Otoyol trafiği yönetiminde akıllı sistem yaklaşımı: Katılım denetimi örneği ve farklı denetim algoritmalarının başarım sınaması
Intelligent systems approach in freeway traffic management: Ramp control case and performance evaluation of control algorithms
Yazar: ÇAĞLAR DEMİRAL
Danışman: DOÇ. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Akıllı denetim = Intelligent control ; Akıllı sistemler = Intelligent systems ; Trafik tıkanıklığı = Traffic congestion ; Trafik yönetimi = Traffic management

Özet:
1960?lı yıllardan bugüne dünya bilim çalıştaylarında en çok önemsenen ilke sürdürülebilirliktir. Dünyadaki gelişmiş ülkeler politikalarını sürdürülebilirlik merkezli planlamaya çalışmaktadır. Ulaştırma, yakıt tüketimi ve yarattığı çevre kirliliği gibi özellikleri ile planlamada sürdürülebilirlik ilkesinin en ön aşamasında yer alması gereken sektörlerden birisidir. Sürdürülebilirlik merkezli ulaştırma politikalarında, yeni yollar, köprüler, katlı kavşaklar inşa edilerek taşıt odaklı trafik oluşturmaktan ziyade, toplu taşıma sistemlerinin güçlendirilmesi, ulaştırma taleplerinin daha verimli yönetilmesi ya da akıllı ulaşım sistemleri ile kapasitenin verimli kullanılması gibi izlemler kullanılmalıdır. 
Katılım denetimi, 1970?li yıllardan itibaren kullanılan tekrarlı tıkanıklığı önlemeye yönelik yaygın bir trafik yönetim izlemidir. Bu yöntemin uygulamasının; trafik güvenliğini arttırması, yolculuk hızını arttırması ve dolayısıyla yolculuk süresini azaltması, hizmet düzeyini arttırması, enerji ve çevre verimliliğini arttırması ve kullanıcı memnuniyetini arttırması gibi birçok faydalı sonucu gözlemlenmiştir. İlk olarak sadece otoyol katılımları için önerilen katılım denetimi izlemi, teknolojiye bağlı olarak akıllı ulaştırma sistemlerinin gelişmesi ile birlikte trafik talebi daha fazla olan ve daha kısa aralıklı katılımlar bulunan çevre yollarında da uygulanmaya başlamıştır. 
Bu çalışma, çeşitli katılım denetimi algoritmalarını farklı talep senaryoları altında değerlendirmek amacıyla yapılmıştır. İlk bölümde trafik akımına ilişkin temel tanımlamalar ve trafik yönetim izlemleri anlatılmıştır. İkinci bölümde, katılım yönetimi ve katılım yönetimi izlemleri, dünyadaki uygulamalara atıf yapılarak açıklanmıştır. Üçüncü bölümde, katılım denetiminin geometrik tasarımları, temel elemanları, türleri ve algoritmaları anlatılmıştır. Dördüncü bölümde, ALINEA algoritması, talep ? kapasite algoritması ve denetimsiz durum için başarım çözümlemesi gerçekleştiren bir sayısal uygulama yapılmıştır. Sonuç bölümünde, genel çıkarım ve sonuçlar tartışılmıştır.

