Urban transportation network design problem with sustainability considerations
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 397218
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN TÜRKAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Trafik sıkışıklığı ve şehir içi ulaşımdan kaynaklanan çevresel etkenler verimlilik, sağlık ve yaşam standardları üzerinde yarattıkları olumsuz etkiden dolayı günümüzde şehirlerde en önemli sorunlardan biri olarak kabul ediliyor. Gelişmekte olan ülkelerde senede yaklaşık olarak yarım milyon insan ulaşımdan kaynaklanan gaz salımını sebebiyle hayatlarını kaybetmekte, aynı zamanda trafik kazalarından da bir o kadar insan hayatını kaybetmektedir. Bu sebeplerden dolayı sürdürebilir bir ulaşım sistemi yaratılması günümüz şehirlerinde en önemli sorunlardan biri haline gelmiştir. Tezimde, şehirlerde daha sürdürebilir bir arazi kullanımı ve ulaşım sistemi için optimizasyon modeli ve çözüm algoritması geliştirmiş bulunmaktayım. Bu çalışmada, iki adet özgün stokastik iki amaçlı arazi kullanımı ve ulaşım optimizasyon modellemesi sürdürebilir bir ulaşım ağı yaratmak için sosyal, çevresel ve ekonomik etkenleri kapsayarak karbon monoksit salımını, trafik sıkışıklığı ve ulaşım masrafını minimuma indirmek amacıyla formule edilmiştir. Bu modellemede amaç, şehirde genişleyecek olan yerleşim alanlarını ve yolları belirlemektir. Şehirdeki ulaşım talebi trafik sıkışıklığı ve ulaşım masrafını belirleyen rastlantısal değişken olarak ele alınmaktadır. Trafik sıkışıklığının olasılığını çok değişkenli normal dağılım olarak hesaplamak için, kapalı formda bir ifade olarak Cholesky çarpanlara ayırma matrisi optimizasyon modeline kısıt olarak eklenerek formule edilmiştir. ϵ- kısıt metodu çok amaçlı optimizasyon probleminin çözülmesi için modele eklenmiştir. Bunlara ek olarak; arazi kullanımı, ulaşım ağı ve çevresel etkenler arasındaki ilişkiyi gösteren bazı yararlı kavramlar bulunmuştur. Önerilen modeller çok türlü varsayımlar düşünülerek geliştirilmiştir. Problem iki katmanlı optimizasyon modeli olarak formule edilmiştir. Alt katmanda, ulaşım modellemesi ulaşım masrafını minimuma inderme amacıyla modellenmiş ve üst katmanda karbon monoksit salımını ve trafik sıkışıklığını minimuma indirme amacıyla model geliştirilmiştir. Alt katmanda kapalı yapıda en iyileme ifadeleri Karush-Kuhn-Tucker (KKT) koşulları kullanılarak formule edilmiştir. Bu en iyileme koşulları üst katman probleminde kısıtlama olarak birleştirilerek tek katmanlı modelleme elde edilmiştir. Tek katmanlı bu model, iki amaçlı doğrusal olmayan karışık tam sayı programlama problemi (MINLP) olarak formule edilmiştir. Dışsal yakınsama ve ϵ- kısıt metodu temel alınarak oluşturulan kesin çözüm algoritması iki amaçlı MINLP problemini çözmek için uygulanmıştır. Geliştirilen modeller İstanbul, Türkiye için gaz salınımını ve aşırı akışı minimuma indirmek amacıyla uygulanmıştır. Gaz salınım miktarları her yoldaki trafik sıkışıklığının etkisinin gerçek ortalama hız değerleri üzerindeki etkisi dikkate alınarak fonksiyon olarak hesaplanmıştır. Bu çalışmada, 38 ayrı bölgenin ulaşım yapımı ve cazibesi ve 17663 ana yol her yoldaki şerit sayısı, uzunluk ve maksimum hız limiti şeklinde veriler modelleme için veri olarak kullanılmıştır. Tüm bu veriler başarılı bir şekilde işlenmiş ve modeller en iyilemeye uygun bir şekilde çözülmüştür. Optimizasyon modelinin sonuçları kapasite artırımınına uygun seçilen yolları ve eklenmesi gereken toplu taşıma taşıtlarını göstermektedir. Sonuçlar belli yolların gaz salınımı ve trafik sıkışıklığı üzerinde İstanbul için önemli etkisi olduğunu göstermektedir. Bunlara ek olarak bu yollardaki trafik sıkışıklığının ve kirliliğinin sebepleri analiz edilmiştir. Ayrıca, değişik akaryakıt tiplerinin gaz salınımı üzerindeki etkisi analiz edilmiştir. Bu çalışma İstanbul için mikro ölçekli ve trafikten doğan gaz salınımını analiz eden ilk optimizasyon modeli durumundadır. Ayrıca, bu tezde elektrikli araçlar için şarj istasyonlarının nereye konulması gerektiği ortaya çıkarılmıştır. Elektrikli araçların kattettiği mesafeyi (VMT) maksimuma çıkarmak ve elektrikli araç şarj talebini karşılamak için ulaşım modelleri dikkate alınarak optimizasyon modeli önerilmiştir. Formule edilmiş olan bu model Beijing, Çin için üç haftalık 11880 taksinin araç yörüngesi üzerine uygulanmıştır. Matematiksel modelleme GAMS ve Cplex programları kullanırak en iyi sonucu bulmak için formule edilmiştir. Matematiksel modellemeye uygun şekilde yapılması, veri dönüşümünün girilmesi ve Cplex ayarları büyük ölçekli veri dikkate alınarak yapılmıştır. 40 adet halka açık şarj istasyonunun yeri, model tarafından ortaya çıkan yeni en iyi yerleri ile değiştirildiği zaman yavaş ve hızlı şarj seçeneklerine göre elektrikli araçların kattettiği mesafe sırasıyla %59 ve %88 olarak artmıştır.
