انتطار می رود که در طول 25 سال آینده، تعداد مسافرانی که از طریق فرودگاه های ایالات متحده پرواز می کنند حدود 70 درصد افزایش یابد و به بیش از 900 میلیون مسافر در سال برسد. این رونق اقتصادی پیش بینی شده در پروازهای تجاری تقریباً به طور قطع هواپیماهای جدیدی را به فضای هوایی از قبل آماده شده، اضافه می کند.
هرگونه تأخیر محلی، از یک باند فرودگاه شلوغ تا یک لغو پرواز مرتبط با آب و هوا، می تواند سیستم حمل و نقل هوایی را باز دارد و بخش قابل توجهی از آن را مسدود کند، که این امر باعث می شود شغل کنترل کنندگان ترافیک هوایی به طور فزاینده ای مشکل شود.
Hamsa Balakrishnan، استادیار هوانوردی و فضانوردی در دانشگاه ام آی تی می گوید: "سیستم هوافضا بزرگ است، و اتصالات بسیاری در آن وجود دارد." وی ادامه می دهد: برای اینکه کارآمدتر باشید، چطور با سیستم امروزی حرکت می کنید ، و همزمان به تکنولوژی هایی که سبک وزن هستند فکر می کنید که بتوانید آن را همین حالا در برج مراقبت اجرا کنید؟"
این ها سؤالاتی هستند که Balakrishnan، که اخیراً دوره تصدی به او واگذار شده، به دنبال این است که پاسخ دهد. او با اداره هوانوردی فدرال و فرودگاه های اصلی ایالات متحده کار می کند تا ابزارهای کنترل ترافیک هوایی را به روشی که بتوانند به سادگی در زیرساخت های موجود وارد شوند، بروزرسانی کند. هدف این ابزارها پیش بینی و پیش گیری از تأخیرهای ترافیک هوایی، هم در فرودگاه های شخصی و هم در طول سیستم حمل و نقل هوایی است. آن ها همچنین در نهایت مشاغل کنترل کنندگان هوایی را آسان تر می کنند.
Balakrishnan که عضوی از مؤسسه ام آی تی برای داده ها، سیستم ها، و جامعه است می گوید: "ما لزوماً نمی خواهیم کنترل کننده ها پهنای باند را به پردازش 40 قطعه از اطلاعات بگذرانند. در عوض، می توانیم به آن ها سه انتخاب عالی را بگوییم و تفاوت بین آن انتخاب ها چیزی است که فقط یک انسان می تواند بگوید."
اخیراً Balakrishnan الگوریتم هایی برای جلوگیری از ازدحام در باندهای فرودگاه ایجاد کرده است. مراکز بزرگ مثل فرودگاه بین المللی جان اف کندی در نیویورک می توانند شلوغی های قابل توجهی را تجربه کنند، مثلاً تا حدود 40 هواپیما قبل از اینکه در نهایت به پرواز درآیند، همزمان صف بسته اند، هر یک در خط خود منتظر هستند– و تولید گازهای گلخانه ای می کنند. Balakrishnan دریافته است که اگر کنترل کننده ها به سادگی هواپیماها را چند دقیقه ای بیشتر در گیت فرودگاه نگه دارند، باندهای فرودگاه به طور روان تر و با هدر رفتن زمان کمتری پیموده می شوند. او یک مدل صف بندی توسعه داده است که با ارائه شرایط آب و هوایی، ترافیک باند فرودگاه، و برنامه های ورود، زمان انتظار برای هر هواپیما را قبل از پرواز پیش بینی می کند، و همچنین او زمان های مطلوبی که هواپیماها باید از گیت فرودگاه عقب روند را محاسبه کرده است.
در واقع، کنترل کننده های ترافیک هوایی ممکن است متعادل کنندگان محدودیت های انسانی نیز باشند، مثلاً سطح خاصی از بی طرفی را در تشخیص اینکه کدام هواپیما اول صف بکشد را حفظ کنند. به این دلیل است که بخش بزرگی از کار Balakrishnan شامل صحبت مستقیم با کنترل کنندگان و اپراتورهای ترافیک هوایی می شود، تا همه فاکتورهایی که در تصمیم گیری آن ها اثر می گذارد را دریابد.
Balakrishnan می گوید: "نمی توانید برای طراحی این سیستم ها صرفاً به تئوری آن نگاه کنید. بسیاری از محدودیت هایی که نیاز است آن ها درون شان کار کنند نانوشته هستند، و شما می خواهید تا حد امکان غیرمخرب باشید، به گونه ای که یک تغییر جزئی حجم کاری آن ها را افزایش ندهد. هر شخصی در این سیستم ها می فهمد که شما باید عمل مدرنیزه انجام دهید."
