Sürücüsüz taşıt uygulamalarının ağ yönetim modelleri ve sürdürülebilir kentsel hareketlilik ölçütleri çerçevesinde ulaşım sistemleri ile bütünleştirilmesi
Integration of autonomous vehicle applications with transportation systems within the framework of network management models and sustainable urban mobility measures
Yazar: ZEYNEL BARAN YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZUYSAL
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Ulaştırma Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Trafik = Traffic ; Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Sürdürülebilir ve akıllı şehir hedeflerinin merkezinde yer alan otonom araçlar, son yıllarda kaydettiği büyük ilerlemelerle Akıllı Ulaşım Sistemleri (AUS) için vazgeçilmez bir teknolojiye dönüşmüştür. Otonom araçlar, çevresel verileri sensörler ve algoritmalar yardımıyla işleyerek, otomasyon seviyelerine göre değişen ölçülerde insan müdahalesi ile güvenli sürüş gerçekleştiren ileri teknoloji ürünleridir. Bu araçlar, şehirlerde sürdürülebilir ulaşım hedeflerini desteklemek için önemli fırsatlar sunmaktadır. Ancak, bu teknolojinin başarılı bir şekilde uygulanabilmesi, dikkatli bir planlama süreci ve uygun altyapı düzenlemeleriyle mümkün olabilir. Araştırmada, otonom araçların mevcut ulaşım sistemine kontrolsüz entegrasyonunun, istenilen sürdürülebilir hareketlilik hedeflerine ulaşmayı zorlaştırabileceği değerlendirilmiş ve bu riskleri en aza indirgemek amacıyla bir Karar Destek Sistemi (KDS) geliştirilmesinin gerekliliği vurgulanmıştır. Uzmanlarla yapılan görüşmeler ve kapsamlı literatür taramaları sonucunda, sürdürülebilir kentsel hareketlilik açısından kritik olan emisyon azaltımı, enerji verimliliği, trafik sıkışıklığı, seyahat süresi ve gürültü gibi önemli göstergeler belirlenmiştir. Bu göstergeler, kentsel ulaşım sistemlerinin sürdürülebilirliğini değerlendirmek için bir temel oluşturmuş ve kentsel hareketlilik ortamında hazırlanan simülasyonlarla bu göstergeler üzerinden detaylı analizler gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, otonom araçların mevcut ulaşım sistemlerine entegre edilmesi, trafik akımının verimliliğini artırma ve çevresel etkileri azaltma potansiyeline sahiptir. Ancak, bu olumlu etkilerin sürdürülebilir bir şekilde gerçekleşmesi için uygun altyapı düzenlemelerinin yapılması ve kapsamlı politikaların devreye alınması büyük önem taşımaktadır.
Araştırma, geleneksel ve otonom araçların bir arada bulunduğu karma trafik koşullarında bazı zorlukların ortaya çıkabileceğini göstermektedir. İnsan sürücülerinin öngörülemez davranışları, otonom araçların güvenli ve etkili bir şekilde çalışmasını zorlaştırmakta ve trafik performansını olumsuz yönde etkileyebilmektedir. Bu noktada, otonom araçların ulaşım ağı üzerinde otomasyon seviyelerine bağlı penetrasyon oranlarının dağılımı trafik üzerinde etkileri belirleyen kritik bir faktör olarak öne çıkmaktadır. Ayrıca, otonom araçların penetrasyon oranlarının artmasıyla birlikte insanların seyahat tercihleri değişmekte ve bu durum seyahat taleplerinin de artmasına neden olmaktadır. Kışkırtılmış seyahat talebi ve karma trafik koşullarındaki araçlar arası etkileşim dinamikleri göz önünde bulundurulduğunda, belirli bir penetrasyon oranı eşiği aşıldığında sürdürülebilirlik endekslerinde olumsuz sonuçlar doğabileceği ortaya konulmuştur. Bu bağlamda, geliştirilmiş karar destek ve tahmin modelleri, otonom araç penetrasyon oranlarının kritik seviyelere ulaşmadan önce önleyici tedbirlerin alınması gerektiğini vurgulamaktadır. Otonom araçların yaratacağı potansiyel faydaların sınırlanmaması adına önleyici tedbirlerin gerekliliği farklı senaryo durumlarının incelenmesi ile ortaya konulmuştur. Mevcut altyapının otonom araçlar için uygun hale getirilmesi, özellikle trafik ağ yönetimi ve kontrol sistemlerinin güncellenmesini gerektirmektedir. Akıllı trafik sinyalizasyon sistemleri, gerçek zamanlı trafik izleme ve ağ yönetim sistemleri gibi teknolojik entegrasyonların trafik akımını daha homojen hale getirerek tıkanıklıkların önlenmesini ve genel olarak daha verimli ve sürdürülebilir bir ulaşım sistemi oluşturacağı sonucuna varılmıştır.
