Sıfır poligonu referanslı karayolu güzergâh optimizasyonu: Sosyal örümcek algoritması yaklaşımı
Highway alignment optimization with a zero polygon reference: A social spider optimization approach
- Tez No: 991840
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR AKGÖL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Giresun Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Karayolu projelerinde inşaat maliyetlerinin ve çevresel etkilerin minimize edilmesi, büyük ölçüde toprak işleri (kazı ve dolgu) dengesinin sağlanmasına bağlıdır. Geleneksel güzergâh belirleme yöntemleri, özellikle engebeli arazilerde karmaşık ve zaman alıcı olup geometrik standartlar ile toprak işleri dengesini eşzamanlı olarak optimize etmekte yetersiz kalabilmektedir. Literatürde“sıfır poligonu”üzerine çalışmalar bulunsa da bu hattı geometrik tasarım standartları ile kısıtlayarak otomatik bir arama sürecine dâhil eden bütüncül yaklaşımlar sınırlıdır. Bu tez çalışması, sıfır poligonunu bir referans eksen olarak kullanarak planimetrik güzergâhın hem geometrik standartlara uygunluğunu sağlayan hem de toprak işleri dengesini optimize eden özgün bir yöntem geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışmada, güzergâhın geometrisini belirleyen SOME (ara düğüm) noktalarının koordinatları ve kurp yarıçapları, popülasyon tabanlı bir meta-sezgisel algoritma olan Sosyal Örümcek Optimizasyonu ile belirlenmiştir. Yöntem, sıfır poligonuna olan dik uzaklıkları (yatay düzlemde) minimize etmeyi hedeflerken, karayolu tasarım standartlarına aykırı çözümleri ceza fonksiyonları ile elemiştir. Model, yalnızca geometrik yakınlığı değil, aynı zamanda güzergâhın sıfır poligonuna göre konumunu imzalı ve ağırlıklı uzaklık yaklaşımıyla kalibre ederek kazı–dolgu dengesini iyileştirecek yanal konumlandırmayı teşvik etmektedir. Uygulama, farklı morfolojik özelliklere sahip iki topoğrafya üzerinde 24 farklı başlangıç–bitiş çifti için gerçekleştirilmiş ve hacim hesapları yapılmıştır. Araştırma bulguları, kalibre edilmiş optimizasyon modelinin manuel tasarımlara ve kalibrasyonsuz modellere göre üstün performans sergilediğini göstermektedir. Manuel tasarımlarda 0,5–0,7 aralığında seyreden Göreli Denge İndeksi (Y–D Oranı), önerilen yöntemle sistematik olarak 0,1'in altına düşürülmüş; birçok güzergâhta mutlak kazı–dolgu farkı binlerce metreküpten ihmal edilebilir seviyelere indirilmiştir. Sonuç olarak geliştirilen yöntem, farklı topoğrafyalarda güzergâhı arazinin uygun tarafına kontrollü biçimde yönlendirerek toprak işleri maliyetini ve lojistik yükü tasarımın erken aşamasında azaltan etkin bir karar destek aracı olduğunu ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Minimizing construction costs and environmental impacts in highway projects largely depends on achieving a balanced earthwork distribution (cut and fill). Conventional alignment design approaches are often complex and time-consuming, especially in rugged terrain, and may be insufficient to optimize geometric design standards and earthwork balance simultaneously. Although the literature includes studies on the“zero polygon”concept, holistic approaches that constrain this reference line with geometric design standards and incorporate it into an automated search process remain limited. This thesis aims to develop an original method that uses the zero polygon as a reference axis to ensure geometric compliance in planimetric alignment design while optimizing earthwork balance. In the proposed framework, the coordinates of intermediate control nodes (SOME) and the associated curve radii that define the alignment geometry are determined using Social Spider Optimization, a population-based metaheuristic algorithm. The method minimizes the perpendicular (planar) distances to the zero polygon and eliminates solutions that violate highway design standards through penalty functions. Beyond geometric proximity, the model is calibrated using a signed and weighted distance formulation that accounts for the relative position of the alignment with respect to the zero polygon, thereby promoting lateral placement that improves cut–fill balance. The approach is implemented on two topographies with different morphological characteristics using 24 distinct start–end point pairs, and earthwork volumes are computed. The findings show that the calibrated optimization model outperforms both manual designs and the uncalibrated model. The Relative Balance Index (cut–fill imbalance ratio), which ranges between 0.5 and 0.7 for manual designs, is systematically reduced to below 0.1 with the proposed method; moreover, the absolute cut–fill difference decreases from several thousand cubic meters to negligible levels for many alignments. Overall, the proposed method demonstrates an effective decision-support tool that guides the alignment toward the more suitable side of the terrain in a controlled manner and reduces earthwork-related cost and logistics burden at early stages of design.
Benzer Tezler
- Merdiven çıkıp inebilen iki ayaklı robotun dinamik modellenmesi ve denetimi
Dynamic modeling and control of a bipedal robot that can climb and descend stairs
İSMAİL HAKKI ŞANLITÜRK
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ
- Extended water budget equation based on the fuzzy regression and implementation for lake Van
Bulanık regresyon ile su bütçesi denklemi geliştirilmesi ve Van Gölü üzerinde uygulanması
ECEM UYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK
- Willis Poligonu Arterleri Varyasyonlarının BT Anjiografi ile Belirlenmesi
Determination of the Variations in the Circle of Willis by CT Angiography
MEHMET ERKAN ÜSTÜN
- Examining the structural geology and exploring geothermal energy production potential of an oil/gas field in Thrace Basin, Turkiye
Trakya Havzası'nda, Türkiye, yer alan bir petrol/gaz sahasının yapısal jeolojisinin incelenmesi ve jeotermal enerji üretim potansiyelinin araştırılması
MELEK ALTIN
Doktora
İngilizce
2025
Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRSEL SUNAL
PROF. DR. MUSTAFA ONUR
- Uydu görüntü verisinin yapay sinir ağları ile sınıflandırılması
Classification of satellite imagery data with artificial neural networks
COŞKUN ÖZKAN
Doktora
Türkçe
2001
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiJeodezi ve Fotogrametri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. FİLİZ SUNAR ERBEK