Μοντέλα διαχείρισης εναέριας κυκλοφορίας: η προσέγγιση της ελεύθερης πτήσης με 4D τροχιές: μελέτη της ενεργειακής απόδοσης των μοντέλων

Abstract

Air traffic is the sum of flights taking place in the airspace and airport maneuvering area. Air traffic management is guided by flight safety. Air Traffic Management is a relatively new field of research and development. Its creation is inextricably linked to the development of civil aviation. The modernization of Air Traffic Management is based on the creation of new technologies and equipment, the redevelopment of European airspace with a view to a single European airspace and the use of free flight or even some aspects of it. Therefore, this dissertation describes the current state of Air Traffic Management in European airspace, the need for evolution and the mathematical research that has been done so far. We present briefly the mathematical models of air traffic management that can be found in the bibliography following from the extensive presentation of the contribution of this dissertation in Air Traffic Management mathematical models and methodologies. Initially, a two-level nonlinear model for air traffic management is presented to reduce air and ground delays, speed variations, flight cancellations and track selection. Due to the complexity of the nonlinear model, it was considered necessary to create a linear unified model, based on the non-linear, to reduce costs due to ground holding delays, flight duration, speed variations, flight level alternations and flight cancellations. This model was planned and tested in various air traffic management simulation scenarios in an artificial airspace.

Εναέρια κυκλοφορία είναι το σύνολο των πτήσεων που διεξάγονται στον εναέριο χώρο και στην περιοχή ελιγμών των αεροδρομίων. Η διαχείριση της εναέριας κυκλοφορίας έχει σαν γνώμονα την ασφάλεια των πτήσεων. Η Διαχείριση Εναέριας Κυκλοφορίας αποτελεί έναν σχετικά καινούργιο τομέα έρευνας και ανάπτυξης. Η δημιουργία του είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την ανάπτυξη της πολιτικής αεροπορίας. Ο εκσυγχρονισμός της Διαχείρισης της Εναέριας Κυκλοφορίας βασίζεται στη δημιουργία νέων τεχνολογιών και εξοπλισμού, στην αναδιαμόρφωση του ευρωπαϊκού εναέριου χώρου με σκοπό τη δημιουργία εν τέλει ενός ενιαίου εναέριου χώρου και τη χρήση της ελεύθερης πτήσης ή έστω κάποιων πτυχών αυτής. Επομένως, στην παρούσα εργασία περιγράφεται η σημερινή κατάσταση της Διαχείρισης Εναέριας Κυκλοφορίας στον ευρωπαϊκό εναέριο χώρο, η ανάγκη για εξέλιξη και η έρευνα από μαθηματικής απόψεως που έχει γίνει μέχρι τώρα. Παρουσιάζονται συνοπτικά τα μαθηματικά μοντέλα διαχείρισης εναέριας κυκλοφορίας που συναντώνται στη βιβλιογραφία και στη συνέχεια παρουσιάζεται εκτενώς η συμβολή της παρούσας διατριβής στη Διαχείριση της Εναέριας Κυκλοφορίας. Αρχικά, παρουσιάζεται ένα μη γραμμικό μοντέλο δύο επιπέδων για τη διαχείριση της εναέριας κυκλοφορίας με στόχο τη μείωση των κοστών λόγω εναέριων και εδαφικών καθυστερήσεων, εναλλαγών ταχύτητας, ακύρωσης πτήσεων και επιλογή τροχιάς. Λόγω της πολυπλοκότητας του μη γραμμικού μοντέλου, θεωρήθηκε αναγκαία η δημιουργία ενός γραμμικού ενιαίου μοντέλου, βασιζόμενο στο μη γραμμικό, με στόχο τη μείωση των κοστών λόγω εδαφικών καθυστερήσεων, διάρκειας πτήσης, εναλλαγών ταχύτητας, εναλλαγών επιπέδων πτήσης και ακύρωσης πτήσεων. Το εν λόγω μοντέλο προγραμματίστηκε και εξετάστηκε σε διάφορα σενάρια προσομοίωσης διαχείρισης εναέριας κυκλοφορίας σε ένα τεχνητό εναέριο χώρο.