Otoyol ve devlet yollarının elektrikli araç şarj istasyonu kurulmasına uygunluklarının CBS tabanlı analizi
GIS-based suitability analysis of the of highways and state roads for electric vehicle charging station installation
Yazar: GÖZDE UYĞUR
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ÖZGÜR DOĞRU
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Günümüz sorunlarından biri olan karbon salınımı gün geçtikçe daha ciddi bir hâl almaktadır. Sürdürülebilir bir gelecek elde etmek için insanlar arayışa girip fosil yakıtların yerine yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. 
Son zamanlarda yapılan araştırmalar karbon salınımının çoğunluğunu ulaşım sektörünün oluşturduğunu göstermektedir. Geçmişi 150 yıla dayanan otomotiv endüstrisi, Dünya'da karbon salınımı miktarını azaltmak için hedefler belirlemiştir. Otomotiv sektörü belirlenen hedeflere ulaşmak için, çevre dostu olan elektrikli araçlara geçişi hızlandırmıştır. Günümüzde ortalama bir elektrikli aracın menzili 400 km civarında olup, yakıt kullanımını etkileyecek faktörlerin etkisiyle menzilin değişiklik göstereceği bilinmektedir. 
Elektrikli araçların yeterince tercih edilmemesinin sebebi, sürücünün uzun yolculuklarda menzil endişesi duymasıdır. Doğru konumlandırılmış şarj istasyonları elektrikli araç sürücülerin sadece şehir içi değil, şehirlerarası yolculuklarda da elektrikli araç kullanmasını teşvik eder. Elektrikli araç kullanımının artmasıyla doğru orantılı bir şekilde elektrikli araç şarj istasyonu sayısı da artacaktır. Mevcut elektrikli araç şarj istasyonları, elektrikli araç kullanımının artmasıyla yetersiz kalacaktır. Coğrafi Bilgi Sistemleri (CBS), yer seçimi ve yer seçimi analizi gibi çok ölçütlü karar verme sürecinde araç olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada elektrikli araç şarj istasyonu (EAŞİ) seçiminde uzun yolculuklar senaryosu üzerinden, önceki akademik çalışmalardan esinlenerek uygun yer seçimi yapılmıştır. Bu seçim yapılırken bilimsel çalışmalarda kullanılan ölçütler değerlendirilmiştir. Belirlenen ölçütler, Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP) ile ağırlıklandırılmıştır. Ağırlıklandırılan ölçütler ile yer seçimi modeli oluşturulmuştur.
Kullanılan CBS yazılımı ile EAŞİ yer seçimi sürecinin modellenmesi amaçlanmıştır. Modellenen bu sürecin uygulanabilmesi amacıyla bu çalışmada, çalışma alanı olarak Adana-Antalya arasındaki otoyollar ve devlet yolları güzergâh olarak seçilmiştir. 
Yol, Türkiye'nin güneyinde bulunan 3 ili (Adana, Mersin, Antalya) kapsamaktadır. Yapılan diğer çalışmalarda genellikle Türkiye'nin 2 büyük şehri olan İstanbul ve Ankara ele alınmaktadır. Bu çalışma ise önemli hâle gelecek diğer büyük şehirlerin yapılandırılmasına ön hazırlık sağlamaktadır. TÜİK 2022 yılı verilerine göre Türkiye'de toplam araç dağılımın; %2.7'sini Adana, %5.4'ünü Antalya ve %2.5'ini Mersin oluşturmaktadır.
Dünya gündeminde olan savaş (Ukrayna ve Rusya) ve 6 Şubat 2023'te meydana gelen deprem felaketi seçilen konumun ulusal ve uluslararası durumlarda da göç aldığını göstermektedir.  Artan nüfusun etkisiyle kullanılan araç sayısının da artacağı öngörülmektedir. 