Sonuç olarak, otonom araçların kentsel ulaşım sistemlerine entegrasyonu, sürdürülebilir mobiliteye önemli katkılar sağlayabilir. Bu araştırma, kritik sürdürülebilirlik göstergelerini belirleyerek, otonom araçların potansiyel etkilerini simülasyonlar yoluyla analiz etmiş ve politika yapıcılar için değerli içgörüler sunmuştur. Gelecekte, teknolojik ilerlemeler ve toplumsal değişimlerle birlikte otonom araçların bu katkıları daha da belirgin hale gelecektir. Bu süreçte, sürekli araştırma, paydaş iş birliği ve esnek politika yaklaşımları, şehirlerin daha verimli ve sürdürülebilir ulaşım sistemlerine geçişini destekleyecektir.

Abstract:
Autonomous vehicles, which are at the core of sustainable and smart city objectives, have transformed into an indispensable technology for Intelligent Transportation Systems (ITS) due to significant advancements in recent years. These vehicles are advanced technological products that process environmental data with the help of sensors and algorithms, performing safe driving with varying degrees of human intervention depending on their levels of automation. They offer significant opportunities to support sustainable transportation goals in cities. However, the successful implementation of this technology can only be achieved through a careful planning process and appropriate infrastructure adjustments. The research evaluated that uncontrolled integration of autonomous vehicles into the existing transportation system could make it difficult to achieve desired sustainable mobility objectives, emphasizing the necessity of developing a Decision Support System (DSS) to minimize these risks. As a result of consultations with experts and comprehensive literature reviews, important indicators critical for sustainable urban mobility—such as emission reduction, energy efficiency, traffic congestion, travel time, and noise—were identified. These indicators formed a basis for evaluating the sustainability of urban transportation systems, and detailed analyses were conducted through simulations prepared in the urban mobility environment based on these indicators. According to the simulation results, integrating autonomous vehicles into existing transportation systems has the potential to increase the efficiency of traffic flow and reduce environmental impacts. However, to ensure these positive effects occur sustainably, it is of great importance to make appropriate infrastructure arrangements and implement comprehensive policies.
The research demonstrates that certain challenges may arise under mixed traffic conditions where traditional and autonomous vehicles coexist. The unpredictable behaviors of human drivers complicate the safe and effective operation of autonomous vehicles and can negatively impact traffic performance. At this point, the distribution of penetration rates of autonomous vehicles on the transportation network, depending on their levels of automation, emerges as a critical factor determining their effects on traffic. Moreover, as the penetration rates of autonomous vehicles increase, people's travel preferences change, leading to an increase in travel demand. Considering the induced travel demand and the interaction dynamics between vehicles in mixed traffic conditions, it has been demonstrated that once a certain penetration rate threshold is exceeded, negative impacts on sustainability indices may arise. In this context, developed decision support and prediction models emphasize that preventive measures should be taken before the penetration rates of autonomous vehicles reach critical levels. The necessity of preventive measures to avoid limiting the potential benefits that autonomous vehicles can create has been demonstrated through the examination of different scenario conditions. Making the existing infrastructure suitable for autonomous vehicles particularly requires updating traffic network management and control systems. It has been concluded that technological integrations such as intelligent traffic signaling systems, real-time traffic monitoring, and network management systems will prevent congestion by making traffic flow more homogeneous and will generally create a more efficient and sustainable transportation system.
In conclusion, the integration of autonomous vehicles into urban transportation systems can provide significant contributions to sustainable mobility. This research identified critical sustainability indicators, analyzed the potential impacts of autonomous vehicles through simulations, and provided valuable insights for policymakers. In the future, with technological advancements and societal changes, these contributions of autonomous vehicles will become even more evident. In this process, continuous research, stakeholder collaboration, and flexible policy approaches will support cities in transitioning to more efficient and sustainable transportation systems.