Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Contribution à la planification tactique et opérationnelle du transport forestier

Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts. L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur. Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en œuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes. Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles. Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur.

Decision making models embedded into a web-based tool for assessing pest infestation risk

Current practices in agricultural management involve the application of rules and techniques to ensure high quality and environmentally friendly production. Based on their experience, agricultural technicians and farmers make critical decisions affecting crop growth while considering several interwoven agricultural, technological, environmental, legal and economic factors. In this context, decision support systems and the knowledge models that support them, enable the incorporation of valuable experience into software systems providing support to agricultural technicians to make rapid and effective decisions for efficient crop growth. Pest control is an important issue in agricultural management due to crop yield reductions caused by pests and it involves expert knowledge. This paper presents a formalisation of the pest control problem and the workflow followed by agricultural technicians and farmers in integrated pest management, the crop production strategy that combines different practices for growing healthy crops whilst minimising pesticide use. A generic decision schema for estimating infestation risk of a given pest on a given crop is defined and it acts as a metamodel for the maintenance and extension of the knowledge embedded in a pest management decision support system which is also presented. This software tool has been implemented by integrating a rule-based tool into web-based architecture. Evaluation from validity and usability perspectives concluded that both agricultural technicians and farmers considered it a useful tool in pest control, particularly for training new technicians and inexperienced farmers.

Thermal Tolerance of the Coffee Berry Borer Hypothenemus hampei: Predictions of Climate Change Impact on a Tropical Insect Pest

Coffee is predicted to be severely affected by climate change. We determined the thermal tolerance of the coffee berry borer, Hypothenemus hampei, the most devastating pest of coffee worldwide, and make inferences on the possible effects of climate change using climatic data from Colombia, Kenya, Tanzania, and Ethiopia. For this, the effect of eight temperature regimes (15, 20, 23, 25, 27, 30, 33 and 35 degrees C) on the bionomics of H. hampei was studied. Successful egg to adult development occurred between 20-30 degrees C. Using linear regression and a modified Logan model, the lower and upper thresholds for development were estimated at 14.9 and 32 degrees C, respectively. In Kenya and Colombia, the number of pest generations per year was considerably and positively correlated with the warming tolerance. Analysing 32 years of climatic data from Jimma (Ethiopia) revealed that before 1984 it was too cold for H. hampei to complete even one generation per year, but thereafter, because of rising temperatures in the area, 1-2 generations per year/coffee season could be completed. Calculated data on warming tolerance and thermal safety margins of H. hampei for the three East African locations showed considerably high variability compared to the Colombian site. The model indicates that for every 1 degrees C rise in thermal optimum (T(opt)), the maximum intrinsic rate of increase (r(max)) will increase by an average of 8.5%. The effects of climate change on the further range of H. hampei distribution and possible adaption strategies are discussed. Abstracts in Spanish and French are provided as supplementary material Abstract S1 and Abstract S2.

Use of sulfuryl fluoride in the management of strongly phosphine-resistant insect pest populations in bulk grain storages in Australia

Sulfuryl fluoride (SF), an effective structural fumigant, is registered recently as Profume™ for controlling insect pests of stored grains and processed commodities. Information on its effectiveness in disinfestation of bulk grain, however, is limited. The ongoing problem with the strong level of resistance to phosphine has been addressed recently through deployment of SF as a ‘resistance breaker’ in bulk storages in Australia. This paper discusses important results on the efficacy of SF against key phosphine- resistant insect pests, lesser grain borer, Rhyzopertha dominca, red flour beetle, Tribolium castaneum, rice weevil, Sitophilus oryzae and the rusty grain beetle, Cryptolestes ferrugineus. We have established CT (g-hm3) profiles for SF against these insect pests at two temperature regimes 25 and 30°C, that showed that both temperature and exposure period (t) has significant influence on the effectiveness of SF than the concentration. Over a seven days fumigation period, CTs of 800 and 400 g-hm3 achieved complete control of all the target pests, including the most strongly phosphine - resistant species, C. ferrugineus at 25 and 30°C, respectively. Results from four industry scale field trials involving currently registered rate of SF (1500 g-hm3) over 2–14 d exposure period, confirmed its effectiveness in achieving complete control of the target pest species. The assessment of postfumigation grain samples across all the test storages indicated that the reinfestation occurs after three months. Monitoring resistance to phosphine in C. ferrugineus over a six year period (2009–2015), showed a significant reduction in resistant populations after the introduction of SF into the fumigation strategy at problematic storage sites. Overall our research concludes that SF is a good candidate to be used as a ‘resistance breaker’ where phosphine resistance is prevalent.

