Etmen tabanlı modelleme ve simülasyon yaklaşımı ile gemi trafik hizmetleri sosyo teknik sisteminin analizi
Analysis of vessel traffic services socio technical system with agent based modelling and simulation approach
Yazar: BERAT DAĞKIRAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ PELİN BOLAT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Denizcilik = Marine

Özet:
Sosyo teknik sistemler, organizasyonel sistemlerin tasarımında insan ve teknik faktörleri dikkate alan bir yaklaşımıdır. Gemi trafik hizmetleri teknoloji ve insan faktörlerinin oluşturduğu, bu faktörlerin birbirlerine bağımlı olduğu sosyo teknik bir sistem bütünüdür. Günümüzde denizyolu ile taşınan yüklerin miktarları ve çeşitleri, dünya nüfusunun artışına, sanayinin evrimleşerek gelişmesine bağlı olarak artışını sürdürmektedir. Söz konusu bu artış beraberinde, deniz araçlarının da tonajının ve sayılarının giderek artmasına sebep olmaktadır. Özellikle ekolojik ve stratejik anlamda önemli suyolları olan boğaz, kanal ve iç denizlerde artan gemi trafiğinin kontrol altına alınması ve sürekli olarak takip edilmesi bir zorunluluk haline gelmiştir. Denizcilik sektöründe, verimli gemi trafik organizasyonu sağlayarak deniz ticaretinin sürekliliğine katkı sağlamak, denizde can, mal ve çevre emniyetini kesintisiz olarak devam ettirebilmek gemi trafik hizmetlerinin en temel görevidir. Bu yüzden, gerekli proaktif çalışmalar yapılarak, meydana gelebilecek tüm olumsuz şartlarda gemi trafik hizmetlerinin işleyişini sürdürmesi gerekir. Tez çalışmamızda ilk olarak, etmen tabanlı modelleme ve simülasyon tasarlanmasının öncesinde, geniş ve detaylı literatür taraması yapılmış, ana konular ile ilgili bilgi toplanmıştır. Konu ile ilgili bugüne kadar yapılan çalışmalar incelenmiştir. Bu bilgiler doğrultusunda modellemenin nasıl oluşturulacağı konusunda yol haritası ortaya konmuştur. Sonraki aşamada, en uygun programlama dili ve uygulama alanı seçilmiş ve gerekli bilgiler toplanmıştır. Yapılan gözlemler ve tespitler sonucunda kurallar belirlenmiş, programın detayları oluşturulmuş ve modelleme geliştirilmiştir.
Etmen tabanlı modelleme ve simülasyon yaklaşımı, sosyo teknik sistemi oluşturan alt sistemlerde meydana gelen olumsuz bir durumun sistemin bütününe olan etkisini analiz etmek amacıyla ortaya çıkmış bir çalışmadır. Özellikle havacılık ve denizcilik gibi dinamik alt sistemleri olan ve alt sistemler arasında bağımlılık bulunan sektörlerde uygulanmış, başarılı sonuçlar elde edilmiş bir yaklaşımdır. Bu yaklaşım bazı bilgisayar temelli programlar ve bu programlara tanımlı iletişim dilleri ile aktif hale gelmektedir. Tez çalışmamızda, kullanacağımız program LEADSTO ve programa tanımlayacağımız dil olan TTL ile etmen temelli modelleme ve simülasyon yaklaşımını daha önce hava trafik hizmetlerinde olduğu gibi, denizcilik sektörünün kendine has dinamiklerini kullanarak gemi trafik hizmetlerine uygulaması ele alınmaktadır.
Gemi trafik hizmetlerinin sosyo teknik bir sistem olarak ele alınıp, acil durumlarda herhangi bir bileşende meydana gelen değişimin sistemin tamamına etkisini analiz ettiğimiz tez çalışmamız toplam beş bölümden oluşmaktadır.
Birinci bölümde, tezi oluşturan temel kavramlar olan sosyo teknik sistemler, etmen temelli modelleme sistemi ve bu kavramların denizcilik sektörüne entegre edilmesi ile ilgili genel bilgiler verilmiştir.
İkinci bölümde, tez çalışmamızın ana fikri, temel amacı, gemi trafik hizmetlerinin sosyo teknik bir sistem olduğu görüşü ifade edilmiş ve bu çalışma ile denizcilik alanındaki uygulama eksikliğinin giderilmesi konusuna vurgu yapılmıştır.
Üçüncü bölümde, sosyo teknik sistemler, gemi trafik hizmetleri, modelleme ve simülasyon yaklaşımları konusunda detaylı bir şekilde literatür taraması yapılmış detaylı bilgiler sunulmuştur.
Etmen tabanlı modelleme ve simülasyon yaklaşımının gemi trafik hizmetlerine uygulanması, kullanılan programların detayları, oluşturulan senaryoların programa dahil edilmesi ve senaryo sonuçlarının detaylı analizi dördüncü bölümde ele alınmıştır.
