Mekansal karar destek sistemi ile doğal gaz acil müdahale istasyonu yerlerinin belirlenmesi: İstanbul örneği
Determination of natural gas emergency response station locations with the spatial decision support system: The case of İstanbul
Yazar: MEHMET ŞERİF SARIKAYA
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA YANALAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Geomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Geomatik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Jeodezi ve Fotogrametri = Geodesy and Photogrammetry
Dizin: Coğrafi bilgi sistemleri = Geographical information systems ; Karar destek sistemleri = Decision support systems

Özet:
Enerji, yaşam döngüsünün devamı için hayati öneme sahiptir. Canlılar için temel ihtiyaç olan enerji günlük hayattaki fonksiyonların yerine getirilmesi açısından da büyük rollere sahiptir. Hayatımızın birçok alanında farklı enerji kaynaklarından yararlanmaktayız. Temelde iki ana enerji kaynağı kullanılmaktadır. Birincisi fosil yakıtlar olarak bilinen yenilenemeyen ve sınırlı miktarda olan petrol, doğal gaz, kömür ve nükleer gibi yenilenemeyen enerji kaynakları. Diğeri ise doğal kaynaklardan elde edilen ve kendi kendini yenileyen rüzgar, güneş, jeotermal ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Günümüzde ise kullanılan enerjinin büyük bir çoğunluğu fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. 
Fosil yakıtlar arasında en düşük karbon emisyonuna sahip olan doğal gaz, hava kirliliği ile mücadelede ve sağlıklı bir çevrenin sürdürülebilir olması açısından önemli bir enerji kaynağıdır. Yüksek enerji yoğunluğu ve nispeten düşük maliyetli olan doğal gaz birçok enerji türüne göre daha çok tercih edilmektedir. Elektrik üretimi, ısıtma, sıcak su, araç yakıtı ve pişirme gibi temel ihtiyaçları karşılayabilen, konutlarda ve sanayide geniş kullanım alanı olan doğal gaz önemli avantajlar sağlamaktadır. Özellikle gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerin şehirleşme ve sanayileşme süreçlerine ciddi katkılar sunan doğal gaz toplumlar için önemli bir enerji kaynağı olmuştur. 
Doğal gaz renksiz, kokusuz ve havadan daha hafif olan yanıcı bir gazdır. Sızıntı durumlarında ortamdaki oksijenin yerini doğal gaz alması ve yüksek konsantrasyonlarda solunması sonucunda boğulmaya ve ölümlere sebep olabilir. Son kullanım noktasında doğal gaz cihaz ve sistemlerinin hatalı kurulumu ya da ortamdaki havalandırma eksikliği nedeniyle doğal gazın tam yanmaması karbonmonoksit zehirlenmelerine yol açar. Doğal gazın yanıcı ve patlayıcı bir gaz olmasından dolayı kullanımında bazı teknik emniyetlerin alınması gereklidir. Doğal gazın çıkarılmasında, taşınmasında ve tüketiciye ulaştırılmasındaki tüm süreçlerde alınan güvenlik önlemleri ile kaza riskleri en düşük seviyede tutulabilmektedir. Güvenli doğal gaz kullanımının sürekliliğini sağlamak için gaz şirketleri ulusal ve uluslararası acil durum planlarını uygulamaktadırlar. 
Acil durumlarda, doğal gaz kullanıcılarına güvenli ve en az kesintili doğal gaz arzı sağlamak için hızlı ve etkin bir şekilde müdahale etmeye hazır doğal gaz acil müdahale ekiplerine ihtiyaç vardır. Bu nedenle, can ve mal güvenliğini korumak adına acil durum ihbarlarına müdahale etmek, doğal gaz acil müdahale ekipleri için en yüksek önceliğe sahiptir. Bu noktada gaz şirketleri tarafından oluşturulan doğal gaz acil müdahale istasyonları tarafından, olası acil durumlarda gerekli eylem planlarının uygulanması, son kullanıcı ve kamu kurumları ile koordinasyon ve doğal gaz hizmetinin devamlılığı sağlanır. 7/24 çalışan doğal gaz acil müdahale istasyonları gerekli teknolojik ekipmanları ve doğal gaz konusunda yetkin acil durum uzmanlarını bünyesinde bulundurmaktadırlar. Bu istasyonlar oluşabilecek krizleri kontrol altına alınmasında ve doğal gaz ihbarlarına en kısa sürede müdahale ulaşılmasında kritik bir rol oynamaktadırlar.
