Elektrikli bisiklet paylaşım sistemlerinde yeniden dengeleme problemi için çözüm yaklaşımları
Solution approaches for the rebalancing problem in electric bike sharing systems
- Tez No: 1005997
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ KEÇECİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Başkent Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda artan kentleşme, trafik sıkışıklığı ve çevresel sürdürülebilirlik kaygıları, bireysel araç kullanımına alternatif ulaşım çözümlerinin geliştirilmesini zorunlu kılmıştır. Bu bağlamda, otomobil, bisiklet ve scooter gibi farklı taşıt türlerini kapsayan taşıt paylaşım sistemleri, esnek kullanım yapıları ve düşük çevresel etkileri sayesinde sürdürülebilir kentsel ulaşımın temel bileşenlerinden biri hâline gelmiştir. Taşıt paylaşım sistemleri içerisinde elektrikli bisiklet paylaşım sistemleri (e-BPS), pedal destekli yapıları sayesinde kullanıcıların daha uzun mesafeleri daha az fiziksel eforla kat edebilmesine olanak tanıması, farklı kullanıcı profillerine hitap etmesi ve toplu taşıma sistemlerini tamamlayıcı bir rol üstlenmesi bakımından öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, e-BPS'lerin etkin biçimde işletilebilmesi, kullanıcı taleplerinin mekânsal ve zamansal dengesizliğinden kaynaklanan operasyonel sorunların giderilmesine bağlıdır. İstasyonlar arasında oluşan bisiklet dengesizlikleri ve batarya değişim ihtiyaçları, sistemin hizmet seviyesini düşürmekte ve yeniden dengeleme operasyonlarını kaçınılmaz kılmaktadır. Literatürde yeniden dengeleme problemleri, gelişim süreçlerine göre sınıflandırıldığında; yalnızca bisiklet taşımayı ele alan ilk nesil yaklaşımların, kullanıcı davranışlarını ve operasyonel kısıtları dikkate alan ikinci nesil çalışmalara evrildiği görülmektedir. Günümüzde ise batarya yönetimi, heterojen araç filoları ve çok amaçlı karar yapıları gibi unsurları içeren üçüncü nesil yeniden dengeleme problemleri ön plana çıkmaktadır. Bu problemler, büyük boyutlu ve NP-zor yapıları nedeniyle hem modelleme hem de çözüm açısından önemli zorluklar içermektedir. Bu tezde, elektrikli bisiklet paylaşım sistemleri için Heterojen Araçlı Statik Tam Yeniden Dengeleme Problemi (e-HSTYDP) ele alınmış ve problem, batarya değişim operasyonlarını da içerecek şekilde bütünleşik bir çerçevede modellenmiştir. Toplam dengeleme süresini ve toplam operasyonel maliyeti enazlamayı hedefleyen iki farklı amaç fonksiyonunun dikkate alındığı karma tamsayılı doğrusal programlama modelleri geliştirilmiştir. Modelleri sıkılaştırmak amacıyla sırt çantası (knapsack) tabanlı kapasite geçerli eşitsizliği önerilmiş ve bu eşitsizliğin çözüm süresi ile optimalite üzerindeki etkileri ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Büyük ölçekli problem örneklerinde kesin çözüm yöntemlerinin yetersiz kalması nedeniyle, sezgisel ve metasezgisel bir çözüm yaklaşımı geliştirilmiştir. Bu kapsamda, Clarke–Wright tasarruf algoritması ile başlangıç çözümleri üretilmiş ve bu çözümler, probleme özgü tasarlanan tavlama benzetimi algoritması ile iyileştirilmiştir. Algoritma parametreleri, 3^k faktöriyel deney tasarımı kullanılarak belirlenmiştir. Önerilen yöntemler, 83 test probleminden oluşan kapsamlı bir veri seti üzerinde değerlendirilmiş ve elde edilen sonuçlar, geliştirilen metasezgisel yaklaşımın özellikle büyük ölçekli problemlerde yüksek kaliteli ve ölçeklenebilir çözümler üretebildiğini göstermiştir. Bu tez, üçüncü nesil yeniden dengeleme problemlerini ele alan bütünleşik modelleme ve çözüm yaklaşımıyla, elektrikli bisiklet paylaşım sistemlerinin etkin ve sürdürülebilir biçimde işletilmesine yönelik literatüre önemli katkılar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In recent years, increasing urbanization, traffic congestion, and environmental sustainability concerns have necessitated the development of alternative transportation solutions to private vehicle usage. In this context, vehicle sharing systems—including automobiles, bicycles, and scooters—have become one of the fundamental components of sustainable urban mobility due to their flexible usage structures and low environmental impact. Among these systems, electric bicycle sharing systems (e-BSSs) stand out by enabling users to travel