اولین پرواز
Balakrishnan در شهر Madras، Chennai امروزی، که بزرگترین کلان شهر در هندوستان جنوبی است، متولد شده و توسط افرادی فرهیخته تربیت شده: پدرش یک استاد فیزیک به تازگی بازنشسته در مؤسسه تکنولوژی هندی در Madras است، و مادرش یک استاد بازنشسته فیزیک در مؤسسه علوم ریاضیاتی در Chennai است. برادرش، هری، اکنون در ام آی تی به عنوان استاد مهندسی برق و دانش کامپیوتر فوجیتسو کار می کند.
Balakrishnan به خاطر می آورد که: "بیشتر افرادی که ما می شناختیم دانشگاهی و فرهیخته بودند، و مردم عادت داشتند که درباره ی تحقیقات خود در خانه صحبت کنند. من در محیطی احاطه شده با افراد دانشگاهی بزرگ شدم."
هدف Balakrishnan لزوماً دنبال کردن مسیر علمی خانواده اش نبود، اما به عنوان یک دانشجوی دوره لیسانس در مؤسسه تکنولوژی Madras، او فهمید که از ریاضی و فیزیک لذت می برد. او همانطور که در مهندسی هوافضا مشغول به تحصیل شد، در نهایت به سمت دینامیک سیالات محاسباتی گرایش پیدا کرد.
Balakrishnan به شوخی می گوید: "پدرومادرم هردو فیزیک دان بودند، و شاید من می خواستم شورش کنم، پس وارد مهندسی شدم. من به کارهای عملی علاقه داشتم."
او برای دوره فوق لیسانس به دانشگاه استنفورد درخواست فرستاد، و بعد از اینکه پذیرش شد، اولین سفر هوایی خود از هند به آمریکا پرواز کرد.
او می گوید: "سفر هوایی امروزه بسیار مقرون به صرفه تر و رایج تر است، حتی در هند. قبلاً به این گونه نبود، و کارهای بسیار زیادی حتی در اقتصادهای در حال پیشرفت انجام شد، تا مسافرت هوایی قابل دسترس تر شود. "
پاکسازی باند فرودگاه ها
در استنفورد، Balakrishnan ابتدا با نگاه کردن به روش هایی برای پیگیری هواپیماها در آسمان، تمرکز خود را از دینامیک سیالات به ترافیک هوایی و مشکلات مرتبط با کنترل آن انتقال داد.
Balakrishnan می گوید: برای من جالب توجه بود که چگونه بقیه سیستم کار می کند. من شروع به بررسی همه تصمیمات مختلفی که گرفته شده کردم، اینکه هرکس چه تصمیمی می گیرد، و در نهایت اینکه شما با چیزی که در سمت داده ها می بینید، از نظر هواپیما هایی که در حال حرکت هستند، چه نتیجه ای می گیرید.
بعد از فارغ التحصیلی از استنفورد، او هشت ماه را در مرکز تحقیقات ایمز ناسا گذراند، جایی که او بر روی گسترش الگوریتم های کنترل برای کاهش ازدحام فرودگاه و بهینه سازی مسیریابی هواپیماها روی باند فرودگاه کار کرد.
در سال 2007، Balakrishnan یک مقام هیئت علمی در دانشکده هوانوردی و فضانوردی دانشگاه ام آی تی را پذیرفت، جایی که در آن او به کارش روی ایجاد الگوریتم ها برای قطع ازدحام هواپیما ادامه داد. او همچنین در حال پیدا کردن روش هایی برای جاسازی آن الگوریتم ها در محیط بسیار استرس زا و انسانی برج مراقبت فرودگاه است.
او و دانشجویانش الگوریتم های خود را در فرودگاه های اصلی آزمایش کردند که شامل فرودگاه بین المللی لوگان بوستون است که در آن، آن ها پیشنهاداتی را درباره اینکه کنترل کنندگان چه زمانی هواپیما را از گیت به عقب برانند، بلادرنگ به آن ها ارائه کردند. کنترل کنندگانی که پیشنهادات تیم را انجام دادند، نتایج حیرت آوری را مشاهده کردند: این متد صرفه جویی کننده در زمان، واقعاً ترافیک را از بین برد، و طی کردن باند فرودگاه و صف کشیدن برای آغاز پرواز را برای هواپیماها ساده تر کرد.
Balakrishnan می گوید: "این نتیجه ای در نظر گرفته شده از کاری که ما انجام می دادیم نبود. فقط با آرام تر و ساده تر کردن کارها، تصمیم گیری در ابعاد دیگر برای آن ها آسان تر شد."
او می گوید، "چنین بازخوردی از کنترل کنندگان برای اجرای بروزرسانی ها در سیستمی که برای حجم بسیار بالاتری از پروازها در چندساله آینده برنامه ریزی کرده، ضروری است."
Balakrishnan می گوید: "شما با یک تصمیم گیرنده انسانی در ذهن خود طراحی می کنید. در این سیستم ها، این یک موضوع بسیار مهم است."