KENT İÇİ KARAYOLU TRAFİĞİNİN KONTROLÜ

KENT İÇİ KARAYOLU TRAFİĞİNİN KONTROLÜ Ahmet AKBAŞ 1 Marmara Üniversitesi Teknik Bilimler M.Y.O. ' GİRİŞ Çoğu ulaşım ve üstyapı sistemleri gibi, karayolu ulaşım sistemleri de genişleme ve konsolidasyon evrelerinin yaşandığı bir tarihsel gelişim sürecine sahiptir. Karayolu ulaşım sistemlerinde bu evrelerin oluşumu otomobil sanayiindeki gelişmelerden önemli ölçüde etkilenmiştir. 1920-1970 yılları arasında, kısa mesafeli kent içi karayollarının yapımı ile başlayan ve giderek ulusal ve uluslararası boyutta ekspresyollar ve otoyolların yapımı ile devam eden genişleme evresinde, bir tarafan yol yapımı teknikleri, yol yapımında kullanılan malzemeler ve yolların denetlenmesi için gerekli araçlar geliştirilirken; diğer taraftan da kent içi, ulusal ve uluslararası karayolu ağları planlanmış ve inşa edilmiştir. 1970'li yıllardan itibaren, trafik taleplerinin yolların kapasitelerine yaklaştığı ve hatta yer yer yol kapasitelerini aştığı durumlar gelişmeye başlamıştır. Bu sebeple, yeni yolların inşasına devam edilmesinin yanı sıra, trafik talebinin kontrol edilmesi olgusu da dikkate alınmaya başlanmıştır. [1] 1980'li yıllardan başlayarak devam etmekte olan konsolidasyon evresinde ise, artan trafik taleplerinin yanında sınırlı veya yetersiz kalmaya başlayan yol kapasitelerinin en etkili şekilde kullanılması, yani trafiğin optimizasyonu, trafik yönetim birimlerinin en önemli amacı haline gelmiştir. Bu evrenin günümüzü de kapsayan son yıllarında, özellikle bilgisayar teknolojisinin getirdiği kolaylıkların uygulamaya girmesiyle, trafiğin kontrolü için gerçek zamanlı ve çok esnek çözümler üretilmeye başlanmıştır. İleri kontrol tekniklerinin kullanımının yaygınlaştırıldığı bu sistemler Zeki Ulaşım Sistemleri (ITS - Intelligent Transportation Systems) olarak bilinmektedir. Bu sistemlerde trafiğin kontrolü klasik uygulamalardaki gibi yalnız bir trafik mühendisliği problemi olarak değil, aynı zamanda diğer bir kısım mühendislik uygulamalarının da dikkate alındığı, disiplinler arası bir problem olarak değerlendirilmektedir. İleri Trafik Yönetimi Sistemleri (ATMS), İleri Toplu Taşıma Sistemleri (APTS), İleri Ticari Taşıt İşletmeleri (CVO), İleri Taşıt Denetleme Sistemleri (AVCS), İleri Seyahat İşletim Sistemleri (ATIŞ), Elektronik Geçiş Ücreti Toplama ve Trafik Yönetimi Sistemleri (ETTM) ve İleri Kent İçi Trafik Kontrol Sistemleri (UTCS) bu sistemlere ilişkin yaygınlaşan uygulama örneklerinden bazılarıdır. [2] Günümüzde Zeki Ulaşım Sistemlerinin kullanımı, başta metropolitan alanlar olmak üzere, nüfus ve taşıt yoğunluğunun yüksek olduğu kentsel yerleşim birimlerinde de hızla yaygınlaşmaktadır. Bu çerçevede, İleri Sinyalizasyon Sistemleri olarak bilinen ve İleri Kent İçi Trafik Kontrol Sistemleri içerisinde önemli bir yer tutan sistemler, trafik ışıklarının kontrolünde ileri kontrol tekniklerini kullanarak kent içi trafiğinin dinamik yapısını değiştirebilmeye imkan tanımaktadır. Diğer taraftan, kentlerde karayolu ulaşımının beraberinde getirdiği sorunlar, birçok ekonomik ve sosyal problemin oluşumunda birinci derecede etkilidir. Bu sebeple, kent içi karayolu ulaşımının dinamik ve sağlıklı bir yapıya kavuşturulması merkezi 25