Son bölümde ise tez çalışmasının sonuçları ele alınmış, elde edilen analiz sonuçları doğrultusunda değerlendirmelere yer verilmiştir. Bunun yanında, çalışmanın geliştirilebilmesi, denizcilik sektöründe farklı alanlara uygulanabilirliği ve gelişen denizcilik teknolojilerine katkısı konularında önerilere yer verilmiştir.

Abstract:
Socio technical system (STS) is a combination of human and group factors and technical factors in the design of complex large organizational systems. The STS approach has a long history and also aims to ensure that the technical and human based aspects of a system are considered together. The purpose of implementing these methods is to better understand how human, social and organizational factors affect how work is done and how technical systems are used. This approach can contribute to the development and improvement of the design of organizational structures, business processes and technical systems. Among the main problems of a socio technical system are the shortcomings in its use, the difficulties in using the methods, the disconnection between these methods and technical engineering issues, and the problems between technical systems and individual interaction. At the core of the socio technical system approach is the existence of a process that takes into account the design of the system, the functionality of computer-based systems and the social and technical factors affecting the use of the system. The rationale for adopting the socio technical system approach in complex system design is the risk that systems can not provide the expected contribution to the aim of organization. Systems often meet their technical requirements but are considered to be a failure because they do not deliver the expected support for the real work in the organization. The main reason for the problems in the system is that the technological approaches involved in the system design can not be dealt with correctly in the complex relations between the organization, the people carrying out the business processes and the supporting structure.
Transportation is a comprehensive socio technical system. It comprises interactions between different types of entities, including technical systems, operational stakeholders, regulators and consumers. Especially in aviation and maritime industry, technology and human play central role in terms of interdependence, effectiveness and continuity. Vessel traffic services are the sophisticated socio-technical system that is created by technology and human factors in maritime industry. Today, the quantities and types of cargo transported by sea continue to increase depending on the increase of the world population and the evolution of the industry. As a result of this increase, the marine transportation tools as vessels are also increasing in tonnage and numbers. Especially in the ecologically and strategically important waterways of the straits, canals and inland seas, increasing vessel traffic has become a necessity to be controlled and monitored continuously. In the maritime industry, contributing to the continuity of maritime trade by providing efficient vessel traffic organization, and being able to maintain safety of life, cargo and environment at sea is the basic task of vessel traffic services. Therefore, vessel traffic services must continue to function in all adverse conditions that may occur by carrying out necessary proactive studies.
Vessel traffic service equipment is rapidly evolving following trends set in onboard navigation systems as well as trends expanding from other sectors such as the military and air traffic management. Today it is common for a traffic image to consist of a fusion of many different sensors including radar, AIS and other hydrographic and meteorological sources. In our thesis, first of all, a large literature review was made before the agent-based modeling and simulation was designed, and information was obtained about the subject. The studies about the subject have been examined. Based on this information, the roadmap for how to build the model has been determined. At the next stage, the appropriate programming language and application area were selected and information was collected. Based on the determined rules and assumptions, a program algorithm was developed and a model was developed. Using of all the approaches jointly that may be needed to solve complex problems is effective in achieving solutions that can be applied to probing, can be created quickly, cost less, and adapt to changing conditions. For this purpose, agent based modeling and simulation approach, which is one of the most effective approaches in the modeling of variable socio technical systems, is widely used. The agent-based modeling and simulation approach is a study designed to analyze the effect of an adverse situation in the subsystem forming the socio-technical system to the system as a whole. It is an approach that has been applied successfully in sectors which have dynamic sub-systems such as aviation and maritime and which have dependency between subsystems. This approach is activated by some computer-based programs and communication languages defined in these programs. In our thesis study, we will describe the LEADSTO program, the TTL which will define as a language to program and the agent-based modeling and simulation approach to vessel traffic services using the unique dynamics of the maritime industry as it was in air traffic services before. Agent based modelling and simulation approach is used to evaluate the effects of vessel traffic service policies on the scenarios and to avoid any negative impacts on vessel traffic. Simulation results bring a new perspective to the operational impacts of each of the VTS policies and help to develop them. This shows that ABMS allows it to analyze the effectiveness of different coordination and emergency policies in the complex socio technical systems of the maritime transportation and management.
Our thesis study which we analyzed the effect of the change of the vessel traffic services as a socio technical system and the change that occurred in any component in case of emergency, consists of five sections in total. First of all, section one, general information about socio technical appraoch, agent based approach and using of these concepts into the maritime sector are given. In the second part, the main theme of our thesis study, the main aim, the view that vessel traffic services are a socio technical system is expressed and this study emphasizes the elimination of the lack of application in the maritime industry. In the third chapter, a comprehensive literature survey on socio technical systems, vessel traffic services, modelling and simulation approaches and detailed information are presented.
The application of agent based modelling and simulation approach to vessel traffic services, the details of the programs used, the inclusion of the generated scenarios in the program and the detailed analysis of the scenario results are discussed in the fourth chapter. In the last section, the results of the thesis study are discussed and the results of the analysis are evaluated. In addition, proposals have been made for improving work, for applicability to different areas in the maritime industry, and for contribution to developing maritime technologies.