Abstract:
The present study aims to evaluate selected ramp metering algorithms under various demand scenarios. The first section contains basic definitions of traffic flow and traffic management strategies. The frequently used ramp management strategies are reviewed in the second section. The geometric design, basic equipments, modes, and algorithms of ramp metering are summarised in the third section. The forth section contains a numerical implementation to evaluate ALINEA algorithm, demand ? capacity algorithm with respect to no metering situation. The final section concludes the study with findings and discussions.
Since from the beginning of 1960ies, sustainability has been being pointed out as an important criterion in development which made developed countries adapt sustainability originated policies. Transportation is one of the sectors that sustainability has to be perceived as a planning principle especially when the energy consumption and the consequent environmental impacts are considered. In order to increase the efficiency of present transportation systems, the sustainable policies of transportation necessitate the prioritisation of public transit and the utilisation of traffic management strategies, such as intelligent systems, instead of constructing new infrastructure together with new roads, bridges, interchange junctions, etc.
Ramp control is an effective management strategy that has been employed to prevent recurrent traffic congestion on freeways since 1970ies. With the deployment of ramp control applications, several benefits of ramp management, including, i.e., increase on the level of traffic safety, increase on travelling speeds and consequently decrease on travelling times, the increase on the level-of-service, increase on energy consumption efficiency, decrease on environmental impacts, and increase on user satisfaction, have been experienced.
Ramp management is the application of control devices, such as traffic signals, signing, and gates to regulate the number of vehicles entering or leaving the freeway, in order to achieve operational objectives. Those objectives usually are stated similarly to the following: Balance freeway demand and capacity; maintain optimum freeway operation by reducing incidents that produce traffic delays, improve safety. Ramp management strategies can be classified as `Ramp Closure?, `Ramp Metering?, `Special Use Treatments?, `Ramp Terminal Treatments?. 
Ramp meters are used to regulate the flow of traffic entering freeways according to current traffic conditions. They are intended to reduce congestion on the freeway in two aspects, (1) control the traffic volume entering the freeway, regulate freeway demand, and keep it under its capacity and (2) break up the platoons of vehicles released from an upstream traffic signal, to provide a safe merge.
Ramp metering, when properly applied, is a valuable tool for efficient traffic management on freeways and freeway networks. Ramp metering algorithms may be classified into: (a) Reactive algorithms (tactical level) aiming at maintaining the freeway traffic conditions close to pre-specified set (desired) values by the use of real-time measurements and (b) Proactive algorithms (strategic level) aiming at specifying optimal traffic conditions for a whole freeway or a freeway network based on demand and model predictions over a sufficiently long time horizon. Both kinds of metering algorithms may be combined within a hierarchical control structure, whereby a proactive network-wide strategy delivers optimal traffic conditions to be used as set (desired) values by sub-ordinate reactive algorithms.  

Reactive ramp metering strategies may be local or coordinated. Local strategies make use of traffic measurements in the vicinity of each ramp, to calculate the corresponding individual ramp metering values, while coordinated strategies may use available traffic measurements from greater portions of a freeway. Local strategies are far easier to design and implement; nevertheless, they have proved non-inferior to more sophisticated coordinated approaches under recurrent traffic congestion conditions. Demand ? Capacity Algorithm, Occupancy ? Capacity Algorithm and Gap Acceptance (Feed?forward); ALINEA and derivatives, Neural Networks (Feedback); and Zone Algorithm are the examples of Local Reactive Algorithms. Helper, Linked (cooperative), Compass, Bottleneck, SWARM, FLOW (competitive), Coordinated ALINEA, Stratified Zone Algorithm are coordinated reactive algorithms.
Proactive ramp metering algorithms are usually coordinated. Model Predictive Metering and Nonlinear Optimal Metering could be local or coordinated. Sperry Algorithm, Linear Programming Algorithm, METALINE, FHWA, ARMS are the examples of proactive metering algorithms. 
Numeric analysis has been done to investigate ramp metering usability. Four demand scenarios have implemented to simple merging ramp figure for twenty four hours, Demand-Capacity and ALINEA algorithm adapted to study site. Study section consists of four lane mainline and two lane ramp. Mainline and ramp demands are constant loading in scenario 1; multimodal loading has been enforced in scenario 2; loading as a sinus curve applied in scenario 3 and real time data taken from rtms numbered 2 in Istanbul has been used scenario 4.
Finally, performance analysis of implemented algorithms and no metering situation evaluated for each demand scenarios. Performance analysis has been considered as outputs of mainline downstream, queues at mainline and queues at ramp, in three different conclusions. All conclusions are compared and examine the best performance.