longer distances with less physical effort through pedal-assisted mechanisms, appealing to diverse user profiles, and serving as a complementary mode to public transportation networks. However, the effective operation of e-BSSs depends on mitigating operational challenges arising from spatial and temporal imbalances in user demand. Imbalances in bicycle and battery availability across stations reduce service levels and make rebalancing operations inevitable. When rebalancing problems are classified according to their developmental stages, the literature shows an evolution from first-generation approaches focusing solely on bicycle rebalancing to second-generation studies incorporating user behavior and operational constraints. Recently, third-generation rebalancing problems—integrating battery management, heterogeneous vehicle fleets, and multi-objective decision structures—have gained prominence. Due to their high dimensionality and NP-hard nature, these problems pose significant challenges in both modeling and solution methodologies. In this dissertation, the Static Complete Rebalancing Problem with Heterogeneous Vehicles for Electric Bicycle Sharing Systems (e-SCRPH) is addressed, and the problem is modeled within an integrated framework that explicitly incorporates battery replacement operations. The mixed-integer linear programming models are developed considering with the objectives of minimizing make-span of the rebalancing fleet and total operational cost. To tighten of the proposed models, a knapsack-based capacity valid inequality is introduced, and its impact on solution time and optimality is analyzed in detail. Since the exact solution methods become insufficient for large-scale problem instances, a heuristic and metaheuristic solution approach is proposed. In this framework, initial solutions are generated using the Clarke–Wright savings algorithm and subsequently improved through a problem-specific simulated annealing algorithm. The algorithm parameters are determined using a 3^k factorial experimental design. The proposed methods are evaluated on a comprehensive dataset consisting of 83 test instances, and the results demonstrate that the developed metaheuristic approach is capable of producing high-quality and scalable solutions, particularly for large-scale problems. Overall, this dissertation makes significant contributions to the literature by offering an integrated modeling and solution framework for third-generation rebalancing problems, supporting the efficient and sustainable operation of electric bicycle sharing systems.
Benzer Tezler
- Analysis of e-bike charging station locations: Case of Kadıköy, Istanbul
E-bisiklet şarj istasyonu konumlarının analizi: Kadıköy, İstanbul örneği
SERRA GARİPAĞAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ BERK ÇELİKOĞLU
- Elektrikli bisiklet paylaşım ve şarj istasyonları için CBS tabanlı çok kriterli karar verme uygulaması
GIS based multi criteria decision making application for electric bicycle sharing and charging stations
GULABUDDIN NAZARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Jeodezi ve FotogrametriOndokuz Mayıs ÜniversitesiHarita Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AZİZ ŞİŞMAN
- Tek değişkenli ve çok değişkenli zaman serisi modelleriyle elektromobilite alanında tahminleme
Forecasting in the field of electromobility using univariate and multivariate time series models
RANA BEDİR URFALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKonya Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERSİN KAYA
- Elektrikli bisiklet yaralanmalarında travma ciddiyetinin değerlendirilmesi
Evaluation of trauma severity in electric bicycle injuries
RECEP KEMAL SOYLU
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2024
Acil TıpSağlık Bilimleri ÜniversitesiAcil Tıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TANER ŞAHİN
- Elektrikli bisiklet ve motorsiklet kazalarında erişkin tipi dikkat eksikliği ve hiperaktivite/dürtüsellik bozukluğu (DEHB) ilişkisinin değerlendirilmesi
Evaluation of the relationship between adult-type attention deficit and hyperactivity/impulsivity disorder (ADHD) in electric bicycle and motorcycle accidents
DOĞANCAN ORHAN GÜLBAHAR