Geri Dön

Flight deck centered cost efficient 4D trajectory planning

Kokpit otomasyonu tabanlı 4D rota planlaması

PDF İndir

  1. Tez No: 418978
  2. Yazar: MEVLÜT UZUN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Ulaşım, Uçak Mühendisliği, Aeronautical Engineering, Transportation, Aircraft Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 107

Özet

Hava trafik yönetimi teknolojilerindeki mevcut sistemlerin dönüşümü göz önüne alındığında, gelecek uçu¸s operasyonlarının ve kokpit içi sistemlerin yeni aviyonik sistemlere ve operasyonel prosedürlere ihtiyaç duyacağını söylemek mümkündür. Özellikle adaptif algoritmalar ve gelişmiş karar destek sistemleri bu ihtiyaçların temelini oluşturmaktadır. Bu tez kapsamında yapılan ilk çalışma, yeni nesil sentetik vizyon ve artırılmış gerçeklik tabanlı görselleştirme teknolojileri kullanılarak görsel kokpit içi karar destek araçları ve arayüzleri tasarımıdır. Dizayn edilen bu araçların NextGen ve SESAR 2020+ programlarında tanımlanmış gelecek uçuş operasyonlarının gereksinimlerini karşılaması amaçlanmaktadır. Bu aviyonik sistemler ile pilotların niyet paylaşımı/pazarlığı ile işbirlikçi taktiksel planlama, çözümleri alternatifleri ile birlikte tam olarak anlama/analiz etme/yorumlama ve yeni çözüm önerme gibi uçuş operasyonlarında desteklenmesi vizyonlanmıştır. Ek olarak, gerekli cevabın farkında olma, uygulama veya çarpışma önleyici sisteme otomasyon yetkisi verme gibi görevlerde de karar destek sağlanması hedeflenmiştir. Görsel karar destek sistemleri uçuş ekibinin yeni otonom sistemler ile etkile¸simini ve tüm taktiksel veriyi görselle¸stirerek içinde bulunulan durumu veya gelişmekte olan uçuş operasyonunu anlaşılır olmasını mümkün kılmaktadır. Bu proje kapsamında iki farklı görsel yapı sunulmaktadır. Kokpitin Primary Flight Display bölgesinde yer alan sentetik vizyon ekran çifti pilotların 4D ortamda durum farkındalığı ile düşük ve yüksek seviyede taktiksel görevleri yönetmesini sağlamaktadır. SVD kısmı pilota yapay görsellik sa˘glamakla beraber gerekli güdüm, uçuş ve kısıtlı seviyede operasyonel bilgileri içermektedir. 4D Operasyonel Ekranı (4DOD) operasyon durumu ile ilgili farkındalığı artırmak ve uçuş niyeti üzerindeki modifikasyonları göstermek üzere yüksek seviyede operasyonel bilgileri sağlamaktadır. Haptik arayüzler ile uçuş ekibi gösterilen bilgileri ve görselleri 2D+zaman ve 3D+zaman boyutunda yönetebilmektedir. Bu görsel karar destek sistemleri ve algoritmalarının donanım olarak entegrasyonu, Boeing 737-800 uçuş simulatörü üzerinde gerçekleşmiştir. Projenin ikinci aşaması ve ana amacı ise taktiksel 4D yörünge planlaması ve otomasyon araçları ile donatılmış uçak için“conflict resolution”, ya da potansiyel çarpı¸sma önleyici ve bunu otonom olarak yapan sistemler için teorik çerçeve tasarlanmasıdır. Önerilen 4D yörünge planlama metodu hem olasılıksal hem de deterministik algoritmaların yeni özelliklerini içermekle beraber iki yöntemin de başarılı taraflarını birleştirmektedir. Uçak performans modeli ise yörünge tayini için gerekli bir bile¸sen olup BADA 4 üzerinden sağlanmaktadır. Oluşturulan bu performans modeli yüksek-seviye hibrid uçuş kalıpları otomatları ve alçak-seviye manevra otomatlarını kapsamaktadır. Çok-modlu yaklaşım sayesinde kompleks olan yörünge planlama problemini global olarak çözmek yerine lokal ve düşük maliyetli yörüngeler tayin edilmektedir. Önerilen örnekleme tabanlı yörünge planlama algoritması hava sahasını keşfetmeye çalı¸sarak lokal yörünge segmentleri üzerinden ayırma yapmaktadır. Kullanılan algoritma aynı zamanda belirli ko¸sullar altında asimptotik optimalliği sağlamaktadır. Ek olarak, örnekleme için cross-entropy yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem ile örnekleme problemi stokastik optimizasyon problemine dönüştürülerek hızlı bir şekilde minimum maliyetli yörünge sekansı oluşturulmuştur. Akıllı örnekleme yapılırken halihazırdaki uçu¸s planları kullanılmış, dolayısıyla örnekleme sayısının düşük tutulabilmesi sağlanmıştır. Bu, çözüme ulaşma hızı açısından önemli bir katkı sağlamaktadır. Proje kapsamında geleceğn hava trafik koşulları vizyonlanarak göz önünde bulundurulmuş, önerilen yöntemin hem bugünün hem de geleceğin hava trafik yönetim sistemine katkı sağlaması amaçlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Considering the transformation in roles of existing air traffic management technologies, future flight operations and flight deck systems will need additional avionics and operational procedures that involve adaptive algorithms and advanced decision support tools. The first part of the thesis presents novel visual flight deck decision support tools and interfaces utilizing next generation synthetic vision and augmented reality based visualisation technologies in order to meet the requirements of the future flight operations defined in NextGen and SESAR 2020+ visions. These avionics are envisioned to aid pilots for conducting their new in-flight tasks such as; collaborative tactical planning with intent negotiation/sharing; fully understanding/analysing/interpreting solution with their alternatives and proposing modification on the solution subject to negotiation; and aware of required response, execute it or allow collision avoidance module to perform its automated response. Visual Decision Support Tools allow the flight crew to interact with new autonomous systems and provide with visual understanding on the evolving flight operation by fusing all tactical level data and visualising them. In this work, two groups of display structure have been proposed. A split head-down Synthetic Vision screen pair aims to support the pilots in managing both low level and high level tactical tasks with fully understanding the situation in 4D. Synthetic Vision Display (SVD) side provides the pilots synthetic vision and also incorporates required additional guidance and limited operational information. 4D Operational Display (4DOD) provides higher level operational information giving building enhanced understanding on the states of the operation and results of any modification on processing flight intent. Haptic interfaces allow the flight crew to change demonstrated detail levels in both 2D+time and 3D+time. The other display, which is Head-Up-Display (HUD), provides pilot to efficiently operate flight operation by eliminating the need of looking to head-down screen; and aims to present all essential flight information in the pilot's forward field through augmented reality implementations. For hardware integration and experimental purposes, an integrated testbed including full replica B737-800 Flight Deck Testbed and ATM Testbed has been modified as enabling operational tests and validations of these new tools. The main purpose of this study is to provide a theoretical framework for tactical 4D-trajectory planning and conflict resolution of an aircraft equipped with novel automation tools. The proposed 4D-trajectory-planning method uses recent algorithmic advances in both probabilistic and deterministic methods to fully benefit from both approaches. We have constructed an aircraft performance model based on BADA 4 with high-level hybrid flight template automatons and low-level flight maneuver automatons. This multi-modal flight trajectory approach is utilized to generate cost-efficient local trajectory segments instead of solving complex trajectory-generation problems globally. The proposed sampling-based trajectory planning algorithm spatially explores the airspace and provides proper separation through local trajectory segments and guarantees asymptotic optimality under certain conditions. Moreover, we have integrated the cross-entropy method, which transforms the sampling problem into a stochastic optimization problem, rapidly converges on the minimum cost trajectory sequence by utilizing available flight plans, and reduces the amount of sampling. The integration of the proposed strategies lets us solve challenging, real-time in-tactical 4D-trajectory planning problems within the current and the envisioned future realm of air traffic management systems.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    165822