Özet (Çeviri)
Traffic congestion and environmental issues associated with transportation are considered to be serious problems faced by modern cities because of their negative effects on productivity, health and living conditions. Half a million people in developing countries die each year from transport-related air emissions, with a similar death toll from traffic accidents. Therefore, designing sustainable land use transportation systems is considered one of the most pressing issues faced by modern cities. In this dissertation, I develop optimization models and solution algorithms to design sustainable land use and transportation systems for urban regions to improve sustainability. In this study, two novel stochastic bi-objective land use and transportation optimization models are formulated to design a sustainable transportation network to minimize carbon monoxide emissions, traffic congestion, and travel costs: covering environmental, social, and economic aspects of sustainability. The goal is identifying the residential areas and roads in a city that should be expanded. Travel demand is considered as a random variable which affects the probability of traffic congestion and the travel cost. I formulate a closed form expression to calculate the Cholesky factorization matrix that is implemented as a set of constraints in the optimization model, to estimate the probability of traffic congestion by multivariate normal distribution. ϵ-constraint method is implemented to solve the multi-objective optimization problems. In addition, some useful insights on the relationship among land use, transportation network and environmental impact associated with them are found. The presented models are developed by considering a multi-modal assumption. The problem is formulated as a bi-level optimization problem. In the lower level, the transportation design problem is formulated to minimize traveler transportation costs and in the upper level I consider minimizing carbon monoxide emission and minimizing the probability of traffic congestion as the objective functions. I formulate the closed form optimality expressions of the lower level problem using Karush–Kuhn–Tucker (KKT) conditions. These optimality conditions are incorporated in the upper level problem as a set of constraints, and a single level model is obtained. The formulated single stage model is a Mixed Integer Non-linear Programming (MINLP) problem with two objective functions. An exact solution algorithm based on outer approximation and ϵ-constraint method is implemented to solve the bi-objective MINLP problem. The developed models are applied for Istanbul, Turkey to minimize emissions and overloading flows. The amount of emissions is calculated as a function of the real average speed in each road based on traffic congestion. In this study, the travel production and attraction of 38 districts and detail information of 17,663 Istanbul main roads such as numbers of lanes, length and maximum speed limit in each main road are implemented as the input to the optimization model. The large data set is successfully handled and the formulated models are solved optimally. The optimal results show the selected roads for capacity expansion and installing additional shared public vehicles. The result shows specific roads have significant effect on emission production and traffic congestion in Istanbul metropolitan area. Furthermore, I analyze the reason of traffic congestion and pollution in these roads. In addition, in this study I analyze the effect of different fuel types on different emission production. This work presents the first optimization framework at micro scale level to analyze traffic emission problem in the Istanbul metropolitan area. In addition, in this dissertation I explore the problem of selecting the optimal locations of electric vehicle charging stations in urban regions. I propose an optimization model based on vehicle travel patterns to capture public charging demand and select the locations of public charging stations to maximize the amount of vehicle miles traveled (VMT) being electrified. The formulated model is applied to Beijing, China as a case study using vehicle trajectory data of 11,880 taxis over a period of three weeks. The mathematical problem is formulated in GAMS modeling environment and Cplex optimizer is used to find the optimal solutions. Formulating the mathematical model properly, inputting data transformation, and adjusting the Cplex options are considered for accommodating large-scale data. I show that, compared to the 40 existing public charging stations, the 40 optimal ones selected by the model can increase electrified fleet VMT by 59% and 88% for slow and fast charging, respectively.
Benzer Tezler
- Kentiçi toplu taşıma sistemlerinde sefer sıklığı optimizasyonu
Frequency optimization in urban public transportation systems
TAYFUN ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
UlaşımPamukkale Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN CEYLAN
- Deprem sonrası kalıcı konut yerleşmelerinde sosyal sürdürülebilirliğin irdelenmesi: Van ili Erciş ilçesi örneği
Examination of social sustainability in permanent housing settlements after earthquake: The case of Ercis district in Van province
SUAT ULUTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiKentsel Tasarım Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAN ZEREN GÜLERSOY
- AÇIK OLMA HALLERİ: TASARIM PRATİKLERİNDE AÇIK KAYNAK KÜLTÜRÜ ÜZERİNE BİR DEĞERLENDİRME
THE STATES OF OPENNESS: AN EVALUATION OF OPEN SOURCE CULTURE IN DESIGN PRACTICES
HATİCE CANSU CÜRGEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARZU ERDEM
- İstanbul metro aktarma merkezlerinin entegrasyon ve erişilebilirlik unsurlarının araştırma ve değerlendirmesi
Research and evaluation of integration and accessibility factors in interchange stations of istanbul metro
BERİL ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Ulaşımİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
- Gıda ürünlerinin şehir-içi dağıtımının optimizasyonu için sürdürülebilir bir yaklaşım
A sustainable approach for the optimization of the urban grocery distribution
SİBEL SATICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA YANIK ÖZBAY