Cezalandırmaya dayalı optimizasyon yaklaşımı ile kısa vadeli hava aracı çakışma çözümü
Short term aircraft conflict resolution using penalty-based optimization approach
Yazar: FURKAN ÖNEL
Danışman: DR. SHAABAN A.I. SAHMOUD ; DR. BERNA KİRAZ
Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Teknoloji ve havacılıkdaki gelişmeler ile birlikte tüm dünyadaki hava trafik yoğunluğu her geçen gün artmaktadır. Artan hava aracı sayısına bağlı olarak Hava Trafik Yönetim(ATM) ihtiyaçlarını karşılayacak güvenli ve etkili bir hava trafik yönetimi sağlayabilmek gerekmektedir. Hava trafik yönetiminin merkezinde görev ve sorumlulukarı bakımından Hava Trafik Kontrolörleri(ATC) vardır. Uçuş emniyeti hava trafik yönetimindeki en önemli konudur. ATC' lerin temel görevi sorumlu oldukları hava trafiği için uçuş emniyetini sağlamaktır. Hava trafik yönetiminde uçuş emniyetini tehlikeye atan önemli konulardan biri de hava araçları arasında yaşanabilecek çakışmalardır. Hava araçları arasındaki olası bir çakışma durumunda kontrolörler en kısa sürede en etkili çakışma çözüm aksiyonunu almaladırlar. Son zamanlarda kontrolörlerin çakışma çözüm yönteminin belirlenmesinde alacakları karar sürecinde yardımcı olabilecek karar destek araçları ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Bu tezin ana konusu hava araçları arasındaki çakışmaların çözümü için bir metodolojinin araştırılması ve geliştirilmesidir. Bu çalışmada çakışma tespiti ve çözümü hava trafik yönetimi açısından değerlendirilerek, uçuş emniyeti açısından güvenlik kısıtları dikkate alınarak hava araçlarının asıl rotalarından sapma miktarını ve kontrolör iş yükünü minimize edecek bir optimizasyon problemi olarak ele alınmıştır. Problemin çözümünde hava araçlarının çakışma geometrilerine göre çakışma çözümünde ön tanımlı bir kural setini uygulayan Cezalandırmaya Dayalı Çakışma Çözüm Metodolojisi(CDÇÇM) kullanılmıştır. Metodoloji BlueSky ATC simülatör ortamında oluşturulan çakışma senaryoları ve rastgele üretilmiş çakışma senaryoları ile test edilmiştir. CDÇÇM metodolojisi karmaşık ve yoğun trafikleri de içeren farklı çakışma senaryoları için vektörleme ve dikey seviye değişimi yöntemlerinin kullanarak %82.21 başarı oranı ile çakışmalara çözüm üretmiştir. CDÇÇM çözüm üretiminde diğer hava araçlarını, yasaklı alanları ve minimum güvenli uçuş irtifasını dikkate almıştır.

Abstract:
With the developments in technology and aviation, the air traffic density all over the world is increasing day by day. Depending on the increasing number of aircraft, it is necessary to provide a safe and effective air traffic management that responds to the Air Traffic Management (ATM) demands. Air Traffic Controllers (ATC) are at the center of air traffic management in terms of their duties and responsibilities. Flight safety is the most important issue in air traffic management. The main duty of ATCs is to ensure flight safety for the air traffic they are responsible for. One of the crucial issues that jeopardize flight safety in air traffic management is conflicts that may occur between aircraft. In the event of a possible conflict between aircraft, controllers should take the most effective conflict resolution action as soon as possible. Recently, studies have been carried out on decision support tools that can assist controllers in the decision process of determining the conflict resolution method. The main subject of this thesis is the research and development of a methodology for the resolution of conflicts between conflicting aircraft. In this study, conflict detection and resolution are evaluated in terms of air traffic management and considered as an optimization problem that minimizes the deviation from the original route of aircraft and the controller workload, taking into account the safety constraints in terms of flight safety. In the solution of the problem, Penalty-Based Conflict Resolution Methodology (PBCRM), which applies a predefined rule set in conflict resolution according to the conflict geometries of aircraft, was used. The methodology has been tested with conflict scenarios generated by using BlueSky ATC simulator environment and randomly generated conflict scenarios. PBCRM methodology has found solutions to conflicts with a success rate of 83% by using vectoring and vertical level change methods for different scenarios including complex and heavy traffic. PBCRM has taken into consideration other aircraft, prohibited areas and minimum safe flight altitude in the production of solutions.