Gemi-köprü kazaları için önlemler ve bulanık mantık tabanlı risk değerlendirme modeli oluşturulması örnek çalışma: 1915 Çanakkale Köprüsü
Measures for ship-bridge collisions and establishment of fuzzy logic-based risk assessment model case study: 1915 Çanakkale Bridge
Yazar: MUHAMMED FATİH GÜLEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHSİN KADIOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Denizcilik = Marine

Özet:
Köprüler binlerce yıldır insanların ulaşmak istediği noktalarla aralarında bulunan engelleri aşmaları için kullandığı en önemli ulaşım unsurlarından biri olmuştur. Nehirler, kanallar, boğazlar gibi dar su yolları da günlük hayatın ve özellikle ulaşımın kolaylaşabilmesi açısında aşılması gereken engellerden biridir. İnsanların, dar su yollarını aşmakta kullandığı en yaygın yöntem olarak köprülerin inşa edilmesi karşımıza çıkmaktadır. İki kara parçası arasındaki mesafe yakınken köprü ayakları kara üzerinde konumlandırılabilirken, bu mesafe arttıkça köprü ayaklarının deniz içerisinde konumlandırılması da bir gereklilik haline gelmektedir. Dar su yolları, kara ulaşımı açısından bir engel olarak karşımıza çıkarken, dünya ticaretinin çok büyük bir kısmının gemiler vasıtasıyla yapıldığı göz önüne alındığında, deniz ulaşımı açısından büyük önem taşımaktadır. Ancak, ayakları dar su yolları içerisinde bulunan köprüler deniz yolu ulaşımı için kullanılan seyredilebilir su yollarını daraltmakta ve gemiler için kaza riskini de beraberinde getirmektedir. Tarih boyunca yaşanan birçok gemi-köprü kazası incelendiğinde, yaşanan kazaların çevresel ve maddi etkilerinin büyüklüğü dikkat çekmektedir. Haliyle, yaşanan yüzlerce gemi-köprü çatışmasının sebep olduğu yıkımlar, can kayıpları, çevre felaketleri gibi dramatik sonuçlar, mühendisleri, akademisyenleri, araştırmacıları bu konu üzerinde çalışmalar yapmaya teşvik etmiştir. Çünkü, gemi-köprü kazalarının önlenebilmesi için; olası risklerin belirlenmesi, analiz edilmesi ve kontrol altına alınması şüphesiz hayati önem taşımaktadır.
Gelişen teknoloji ve artan insan ihtiyaçları sonucunda hem köprüler hem de gemiler devasa boyutlara ulaşmıştır. Yapımı halen devam eden 1915 Çanakkale Köprüsü, tamamlandığında dünyanın en uzun orta açıklığına sahip asma köprüsü olma özelliğini kazanacaktır. Çanakkale Boğazı içerisinde Asya ve Avrupa kıtaları arasındaki bağlantıyı sağlayacak olan 1915 Çanakkale Köprüsü'nün kara ulaşımı açısından önemli bir alternatif olacağı ve büyük bir kolaylık sağlayacağı düşünülmektedir. Çanakkale Boğazı, Akdeniz ile Karadeniz arasındaki deniz ticareti açısından en önemli su yolu olan Türk Boğazları'nın bir parçasıdır ve bu bakımdan yoğun bir deniz trafiğine sahiptir. Ayrıca, şiddetli akıntıları ve keskin dönüşleriyle zaten zorlu bir su yolu olan Çanakkale Boğazı, 1915 Çanakkale Köprüsü'nün inşasıyla daha da zorlu bir hale gelmiştir. Bu devasa köprünün ayakları boğaz içerisinde konumlandığından dolayı önemli bir ticaret rotası olan ve her yıl binlerce geminin geçtiği Çanakkale Boğazı'nda seyir emniyeti bakımından büyük riskleri de beraberinde getireceği aşikârdır. 
Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, gemi-gemi kaza riski üzerine birçok çalışmanın yapıldığı, ancak gemi-köprü kaza riskinin değerlendirilmesiyle ilgili çok az sayıda çalışmanın yer aldığı görülmüştür. Bu çalışmalar arasında gerçek zamanlı verilerin alınarak çarpışma riskinin analiz edildiği yalnızca bir çalışmaya rastlanmış, ancak dünyanın en uzun asma köprüsü olacak olan 1915 Çanakkale Köprüsü gibi seyir zorluğunun çok yüksek olduğu bir su yolu içerisindeki bu denli büyük bir köprü ölçeğinde uygulamasına rastlanmamıştır. Öte yandan bu çalışma, gemi-köprü kazaları için uygulanan koruyucu ve önleyici tedbirler açısından da büyük bir kapsayıcılığa sahiptir.
Bu tez çalışması 5 kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısımda; tezin amacından, konuyla alakalı literatürde yer alan önceki çalışmalardan ve su yolları üzerine inşa edilen köprülerin hayatımızdaki yerinden bahsedilerek bir giriş yapılmıştır. İkinci kısımda; gemi-köprü kazalarının tarihçesine yer verilmiş, dar su yolları üzerine inşa edilen ve ayakları suyun içerisinde bulunan köprüler ile bu su yollarını kullanan gemiler arasındaki kazaların oluşumunu önlemek veya oluşan kazaların etkisini azaltmak için uygulanabilecek koruyucu ve önleyici tedbirlerin dünya üzerindeki örnekleri incelenmiştir. Daha sonra, denizcilik mesleğinde büyük bilgi ve tecrübeye sahip bir uzman ekibi oluşturularak, bu koruyucu ve önleyici tedbirlerin 1915 Çanakkale Köprüsü üzerinde uygulanabilirliğinin değerlendirilmesi konusunda görüş ve tavsiyeleri alınmıştır. Üçüncü kısımda; Türk Boğazları hakkında genel bilgiler verilmiş, mevcut gemi geçiş rejiminden ve gemi geçişlerinde seyir emniyetinin sağlanması için yapılan uygulamalara değinilmiştir. Bu bölümde ayrıca, Çanakkale Boğazı ve 1915 Çanakkale Köprüsü hakkında detaylı bilgiler ve gemilerin seyir emniyetlerini ilgilendiren istatistiksel veriler paylaşılmıştır. Dördüncü kısımda; bulanık mantık tabanlı gemi-köprü kaza risk değerlendirme modeli oluşturulmuştur. Modelin amacı; köprü geçişi yapacak olan gemilerin, köprü yaklaşımlarından itibaren anlık dinamik verilerini ve anlık doğal çevre koşullarını analiz ederek gemi-köprü çarpışma riskini belirleyebilmek, böylece karar verme sürecine yardımcı olmak ve karşı tedbirlerin zamanında alınmasını sağlayarak oluşabilecek kazaların önüne geçebilmektir. Son kısımda; gemi-köprü kazaları için koruyucu ve önleyici tedbirlerin 1915 Çanakkale Köprüsü özelinde uygulanabilirliği değerlendirilmiş, sonuç ve öneriler sunulmuştur.
Bulanık mantık tabanlık gemi-köprü kaza risk analiz modeli oluşturulurken, öncelikle kaza riskini etkileyebilecek dinamik faktörler ve doğal çevre faktörleri, literatürden edinilen bilgiler ve uzman görüşleri ışığında belirlenmiştir. Daha sonra, bu risk faktörleri bulanıklaştırılmıştır. Oluşturulan kural tabanı çerçevesinde bulanık çıkarım motoru çalıştırılmış ve elde edilen sonuç değerleri durulaştırılmıştır. Risk faktörlerinin bulanıklaştırılması ve kural tabanının oluşturulması aşamasında, ilgili alanda uzman olan kişilerden oluşan bir ekibe anket uygulanmış ve görüşlerinden faydalanılmıştır. Kural tabanında, bütün dilsel ifadelerin birbirleriyle kombinasyonlarının sonuçlarını içeren "eğer-ise" kuralları, uzman görüşleri ile belirlenmiştir. Model; üç ayrı bulanık kümenin birbirleriyle etkileşimleri sonucunda risk değerlendirmesini yapmaktadır. Birinci küme; geminin köprüye olan dikey uzaklığı, geminin köprüye olan yatay uzaklığı, gemi hızı ve geminin köprü rotasından sapma açısı girdilerinden oluşan dinamik verileri içermektedir. Bu veriler, Otomatik Tanımlama Sistemi (AIS) ve RADAR üzerinden gerçek zamanlı olarak alınacaktır. Birinci kümedeki dört risk faktörünün her birinin gemi-köprü kazası oluşturma riski "düşük-orta-yüksek" olarak üç dilsel değer ile ifade edilmiş ve toplamda 81 eğer-ise kuralı oluşturulmuştur. İkinci küme; rüzgâr hızı, akıntı hızı, görüş mesafesi ve gece/gündüz geçiş durumu girdilerinden oluşan doğal çevre faktörlerini içermektedir. Bu küme için 54 eğer-ise kuralı oluşturulmuştur. Son küme; birinci ve ikinci kümenin sonuçlarını girdi olarak kullanmakta ve nihai risk değerlendirmesini sağlamaktadır. 
