İnsansız hava aracı rotalama problemleri için matematiksel model önerileri ve Marmara Bölgesinde bir uygulama

Abstract

İnsansız hava aracı rotalama problemleri günümüzde popüler çalışma konularından biridir. Farklı görevlere çeşitli sensörler ile kolayca adapte edilebilmesi ve maliyetlerinin düşük olması insansız hava araçlarının sıkça tercih edilmesini sağlamaktadır. İnsansız hava araçlarının hızlı olması ve insansız olarak çalışabilmesi sebebiyle afet operasyonlarında ön plana çıkmaktadır. Yolların kapanması ve iletişim ağlarının zarar görmesi ihtimaline karşı hava araçlarını tercih etmek mantıklı olmaktadır ve farklı görevler için yönlendirilebilir olmaları avantaj sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında Marmara Bölgesinde meydana gelebilecek bir doğal afet senaryosunda insansız hava aracı rotalama ve merkez üssü konumunun seçimi üzerine çalışılmıştır. Problemin çözümü için karışık tamsayılı matematiksel modeller geliştirilmiştir. Bunun yanı sıra seçilecek yönetim merkezlerinin konumu da afet yönetiminde önemli bir yere sahiptir. Problemin amacı insansız hava araçlarını ve merkezleri verimli kullanarak hem şehir taleplerinin karşılanması hem de gözetleme faaliyetleri ile bölgelerden haber alınması için en kısa rotanın planlanarak aday yönetim merkezlerinden hangisi veya hangilerinin açılmasının uygun olduğuna karar vermektir. Çalışmada matematiksel model üzerinden 3 farklı senaryo geliştirilmiştir ve senaryolar GAMS üzerinden kodlanmıştır. Senaryolar üzerinden afet durumlarında hangi merkezlerin açılması gerektiği ve bu merkezlerin kullanım kapasitelerinin çözüme etkisi, kullanılacak insansız hava aracı tiplerinden istihbarat ve taşıma görevleri için kaç araç kullanılmasının uygun olduğu analiz edilmiştir. Literatürde ilgili konu için yapılmış olan çalışmalar ve modeller incelendiğinde problemin karar mekanizmaları ve senaryosu çalışmayı diğer benzer çalışmalardan ayrı kılmaktadır.

Unmanned aerial vehicle routing problems have become popular research topics today. Their ability to easily adapt to different tasks with various sensors and their low costs make unmanned aerial vehicles a preferred choice. Due to their speed and ability to operate without human intervention, unmanned aerial vehicles stand out in disaster operations. Opting for aerial vehicles in case of road closures and damage to communication networks makes sense, and their ability to be directed for different tasks provides an advantage. In this thesis, the focus is on unmanned aerial vehicle routing and the selection of the central hub in a potential natural disaster scenario in the Marmara Region. Mixed-integer programming models have been developed to solve the problem. Additionally, the location of the selected management centers holds a significant role in disaster management. The objective of the problem is to efficiently use unmanned aerial vehicles and centers to both meet city demands and gather information from regions through surveillance activities by planning the shortest route, thus determining which candidate management centers should be opened. In the study, three different scenarios have been developed based on a mathematical model, and the scenarios have been coded in GAMS. By utilizing these scenarios, the analysis has been conducted to determine which centers should be opened during disaster situations, the impact of their utilization capacities on the solution, and the appropriate number of unmanned aerial vehicle types to be used for intelligence and transportation tasks. When examining the existing literature on the related topic, it can be seen that the decision mechanisms and scenario of the problem distinguish this study from other similar works.