MODELING AND OPTIMIZATION OF THE DRONE BASE STATIONS LOCATION ALLOCATION PROBLEM

ÖZGE ŞATIR AKPUNAR

MODELING AND OPTIMIZATION OF THE DRONE BASE STATIONS LOCATION ALLOCATION PROBLEM

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: ÖZGE ŞATIR AKPUNAR

Danışman: Şener Akpinar

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Bu çalışma, acil durum müdahale operasyonları için adil insansız hava aracı tabanlı iletişim sistemlerinin tasarımı problemini ele almaktadır. Sınırlı batarya kapasitesi ve hareket kabiliyeti gibi operasyonel kısıtlar altında, birden fazla insansız hava aracı baz istasyonunun (DBS) en uygun şekilde konumlandırılması ve yönlendirilmesi yoluyla kapsamada hem mekânsal hem de zamansal adaletin sağlanmasına odaklanmaktadır. Araştırma, bu tür problemlere özgü karmaşıklık ve ölçeklenebilirlik sınırlamalarını ele almak üzere, kesin matematiksel modeller ile sezgisel algoritmaları birleştiren yapılandırılmış bir çözüm çerçevesi sunmaktadır. İlk olarak, Maksimum Kapsama Yeri Problemi'ne (MCLP) dayalı iki tamsayılı doğrusal programlama (MILP) modeli geliştirilmiş; bu modellerde adalet, zaman dengesi kısıtları aracılığıyla, hem mekânsal hem de zamansal kapsama hedefleriyle birlikte ele alınmıştır. Bu modeller, farklı parametreler altında performansı değerlendirmek ve adalet ile enerji verimliliği arasındaki dengeyi incelemek amacıyla sentetik örneklem setleri üzerinde test edilmiştir. Alternatif olarak, adaletin doğrudan amaç fonksiyonuna entegre edildiği Kapsama Turu Problemi'ne (CTP) dayalı yeni bir formülasyon önerilmiş; bunun sonucunda, Toplam Çiftler Arası Fark, Maximin ve Dağılım-temelli adalet ölçütlerini içeren yeni MILP modelleri geliştirilmiş ve bu modeller için birleşik bir değerlendirme çerçevesi oluşturulmuştur. Ayrıca, Çeşitlendirme ve yoğunlaştırma süreçlerini desteklemek amacıyla Değişken Komşuluk Araması (VNS) ve Tavlama Benzetimi (SA) mekanizmalarıyla geliştirilen Açgözlü Rastgeleleştirilmiş Uyarlanabilir Arama Yöntemi (GRASP) tabanlı hibrit bir sezgisel algoritma tasarlanmıştır. Bu yaklaşım, çözüm yapısının önceden belirlenemediği dinamik ve büyük ölçekli problemler için uygun olan, çözümleri artımlı olarak oluşturan etkili bir yöntem sunmaktadır. Önerilen tüm modeller ve algoritmalar uygulanmış ve kapsamlı hesaplamalı testlere tabi tutulmuştur. Küçük ve orta ölçekli örneklemleri içeren karşılaştırma setleri kullanılarak, yaklaşımların performansı, uygulanabilirliği ve sınırlılıkları değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar sistematik şekilde analiz edilmiş ve üretilen çözümlerin kalitesi ile pratik kullanıma uygunluğu tartışılmıştır. Genel olarak, bu tez adil ve uyarlanabilir DBS yerleştirmesi için kuramsal içgörüler ve algoritmik stratejiler sunmakta olup, yöneylem araştırması, insani lojistik ve gerçek zamanlı afet iletişim planlaması alanlarında gelecekteki araştırmalar için güçlü çıkarımlar sağlamaktadır.