Tez kapsamında, Çanakkale Boğazı'nda seyreden ve 1915 Çanakkale Köprüsü'nden geçecek olan bir geminin AIS verilerinin modele uygulanması ile bir senaryo oluşturulmuş ve gerçek zamanlı olarak gemi-köprü kaza riskinin değerlendirildiği örnek bir çalışma oluşturulmuştur.
Dar su yollarına inşa edilen ve ayakları su içerisinde konumlanmış olan köprüler için gemilerden kaynaklı kaza riskinin gerçek zamanlı olarak analiz edilmesini sağlayan bulanık mantık tabanlı bir modelin önerildiği bu çalışmanın; hem birden fazla gemiyi aynı anda gözle takip etmek zorunda olan Gemi Trafik Hizmetleri operatörlerinin işlerini kolaylaştıracağı, hem de oluşabilecek kazalara karşı zamanında tedbir alınabilmesi açısından faydalı olacağı, böylece emniyetli bir seyir ortamı sağlayacağı değerlendirilmektedir.
Olası bir gemi-köprü kazasının sebep olacağı maddi zararlar ve çevresel felaketler göz önünde bulundurulduğunda, çalışmada önerilen koruyucu ve önleyici tedbirlerin kazaların oluşumunu engellemek ya da etkilerini azaltmak açısından faydalı olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
For thousands of years, bridges have been one of the most important means of transportation that people use to overcome the points they want to reach and the obstacles between them. Narrow waterways such as rivers, canals and straits are also one of the obstacles to be overcome in terms of facilitating daily life and especially transportation. Building bridges appears to be the most common method used by people to overcome narrow waterways. While the distance between the two land parts is close, the piers of the bridge can be positioned on land, as this distance increases, the positioning of the bridge piers in the sea becomes a necessity. While narrow waterways appear as an obstacle in terms of land transportation, considering that most of the world trade is carried out by ships, it is of great importance in terms of sea transportation. However, bridges whose piers are in narrow waterways, further narrow the navigable waterways used for sea transport and bring the risk of collision for ships. When many ship-bridge accidents throughout history are examined, the magnitude of the environmental and financial effects of the accidents draws attention. Consequently, the dramatic consequences such as destructions, loss of life and environmental disasters caused by hundreds of ship-bridge collisions have encouraged engineers, academics and researchers to work on this subject. Because, in order to prevent ship-bridge collisions; It is undoubtedly vital to identify, analyze and control possible risks.
As a result of developing technology and increasing human needs, both bridges and ships have reached enormous sizes. The 1915 Çanakkale Bridge, which is still under construction, will become the longest middle span suspension bridge in the world when completed. It is thought that the 1915 Çanakkale Bridge, which will provide the connection between the Asian and European continents in the Çanakkale Strait, will be an important alternative in terms of land transportation and will provide great convenience. The Çanakkale Strait is a part of the Turkish Straits, which is the most important waterway between the Mediterranean and the Black Sea in terms of maritime trade, and in this respect, it has a very heavy traffic. In addition, the Çanakkale Strait, which is already a difficult waterway with its strong currents and sharp turns, has become even more difficult with the construction of the 1915 Çanakkale Bridge. Since the piers of this gigantic bridge are located in the water, it is obvious that it will bring great risks in terms of navigational safety in the Çanakkale Strait, which is an important trade route and thousands of ships pass through every year.