ve yerel yönetim birimlerinin görevleri arasında öncelikli bir yer tutar. Bu çerçevede, yolların ve ulaşım taleplerinin durumu ile fiziksel ve coğrafi şartları dikkate alan gerçekçi ulaşım planlarının hazırlanması, bu planların hayata geçirilmesi ve trafiğin kontrolü büyük önem arz eder. Nitekim, globalleşen dünyamızda tüm kent içi ulaşım imkanlarını entegre eden ve ileri teknolojilerin kullanımına ağırlık veren bir trafik yönetimi anlayışı gelişmektedir. Dünyadaki bu gelişmelere paralel olarak ülkemizde de ulusal ekspresyol ve otoyol ağlarının bazı kesimleriyle, nüfus yoğunluğunun artmakta olduğu birçok kentte karayolu trafiğinin kontrolü için ileri kontrol tekniklerine ilişkin uygulamaların yaygınlaştırılması giderek daha büyük bir ihtiyaç haline gelmektedir. Özellikle karayolu trafik problemlerinin en yoğun olarak yaşandığı kent olan İstanbul'da, trafik akımlarına ilişkin doygunluk derecelerinin gün içerisinde büyük farklılıklar göstermesi ve önceden kestirilemeyen trafik sıkışmalarının yaşanması, İleri Sinyalizasyon Sistemlerinin kullanımını gerekli kılmaktadır. Dünyadaki gelişmeler göz önünde bulundurulursa, ülkemizde bu ihtiyaçlara cevap verebilmek için öncelikle merkezi ve yerel trafik yönetimindeki aksayan hususların yeniden gözden geçirilmesi, trafik kanunu ve ilgili diğer kanunlarda gerekli değişikliklerin yapılması ve dünyada gelişen entegre trafik yönetimi anlayışına uygun trafik yönetimi organizasyonlarının oluşturulması şarttır. Kararların alınmasında ve uygulanmasında kendi içinde çelişkiler yaşamayacak böyle bir yapılanma, bilimsel yöntemlerle hazırlanmış kısa ve uzun süreli ulaşım planlarını esas alarak, ulaşımın planlanması ve trafiğin kontrolü açısından gerekli iradeyi ortaya koyabilir ve ulaşım sorunlarına sağlıklı çözümler üretebilir. Bu değerlendirmeler ışığında İstanbul kent içi trafik yönetiminin bugünkü durumu incelendiğinde ise aşağıdaki hususlar dikkat çekmektedir: Son olarak 1974'de hazırlanan ulaşım ana planı ' çok uzun bir süreden sonra ancak 1996'da güncelleştirilmiştir. İstanbul Büyükşehir Belediyesinin İTÜ Uygulama-Araştırma Merkezine yaptırdığı bir çalışma sonunda hazırlanan bu plan, 2010 yılına kadar oluşacak ulaşım taleplerini analiz etmekte ve kent içi ulaşımının planlanmasına ilişkin temel tercihleri ortaya koymaktadır. Dolayısıyla kent içi trafik yönetiminin iki önemli icraatından birisi olan kısa ve uzun süreli ulaşım planlarının hazırlanması açısından, son yıllarda önemli görevlerin başarıldığı söylenebilir. [3] 1984'te kurulan ve günün saatlerine göre belirlenen zaman planlannı uygulamaya koyarak belli başlı birkaç ana arter üzerindeki kavşakların kontrol ve koordinasyonunu sağlayan sistemin kısmen güncelleştirilmesi ve bir kısım izole kavşakların kontrolü için adaptif kontrol şartlarını gerçekleştirecek çalışmalar hariç tutulursa, trafiğin kontrolü açısından ileri kontrol tekniklerinin kullanımının yeterli seviyelere ulaştığı henüz söylenemez. Özellikle, kontrol araçları içerisinde önemli bir yer tutan trafik ışıklarının kontrolü açısından uygun bir dinamik kontrol stratejisini esas alan bir trafik yönetimi anlayışının yürürlükte olduğundan bahsetmek mümkün değildir. Bunun yanında, kent içinden geçen ekspresyollar ve otoyollar üzerindeki trafiğin kontrolünde kullanılabilecek en etkili araç olan ışıklı işaretlerin (değişebilir mesaj işaretleri) kullanımına ilişkin hiçbir örnek göze çarpmamaktadır. Bu çok önemli eksikliğin