Doğal gaz aboneleri tarafından 7/24 doğal gaz acil hatlarına ihbarlar bildirilmekte. Doğal gaz acil müdahale istasyonlarının konumuda, doğal gaz ihbarlarına zamanında müdahale edilmesi ve olası can/mal kayıpların azaltılması açısından kritik öneme sahiptir. Özellikle nüfus ve trafik yoğunluğunun yüksek olduğu büyükşehirlerde doğal gaz acil müdahale istasyonlarının doğru konumlandırılması gerekir.  
İstanbul ili 6.5 milyon üzerinde doğal gaz abonesine ve yılda 200.000'in üzerinde doğal gaz ihbarına sahiptir. Acil doğal gaz ihbarlarına 15 dakika içerisinde müdahale edilmesi gerekliliği ve yoğun trafik koşulları İstanbul ilindeki doğal gaz acil müdahale istasyonlarının dağılımlarını ve yer seçimlerini daha önemli bir noktaya taşımıştır.  Bu tez çalışmasında, İstanbul'da doğal gaz acil ihbar çağrılarına en hızlı şekilde cevap verebilecek hizmet standartlarına ulaşmasını sağlamak amacıyla doğal gaz acil müdahale istasyon yer seçimi için bir mekansal karar destek sistemi geliştirilmiştir.
Çalışmanın ilk aşamasında, İstanbul'daki mevcut 32 doğal gaz acil müdahale bölgesinde yer alan 36 istasyonun dağılımı ve çalışma alanları incelenmiştir. 36 istasyonun kendi çalışma bölge sınırları içindeki 15 dakikalık kapsama alanları çıkarılmış ve konumlarının yeterliliği analiz edilmiştir. CBS'de gerçekleştirilen ağ analizi sonucunda mevcut 26 doğal gaz acil müdahale istasyonunun geniş çalışma alanı, trafik yoğunluğu veya konumları nedeniyle 15 dakika içerisinde ihbarlara müdahale etmede yetersiz kaldığı anlaşıldı. İstanbul Büyükşehir bölgesindeki doğal gaz hatlarının %70,04'ünün ve doğal gaz abonelerinin %91,03'ünün mevcut 36 istasyonun 15 dakikalık hizmet alanı içinde olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Bu sonuçlar neticesinde İstanbul ilinde yeni doğal gaz acil müdahale istasyonlarının açılması ihtiyacı ortaya çıkmıştır.  
Çalışmanın ikinci aşamasında, doğal gaz acil müdahale istasyonlarının yer seçimi probleminin çözümünü kolaylaştırmak için literatürdeki acil müdahale merkezleri yer seçimi, doğal gaz güvenlik çalışmaları ve ulusal doğal gaz acil müdahale planları incelenerek yedi ana yer seçim kriteri önerilmiştir. Bu çalışma kapsamında doğal gaz acil müdahale istasyonları için ilk kez yer seçim kriterleri önerilmiştir. Doğal gaz abone yoğunluğu, doğal gaz ihbar yoğunluğu, doğal gaz hatlarına yakınlık, ana yollara yakınlık, pazarlara uzaklık, mevcut doğal gaz acil müdahale istasyonlarına uzaklık ve RMS-B istasyonlara yakınlık olmak üzere 7 kriter belirlenmiştir. Vektör veri formatında olan bu kriterler raster veri formatına dönüştürülerek mekansal analiz için uygun hale getirilmiştir. 
