Single airport ground holding problem:An application in Adnan Menderes Airport

Abstract

Hava trafiği sıkışıklığı hava taşımacılığında ciddi bir problem teşkil etmektedir. Sıkışıklık problemi belirli bir zaman periyodunda hava trafik kontrol sektör kapasiteleri ve/veya meydan kullanım kapasiteleri aşıldığında ortaya çıkmaktadır. Bu durum, havaalanı ya da hava sektörleri hizmet oranlarının önemli ölçüde azaldığı kötü hava koşullarında, günün en yoğun trafik saatlerinde ya da yılın en yoğun trafik zamanlarında gerçekleşmektedir. Ek pist yapımı ya da hava trafik kontrol teknolojilerindeki gelişmeler ile sağlanabilecek uzun dönem kapasite iyileştirmelerinin yanı sıra, gecikme maliyetlerini düşürmede yerde bekleme yaklaşımlarını da içeren hava trafik akış yönetimi en uygun yöntemdir. Yerde bekleme yaklaşımları genel olarak yoğun meydanlara uçan uçaklara veya yoğun hava sahalarına planlanan uçuşlara uygulanmaktadır. Bu yaklaşım, bir uçuşun planlanan kalkış veya iniş zamanından sonrasına ertelenmesini içermektedir. Yerde bekleme probleminin ilk yaklaşımı, bir meydan için belirli zaman aralıkları içinde gerçekleştirilecek kalkış ve iniş sayısıyla ilgili kısıtlamaları dikkate alarak en uygun planlanmayı çözmeye çalışan, ?Tek Meydanlı Yerde Bekleme Problemi? dir.Bu tezin amacı, uçuşların ağırlıklandırılmış toplam gecikmesini en küçüklemek amacıyla, meydan kapasitesinin ve hava trafik kontrol hizmetleri işletme kapasitesinin beklenen talebe tahsis edildiği bir gerçek hayat tek meydanlı yerde bekleme problemini matematiksel modelleme yaklaşımı ile çözmektir. Problem, İzmir Adnan Menderes Havalimanı hava trafik kontrol hizmetleri incelenip operasyonel kısıtlar göz önüne alınarak, doğrusal tam sayı programlama modeli olarak formüle edilmiştir. Önerilen model üç farklı trafik senaryosunda değerlendirilmektedir (düşük, orta ve yüksek seviye sıkışıklık). Performans ölçütü olarak, toplam ağırlıklandırılmış gecikme ve toplam geciken uçuş sayısı göz önünde bulundurulmaktadır. Farklı veri kümeleri için yaratılan problemler CPLEX paket programı kullanılarak çözülmüş ve sonuçlar tartışılmıştır Traffic congestion is a critical problem in the air transportation systems. Congestion problem occurs whenever the capacity of airport runway systems and/or Air Traffic Control (ATC) sectors is exceeded over a period of time. It is mostly associated with peak traffic hours of the day or peak travel times in the year, as well as with periods of poor weather conditions when airport or en route sector service rates can be significantly reduced. In the absence of the long-term capacity improvements that can be obtained through the construction of additional runways or through advances in ATC technologies, traffic flow management (TFM) is the best available way to reduce the cost of delays.Ground-holding ("gate-holding" or "ground-stopping") is typically imposed on aircraft flying to congested airports or scheduled to traverse congested airspace. It involves the action of delaying take-off beyond a flight's scheduled departure time. The initial approach of modeling ground holding problem is studied as ?Single-Airport Ground Holding Problem (SAGHP)? which proposes solutions to the problem of deciding the optimal planning for an airport by taking into account the limitations with regard to the number of landing and take-off operations that can be carried out in a given time interval.The aim of this thesis is to propose a mathematical model for a real-world SAGHP, which deal with the allocation of airport runway capacity and operational capacity of ATC services to expected demand so that total weighted tardiness of flights is minimized. The problem is formulated as an integer linear programming model based on the practical constraints through the analysis of air traffic control services in İzmir Adnan Menderes Airport. The proposed model is evaluated under different traffic scenarios (i.e., low, medium and high level of congestion). The performance criteria are considered as total weighted tardiness, total number of delayed flights and total tardiness due to arrival/departure flights.Computational experiments for the various data sets are carried out by using CPLEX problem solver and the results are discussed.