약적 산림시업체계의 주요 의사결정변수의 값을 결정하기 위한 수식모형을 수립 하였다. 주요 의사결정변수는 개벌에 의한 동령림체계를 가정하여 간벌횟수, 간벌강도 및 간벌시기로 결정하였다.
  • 본 연구에서는 동적 네트워크 상 최적의 path를 매우 효율적으로 탐색할 수 있는 PATH 알고리즘과 STEMS 기반의 임분생장예측 시뮬레이터(Kwon et al., 2013)를 결합하여 임분의 목재생산과 탄소흡수를 고려한 최적의 산림시 업체계를 도출하고자 하였다. 이를 위한 모델의 구조가 Figure 4에 제시되었다.
  • 본 연구에서는 삼나무(Cryptomeria japonica) 임분경영에 Paredes and Brodie(1987)가 개발한 PATH 알고리즘을 적용하여 목재생산은 물론 최근 산림의 중요한 생태계서비스로 인식되는 탄소흡수기능 극대화를 위한 시업체계를 분석하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 제주도 삼나무 임분의 목재 및 탄소경영 (timber and carbon management)을 위한 적정 산림시업체 계를 결정하고자 하였다. 이를 위해 Kwon(2013)이 개발한 개체목 중심의 생장예측모델을 활용하여 임분 밀도조절에 의한 임분생장을 예측하였고, 이를 토대로 의사결정을 하기 위한 PATH 알고리즘을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PATH 알고리즘은 어떤 기능이 있는가? Figure 3은 기존 DP에서 간벌시업체계 결정에 사용할수 있는 범용적 알고리즘과 PATH 알고리즘을 비교하여 보여준다. 즉, PATH 알고리즘(Paredes와 Brodie, 1987)은 복잡한 동적 네트워크 상에서 목적함수의 최대값을 도출 하는 최적 PATH를 매우 빠른 시간 안에 탐색할 수 있도록 Lagrange multiplier를 이용하여 문제를 구조화해 주는 기능이 있다. 이를 통해 가능해(feasible solution)의 수를 크게 줄여줌으로써 최적해 계산을 위한 연산량을 크게 절감해주는 효과가 있다.
최적화의 원리란? 이러한 DP의 계산방법은 Bellman(1957)의 최적화의 원리(principle of optimality)로 알려진 순환 최적원리에 그 기초를 두고 있다. 최적화의 원리란 어떤 상태의 최적의 사결정 규칙은 주어진 현재의 상태 하에서 남아 있는 단계들의 최적상태의 결정이 이전의 모든 단계에서 채택되어진 정책들에 종속되어지는 것이 아니라 바로 전 단계의 정책에 의해서만 최적화되어야 한다는 원리이다. 이것은다 단계의 의사결정문제에서 어떤 상태의 최적 정책이 어떻게 하여 이 상태에 도달되었는가에 관계없이 독립적으로 현재의 상태에만 의존한다는 것을 의미한다(Miranda and Feakler, 2002).
최적화의 원리는 무엇을 의미하는가? 최적화의 원리란 어떤 상태의 최적의 사결정 규칙은 주어진 현재의 상태 하에서 남아 있는 단계들의 최적상태의 결정이 이전의 모든 단계에서 채택되어진 정책들에 종속되어지는 것이 아니라 바로 전 단계의 정책에 의해서만 최적화되어야 한다는 원리이다. 이것은다 단계의 의사결정문제에서 어떤 상태의 최적 정책이 어떻게 하여 이 상태에 도달되었는가에 관계없이 독립적으로 현재의 상태에만 의존한다는 것을 의미한다(Miranda and Feakler, 2002).
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참고문헌 (22)

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  3. Bellman, R.E. 1957. Dynamic programming. Princeton, N.J: Princeton University Press. 

  4. Brodie, J.D. and Kao, C. 1979. Optimizing thinning in Douglas- fir with three-descriptor dynamic programming to account for accelerated diameter growth. Forest Science 25: 665-672. 

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  6. Haight, R.G., Brodie, J.D., and Dahms, W.G. 1985. A dynamic programming algorithm for optimization of lodgepole pine management. Forest Science 31: 321-330. 

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  9. Kurz, W. and Appls, M. 1999. A 70-year retrospective analysis of carbon fluxes in the Canadian forest sector. Ecological Application 9: 526-547. 

  10. Kwon, K.B. 2013. Development of a forest stand management model for carbon and timber management. Master's thesis, Seoul National University, Korea. pp. 45. 

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  21. Woo, J.C. and Jang, J.Y. 2009. A study on applying dynamic programming to selection of thinning pathway for Pinus koraiensis stand. Journal of Korean Forest Society 98: 225-230. 

  22. Yoshimoto, A. and Marusak, R. 2007. Evaluation of carbon sequestration and thinning regimes within the optimization framework for forest stand management. European Journal of Forest Research 126(2): 315-329. 

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