Çalışmanın üçüncü aşamasında, doğal gaz acil müdahale uzmanları eşliğinde çok kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan bulanık analitik hiyerarşi prosesi (BAHP) kullanılarak yedi kriterin ağırlıklandırılması yapılmıştır. Ağırlıklandırma sonrası CBS'nin ağırlıklı bindirme mekansal analiz aracı kullanılarak doğal gaz acil müdahale istasyonları için ilk yer seçim analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda 12 yeni doğal gaz acil müdahale istasyonu açılması önerilmiştir. İkinci yer seçimi analizinde mülkiyeti gaz dağıtım şirketinde olmayan 22 istasyon analiz dışında tutularak tekrardan çalışma yapılmıştır. Bu analiz sonucunda da mülkiyeti gaz dağıtım şirketinde olan 14 istasyona ek olarak 31 yeni istasyon açılması önerilmiştir. Her iki yer seçim analizinde önerilen istasyon lokasyonların büyük oranda birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür.
Çalışmanın son aşamasında, ilk yer seçim çalışmasında önerilen 12 ve mevcut 36 doğal gaz acil müdahale istasyonu için yeniden CBS'nin ağ analizi fonksiyonu kullanılarak 15 dakikalık yanıt süresi içindeki kapasam alanındaki değişikler analiz edildi. Analiz sonucunda İstanbul ilindeki doğal gaz şebekesine erişebilirlik oranı %83,86'ya, doğal gaz abonesine erişebilirlik oranı %96,27'ye yükselmiştir.
Yer seçimi planlamasında doğal gaz acil müdahale istasyonların mekânsal etkinliği, mekânsal erişilebilirliği ve ilgili yer seçimi kriterleri bütüncül olarak ele alınmıştır. Bu çalışma ile ilk defa doğal gaz acil müdahale istasyonları için yer seçimi çalışması yapılmış ve literatüre önemli bir katkı sağlanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında, mevcut doğal gaz acil müdahale istasyonların yeterliliğini ve hizmet alanı kapsamını dikkate alan CBS-BAHP tabanlı bir mekânsal karar destek sistemi önerilmiştir. Elde edilen sonuçlar sonrasında kullanılan mekânsal karar destek sisteminin uygun istasyon yerlerinin seçiminde kullanılmaya değer olduğu görülmüştür.

Abstract:
Energy is vital for the continuation of the life cycle. Energy, which is the basic need for living things, also has excellent roles in terms of fulfilling functions in daily life. We benefit from different energy sources in many areas of our lives. Basically, two primary energy sources are used. The first is the non-renewable and limited amount of non-renewable energy sources known as fossil fuels, such as oil, natural gas, coal, and nuclear. The other is renewable energy sources such as wind, solar, geothermal, and hydroelectric, which are obtained from natural resources and are self-renewing. Most of the energy used in the world today comes from fossil fuels.
Natural gas, which has the lowest carbon emission among fossil fuels, is an important energy source in terms of combating air pollution and maintaining a healthy environment. Natural gas, which has high energy density and relatively low cost, is preferred more than many types of energy. Natural gas, which can meet basic needs such as electricity generation, heating, hot water, vehicle fuel, and cooking, and which has a wide usage area in residences and industry, provides significant advantages. Natural gas has been an important source of energy for societies, which has contributed significantly to the urbanization and industrialization processes of specially developed and developing countries.
Natural gas is a colorless, odorless, and flammable gas that is lighter than air. In case of leakage, natural gas replaces the oxygen in the environment and can cause suffocation and death as a result of breathing in high concentrations. Incomplete combustion of natural gas due to faulty installation of natural gas devices and systems at the end-use point or lack of ventilation in the environment leads to carbon monoxide poisoning. Since natural gas is a flammable and explosive gas, it is necessary to take some technical safety precautions in its use. The risks of accidents can be kept at the lowest level with the security measures taken in all processes of the extraction, transportation, and delivery of natural gas to the consumer. To ensure the continuity of safe natural gas use, gas companies implement national and international emergency plans.