EAŞİ yer seçimi sorununun çözümü noktasında belirlenen standartlar ve literatür taramasına göre yer seçimini etkileyen ölçütler belirlenir. Belirlenen ölçütler kullanılacak senaryoya göre değişiklik gösterir. Uzun mesafeli yolculukları konu alan bu çalışmada; trafik yoğunluğu, arazi eğimi ile sosyal alanlara, trafo merkezine, orman alanlarına, su kütlelerine, kavşaklara, akaryakıt istasyonlarına ve hâlihazırda hizmet veren "mevcut" EAŞİ'lere olan mesafeler çalışma alanında dikkate alınan devlet yolu ve otoyol güzergâhlarının EAŞİ kurulumuna uygunluklarını belirlemede temel ölçütler olarak kullanılmıştır. Bu kapsamda belirlenen ölçütler konu ilgili yapılmış, saygın hakemli bilimsel dergilerde yayınlanmış, mevcut çalışmalar dikkate alınarak AHP yöntemiyle ağırlıklandırılmıştır. EAŞİ kuruluma uygunluk değerlendirmesini yapan CBS tabanlı bir model oluşturularak çalışma kapsamında dikkate alınan ölçütlere konu veriler ile çalıştırılmıştır. Çalışmanın bu aşamasının sonucunda çalışma alanınde yer alan devlet ve otoyol güzergâhlarının EAŞİ kurulumuna uygunluğu belirlenmiştir. Çalışmanın bir sonraki adımında ise model sonucunda EAŞİ kurulumuna "en uygun" olarak önerilen 9 adet alanların olası bir EAŞİ yatırımı için öncelik sıralaması TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Tüm bunlara ek olarak bu çalışma seçili güzergahlarda henüz EAŞİ kurulumu yapılmamış uzun mesafeli yol parçaları belirlenerek, bu alanlar güzergahların diğer kısımlarındaki mevcut EAŞİ sayıları dikkate alındığında öncelikli kurulum gerektiren kısımlar olarak vurgulanmışlardır.
Bu çalışma Adana-Antalya arasındaki otoyol ve devlet yollarında mevcut EAŞİ'ler göz önünde bulundurularak olası yeni şarj istasyonları için yer seçim analizi yapmayı amaçlamıştır. Çalışma kapsamında sürdürülebilir çevre için kullanımı yaygınlaşmakta olan elektrikli araçların şarj istasyonları kurulacak alanların belirlenmiştir. Bu durumda çalışma için iki alternatif hipotez belirlenmiş ve bu hipotezler test edilmiştir. İlk hipotezde AHP yöntemi kullanılarak literatür taramaları sonucu elde edilen ölçütler değerlendirilmiştir. Elde edilen analiz sonucu CBS tabanlı bir model oluşturularak haritalanmıştır. Elde edilen uygunluk yöntemi bir diğer hipotez olan TOPSIS yöntemiyle derecelendirilmiştir. Elde edilen analiz sonuçları doğrultusunda her iki hipotezin de yer seçim sürecinde uygulanabilirliği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Today's problem, carbon emissions, is getting more and more serious day by day. People are searching for a sustainable future. They have turned to renewable energy sources instead of fossil fuels. Recent studies show that the majority of carbon emissions are generated by the transportation sector. The automotive industry, which dates back to 150 years, has set targets to reduce the amount of carbon emissions in the world. The automotive industry has accelerated the transition to environmentally friendly electric vehicles in order to achieve the determined targets. Electric vehicles; They are both economical and environmentally friendly vehicles with many benefits such as reducing carbon emissions, fossil fuel use and air pollution, and less noise. Today, the range of an average electric vehicle is around 400 km, and it is known that it will change with the effect of factors that will affect fuel use.
Although the use of electric vehicles increases every year, electric vehicles still have not reached the desired popularity. One of the reasons why electric vehicles are not preferred enough is that the driver has range concerns on long journeys. Correctly positioned charging stations encourage electric vehicle drivers to use electric vehicles not only in the city but also in intercity journeys. Layout planning of charging stations is important in terms of meeting driver expectations and the social and economic effects of electric vehicles.
The number of electric vehicle charging stations will increase in direct proportion to the increase in the use of electric vehicles. Existing electric vehicle charging stations will be insufficient as the use of electric vehicles increases. In addition, incorrectly selected locations pose a significant obstacle to the spread of electric vehicles in many countries. The location of electric vehicle charging stations contributes to long-term sustainable urban development. For this reason, it is very important that electric vehicle charging stations are placed in the existing transportation network in the most appropriate way.
