Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÖRKEM AKYOL
Danışman: Hilmi Berk Çelikoğlu
Özet:
Trafik tıkanıklığının şehir yaşamında sayısız olumsuz etkisi vardır.
Artan yolculuk süreleri, yakıt tüketimi ve buna bağlı olarak artan araç
gaz salımları bu olumsuz etkiler arasındadır. Ulaştırma sektörü, hava
kirliliği ve iklim değişikliğine neden olan etkenlerin %29'unu
oluşturmaktadır. Öte yandan, özellikle şehir merkezlerinde yaya
trafiğinin çok dikkatli bir şekilde ele alınması gerekmektedir. Klasik
trafik sinyal denetim uygulamalarında çoğunlukla yayalar için yeşil süre
en küçük değer olarak atanır. Ancak, şehir merkezlerinde bulunan
kalabalık kavşaklarda, çeşitli nedenlerle (toplantılar, turistik, spor
etkinlikleri vb.) kavşağı kullanması gereken yaya sayısı araç sayısından
fazla olabilir.
Bu çalışmada, yaya gecikmesi ve araç gaz salımlarını dikkate alarak
trafik sinyal denetimini eniyilemek için entegre bir yöntem
geliştirilmiştir. Trafik benzetimi için ince boyutlu trafik benzetim
yazılımı VISSIM seçilmiştir, çok amaçlı eniyileme problemini çözmek için
NSGA-II kullanılmıştır ve ince boyutlu araç gaz salımlarını hesaplamak
için MOVES3 seçilmiştir. Literatürde araç ve yaya gecikmelerini
enküçüklemeye çalışan yayınların bulunmasına rağmen yaya gecikmelerini
ve araç gaz salımlarını birlikte alan bir çalışma bulunmaktadır. Bu
çalışmada literatürde bulunan açık kapatılmaya çalışılmıştır.
Trafik sinyal denetim ayarlarına müdahale etmek için VISSIM, COM arayüzü
vasıtasıyla MATLAB ile bütünleştirilmiştir. COM arayüzü kullanılarak
sinyal denetim ayarları, araç ve yaya girişleri, araçların rotaları ve
daha birçok özellik benzetim sırasında okunabilir ve değiştirilebilir.
COM arayüzü sayesinde eniyileme problemini çözmek için ihtiyaç olan
girdileri (araç ve yaya sayıları ve trafik sinyal süreleri) VISSIM
benzetimi esnasında MATLAB'a aktarılarak eniyileme problemi çözülmüştür.
Elde edilen çözümler COM arayüzü aracılığıyla tekrar VISSIM benzetim
ortamına aktarılıp sinyal süreleri dinamik bir şekilde değiştirilmiştir.
Yaya gecikmesi ve araç gaz salımları arasındaki ilişkiyi göstermek için
iki amaç fonksiyonu oluşturulmuştur. Bu işlevlerin girişi, COM arayüzü
aracılığıyla VISSIM programından alınır. Bu iki amaç fonksiyonunun
eniyilenmesi için baskın olmayan sıralama genetik algoritması-II
kullanılmıştır. Bu iki amaç fonksiyonu birbiriyle çeliştiğinden, biri
yaya yeşil süresini enbüyüklemeye çalışırken diğeri araç yeşil süresini
enbüyüklemeye çalışmakta, hedefler arasında bir ödünleşim
gözlemlenmektedir.
Ayrıca önerilen yaklaşımı değerlendirmek için İstanbul Kadıköy'de bir
alan çalışması yapılmıştır. Gerekli verileri toplamak video
kayıtlarından faydalanılmıştır. Araç ve yaya sayımları 12:00-14:00 ve
17:30-19:30 zaman aralığında gerçekleştirilmiştir. Toplanan veriler,
araç ve yaya sayılarını ve yayaların ortalama karşıdan karşıya geçiş
sürelerini içermektedir. Alan çalışması sonrasında araç ve yaya verileri
iki dakikalık zaman aralıkları ile işlenmişlerdir. Benzetim modelinin
kalibrasyonu GEH istatistiği ile yapılmıştır. Kalibrasyondan sonra iki
ana senaryo tasarlanmıştır. İlk ana senaryo, ağa yüklenen araçların
kademeli olarak değişmesini içermektedir. Değişen araç talebi ile farklı
önceliklendirme yaklaşımlarını sınamak için ikinci ana senaryo
tasarlanmıştır. Bu şekilde ikinci ana senaryo için üç farklı alt senaryo
oluşturulmuştur. Birinci alt senaryo, araçlara göre yayalara daha fazla
zaman verilerek yaya hareketlerinin ön planda tutulduğu durumdur.
