Eşgüdümlü kavşaklar için simülasyon esaslı optimizasyon modeli: Isparta örneği
Simulation based optimization model for coordinated intersections: Isparta example
Yazar: AYDIN KICI
Danışman: PROF. DR. MESUT TIĞDEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Trafik = Traffic ; Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization ; Ulaştırma = Transportation ; Ulaştırma mühendisliği = Transportation engineering ; Ulaştırma planlaması = Transportation planning

Özet:
Günümüzün teknolojik ve sosyal gelişmeleri, sürdürülebilir ulaşıma duyulan ihtiyacı arttırmış; ürün, insan ve diğer canlıların bir yerden başka bir yere daha hızlı ve az maliyetle taşınmasını zorunlu kılmıştır. Ulaştırmada birçok mod bulunmasına rağmen yüksek erişilebilirliği sayesinde hala en yaygın mod karayolu taşımacılığıdır. Karayolu taşımacılığında araç gecikmelerinin yaşandığı en önemli bölgeler ise sinyalize kesimlerdir. Modern toplumların en az bekleme süresi ile ulaşım ihtiyaçlarını daha verimli bir şekilde karşılamak için bu sinyalize kesimlerde yaşanan gecikmeleri ve durma sayılarını minimize eden yöntemlerin geliştirilmesi gerekmektedir.  Sinyalize kesimlerde yapılacak düzenlemeler ile tüm yol ağının performansı iyileştirilecek ve ortalama seyahat süresi kısalacaktır. 

Bu tez çalışmasında, araç gecikmelerini ve durma sayılarına hesaplayarak, sinyal optimizasyonunda kullanılmak üzere Matlab programlama dilinde bir yazılım geliştirilmiştir. Bu yazılım sayesinde, araç bekleme ve durma sayılarını minimize edebilecek en optimum sinyal sürelerine ulaşılabilecektir. Geliştirilen bu yazılımın geçerliliğini test etmek amacıyla, akademik çalışmalarda sıklıkla kullanılan Synchro isimli bir makrosimülasyon yazılımı ve aynı yazılım geliştirici firma tarafından sunulmuş SimTrafic isimli mikro simülasyon programı kullanılarak farklı senaryolar altında karşılaştırmalar yapılmıştır. 

Sinyalizasyon sürelerini optimize etme konusunda örneklem olarak Isparta ilinde Kuzey-Güney doğrultusu üzerinde bulunan oldukça yoğun bir koridor dikkate alınmıştır. Bu kapsamda toplamda 7 sinyalize kesim ve 3 bağlantı noktası incelenerek, sinyal optimizasyonları yapılmıştır. Bu kesimlerde, trafik akım değerleri, sinyal süreleri, sinyal yönetim şekli ve geometrik koşulları tespit etmek amacıyla arazi ölçüm ve sayımları yapılmıştır. Ardından Matlab programlama dilinde geliştirilen yazılımla mevcut durum analiz edilmiştir. Sonrasında farklı sinyalizasyon planları uygulanarak incelenen kavşaklar için en başarılı sonuçlar ortaya konmuştur. Bu tez çalışmasıyla hem tamamen özgün bir mikrosimülasyon programı geliştirilmiş hem de bu geliştirilen mikrosimülasyon programı ile Isparta ilinde seçilen 7 sinyalize kavşak için sinyal optimizasyonu yapılmıştır. Var olan durum ile optimizasyonlar sonucunda elde edilen verilen incelendiğinde, durma gecikmelerde %18'lik ve ortalama durma sayılarında %12'lik bir iyileşme gözlenmiştir.

Bu çalışma kapsamında Matlab programlama dilinde geliştirilen yazılımın algoritmaları oluşturulurken literatürde var olan modeller incelemiş ve yeni modeller oluşturulmuştur. Bu doğrultuda araç takip modellerinin en önemli verilerinden olan araçlar arasındaki takip mesafeleri ve araçların hızlanma davranışları konularında yeni modeller türetilmiştir. Ardından bu modeller geliştirilen yazılımın algoritmaları içine yerleştirilmiştir.

Abstract:
The technological and social developments of our era have increased the need for sustainable transportation, necessitating the swift and cost-effective movement of goods, people, and other living beings from one place to another. Despite the existence of various transportation modes, road transportation remains the most widespread due to its high accessibility. One of the significant challenges faced in road transportation is vehicle delays, particularly at signalized intersections. To efficiently meet the transportation needs of modern societies with minimal waiting times, it is necessity to develop methods that minimize delays and number of stops at these signalized intersections. Implementing modifications at these signalized intersections can enhance the overall performance of the entire road network and reduce the average travel time. 

In this thesis, a software has been developed using the Matlab programming language to calculate vehicle delays and the number of stops for use in signal optimization. With this software, it will be possible to reach the most optimal signal timings that can minimize waiting and stopping numbers for vehicles. To validate the effectiveness of the developed software, comparisons were made under different scenarios using a macro-simulation software commonly used in academic research called Synchro and a microsimulation program named SimTraffic, provided by the same company. 

As a case study, a highly congested corridor located in the North-South direction in Isparta province has been considered for optimizing signal timings. Within this scope, a total of 7 signalized intersections and 3 junction points were analyzed, and signal optimizations were conducted. Field measurements and counts were conducted to assess traffic flow, signal durations, management methods, and geometric conditions at these intersections. Subsequently, the existing situation was analyzed using software developed in the Matlab. Different signalization plans were then implemented, and the most successful results for the examined intersections were identified. With this thesis, both a completely original microsimulation program has been developed and signal optimization has been performed for 7 signalized intersections selected in the Isparta province using the developed microsimulation program. When the obtained data from the existing condition and the results of optimizations are examined, an improvement of 18% in delay durations and 12% in average stops has been observed.

Within the scope of this study, the algorithms of the software developed in the Matlab programming language were formulated by reviewing existing models in the literature and creating new ones. In this context, new models have been derived for the topics of vehicle following gaps and acceleration behaviors of vehicles, which are crucial data in car following models. Consequently, these models have been incorporated into the algorithms of the developed software.