When the studies in the literature are examined, it is seen that many studies have been conducted on ship-ship collision risk, but there are very few studies on the assessment of ship-bridge collision risk. Among these studies, only one study was found in which the collision risk was analyzed by obtaining real-time data, however, such a large bridge scale application in a waterway with very high navigational difficulty such as the 1915 Çanakkale Bridge, which will be the longest suspension bridge in the world, has not been encountered. On the other hand, this study has great coverage in terms of protective and preventive measures applied for ship-bridge collisions.
This thesis study consists of 5 parts. In the first part; An introduction was made by mentioning the purpose of the thesis, previous studies in the relevant literature and the place of bridges built on waterways in our lives. In the second part; The history of ship-bridge accidents is included. Worldwide examples of protective and preventive measures that can be applied to prevent the occurrence of collisions or to reduce the effect of accidents between the bridges whose piers are in the water built on narrow waterways and the ships using these waterways have been examined. Later, a team of experts with great knowledge and experience in the maritime profession gathered, and their opinions and recommendations were received on the evaluation of the applicability of these protective and preventive measures on the 1915 Çanakkale Bridge. In the third part; General information about the Turkish Straits has been given, and the current ship passage regime and the implementations made for ensuring navigational safety at ship passages have been mentioned. Also in this section, detailed information about the Çanakkale Strait and the 1915 Çanakkale Bridge and statistical data concerning the navigational safety of ships are shared. In the fourth part; A fuzzy logic-based ship-bridge collision risk assessment model has been established. The purpose of this model; from the bridge approach to the completion of the pass, to be able to determine the risk of ship-bridge collisions by analyzing the crisp dynamic data of the ships and the instantaneous natural environmental conditions, thus helping the decision-making process and preventing possible accidents by ensuring that the counter measures are taken on time. In the last part; The applicability of protective and preventive measures for ship-bridge accidents on the 1915 Çanakkale Bridge was evaluated and results and recommendations were presented.
While creating the fuzzy logic base ship-bridge collision risk analysis model, first of all, dynamic factors and natural environmental factors that may affect the accident risk were determined in the light of the information obtained from the literature and expert opinions. Later, these risk factors are fuzzified. The fuzzy inference engine was run in the frame of the rule base and the results obtained were defuzzified. In the process of fuzzification the risk factors and establishing the rule base, a questionnaire was applied to a team consisting of experts in the relevant field and their opinions were used. On the rule base, "if-then" rules, which contain the results of combinations of all linguistic values with each other, are determined by expert opinion. The model makes a risk assessment as a result of the interaction of three separate fuzzy logic boxes with each other. The first fuzzy logic box contains dynamic data consisting of the vertical distance of the ship to the bridge, the horizontal distance of the ship to the bridge, ship speed and angle of deviation of the ship from the bridge course. These data will be received in real time over the Automatic Identification System (AIS) and RADAR. The risk of each of the four risk factors in the first logic box was expressed in three linguistic values as "low-medium-high" and 81 if-then rules were created. The second logic box contains natural environmental factors, including wind, current, visibility, and day/night passage state inputs. For this set, 54 if-then rule was created. The last logic box uses the results of the first and second logic boxes as input and provides the final risk assessment. Within the scope of the thesis, a scenario was created by applying the real-time AIS data of a ship navigating in the Çanakkale Strait and passing under the 1915 Çanakkale Bridge to the model, and a case study was created in which the ship-bridge collision risk. 
In this study, a fuzzy logic-based model is proposed that enables real-time analysis of the collision risk originating from ships for bridges built on narrow waterways and whose piers are located in the water; It is considered that it will both facilitate the work of Vessel Traffic Services operators, who have to visually monitor more than one ship at the same time, and will be useful in terms of taking timely measures against possible accidents, thus providing a safe navigational environment.
Considering the financial damages and environmental disasters caused by a possible ship-bridge collision, it is thought that the protective and preventive measures proposed in this study will be beneficial in terms of preventing the occurrence of accidents or reducing their effects.