yerel ve merkezi trafik yönetimlerinin yetki ve sorumluluk alanlarının çakışmasından kaynaklandığı gerçeği, ülkemizde bu konudaki yasal düzenlemelerin ne kadar gerekli olduğuna dair çarpıcı bir örnektir. [4] Halbuki gelişmiş ülkelerin ölçek olarak İstanbul'dan i küçük pek çok metropolünde dahi, kent içi karayolu trafiğinin kontrolüne ilişkin teknikler kentin coğrafi ve fiziksel şartlarını dikkate alan dinamik bir kontrol stratejisine göre geliştirilmektedir. İstanbul'un gittikçe ağırlaşan kent içi karayolu trafik problemlerinin çözümüne bu bakış açısıyla yaklaşıldığında, öncelikle kentin coğrafi ve fiziksel şartlarını dikkate alarak dinamik bir kontrol stratejisi belirlemenin şart olduğu açıktır. Bu çerçevede daha önce yapılan bir çalışmada günümüzde bilinen ve uygulanmakta olan belli başlı dinamik kontrol stratejilerinden SCATS, SCOOT, BALANCE, MOTION, GARTS, STREAM ve UTO PIA/SPOT incelenmiş ve İstanbul'un coğrafi ve fiziksel şartlarına göre uygun bir kontrol stratejisi önerilmişti. Bu çalışmayı takip eden diğer çalışmalarda ise önerilen bu kontrol stratejisi çerçevesinde trafik ışıklarının gerçek zamanlı kontrolü için gerekli kontrol algoritmaları geliştirilmeye çalışılmıştı. [5] 26

Bu makale, İstanbul kent içi karayolu trafiğinin dinamik kontrolü için söz konusu öneri çerçevesinde yapılmakta olan çalışmalardan bir örneği ilgili bilimsel ve teknolojik çevrelerin dikkatine sunmak ve ülkemizde karayolu trafiğinin dinamik kontrolü çalışmalarına bu yolla katkıda bulunmak düşüncesi ile kaleme alınmıştır. Bu çerçevede, önce kent içi karayolu trafiğinin kontrolü ya da kent içi karayolu trafiğinin optimizasyonu kavramlarının ne anlama geldiği kısaca izah edildikten sonra, ulaşım sorunlarının neden olduğu sosyal ve ekonomik problemlerin çözümünde bu yolla elde edilebilecek fayda bir matematiksel modelden yararlanarak izah edilmeye çalışılmıştır. Daha sonra, kavşak trafik ışıklarının kontrol parametrelerinden birisi olan çevrim süresinin (trafik mühendisliği terminolojisindeki devre ile aynı anlamdadır) optimizasyonu için önerilen kontrol stratejisi çerçevesinde geliştirilen ve daha önceki bir makalede 'alt alan çevrim süresinin optimizasyonu üzerine bir algoritma' başlığıyla sunulan kontrol algoritması, öneri çerçevesinde yapılan kontrol algoritmalarını geliştirme çalışmalarının ürünlerine bir örnek olmak üzere verilmiştir. [6] KENT İÇİ KARAYOLU TRAFİĞİNİN KONTROLÜ VE OPTİMİZASYON Kent içi karayolu trafiğinin kontrol edilmesinde öncelikli amaç, yaya ve taşıt emniyetinin tesis edilmesi ve trafik kazalarının önlenmesidir. Bunun yanı sıra, ulaşım sorunlarının neden olduğu sosyal ve ekonomik problemlerin çözümündeki önceliklere bağlı olarak; gecikmelerin azaltılması, ortalama ulaşım hızının arttırılması ve yakıt tüketiminin azaltılması gibi daha birçok fayda da amaçlanabilir. Bütün bu amaçlara ulaşmak, trafiğin kontrolü ile elde edilmek istenen faydaları maksimum seviyeye çıkarmak anlamını taşır. Dolayısıyla kent içi karayolu trafiğinin kontrolü gerçekte bir optimizasyon problemi olarak karşımıza çıkar. Trafiğin optimizasyonu yaya ve taşıt emniyetinin tesis edilmesi ile trafik kazalarının önlenmesi amacını da kapsadığı için, kent içi karayolu trafiğinin kontrolü ile kent içi karayolu trafiğinin optimizasyonu kavramları eş anlamlı olarak değerlendirilebilir. Trafiğin