Sinyalize kavşaklar için optimizasyon tabanlı trafik yönetim modeli

Abstract

Karayollarındaki sinyalize kavşaklarda meydana gelen zaman kayıpları, yakıt tüketimleri, egzoz emisyonları ve gürültü kirlilikleri; psikolojik, ekonomik ve çevresel birçok probleme sebep olabilmektedir. Karşılaşılabilecek olası problemler ise yalnızca, doğru ve sürdürülebilir kavşak denetim yaklaşımları ile en aza indirilebilir. Bu yüzden, özellikle son 25-30 yıldır, tüm dünyada, optimizasyon tabanlı trafik yönetimi ile ilgili çalışmalara ve araştırmalara ağırlık verilmiştir. Bu çalışmada da, sinyalize kavşakların performanslarının arttırılması ve hizmet düzeylerinin iyileştirilmesi amacıyla, kavşaktaki ortalama taşıt gecikmelerinin minimize edilmesini hedefleyen Sinyal süresi ve Faz planı Optimizasyonu Tabanlı yeni bir kavşak Denetim modeli “SFOTD” geliştirilmiştir. Geliştirilen modelde, sinyal süreleri ve faz planı eşzamanlı olarak Diferansiyel Gelişim Algoritması kullanılarak optimize edilmiştir. Ayrıca, modelde, sinyal süreleri ve faz planı belirli periyodlar ile güncellenerek, modelin trafik taleplerine duyarlı bir şekilde işletilmesi sağlanmıştır. Çalışma kapsamında, öncelikli olarak, geliştirilen modelin etkinliğinin test edilmesi amacıyla, üç kollu ve dört kollu sinyalize kavşak için kavşak toplam trafik hacimlerinin birbirlerinden farklı olduğu 42 adet trafik hacim senaryosu oluşturulmuştur. Daha sonra, her bir senaryo, Optimum Sabit Zamanlı Denetim (OSZD), Trafik Uyarmalı Denetim (TUD) ve Sinyal süresi ve Faz Optimizasyonu Tabanlı Denetim (SFOTD) modelleri göz önünde bulundurularak, VISSIM simülasyon programında ayrı ayrı analiz edilmiştir. Son olarak ise her bir trafik senaryosu için, farklı denetim modelleri uygulanarak elde edilen ortalama taşıt gecikmeleri birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, üç kollu sinyalize kavşakta, geliştirilen model ile ortalama taşıt gecikmelerinin, OSZD modeline kıyasla ortalama %45, TUD modeline kıyasla ise ortalama %35 civarında azaltılabileceği belirlenmiştir. Buna ilave olarak, dört kollu sinyalize kavşakta ise, geliştirilen model ile ortalama taşıt gecikmelerinin, OSZD modeline kıyasla ortalama %30, TUD modeline kıyasla ise ortalama %15 civarında azaltılabileceği görülmüştür.

Higher levels of loss of time, fuel consumption, exhaust emission and noise pollution which occur at signalized intersections on highways can cause many psychological, economic and environmental problems. Possible problems that can be encountered can only be minimized by proper and sustainable intersection management approaches. Therefore, especially for the last 25-30 years, many scientists from all over the world have focused on the studies and researches related to optimization-based traffic management. In this study, in order to increase the performance and improve the level of service of signalized intersections, a new Signal timing and signal Phasing Optimization- based Traffic Management model “SPOTM” which aims to minimize the average vehicle delay at intersection is developed. In the proposed model, signal timing and signal phasing are optimized simultaneously using the Differential Evolution Algorithm. Besides, in this model, signal timings and signal phasing are updated with certain intervals continuously. Thus, it is provided that the model is operated as sensitive to traffic demands at intersection approaches. In the scope of the study, firstly, 42 traffic demand scenarios which have different total traffic volume from each other for both three-legged and four-legged signalized intersection are created for testing the effectiveness of the proposed model. Then, each scenario is analyzed with VISSIM simulation software considering Optimum Fixed Time Management (OFTM), Vehicle Actuated Management (VAM) and Signal timing and signal Phasing Optimization-based Traffic Management (SPOTM), separately. In the last step, for each scenario, the average vehicle delay values obtained by applying different types of intersection management model are compared with each other. As a result, for three-legged signalized intersection, it was determined that the average vehicle delay may be reduced by the rates of the average of 45% and 35% with the proposed model comparing to OFTM model and VAM model, respectively. In addition to this, for four-legged signalized intersection, it was seen that the average vehicle delay may be reduced by the rates of the average of 30% and 15% with the proposed model comparing to OFTM model and VAM model, respectively.