In emergencies, natural gas emergency response teams are needed, ready to respond quickly and effectively to provide natural gas users with a safe and minimally interrupted supply of natural gas. Therefore, responding to emergency notifications in order to protect life and property safety has the highest priority for natural gas emergency responders. At this point, natural gas emergency response stations established by gas companies ensure the implementation of necessary action plans in case of emergency, coordination with end users and public institutions, and continuity of natural gas service. The natural gas emergency response stations, which operate 24/7, have the necessary technological equipment and emergency experts who are competent in natural gas. These stations play a critical role in taking possible crises under control and in responding to natural gas notifications as soon as possible.
Notifications are made to the natural gas emergency lines 24/7 by natural gas subscribers. The location of natural gas emergency response stations is of critical importance in terms of timely response to natural gas notifications and reducing possible loss of life/property. Especially in metropolitan cities where population and traffic density are high, natural gas emergency response stations must be correctly positioned.
The province of Istanbul has over 6.5 million natural gas subscribers and over 200,000 natural gas notifications per year. The necessity of responding to emergency natural gas notifications within 15 minutes and heavy traffic conditions brought the distribution and location selection of natural gas emergency response stations in Istanbul to a more important point. In this thesis, a spatial decision support system has been developed for natural gas emergency response station location selection in order to ensure that Istanbul reaches the service standards that can respond to natural gas emergency calls in the fastest way.
In the first stage of the study, the distribution and working areas of 36 stations in 32 existing natural gas emergency response zones in Istanbul were examined. The 15-minute coverage areas of 36 stations within their own working region boundaries were extracted and the adequacy of their locations was analyzed. As a result of the network analysis performed in GIS, it was understood that the existing 26 natural gas emergency response stations were insufficient to respond to the notifications within 15 minutes due to their large working area, traffic density, or their location. It has been concluded that 70.04% of natural gas lines and 91.03% of natural gas subscribers in the Istanbul Metropolitan region are within the 15-minute service area of 36 existing stations. As a result of these results, the need to open new natural gas emergency response stations in Istanbul has emerged.
In the second stage of the study, in order to facilitate the solution of the natural gas emergency response stations location selection problem, seven main location selection criteria were proposed by examining the emergency response centers location selection, natural gas safety studies, and national natural gas emergency response plans in the literature. In this study, site selection criteria for natural gas emergency response stations are proposed for the first time. 7 criteria were determined as natural gas subscriber density, natural gas notification density, proximity to natural gas lines, proximity to main roads, distance to markets, distance to existing natural gas emergency response stations, and proximity to RMS-B stations. These criteria, which are in vector data format, have been converted to raster data format and made suitable for spatial analysis.
In the third stage of the study, seven criteria were weighted by using the fuzzy analytical hierarchy process (FAHP), which is one of the multi-criteria decision-making methods, accompanied by natural gas emergency response experts. After the weighting, the first site selection analysis for natural gas emergency response stations was performed using the weighted overlay tool of GIS. As a result of the analysis, it was suggested to open 12 new natural gas emergency response stations. In the second site selection analysis, 22 stations that are not owned by the gas distribution company were excluded from the analysis and the study was conducted again. As a result of this analysis, it is suggested to open 31 new stations in addition to the 14 stations owned by the gas distribution company. It was seen that the suggested station locations in both site selection analyzes were largely compatible with each other.
In the final phase of the study, the changes in the coverage area within the 15-minute response time were analyzed again using the network analysis function of the GIS for the 12 proposed and 36 existing natural gas emergency response stations in the first site selection study. As a result of the analysis, the rate of accessibility to the natural gas network in Istanbul increased to 83.86%, and the rate of accessibility to natural gas subscribers to 96.27%.
In site selection planning, the spatial efficiency, spatial accessibility, and relevant site selection criteria of natural gas emergency response stations are considered holistically. With this study, a site selection study for natural gas emergency response stations was made for the first time and an important contribution was made to the literature. Within the scope of this thesis, a GIS-FAHP based spatial decision support system has been proposed, which takes into account the adequacy of existing natural gas emergency response stations and the scope of the service area. After the results were obtained, it has been seen that the spatial decision support system used is worth using in the selection of suitable station locations.