Geri Dön

Deep reinforcement learning for urban modeling: Morphogenesis simulation of self-organized settlements

Derin pekiştirmeli öğrenme ile kentsel modelleme: Kendiliğinden örgütlenen yerleşimlerin morfogenez simülasyonu

  1. Tez No: 830384
  2. Yazar: HOUSSAME EDDINE HSAIN
  3. Danışmanlar: Assoc. Prof. Dr. BURCU ŞENYAPILI ÖZCAN, Dr. YİĞİT ACAR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Mimarlık, Şehircilik ve Bölge Planlama, Computer Engineering and Computer Science and Control, Architecture, Urban and Regional Planning
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mimarlık, Planlama ve Tasarım Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mimari ve Kentsel Enformatik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 117

Özet

Kendiliğinden örgütlenen kentsel büyüme modları, yüksek kaliteli kentsel alanlar üretme, uygun fiyatlı konut sağlama ve şehirler içinde ekonomik fırsatlara daha geniş erişim sağlama gibi potansiyelleri barındırır. Bu tip yerleşimler, ve tabandan yukarı örgütlenen tasarım süreçleri kısıtlı alanda ve özellikle eğimli arazilerde, çevresel etmenler açısından da verimli çözümler sunar. Bu tip doğrusal olmayan, karmaşık ve dinamik sıralı kentsel toplama süreçlerinin modellenmesi, uyarlanabilir, sıralı kararlar almayı gerektirir. Bu çalışmada, belirli performans hedeflerini en üst düzeye çıkaran kendiliğinden örgütlenmiş yerleşimler oluşturmak için derin pekiştirmeli öğrenme (Deep Reinforcement Learning: DRL) yaklaşımı önerilir. Bu yaklaşım kapsamında, kendiliğinden örgütlenen yerleşimlerin morfogenez problemini simüle edecek tekil ajanlara dayalı (single-agent) bir pekiştirmeli öğrenme (Reinforcement Learning: RL) çerçevesi önerilmiştir. Önerilen çerçeve, iki hücresel otomata temelli kentsel büyüme modeline dayanan üç ortam geliştirilerek, derin Q-öğrenme (DQN) ve Proksimal Politika Optimizasyonu (Proximal Policy Optimization: PPO) algoritmaları kullanılarak, RL ajanlarının eğitilmesiyle ve bu ortamlardaki performans metriklerine dayalı sıralı kentsel oluşum politikaları üretilmesi yoluyla test edilir. Ajanlar, performansı en üst düzeye çıkarmak, geçiş hakkını korumak ve topografik kısıtlamalara uyum sağlamak için kentsel biçimi uyarlarken, yerleşimleri sırayla büyütmeyi sürekli olarak öğrenirler. Bu çalışmada önerilen yöntem sadece önceden belirlenmiş performans hedeflerine dayalı olarak kendi kendine organize edilen yerleşim büyümesini modellemek için değil, aynı zamanda benzer nitelikli tasarım problemlerinin formülizasyonu için de kullanılabilir bir çerçeve sunar.

Özet (Çeviri)

Self-organized modes of urban growth could result in high-quality urban space and have notable benefits such as providing affordable housing and wider access to economic opportunities within cities. Modeling this non-linear, complex, and dynamic sequential urban aggregation process requires adaptive sequential decision-making. In this study, a deep reinforcement learning (DRL) approach is proposed to automatically learn these adaptive decision policies to generate self-organized settlements that maximize a certain performance objective. A framework to formulate the self-organized settlement morphogenesis problem as single-agent reinforcement learning (RL) environment is presented. This framework is then verified by developing three environments based on two cellular automata urban growth models and training RL agents using the Deep Q-learning (DQN) and Proximal Policy Optimization (PPO) algorithms to learn sequential urban aggregation policies that maximize performance metrics within those environments. The agents consistently learn to sequentially grow the settlements while adapting their morphology to maximize performance, maintain right-of-way, and adapt to topographic constraints. The method proposed in this study can be used not only to model self-organized settlement growth based on preset performance objectives but also could be generalized to solve various single-agent sequential decision-making generative design problems.

Benzer Tezler

  1. Reinforcement learning based coaxial multicopter control for electrical vertical take off and landing

    Pekiştirmeli öğrenme temelli elektrikli dikey kalkış ve iniş için eksendeş çoklu döner kanat kontrolü

    MUHAMMED ALİ KUL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Havacılık ve Uzay MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UFUK SAKARYA

  2. AI-enhanced dynamic preemptive resource allocation in next generation cellular networks

    Yeni nesil hücresel ağlarda yapay zeka destekli dinamik öncelikli kaynak tahsisi

    EGE ENGİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN

  3. Deprem sonrası betonarme kolonlarda boyuna donatı burkulmasının makine öğrenmesi ile tespiti

    Detection of longitudinal reinforcement buckling in reinforced concrete columns post-earthquake by machine learning

    BAHADIR GÜLEŞMEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMER TUĞRUL TURAN

  4. Kentsel ani sel felaketlerine karşı mücadelede yapay zeka tabanlı bir karar destek sistemi

    An artificial intelligence-based decision support system for urban flash flood disaster response

    İREM KARAKAYA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Endüstri ve Endüstri MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ALEV TAŞKIN

  5. Akıllı şehirlerde yakıt tüketimi ve emisyonu azaltmak için trafik akış kontrolü sağlamaya yönelik bir yöntemin geliştirilmesi

    Developing a method to provide traffic flow control to reduce fuel consumption and emissions in smart cities

    YILDIRAY YİĞİT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Bilim ve TeknolojiFırat Üniversitesi

    Yazılım Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT KARABATAK

    DOÇ. DR. SELÇUK TOPAL