The aim of this study is to propose an approach that integrates Geographic Information System (GIS) techniques and Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods to find suitable locations for electric vehicle charging stations. Geographic Information Systems (GIS) are used as a tool in the multi-criteria decision-making process such as site selection and site selection analysis. In this study, a suitable location was chosen based on the long journey scenario, inspired by previous academic studies, in the selection of electric vehicle charging stations. While making this selection, the criteria used in scientific studies were evaluated. The determined criteria were weighted with the Analytical Hierarchy Process (AHP) found by Saaty. A site selection model was created with weighted criteria.
With the GIS software used, it is aimed to model the electric vehicle charging station location selection process. In order to apply this modeled process, in this study, highways and state roads between Adana-Antalya were chosen as the study area. These cities also have connection roads with other cities. The journey of the drivers who started their journey at the entrance of Adana until the exit of Antalya was determined as a scenario.
The road used in the study area covers 3 provinces (Adana, Mersin, Antalya) in the south of Turkey. According to TUIK 2022 data, Adana is the 7th largest city in terms of population density, Mersin is the 11th and Antalya is the 5th largest city. Again, the total vehicle distribution to the TUIK 2022 data; Adana constitutes 2.7%, Antalya 5.4% and Mersin 2.5%.
In other studies, Istanbul and Ankara, which are the two largest cities of Turkey, are generally discussed. This study provides a preliminary preparation for the structuring of other big cities that will become important after them. Thus, companies that will establish electric vehicle charging stations will have information about the route and will be able to evaluate the proposed areas as a result of the study.
The war on the world agenda (Ukraine and Russia) and the great earthquake in Turkey on February 6, 2023 show that the chosen location also receives immigration in national and international situations. It is predicted that the number of vehicles used will increase with the effect of the increasing population. With the increase in the number of vehicles, it is thought that the number of electric vehicles, which is today's technology, will also increase. The increase in the use of electric vehicles will also bring some problems. The most important problem is thought to be the positioning of charging stations for electric vehicles.
The criteria affecting the location selection are determined according to the standards, expert opinions and literature review at the point of solving the problem of electric vehicle charging station location selection. The determined criteria vary according to the scenario to be used. In this study, which is about long-distance journeys, 3 main and 9 sub-criteria were used. The first main criterion; geographical features and its sub-criteria are slope, distance to forest areas and distance to water bodies. A low slope is important as it will reduce the cost of the area where the charging station will be installed. Electric vehicle charging station installation may adversely affect water resources and forests, so it is considered as a sub-criteria and weighted as it should be far from these areas. The second main criterion is determined as energy; The sub-criteria are the distance to the substation, the distance to the existing electric vehicle charging stations and the distance to the gas stations. Considering the energy need of the charging station, it should be close to the transformer centers. It helps in determining the appropriate location by taking into account the existing electric vehicle charging station. Since gas stations are built in accordance with the existing infrastructure and hybrid vehicles use petroleum products, they are selected and weighted as criteria. Urban characteristics were determined as the last main criterion. As its sub-criteria, distance to intersections, traffic density and distance to facilities were used as criteria. Junctions show connections to other roads. Traffic density indicates how busy the area is. It is seen as an important criterion for the supply-demand relationship. In addition, considering the waiting times of the driver during charging, the distance to the facilities is shown as a criterion and weighted. The determined criteria were weighted by the AHP method. According to this weighting; urban features were determined as the most important main criteria, then energy and finally environmental features. Among the urban features, traffic density was determined as the most important criterion with a rate of 41%. The site selection model was created using GIS software with the determined weights. The findings demonstrate the usefulness of the proposed approach and highlight its usefulness as a decision support tool. On the road route determined as a result of the study, the most suitable places for the installation of electric vehicle charging stations were proposed. The most suitable areas from the suggested places were graded with the TOPSIS method. The combination of AHP, TOPSIS and GIS used in this study can help experts evaluate the service of the charging station.
This study aimed to make a site selection analysis for possible new charging stations by considering the existing electric vehicle charging stations on the highway and state roads between Adana and Antalya. Within the scope of the study, the areas where charging stations will be established for electric vehicles, which are being used for a sustainable environment, have been determined. In this case, two alternative hypotheses were determined for the study and these hypotheses were tested. In the first hypothesis, the criteria obtained as a result of literature reviews were evaluated using the AHP method. The result of the analysis was mapped by creating a GIS-based model. The obtained fit method was graded with the TOPSIS method, which is another hypothesis. In line with the analysis results obtained, it was concluded that both hypotheses could be applied in the site selection process.