Efficiency of timber harvesting with a harvester in fir stands with designated and undesignated thinning

Resumo Técnico: Eficiência da Colheita de Madeira com um Harvester em Talhões de Abeto com Desbaste Designado e Não Designado

Problema
O estudo aborda a eficiência operacional e as demandas cognitivas da colheita mecanizada de madeira em talhões de abeto-prateado (Abies alba) em regiões montanhosas. Uma questão central na gestão florestal é o método de seleção das árvores para remoção durante as operações de desbaste. Tradicionalmente, os especialistas florestais pré-designam as árvores para remoção (desbaste designado), um processo demorado e dispendioso. Por outro lado, em muitas regiões, os operadores selecionam as árvores de forma independente durante o processo de colheita (desbaste não designado). Embora o desbaste não designado seja frequentemente promovido para reduzir custos e aumentar a eficiência, permanecem preocupações quanto à qualidade da seleção, potenciais danos ao talhão e a carga cognitiva imposta aos operadores, que devem simultaneamente tomar decisões silviculturais e operar máquinas complexas. A pesquisa visa avaliar a eficácia da colheita sob estes dois regimes distintos, investigando especificamente se as diferenças na percepção do talhão e no foco visual influenciam a eficiência do trabalho e a carga cognitiva.

Metodologia
A pesquisa foi realizada no compartimento 604A-b do Distrito Florestal de Łosie, na Polónia, num talhão de abeto-prateado com 51 anos. O estudo utilizou um desenho experimental controlado envolvendo quatro parcelas de amostra de 50 × 50 m:

• Desbaste Designado (W): As árvores foram pré-marcadas para remoção por funcionários da Floresta Estatal.
• Desbaste Não Designado (N): As árvores foram selecionadas para remoção diretamente pelo operador da máquina durante a operação.

A colheita foi realizada com um harvester John Deere 1170E equipado com uma cabeça de corte H754, operado por um profissional experiente com dez anos de prática. O método de Corte para Comprimento (CTL) foi utilizado para produzir produtos de 2,5 m.

A recolha de dados envolveu duas vias principais:

1. Análise Cronométrica: Os ciclos de trabalho produtivo (passagem, corte, abate, desrama, corte transversal) foram registados através de cronometria fotográfica usando uma câmara integrada num sistema de eye-tracking Tobii Pro Glasses 2. Foram analisados um total de 255 ciclos de trabalho (126 designados, 129 não designados).
2. Análise de Eye-Tracking: O comportamento visual do operador foi monitorizado utilizando o Tobii Pro Glasses 2. Foram analisadas seis gravações (três por variante) para gerar mapas de calor, gráficos de olhar (gaze plots) e dados de Áreas de Interesse (AOI). As métricas incluíram duração da fixação, variabilidade e distribuição do olhar através de zonas específicas (guindaste da máquina, talhão, cabine, matéria-prima).

A análise estatística empregou o teste de Kruskal–Wallis para variações de volume de árvore e o teste de corridas de Wald–Wolfowitz para o consumo de tempo e estrutura do ciclo de trabalho.

Principais Resultados

• Consumo de Tempo: A colheita em talhões de desbaste não designado exigiu, em média, 12% mais tempo do que nos talhões de desbaste designado. O tempo máximo de consumo na variante não designada foi aproximadamente 40% superior.
• Estrutura do Ciclo de Trabalho: O principal fator para o aumento do tempo no desbaste não designado foi a fase de passagem da máquina, que foi 7% mais longa e exibiu uma variabilidade significativamente maior (coeficiente de variação aproximadamente 50% superior). Isto foi atribuído à necessidade do operador de escanear o talhão e planear os cortes enquanto se deslocava. Inversamente, as atividades de processamento (corte, abate, desrama, corte transversal) foram geralmente mais rápidas no variante não designado, em grande parte porque as árvores selecionadas eram menores.
• Volume de Árvore: O volume médio das árvores colhidas foi significativamente inferior no desbaste não designado (0,34 m³) em comparação com o desbaste designado (0,46 m³). O operador parece ter adotado uma estratégia conservadora, selecionando árvores mais finas para minimizar o risco de erros ou danos ao talhão.
• Comportamento Visual e Carga Cognitiva:
  • Distribuição do Olhar: No desbaste não designado, o operador percorreu um campo visual mais amplo, olhando mais profundamente no talhão e para as camadas superiores da copa para identificar árvores adequadas. No desbaste designado, o olhar concentrou-se num campo mais estreito diretamente à frente da cabine, focando-se no guindaste e na área de trabalho imediata.
  • Métricas de Fixação: Apesar do escaneamento mais amplo no desbaste não designado, o número total de fixações permaneceu comparável entre as variantes. No entanto, a duração média da fixação foi ligeiramente superior no desbaste não designado (0,2967 s vs. 0,2907 s).
  • Carga Cognitiva: O estudo não encontrou uma diferença estatisticamente significativa no esforço mental global ou nos níveis de concentração entre as duas variantes. O operador manteve um nível de concentração semelhante, adaptando a sua estratégia visual ao contexto da tarefa. Os tempos de fixação ligeiramente mais longos no desbaste não designado sugerem uma carga cognitiva marginalmente superior associada ao processamento de informação e tomada de decisão, mas não a um nível que indicasse um esforço mental excessivo.

Principais Contribuições
O artigo fornece evidência empírica quantificando as compensações entre o desbaste designado e o não designado em talhões de abeto de montanha. Contribui para a área ao:

1. Quantificar a Perda de Eficiência: Estabelecendo uma penalização de tempo de 12% para o desbaste não designado, impulsionada principalmente pelas fases de planeamento e escaneamento, e não pelo processamento mecânico da madeira.
2. Ligar a Estratégia Visual à Eficiência: Demonstrando que o comportamento visual do operador muda de um foco técnico estreito no desbaste designado para um modo de escaneamento ambiental mais amplo no desbaste não designado.
3. Avaliar a Carga Cognitiva: Utilizando eye-tracking para mostrar que, embora o desbaste não designado exija mais análise ambiental, não resulta necessariamente numa carga cognitiva ou concentração significativamente superiores para operadores experientes.

Significância e Alegações
Os autores concluem que, embora o desbaste não designado permita um modelo baseado na máquina que poderia reduzir os custos totais das operações silviculturais ao eliminar a fase de pré-marcação, este acarreta um custo de eficiência mensurável. O aumento de 12% no consumo de tempo é atribuído à seleção mais conservadora de árvores menores pelo operador e ao tempo necessário para analisar a estrutura do talhão para a tomada de decisão.

O estudo alega modestamente que a introdução de um modelo de desbaste liderado pelo operador é viável e potencialmente rentável, desde que o operador possua as competências e a motivação necessárias. A investigação sugere que o stress mental associado à tomada de decisões silviculturais independentes é gerível para operadores experientes, como evidenciado pelos padrões de fixação e níveis de concentração comparáveis. No entanto, os autores observam que os ganhos de eficiência da remoção da fase de pré-marcação devem ser ponderados contra o aumento de 12% no tempo operacional e o potencial de colheita de madeira de menor volume. Os resultados apoiam a visão de que operadores qualificados podem gerir eficazmente o desbaste não designado, embora o processo continue a ser mais intensivo em termos de tempo do que as operações pré-designadas.