Hava sahası kontrol sektörleri oluşturma problemine çözüm önerileri

Abstract

Hava sahası sektörizasyonu sivil hava trafik yönetiminde yıllardır çalışılan özel bir problem türüdür. Amacı, hava sahası sektörlerinin sınırlarını değiştirerek, sektörler arasındaki iş yükü farkını en küçüklemektir. Genelde bilinen üç tane çözüm yöntemi Genetik Algoritma tabanlı Voronoi Diyagramları, Uçuş Rotaları Kümeleme ve Karma Tamsayılı Programlamadır. Askeri birimlerce icra edilen hava savunma ve komuta kontrol faaliyetleri ise hava sahasında yapılan işler itibariyle sivil hava trafik yönetiminden farklıdır. Genel olarak havadan gelebilecek tehditlere karşı ülkeyi savunmaya yönelik faaliyetleri içermektedir. Bu faaliyetler sisteminin unsuru olan kontrol ihbar merkezleri (KİM) tarafından hava sahası kontrol sektörlerinde yürütülmektedirler. Bu çalışmada iş yükünü dengeleyecek şekilde hava sahası kontrol sektörlerinin tasarlanması amaçlanmıştır. Tasarlanan sektörlerin komuta kontrol edilebilir olması ve karar vericilerin taleplerini karşılayabilmesi aranan özelliklerdir. Çalışmada problemin çözümüne yönelik olarak üç adet yöntem önerilmektedir. Her üç çözüm yönteminin de temelini, hava sahasının coğrafi koordinat sistemine göre dörtgenlere bölünmüş olması oluşturmaktadır. Türkiye için örnek olarak türetilmiş bir senaryodan hava sahasındaki her bir dörtgenin iş yükü elde edilmiş ve Türkiye hava sahası önerilen yöntemler ile aralarındaki iş yükü farkı en çok %3 olacak şekilde beş hava sahası kontrol sektörüne bölünmüştür.Çalışmada ilk olarak bir hava sahasındaki iş yüklerinin nasıl belirlenmesi gerektiğine dair bir yöntem geliştirilmiştir. Daha sonra hava sektörlerini belirlemek için araç rotalama modelinden yararlanılarak bir karma tamsayılı matematiksel model önerilmiş ve model GAMS 23.5.1 programında kodlanarak CPLEX çözücüsü ile çözülmüştür. Üçüncü olarak problemin çözümü için K-Ortalama tabanlı hava sahası sektörizasyon algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma ile iki adet uygulama yapılarak hava sahası sektörleri iki farklı şekilde tasarlanmıştır. Son olarak hava sahası bir depo gibi düşünülerek problem için S-Şekilli sezgisel algoritma ile çözüm geliştirilmiştir.

Airspace sector optimization problem is a special problem which has been studied in civilian air traffic management. The aim of this optimization is to minimize the workload difference between airspace sectors. The three solution methods which are generally known are, Voronoi Diagrams with Genetic Algorithm, Flight Trajectory Clustering and Mixed Integer Programming.The air defense and command-control activities which are done by military units are differ from civilian air traffic management by the type of job. They generally includes defending country from the danger that may come from air. These activities are encouraged by Control and Report Centers (CRC) in the airspace control sectors.By this work, it is aimed to design airspace control sectors which are balanced according to the workload. Designed sectors should be manageable and afford the demands of decision makers. In this work three solution methods have been proposed to the problem. All methods are depend on dicretization of the airspace into quadrangles through Geographical reference system. Workload values of each quadrangle have been obtained from an example scenario for Turkey. Then the Turkish airspace has been partitioned by proposed methods into five airspace control sectors having workload difference about 10 percent. Firstly, a vehicle routing problem based mathematical model has been proposed. The model has been encoded in GAMS 25.3.1 software and has been solved by CPLEX solver. Secondly K-Means based airspace sectorization algorithm has been proposed for the solution of the problem. Airspace control sectors have been designed in two different types by two experiments with the algorithm. Lastly the airspace designed as a storage and the problem has been solved by S-Shaped heuristic algorithm.