Air trajectories optimization for noise reduction

Many people who live near an airport are aware of the noise caused by the aviation industry. Over the years, authorities have taken several steps to reduce the perceived aircraft’s noise. This thesis aims to con- tribute to these efforts by proposing a new mathematical model and optimization algorithms to optimize and generate air routes producing the least amount of noise pollution. The mathematical model is based on nonlinear programming. The model will rely on A*, a graph-search algorithm. The proposed local search algorithm will exploit the air routes’ features to enhance the solutions. Next, flight and noise simu- lations will provide the data to evaluate the results and compare them with existing routes. Special attention will be devoted to the actual case of the Malpensa Airport. We will provide a functional implemen- tation of the algorithms proposed, which gave us promising results during the testing phase, leaving the door open for future research and improvements.

Molte persone che risiedono nei pressi di un aeroporto conoscono bene l’inquinamento acustico prodotto dall’industria aeronautica. Negli anni le autorità hanno preso diversi provvedimenti al fine di ridurre il rumore prodotto dagli aerei e percepito dalla popolazione. Questa tesi ha lo scopo di contribuire a questi sforzi proponendo un innovativo modello matematico e degli algoritmi di ottimizzazione per ottimizzare e generare rotte aeree minimizzandone il rumore emesso. Il modello matematico è basato sulla programmazione non lineare, la cui soluzione è demandata a un algoritmo che trae ispirazione da A*, un algoritmo di ricerca-grafo. L’algoritmo di ricerca locale proposto sfrutterà le caratteristiche delle rotte aeree per migliorare le soluzioni ottenute. In seguito, una simulazione di volo e una del suono forniranno i dati necessari a valu- tare i risultati ottenuti e a confrontarli con le rotte esistenti. Sarà pre- stata particolare attenzione all’aeroporto di Malpensa, proposto come caso di studio. Verrà descritta un’implementazione funzionante degli algoritmi trat- tati, che in fase di valutazione ha fornito risultati promettenti, aprendo le porte a futuri studi e sviluppi.