New developments in UAV remote sensing for pest management and the implications for cotton

Efficient crop monitoring and pest damage assessments are key to protecting the Australian agricultural industry and ensuring its leading position internationally. An important element in pest detection is gathering reliable crop data frequently and integrating analysis tools for decision making. Unmanned aerial systems are emerging as a cost-effective solution to a number of precision agriculture challenges. An important advantage of this technology is it provides a non-invasive aerial sensor platform to accurately monitor broad acre crops. In this presentation, we will give an overview on how unmanned aerial systems and machine learning can be combined to address crop protection challenges. A recent 2015 study on insect damage in sorghum will illustrate the effectiveness of this methodology. A UAV platform equipped with a high-resolution camera was deployed to autonomously perform a flight pattern over the target area. We describe the image processing pipeline implemented to create a georeferenced orthoimage and visualize the spatial distribution of the damage. An image analysis tool has been developed to minimize human input requirements. The computer program is based on a machine learning algorithm that automatically creates a meaningful partition of the image into clusters. Results show the algorithm delivers decision boundaries that accurately classify the field into crop health levels. The methodology presented in this paper represents a venue for further research towards automated crop protection assessments in the cotton industry, with applications in detecting, quantifying and monitoring the presence of mealybugs, mites and aphid pests.

Low doses of a neonicotinoid insecticide modify pheromone response thresholds of central but not peripheral olfactory neurons in a pest insect

International audience

Random Mating Between Two Widely Divergent Mitochondrial Lineages of Cryptolestes ferrugineus (Coleoptera: Laemophloeidae): A Test of Species Limits in a Phosphine-Resistant Stored Product Pest

Effective pest management relies on accurate delimitation of species and, beyond this, on accurate species identification. Mitochondrial COI sequences are useful for providing initial indications in delimiting species but, despite acknowledged limitations in the method, many studies involving COI sequences and species problems remain unresolved. Here we illustrate how such impasses can be resolved with microsatellite and nuclear sequence data, to assess more directly the amount of gene flow between divergent lineages. We use a population genetics approach to test for random mating between two 8 ± 2% divergent COI lineages of the rusty grain beetle, Cryptolestes ferrugineus (Stephens). This species has become strongly resistant to phosphine, a fumigant used worldwide for disinfesting grain. The possibility of cryptic species would have significant consequences for resistance management, especially if resistance was confined to one mitochondrial lineage. We find no evidence of restricted gene flow or nonrandom mating across the two COI lineages of these beetles, rather we hypothesize that historic population structure associated with early Pleistocene climate changes likely contributed to divergent lineages within this species.

Optimization models and methods for real-time transportation planning in forestry

Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.

Integrated pest management and the (un)sustainable use of pesticides

Doutoramento em Engenharia Agronómica - Instituto Superior de Agronomia - UL

Araucaria clonal forestry: types of cuttings and mother tree sex in field survival and growth.

Araucaria angustifolia é uma espécie nativa potencial para a silvicultura brasileira. No entanto, uma série de desafios e limitações técnicas ainda persistem, dificultando sua expansão silvicultural, dentre os quais se destaca a falta de tecnologias de clonagem de materiais genéticos superiores, bem como sua avaliação em condições de campo. Assim, objetivou-se avaliar a potencialidade da utilização de mudas de araucária oriundas de estaquia e de sementes para produção madeireira, por meio da avaliação da sobrevivência e crescimento a campo. Clones provenientes de matrizes masculinas e femininas, de diferentes tipos de estacas e mudas de sementes foram plantadas em espaçamento 3 x 3 m. O experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, com três tratamentos e parcelas de uma planta (one tree plot). Clones do sexo feminino e de estacas contendo o ápice apresentaram maior crescimento em diâmetro à altura do peito (6,4 cm) e altura total (3,6 m) aos 74 meses após o plantio, seguidas das de sementes e demais clones, com resultados similares. Conclui-se que a estaquia é uma técnica potencial de produção de mudas de araucária para fins madeireiros e é favorecida pela utilização de estacas proveniente de matrizes femininas e com ápice.

Internal Temperature of Girolando (Holstein×Gir) heifers in integrated crop, livestock (ICLS) and forestry (ICLFS) systems.

The objective of this work was to evaluate the internal temperature (IT) of Girolando heifers in integrated crop, livestock (ICLS) and forestry (ICLFS) systems. Trial was carried out at experimental field of Embrapa Rondônia, Porto Velho, Rondônia, Brazil.

Life cycle assessment of residual forestry biomass chips at a power plant: a Portuguese case study

The residual forest biomass (RFB) sector has been experiencing strong development at European level and particularly in Portugal mainly due to the increase of energy production from renewable sources. The aim of this study is to assess the environmental impacts of eucalyptus RFB chips production chain in Portugal. The environmental and economic impact comparison of the processes included in the production chain is presented as well. The environmental impacts were calculated by the life cycle assessment approach described in the ISO 14040 series of standards. The production chain assessed included all processes from eucalyptus forest until the delivery of RFB chips at the power plant. The main conclusion of this study is that eucalyptus wood production is the process that presents the greatest environmental impact through the product life cycle.

Approaches to Aquatic Invasive Species Integrated Pest Management Control and Common ID

This PowerPoint presentation goes over the ways in which aquatics pest and weeds can be controlled.

South Carolina forestry news

The South Carolina Board of Registration for Foresters at the Department of Labor, Licensing and Regulation publishes a newsletter on board and agency events, activities, and statistics.