optimizasyonu için çeşitli kontrol araçları ve kontrol teknikleri kullanılır. Bu açıdan, yolların yatay ve dikey olarak işaretlenmesi, trafik yönlendirme levhalarının kullanılması ve park yerlerinin düzenlenmesi gibi klasik uygulamaların çok önemli bir işlevi olduğu açıktır. Modern uygulamalarda ise, klasik kontrol uygulamalarında kullanılan bu türlü araçların yanı sıra en yaygın olarak kullanılan kontrol araçları ışıklı işaretler ya da diğer bir adıyla trafik ışıklarıdır. Kesintili akım şartlarında optimizasyonun gerçekleştirilmesi için en yoğun olarak kullanılan ışıklı işaretler kavşaklara tesis edilen kavşak trafik ışıkları iken, kesintisiz akım şartlarında bu amaçla değişebilir mesaj işaretleri kullanılır. Yukarıda sıralanan ışıklı işaret uygulamaları da dahil olmak üzere, kontrol edilecek kent trafiğinin yapısına ve diğer ihtiyaçlara bağlı olarak, İleri Kent İçi Trafik Kontrol Sistemlerinin kullanabildiği çeşitli kontrol imkanları aşağıdaki gibi sıralanabilir : i. Kavşak sinyalizasyonu, ü. Değişebilir mesaj işaretlerinin kontrolü, iü. Trafiğin bir merkezden görüntülenmesi ve toplumun bilgilendirilmesi, iv. Trafiğin coğrafi bilgilenme sistemleri (GIS) üzerinden takibi, v. Yönlendirilebilir trafik şeritleri için ışıklı yön işaretlerinin kontrolü, vi. Toplu taşım araçlarını ışıklı işaretlerle yönlendirme uygulamaları, vii.işıklı işaretler ile park yeri bilgilendirme düzenlemeleri. Optimizasyonun başarısı performans ölçümleri ile belirlenir. Bu sebeple kent içi karayolu trafiğinin performans parametrelerini kısaca tanımakta yarar vardır: Kent içi karayolu trafiğinde kesintili ve kesintisiz olmak üzere iki ayrı karakterde trafik akımı vardır. Bunlardan kesintili karakterde olan akımlar, kavşak yapılarıyla örülmüş alanlar ya da arterler üzerinde cereyan eder. Bu türlü akımlarda, özellikle kavşaklardaki beklemeler dolayısıyla gecikmelerin oluşması kaçınılmazdır. Bu sebeple, bu türlü akımların optimizasyohunda temel performans parametreleri olarak gecikme, duruşların sayısı ve kuyruklanmaların en aza indirilmesi amaçlanır. Kesintisiz karakterdeki trafik akımları ise, genellikle 27

kavşak yapılarının bulunmadığı uzun arterlerde ya da ekspres yollarda cereyan eder. Bu türlü akımların kontrolünde, yolların hizmet düzeyi dikkate alınarak ortalama ulaşım hızı en yüksek değerlerde tesis edilmeye çalışılır. Optimizasyon sürecinde minimize edilmeye çalışılan fayda (amaç) fonksiyonları da elde edilmek istenen ekonomik ve sosyal faydaları dikkate alan ve genellikle temel performans parametrelerinin bir fonksiyonu olan bağıntılarla oluşturulur. Bir taşıt için gecikme, seyir mesafesi boyuca kesintisiz ulaşım ile kesintili ulaşım süreleri arasındaki farktır. Bu süre, taşıtın hızlanma ve yavaşlamalarındaki gecikmelerle, duruşlar esnasında geçirdiği süreleri kapsar. Duruşların sayısı, taşıtın bir güzergah üzerinde ya da bir seyahat süresince durup tekrar harekete geçişlerinin sayısıdır. Gerek kavşaklardaki trafik ışıklarının kırmızı periyodunda, gerekse kuyruklardaki duruşlar bu sayıya dahildir. Kuyruklanma ise, özellikle kavşaklardaki performans ölçümleri için kullanılan bir parametredir ve duran taşıtların oluşturduğu kuyruktaki taşıt sayısı olarak tanımlanır. Performans ölçümü için en sık kullanılan parametrelerden birisi de doygunluk derecesidir. Doygunluk