Serbest yol yapısına sahip hava sahaları için rota planlaması ve optimizasyonu
Route planning and optimization for free route airspace
Yazar: EMRE AYDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. CEM ÇETEK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Hava Trafik Kontrol Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation
Dizin: Sivil havacılık = Civil aviation

Özet:
Gerçekleştirilen uluslararası uçuşlarda uçaklar pek çok farklı ülkenin hava sahasını kullanmaktadır. Ülkelerin hava sahalarında sağlamış oldukları hava trafik hizmetleri farklı nedenlerden ötürü değişkenlik gösterebilmektedir. Hava sahalarında yer alan rota yapısı bu değişkenliklerden bir tanesidir. Hava sahalarında kullanılan rota yapıları sabit rotalı ve serbest rotalı olmak üzere iki farklı yapıda olabilmektedir. Geleneksel olarak kullanılan sabit rotalı hava sahalarında; yol noktaları ve bu yol noktaları arasındaki hava yolları belirlenerek hava trafik hizmet sağlayıcısı tarafından ilan edilir. Kullanıcılar da bu hava yolları üzerinden uçuşlarını planlarlar. Serbest rotalı hava sahalarında ise hava sahasında sadece giriş ve çıkış noktalarının belirlenmesi yeterlidir. Kullanıcılar giriş ve çıkış noktaları arasında serbest bir şekilde rota planlaması yapabilmektedirler. Serbest rotalı hava sahaları kullanıcılara son derece esnek bir rota oluşturabilme imkanı sunmaktadır. Ancak serbest rotalı hava sahalarından etkin bir şekilde faydalanabilmek için uçuş boyunca kullanılacak olan hava sahalarının tamamının serbest rotalı hava sahası olması gerekmektedir. Uçuş boyunca kullanılacak olan hava sahaları serbest ve sabit rotalardan oluşan karma bir yapıda ise ne yazık ki serbest rotanın sağlamış olduğu esneklikten sabit rotalı hava sahaları nedeni ile tam olarak faydalanılamamaktadır. Serbest rotalı hava sahalarındaki uçuş planlaması sabit rotalı hava sahaları nedeni ile kısıtlanmaktadır. Bu durumda sabit rotalı hava sahalarını da dikkate alarak en etkin rota planlamasının yapılması gerekmektedir.
Bu tez çalışması kapsamında serbest ve sabit rotalı hava sahalarından oluşan karma bir hava sahasında optimum rota planlaması amacıyla optimizasyon yöntemleri geliştirilmiştir. Karma hava sahalarında yapılacak olan rota planlamasında yakıt maliyeti, yer gecikmesi maliyeti ve hava gecikmesi maliyetini dikkate alarak, bu maliyetlerin
toplamını en küçüklemeyi amaçlayan optimizasyon çalışmaları yürütülmüştür. Karma hava sahalarında yapılan rota planlaması ile sabit rotalı hava sahasındaki yol yapısını, hava yollarının kapasitesini, uygulanan ayırma minimumlarını dikkate alan çakışmasız rotaların ve gecikme sürelerinin belirlenmesi sağlanmıştır. Bu amaçla oluşturulan matematiksel modelle birlikte büyük ölçekli problemler için tavlama benzetimi yöntemi kullanılmıştır.
Geliştirilen optimizasyon yöntemleri, hava trafik akış ve kapasite yönetiminde stratejik ve ön taktik planlama aşamalarında ilgili birimlerce kullanılabilecek bir karar destek mekanizması niteliği taşımaktadır.
Anahtar Sözcükler: Serbest rotalı hava sahası, Sabit rotalı hava sahası, Rota planlaması, Tavlama benzetimi

Abstract:
The aircraft operates in many different airspaces in international flights. The air traffic services over those airspaces can be changed because of many different reasons. The route structure is one of those reasons. The route structure of airspaces can be changed whether it has fixed route or free route structure. Conventionally the waypoints and air route network are defined and published by air navigation service provider in fixed route airspaces. The user of the fixed route airspace can plan their flight over these published waypoints and air routes. As opposed to fixed route airspace, only the entrance and exit points declaration is enough for free route airspaces. The users can freely plan their route in free route airspaces between entry and exit points. The free route airspaces give chances to their users to create much more flexible routes. Nevertheless, all the airspaces that will be used among the flight must be free route in order to effectively take advantages of free route concept. If the airspaces among the flight have a mixed structure as combined with fixed route airspaces and free route airspaces the flexibility of free route airspaces can not be exactly used because of fixed route airspaces. In this situation the route planning in free route airspaces is restricted due to the fixed route airspaces. Because of this reason the route planning must be carried out effectively with taking fixed route structure.
In the scope of this thesis, the optimization methods are developed for the search of best route planning in mixed airspaces which have fixed route and free route airspaces. The optimization search for the route planning at mixed airspaces aims to minimize the total cost which compose of fuel cost, ground delay cost and air delay cost. Determination of the conflict-free routes and delay amounts is achieved as a result of optimization for route planning which is considering of fixed routes, air route capacity and separation minimum at mixed airspaces. The simulated annealing method is used for the complex routing problem in addition to the mathematical model.
The developed optimization methods can be characterized as a decision support mechanism that can be used in strategic and pre-tactical stages in air traffic flow and capacity management.
Keywords: Free route airspace, Fixed route airspace, Route planning, Simulated annealing