    Kokpit otomasyonunun uçuş güvenliğine etkileri ve insan merkezli otomasyon tasarımı

    The impact of automation on flight safety and human centered automation desing

    CENGİZ YOLDAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    KazalarGazi Üniversitesi

    Kazaların Çevresel ve Teknik Araştırması Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. MUSTAFA KURT

  2. Tez No

    616280

    Autofly-aid: Flight deck automation support with dynamic 4d trajectory management for responsive and adaptive airborne collision avoidance

    Autofly-aıd: havada çarpışmadan kaçınma için esnek ve uyarlamalı 4 boyutlu dinamik rota yönetimi ile uçuş karar destek sistemi

    EMRE KOYUNCU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKHAN İNALHAN

  3. Tez No

    683666

    Developing a measurement scale for evaluating perceived affective qualities in flight deck design

    Kokpit tasarımında algıya dayalı duygusal niteliklerin değerlendirilmesi için bir ölçek önerisi

    ÇİĞDEM GÜNEŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Endüstri Ürünleri TasarımıOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Endüstriyel Tasarım Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLŞEN TÖRE YARGIN

  4. Tez No

    127021

    Uçuş mürettabatı için arıza teşhis uzman sistemi

    Fault diagnosis expert system for flight crew

    SEDEF ÖZÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALPASLAN FIĞLALI

  5. Tez No

    442323

    Computational fluid dynamics simulations of ship airwake with a hovering helicopter rotor

    Gemi iz bölgesinde askıda duran helikopter rotor hesaplamalı akışkanlar dinamiği simulasyonları

    EZGİ ORBAY

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. OĞUZ UZOL

    YRD. DOÇ. DR. NİLAY SEZER UZOL

Geri Dön