derecesi, akım bazında ve ilgili akımın etkin olarak kullandığı yeşil ışık süresinin görünen yeşil ışık süresine oranı olarak tanımlanır. Kavşağın doygunluk derecesi ise, doğru giden akımlardan en doygun olanınma ilişkin doygunluk derecesi olarak tanımlanır. Bir sinyalize kavşakta temel performans parametrelerinin doygunluk derecesine bağlı olarak değişimi Şekil l'deki grafiklerde gösterildiği gibidir. Bu grafiklerde; s : taşıt / sn cinsinden bir şeritteki doygun akım değerini, g : saniye cinsinden bir akım için etkin yeşil süresini, c : saniye cinsinden çevrim süresini, u : yeşil ışık süresinin çevrim süresine oranını, QT f : tepe saatteki kapasite değerini ve sg : çevrim başına taşıt sayısı cinsinden.kapasite değerini ifade etmektedir. Bu grafiklerde zaman birimi saniye olarak alınmış ve birim zamanda geçen taşıt sayısına göre Şekil 1. Performans Parametrelerinin Doygunluk Derecesine Bağlı Olarak Değişimi (a)- Ortalama kuyruk uzunluğu (taşıt sayısı) (b)- Taşıt başına ortalama gecikme (saniye) (c)- Taşıt başına duruş sayısı 28

değerlendirme yapılmıştır. Dolayısıyla kapasite değerleri {sg) saniye bazında verilmiştir. Pratikte ise doygunluk derecesi veya kapasite değerleri genellikle saat başına taşıt sayısı olarak verilir. Örneğin 30 dakikalık bir tepe saat süresince (T f = 0,5 saat) bir yol kesitinden geçen taşıt sayısı 450 ise, bu şerit için akım değeri q = 450 / 0,5 = 900 taşıt/saat' tir. Bu örnek için Şekil l'deki grafiklerde q = 900 13600 = 0,25 taşıt/saniye olarak dikkate alınmalıdır. Şekil l'deki grafikler göstermektedir ki, kavşaklardaki doygunluk derecesinin artması ile temel performans parametrelerine ilişkin ölçülen değerler artmakta, yani kavşağın performansı kötüleşmektedir. Grafiklerin yorumundan çıkan önemli bir sonuç da, doygunluk derecesinin temel performans parametrelerinin tümünün dinamiğini belirlemek için tek başına kullanılabilecek bir parametre olmasıdır. Bu parametre trafik verilerinin ölçülmesi suretiyle gerçek zamanlı olarak hesaplanabilir. Dolayısıyla kavşak performansı için somut bir ölçü elde etmek mümkündür. Doygunluk derecesinin pratik doygunluk derecesi olarak adlandırılan 0,8-0,9 gibi bir değerden daha büyük değerde olması halinde, kavşağın performansı anormal şekilde azalmaktadır. Yolların herhangi bir kesitinden alınan doygunluk derecesi ölçümlerinin yorumlanması halinde, aynı gerçek bütün karayolları için de geçerlidir. O halde, doygunluk derecesi sinyalize kavşaklarda olduğu gibi yollardaki hizmet düzeyi için de basit bir gösterge olarak kullanılabilir. [7] Bu gerçek, bir İleri Sinyalizasyon Sistemine dahil trafik ışıklarında uygulanan sinyal zamanlama kalıplarının hesaplanması ya da değişebilir mesaj panolarına aktarılacak mesajların oluşturulmasında en önemli parametre olarak doygunluk derecesinin hesaplanması gerektiğini de ifade eder. GECİKME VE DURUŞ KAYIPLARININ EKONOMİK DEĞERİNİN ANALİZİ Analitik yöntemlerle hesaplanabilen temel performans, parametreleri; yakıt tüketimi, egzoz emisyonu veya taşıt işletme maliyeti gibi istatistiksel açıdan önem arz eden ikincil performans parametrelerinin hesaplanması için kullanılabilir. Bu amaçla kullanılabilecek bir matematiksel model E = f*c + f 2 *Q s + f 3 *H (3.1) şeklinde yazılabilir. Burada; E: performans hesaplaması için dikkate alınan istatistiksel