Elektrikli otobüsler için çok amaçlı toplu taşıma ağ tasarımı
Multi-objective transit network design for electric buses
Yazar: İLYAS CİHAN AKSOY
Danışman: DOÇ. DR. YALÇIN ALVER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ulaşım = Transportation ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Elektrikli otobüslerin sürdürülebilir bir ulaşım için yakın gelecekte toplu taşıma sistemlerinin en yaygın türlerinden biri olması beklenmektedir. Bununla birlikte, elektrikli otobüslerin kısıtlı sürüş mesafelerine sahip olması sebebiyle küresel çapta yaygınlaşma hızındaki kritik eşik aşılamamaktadır. Elektrikli otobüslerin duraklardaki yolcu indirme/bindirme süreleri boyunca enerji tedarik etmesine imkân tanıyan fırsat şarj stratejisi, onların kısıtlı sürüş mesafelerini uzatabilmek için verimli bir yöntemdir. Fakat, şarj cihazlarının kurulacağı durakların belirlenirken hem işletme hem de kullanıcılar açısından daha verimli toplu taşıma ağları yaratabilmek için problem geleneksel toplu taşıma planlamasıyla beraber ele alınmalıdır. Bu bütünleşik problem, optimum rotaları, frekansları ve de şarj altyapısını eş zamanlı belirlemeye odaklanan Elektrikli Toplu Taşıma Ağ Tasarımı ve Frekans Ayarlama Problemi olarak adlandırılmaktadır. 
Şimdiye dek, problem için ağdaki her bir otobüsün enerji durumunun bireysel olarak değerlendirmenin ve toplu taşıma ağlarının dinamik yönlerinin otobüslerin enerji durumlarına etkisinin göz ardı edildiği birkaç çalışma yürütülmüştür. Bu sebeplerden dolayı, bu tez çalışmasında, bahsedilen araştırma eksiklikleri de hesaba katılarak problem gerçekçi ve kapsamlı bir şekilde ele alınmaktadır. Kompleks problemi ele almak için geliştirilen Çok Amaçlı Diferansiyel Gelişim Algoritması dinamik arz ve talebe sahip olan hipotetik bir ağ üzerinde test edilmektedir. Geliştirilen optimizasyon modelinin parametreleri için en iyi değerleri belirleyebilmek adına bir kalibrasyon süreci yürütülmektedir. Ardından, elde edilen en iyi Pareto cephesi üzerindeki üç çözüm maliyetler ve tasarım değişkenleri arasında ilişkiyi ortaya koyabilmek adına karşılaştırmalı olarak sunulmaktadır. Ek olarak, elektrik tasarım parametreleri için farklı değerlerin operatör maliyetine etkisini daha iyi anlayabilmek için elde edilen en iyi Pareto optimal çözüm üzerinde bir hassasiyet analizi yürütülmüştür. Son olarak, dinamik arz ve talebi hesaba katmanın elektrikli toplu taşıma ağ tasarımındaki önemi, statik arz ve talep ile elde edilen çıktılar ile karşılaştırılarak ortaya konulmaktadır.

Abstract:
Electric buses are projected to become the standard mode of transit systems in the near future for sustainable transportation. Nevertheless, due to the limited driving range of electric buses, the critical threshold for widespread adoption on a global scale cannot be overcome. Opportunity charging strategy, which enables electric buses to supply energy at stops during dwell times, appears to be an effective way to extend their limited driving range issue. However, the problem of determining stops to be equipped with a charger should be adressed simultaneously with the traditional transit network planning in order to design more efficient transit networks, for both operator and users perspectives. This integrated problem is referred to as the Electric Transit Network Design and Frequency Setting Problem which focuses on simultaneously determining optimum routes, frequencies, and also charging infrastructure. 
So far, several studies for the problem have been conducted, with the absence of evaluating the energy state of each electric bus individually and considering the impact of dynamic aspects of transit networks on buses' energy state. For these reasons, this thesis study aims to fill these research gaps in previous studies for a realistic and comprehensive analysis. The Multi-Objective Differential Evolution Algorithm (MODEA), developed to solve the complex problem at hand, is tested on a hypothetical network with dynamic demand and supply. A calibration process is conducted to identify the best configuration for  the parameter values of the MODEA. Subsequently, three solutions on the best Pareto front obtained are compared to better understand the relationship between costs and design variables. Moreover, a sensitivity analysis over the best Pareto optimal solution obtained is carried out to understand better the impact of different values for electricity design parameters on the operator cost. Lastly, the importance of considering the dynamic aspects of supply and demand in the electric transit planning becomes evident when comparing findings obtained by considering static demand and supply.