Paralel toplama noktası sistemine sahip çok pistli havalimanlarında pist çizelgeleme problemi için çok amaçlı stokastik programlama modeli
A stochastic multi-objective programming model for the runway scheduling problem in the airport with the parallel point merge system and multiple runways
Yazar: KADİR DÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. CEM ÇETEK ; PROF. DR. ONUR KAYA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Hava Trafik Kontrol Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Sivil Havacılık = Civil Aviation ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering
Dizin: Sivil havacılık = Civil aviation ; Stokastik programlama = Stochastic programming ; Ticari uçaklar = Commercial aircrafts ; Çizelgeleme modeli = Scheduling model ; Çok amaçlı programlama = Multiobjective programming

Özet:
Toplama Noktası Sistemi (PMS) 2006 yılında EUROCONTROL Deney Merkezi'nde (EEC) yürütülen gerçek zamanlı simülasyonlar sonucunda ortaya koyulmuştur. Bu sistem terminal manevra sahasında uçakların sistematik bir şekilde sıralanmasına olanak vermektedir. Paralel Toplama Noktası Sistemi (P-PMS) ise yoğun havalimanlarında birden fazla PMS'nin karşılıklı konumlandırılması şeklinde uygulanmaktadır. P-PMS'de uçakların geliş yönleri farklılaştığı için her bir uçak rüzgârdan farklı oranlarda etkilenebilmektedir. EEC'de yapılan deneylerde özellikle P-PMS'de rüzgârın sıralama bacaklarına dik geldiği durumlarda sistemin kullanımının hala makul ancak tek PMS'ye göre daha zor olduğu belirtilmiştir. Hava trafik kontrolörlerinin bu tür bir yapıda özellikle yoğun trafiklerde verimli ve sistematik bir sıralama yapabilmeleri zorlaşmaktadır. Ayrıca P-PMS ile çoklu paralel piste sahip büyük havalimanlarında geliş ve kalkış uçaklarına yeniden pist ataması yapılarak paralel pistlerden en yüksek verimin alınması da oldukça önemlidir. Ancak bu tür havalimanlarında farklı bir piste atanan uçağın taksi süresi ciddi oranda artabilmektedir. Taksi süresinin artması da önemli maliyetlere ve yolcu memnuniyetsizliğine yol açabilmektedir. Rüzgâr belirsizliği ve uçaklarının taksi sürelerinin farklılaşması kapasite ve gecikmeler üzerinde etki edebilecek önemli faktörler olmalarına rağmen PMS'de sıralama ve çizelgelemelerin eniyilenmesini ele alan birçok çalışmada göz ardı edilmiştir. Bu çalışmada rüzgâr belirsizliği ve taksi süreleri dikkate alınarak P-PMS'ye sahip paralel pistli havalimanlarında pist çizelgeleme problemi için toplam yakıt tüketiminin, toplam uçuş süresinin ve toplam gecikmelerin enküçüklenmesi amaçlarıyla sırasıyla deterministik tek amaçlı, deterministik çok amaçlı, stokastik tek amaçlı ve stokastik çok amaçlı matematiksel modeller geliştirilmiştir. Sonuç olarak rüzgâr ve taksi sürelerinin yakıt tüketimlerini, uçuş sürelerini, gecikmeleri ve pist tercihlerini nasıl etkilediği ortaya koyulmuş ve karar vericilere öngörü sağlanmıştır.

Abstract:
The Point Merge System (PMS) was introduced in 2006 after a series of real-time simulations conducted at the EUROCONTROL Experiment Center (EEC). This system allows the systematic sequencing of aircraft in the terminal maneuvering area. The Parallel-Point Merge System (P-PMS) was later implemented at busy airports by deploying two opposite PMSs. In the P-PMS, since the arrival directions of aircraft differ, each aircraft can be affected by the wind to a varying degree. In the experiments performed in the EEC, it was stated that the use of the P-PMS is still viable, but it is more difficult to operate than a single PMS, especially when the wind is perpendicular to the sequencing legs. In such a structure it becomes difficult for controllers to organize an efficient and systematic sequence, particularly in busy traffic. In addition, it is essential to achieve the highest efficiency from parallel runways by reassigning arrival and departure aircraft to the runways at large airports operating with multiple parallel runways and P-PMS. However, at such airports, the taxi time of an aircraft assigned to a different runway may increase significantly, which can lead to significant additional costs and passenger dissatisfaction. Although wind uncertainty and the differentiation of the taxi times of aircraft are important factors that can affect capacity and delays, these factors have not been considered in most studies that look to optimize sequences and schedules in PMS. In this study, deterministic and stochastic single and multi-objective mathematical models have been developed to analyze the runway scheduling problem in airports using parallel runways and P-PMS. Wind uncertainties and taxi times are considered alongside the objectives of minimizing total fuel consumption, total flight time, and total delays. As a result, this study reveals how wind and taxi times affect fuel consumption, flight times, delays, and runway preferences, and insights are provided for decision-makers.