büyüklük (örneğin, litre cinsindejn 1 saatlik süredeki yakıt tüketimi, litre/saat), C : seyir mesafesi boyunca bir şeritteki taşıtların birirri zaman içinde kat ettiği mesafe (seyir mesafesi km, akım değeri taşıt/saat cinsinden alınırsa birimi km.taşıl/saat), D s : trafikteki taşıtların tümünün 1 saatlik süredeki rölantide çalışma süresi (taşıt-saai/saat), H : saat başına duruşların toplam sayısı; f v f 2,f 3 : sırasıyla seyir, gecikme ve duruşların hesaplanmak istenen performans parametrelerine etkisini belirleyen katsayılardır. Bir örnek olarak, yukarıdaki formül ile yakıt tüketimi belirlenmek istenirse; /j : Seyir halindeki bir taşıtın 1 km lik mesafedeki yakıt tüketimi (litre/taşıt-km), f 2 : 1 saatlik rölantide çalışma süresinde taşıt başına yakıt tüketimi (litre/taşıt-saat), f 3 : Her tam duruş için (yavaşlama ve hızlanma süresini de kapsar) taşıt başına fazladan tüketilen yakıt miktarı (litre/taşıt-duruş) şeklinde seçilebilir. Bu örnekte f 3 katsayısı, taşıt başına her tam duruş için fazladan yakıt tüketimi hızı şeklinde değiştirilmek istenirse, modifiye f 3 değeri f 3 ve f 2 nin bir fonksiyonu olarak fs =/,-(f 2 *d h /3600) (3.2) şeklinde yazılabilir. Burada; d h, bir tam duruş için saniye cinsinden hızlanma ve yavaşlama gecikmesidir ve örneğin 12 saniye gibi bir değer olarak seçilebilir. Bu durumda (3.1) eşitliği yeniden düzenlenirse; E=f ] *C+f 2 *D +f' 3 *H (3.3) şeklinde yazılabilir. Bu eşitlikte DS yerine D terimi kullanılmıştır. D, 1 saatlik sürede taşıt başına toplam rölantide çalışma süresi ya da duruş gecikmesidir (taşıt-saavsaat). 29

(3.1) ve (3.3) eşitlikleri, herhangi bir trafik kontrol sürecindeki performans analizinde, temel performans parametrelerinin değerlendirilmesine ilişkin basit bir model olarak alınabilir. Bu modele göre yakıt tüketimi hesaplamalarında kullanılacak katsayılar için tipik değerler; muhtelif yol, iklim ve taşıt parametrelerine bağlı olarak ve çok kaba bir yaklaşımla Tablo l'de belirtilen değerler arasında alınabilirler. Tablo 1. Yakıt Tüketimi Analizi İçin Seçilen Performans Katsayılan /, = 0,08-0,12 f 2 = 1,5-2,40.ft = 0,01-0,04 litre / taşıt-km litre / taşıt-saat litre / duruş sayısı (3.3) eşitliğinde duruşların sayısı ve rölantide çalışma süresine bağlı olarak litre cinsinden 1 saatlik sürede fazladan yapılan yakıt tüketimini belirleyebilmek için, seyir halindeki yakıt tüketimine ilişkin bileşenin ihmal edilmesi halinde, eşitlik aşağıdaki şekli alır: E' = f*d +f '*H (3.4) Bu eşitlikte birim zamanı saniye olarak alınıp dönüşüm yapılırsa, K = 3600*(f ' 3 lf 2 ) tanımlaması ile (3.4) eşitliğinden aşağıdaki eşitlik türetilebilir: P = D + K*H (3.5) (3.5) eşitliği taşıt başına duruşların sayısı ve rölantide çalışma süresinin tümünü kapsayacak şekilde, 1 saatlik süredeki bütün kayıpların gecikme süresine göre dönüştürülmüş bir ifadesidir ve normal seyir halinde bir saatlik sürede taşıt başına harcanan yakıt tüketiminin gecikme ve duruşlar nedeniyle ne kadar fazlalaştığının bir ölçüsünü verir. Dolayısıyla (3.5) eşitliğiyle hesaplanan bu performans ölçüsü, yakıt tüketimi ile beraber taşıt işletme maliyeti, hava kirliliği ve egzoz emisyonu için de bir değerlendirme yapmayı kolaylaştırır. Trafiğin optimize edilmesinin ihtiyaç haline geldiği bütün ulaşım sistemlerinde, gerek kavşak sinyalizasyonunda sinyal zamanlama