İkinci alt senaryo, yaya ve araç yeşil süreleri arasında bir denge
sağlamak için oluşturulmuştur. Araçları yayalara göre önceliklendirmek
için üçüncü alt senaryo üretilmiştir. İkinci ana senaryoda, tüm sinyal
zamanlamaları, MATLAB ile çözülen çok amaçlı eniyileme probleminin
çözümünden elde edilen Pareto çözüm kümesinden seçilmiştir. Önerilen
yöntemi sınamak için üç farklı araç girdisi seçilmiştir: i) yüksek
(saatte 3000 araç), ii) orta (saatte 2000 araç), iii) düşük (saatte 1000
araç). Ağdaki yaya sayısı her bir senaryoda sabit tutulmuş olup yöntem
değişen araç sayısına göre sınanmıştır.
VISSIM ortamında araç izleme modeli olarak Wiedemann 1974 modeli, yaya
hareket modeli olarak ise Helbing ve Molnar'ın öne sürdüğü sosyal
kuvvetler modeli kullanılmıştır. Kadıköy ağı VISSIM ortamına
aktarılırken 70 adet araç ağı, 16 adet yaya alanı ve 13 adet trafik
lambası kullanılmıştır. Rastgeleliğin sağlanması açısından benzetimler
rastgele tohum sayıları kullanılarak 10 adet benzetim yapılmıştır. Her
bir benzetim gerçek zamanlı olarak düşünülmüş olup bir benzetim saniyesi
gerçek hayatta 1 saniyeye tekabül etmektedir.
Araç gaz salımlarını hesaplamak için EPA'nın geliştirmiş olduğu MOVES3
programı kullanılmıştır. MOVES3 üç farklı ölçekte araç gaz salımlarını
hesaplayabilmektir: i) ulusal, ii) bölge, iii) proje. Tez kapsamında
proje ölçeğinde araç gaz salımları hesaplanmıştır ve proje ölçeği MOVES3
programının en ayrıntılı araç gaz salımı hesaplayan ölçeğidir. Proje
ölçeğinde program her bir aracın her bir saniyede hız ve ivme
değerlerinden faydalanıp araç özelinde güç isimli bir değişken
hesaplamaktadır. Her bir araç için her saniye araç özelinde güç ve hız
değerleri program içerisinde sınırları önceden belirlenmiş işletme türü
sınıflarına ayrılır. Her bir işletme türünün benzetim boyunca ne kadar
süre etkin olduğuna bağlı olarak araçların ürettiği gaz salımı
hesaplanır. MOVES3 araç hareketi sonucunda oluşan gaz salımları için 23
çeşit operasyon türü barındırmaktadır.
Benzetimden elde edilen sonuçlar, yaya gecikmesi ve araç gaz salımları
arasında bir ödünleşim olduğunu göstermektedir. Bu ödünleşim elde
edilirken amaç fonksiyonlarına ağırlık atanmamıştır. Formüle edilen iki
adet amaç fonksiyonu ulaştırma sektöründe iki önemli alanı
yansıtmaktadır. Bunlardan birincisi yayaların ve genel olarak motorsuz
taşıtların hareketliliği ve ikincisi motorlu taşıtların hareketi sonucu
ortaya çıkan gaz salımlarının oluşturduğu hava kirliliği. Yapılan
eniyileme sonucunda tek bir çözüm bulunmamış, aksine, birden fazla çözüm
bir çerçeve sunularak elde edilmiştir.
Sonuç olarak, bu çalışmada yaya gecikmesi ve araç gaz salımları dikkate
alınarak sinyal denetim sürelerinin değerlendirilmesi için yeni bir
yöntem önerilmiştir. Tezde bir eniyileme problemi çözülmüş olmasına
rağmen, küresel tek bir çözüm elde edilememiştir. Uğraşılan problem
birden fazla amacı eniyileme çalıştığı için eniyileme sonrasında birden
fazla birbirinden daha iyi olmayan çözüm bulunmuştur. Çalışma kapsamında
çok amaçlı eniyileme, ele alınan problemin ve probleme ait Pareto
çözümleri üzerinde bir miktar sezginin algılanmasını sağlayan
aposteriori bir yaklaşımla ele alınmıştır. Bu özellik kullanılarak,
çözümleri test etmek için senaryolar oluşturulmuştur. Gelecekteki
araştırmalar olarak, önerilen method farklı ağlarda test edilerek
doğrulanabilir. Güvenlik bu tezde ele alınmamış olmasına rağmen önerilen
iki boyutlu eniyileme problemine üçüncü boyut olarak dahil edilebilir.
Böylelikle yaya gecikmelerini, çevresel etkileri ve güvenliği ele alan
bir çalışma yapılabilir.