Akademik Veri Yönetim Sistemi
Özdemir M., Turgut E. T., Sağir M., Usanmaz Ö.(Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2022 - 2024
Bu proje önerisinde, uçuşların
seyir fazı sırasında ortaya çıkan ve iklim, hava kalitesi ve insan sağlığına
ciddi etkileri olan uçak emisyonları incelenecektir. Seyir fazı, uçakların
tırmanma operasyonlarını gerçekleştirip sabit irtifayla uçuşa başladıkları ve
iniş için alçalmaya başlamadan önceki yol (en-route) boyunca uçuşlarını
kapsamaktadır. Seyir fazında uçaklar daha üst bir seviyeye tırmanma, daha alt
bir seviyeye alçalma, uçuş başı ya da uçuş hızı değiştirme gibi manevralar
yapabilir. Ancak seyir fazında aynı hava sahasını paylaşan çok sayıda uçak
bulunabilir. Bu nedenle, bu tür manevralar yapılırken uçuş operasyonlarının
emniyetli bir şekilde yürütülebilmesi için uçaklar arasında yatay ve dikey
düzlemde belirli bir emniyetli ayırma mesafesinin bulunması gerekmektedir. Bu
mesafenin altına düşülmesi durumunda çakışma (conflict) meydana gelmektedir.
Çakışmayı önlemek için saha kontrolde çalışan hava trafik kontrolörleri
tarafından uygulanan çakışma çözüm yöntemleri hız, seviye ve uçuş başı değişimidir.
Uçuş yörüngeleri kesişen uçaklar arasında çakışma olmasını önlemek için bu
yöntemlerden biri veya birkaçı uygulanabilir. Seçilen çözüm yöntemi verimli bir
hava trafik yönetimi için önemlidir. Ancak hava trafik kontrolörleri tarafından
en uygun yöntemin seçimi ve seçilen yöntem için en uygun parametrelerin (hız,
seviye ve uçuş başı değişim miktarı gibi) belirlenmesi her zaman mümkün
olmayabilir. Diğer taraftan, hava trafik kontrolörleri genellikle birçok uçağı
izlemek ve kontrol etmek durumunda olduğu için kontrolörler çok kısıtlı bir
zaman diliminde en doğru çakışma çözüm stratejisini belirlemeye çalışmak
zorunda kalabilmektedirler.
Bu sorunlara
çevresel açıdan yaklaşarak bir çözüm sunmak için, bu çalışmada, seyir
safhasındaki uçakların çakışma çözümlerinde kullanılmak üzere en düşük yakıt ve
emisyonu sağlayacak bir matematiksel modelin geliştirilmesi amaçlanmaktadır.
Geliştirilen matematiksel modelin emisyon miktarını azaltacak en iyi çakışma
çözüm stratejisini belirlemesi hedeflenmektedir. Uçak emisyonlarının
hesaplanmasında uçuş operasyonu sırasında anlık olarak kaydedilen süre, hız,
yön, irtifa, yakıt tüketimi, alçalma/tırmanma oranı gibi birçok parametreyi
içeren gerçek uçuş verisi kullanılacaktır. Böylece emisyon değerlerinin daha
doğru bir şekilde hesaplanması amaçlanmaktadır. Uçuş verilerinin analiziyle
elde edilen yakıt tüketim değerleri baz alınarak Uluslararası Sivil Havacılık
Örgütü (ICAO) tarafından sağlanan emisyon veri tabanı, Boeing Fuel Flow
Method-2 ve 30 yıllık radiosonde verileri kullanılarak seyir irtifalarındaki
emisyon değerleri uçak tipi, motor tipi, uçuş irtifası, uçak kütlesi ve uçuş
hızına göre hesaplanacaktır. Elde edilen emisyon değerleri matematiksel modele
parametre olarak tanıtılacaktır. Matematiksel modelin çözülebilirliği ve hangi
büyüklüğe kadar problemleri çözebileceğinin analizi sonrasında büyük boyutlu
problemlerin çözümü için metasezgisel bir algoritma geliştirilmesi
düşünülmektedir. Matematiksel model ve algoritmaların sonuçlarının
tutarlılığının ve geçerliliğinin sınanması için RAMS (Reorganized ATC
Mathematical Simulator) aracılığıyla hızlı zamanlı simülasyon çalışmaları, modelin
gerçek uçuş şartlarında uygulanabilirliğinin ve insan-makine etkileşimi sonucu ortaya
çıkabilecek farklılıkların incelenmesi için BEST (Beginning to End for
Simulation and Training) aracılığıyla gerçek zamanlı simülasyon çalışmaları
gerçekleştirilecektir.
Literatürde, çakışma
çözüm yöntemlerinin emisyonlar üzerindeki etkilerinin optimizasyonu sınırlı
sayıda ve dar kapsamlı çalışılmıştır. Bu çalışmalarda genellikle CO2
emisyonu ve kontrail oluşumları incelenmiş ve çakışma çözüm yöntemlerinin bir
veya ikisi değerlendirilmiştir. Ancak gerçek uçuş operasyonlarında çakışma
çözüm yöntemlerinin her üçü (hız, seviye ve yön değişimi) de kullanılmaktadır.
Bu açıdan bakıldığında seyir safhasındaki uçak emisyonlarını, tüm çakışma çözüm
yöntemlerini ele alarak optimizasyon bakış açısıyla değerlendirmek daha
gerçekçi ve bütüncül bir yaklaşım olacaktır. Bu yönüyle bu çalışma literatüre
önemli katkılar sağlayacak niteliktedir.
Önerilen matematiksel modelin kullanılması, kontrolörlerin çevresel açıdan en uygun ayırma yöntemini seçmesini kolaylaştırabilir. Bu sayede kontrolörlerin iş yoğunluğu, zaman kısıtı, yorgunluk, stres ve dikkat dağınıklığı gibi durumlarda bile en doğru kararı almaları desteklenebilir. Uçuş operasyonlarının neden olduğu emisyonların azaltılması, çevreye ve insan sağlığına olan olumsuz etkilerin de azalmasını sağlayacaktır. Ayrıca uçak emisyonları kontrol altında tutularak havayolu şirketlerinin emisyon azaltma hedeflerine ulaşmalarına katkı sağlanması ve bu şirketlerin uluslararası düzenlemelerden kaynaklı fazladan maliyetlere katlanmasının da önüne geçilebileceği beklenmektedir. Bu model, havayolu şirketlerinin mevcut uygulamalarında herhangi bir değişiklik yapılmasını gerektirmediği için operasyonel anlamda ekstra bir maliyet getirmeyecek olup aynı zamanda uçakların yakıt tüketiminde de iyileştirmeler sağlayacaktır.