Hava trafik akışında gecikmeleri enküçükleyen iki aşamalı çözüm yaklaşımı
A two-step solution approach for air traffic flow delay minimization
Yazar: RAMAZAN KÜRŞAT ÇEÇEN
Danışman: DOÇ. CEM ÇETEK
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Hava Trafik Kontrol Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Sivil Havacılık = Civil Aviation

Özet:
Bu çalışma kapsamında serbest rotalı hava sahalarındaki uçuş operasyonlarında meydana gelebilecek çakışmaların çözümlerinden kaynaklanan gecikmeler ile çözüm manevralarının neden olduğu yakıt sarfiyatının en küçüklenmesine yönelik iki aşamalı bir çözüm yaklaşımı ortaya konmuştur. Bu yaklaşım ile hava trafik yönetiminde uçuşların çevrim içi stratejik kontrolü aşamasında kullanılabilecek bir karar destek sistemine matematiksel bir temel sağlanması amaçlanmaktadır. Çözüm yönteminin ilk aşamasındaki matematiksel model uçakların çakışmalardan kaynaklı gecikmeleri en küçüklenmek için mevcut sektör giriş noktalarının her iki yanına alternatif giriş noktası açılarak uçakların en uygun giriş noktasından sektöre giriş yapmaları sağlanmaktadır. İkinci aşamada ise gecikme sürelerine uygun ve aynı zamanda çakışmadan kaynaklı ekstra yakıt sarfiyatının da en küçükleneceği bir vektör manevrası önerilmektedir. İlk aşamanın çözümü için GAMS/CPLEX kullanılmış fakat makul bir sürede çözüm elde edilememiştir. Bu durumda problemin çözümü için genetik algoritma ve yasaklı arama algoritması çözüm yöntemi olarak kullanılmıştır. Meta sezgisellerin performansının ölçülmesi için küçük ölçekli test problemleri oluşturularak elde edilen sonuçlar GAMS/CPLEX çözücüsünün sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda her iki algoritmanın da kısa süre içerisinde en iyi çözüme yakın sonuçlar ürettiği görülmüştür. Önerilen yaklaşım ile referans duruma göre büyük boyutlu hava sahalarında meydana gelen çakışmadan kaynaklı gecikmelerde yaklaşık %88, gecikmelerden kaynaklı yakıt sarfiyatlarında ise yaklaşık %90 oranlarında iyileşmeler yapmıştır.

Abstract:
This study proposes a two-step solution approach for minimizing airborne delays due to conflict resolutions and fuel consumption due to resolution maneuver occurring in free route airspace. This model aims to provide a mathematical basis for a decision support system that is used during the online strategic control of flights in air traffic management. Mathematical model of the first step presents an alternative entry points on both side of existing sector entry points to minimize delays by directing aircraft to the most convenient entry points. The second step suggests a vector maneuver to minimize extra fuel consumption caused by conflict resolution. GAMS/CPLEX solver is used to solve first stage of the model but the solution is not produced in a reasonable time. To obtain feasible solutions genetic algorithm and tabu search algorithms are implemented the first stage. Small size test problems are generated to evaluate the meta-heuristic algorithms and results compared with GAMS/CPLEX solver solutions. According to this comparison both meta- heuristics algorithms produce near optimal solutions in a short time. The proposed approach has made approximately %88 and %90 improvements for airborne delays and extra fuel consumptions caused by aircraft conflicts resolution in large-scaled airspaces.