kalıplarının hesaplanması ve gerekse uzun yol ağlarında değişebilir mesaj işaretler üzerinden sürücülere aktarılacak mesajların oluşturulması gibi kontrol işlevi, nihai olarak hep bu ve benzeri ölçümlerin minimize edilmesi amacına dönük olarak gerçekleştirilir. Tablo l'de verilen yakıt tüketimi hızlarına göre, taşıtların duruşlarından dolayı oluşan fazladan yakıt tüketiminin normal seyir halindeki tüketime oranla gösterdiği artış değerleri %20 - %60 değerleri arasındadır. Bir taşıtın işletme maliyetini belirleyen yakıt ve yağ tüketimi, temizlik, sürücü ve yolcu zamanının ekonomik değeri gibi tüm bileşenler topluca düşünülürse, taşıtların duruşlarından dolayı maliyetteki artış çok kaba bir yaklaşımla yakıt tüketimindeki artış değerinin yapsı olarak hesaplanabilir. Buna göre Tablo l'de verilen değerler referans alındığında tipik değerler %10 -%30 değerleri arasındadır. (7) Sonuç olarak gecikme ve duruşlarının maliyeti ile taşıt işletme maliyetinin 1 saatlik süredeki fazladan yakıt tüketimine karşılık gelecek şekilde dönüştürülerek hesaplanması halinde, %30 ile %9Ö arasında fazladan bir yakıt tüketimine karşılık geldiği söylenebilir. Yani duruşlar ve gecikmelerden dolayı oluşan kaybın ekonomik değeri, karayollannda normal seyir halinde oluşan yakıt tüketiminin %30 ile %90'ı arasında fazlalaşmasına karşılık gelmektedir. Uygun bir sinyal kontrol stratejisi çerçevesinde yapılacak optimizasyon ile ekonomik kayıplardaki bu oranın önemli ölçüde azaltılabileceği açıktır. Literatürde muhtelif çalışma sonuçlarına göre, %10 ila %30 iyileşmeler yapılabildiğine ilişkin örnekler vardır. KONTROL STRATEJİSİNE GÖRE ALT ALANLARIN DÜZENLENMESİ İstanbul kent içi trafiğinin optimizasyonu için önceki çalışmada yapılan öneriye göre, tüm kent içi trafiğine hakim bir kontrol işleminin etkinliğini arttırabilmek üzere, kontrol alanı coğrafi ve fiziksel şartlara bağlı olarak gerekli sayıda bölgelere ayrılıyordu. Bununla beraber, bölge sayısının mevcut idari yapılanmaya da uygun olarak 3'den az olmayacak şekilde belirlenmesi ve kontrol işleminin esas olarak bölge bazında ele alınması prensibi benimseniyordu. Öneri çerçevesinde, her bölge kontrolörü kendi 30

bölgesindeki kavşakların kontrol işlevini denetlemekten sorumludur. Bölgesel kontrolün etkinliğini arttırabilmek için, her bölge kendi içinde trafik yapıları birbirine benzeyen az sayıda kavşağın oluşturduğu alt alanlara ayrılır. Alt alanlar ise, içerisindeki kavşakların kontrol ve koordine edilmesi açısından stratejik özelliğe sahip olan ve kritik kavşak olarak adlandırılan bir adet ana kavşak ile bunun çevresinde az sayıdaki uydu kavşakla oluşturulur. Kritik kavşak da dahil olmak üzere alt alanları oluşturan kavşakların sayısı, trafik yapılarındaki benzerliklere bağlı olarak en az 1 ve en çok da 10 olarak seçilebilir. Bir kritik kavşağın çevresinde gerekli sayıda uydu kavşakla oluşturulan bu alt alanlara minimum koordinasyon birimi denir. Bir minimum koordinasyon birimini oluşturan kavşak gurupları esas olarak aynı ofset yönündeki kavşaklardan oluşturulmalıdır. Şekil 2, önerilen donanım şemasına göre minimum koordinasyon birimlerinin organize edilmesine ilişkin örnek bir uygulamayı göstermektedir. Sağlıklı ve başarılı bir bölgesel kontrol işlevi için, hedef bölgedeki kritik kavşakların ve minimum koordinasyon birimlerinin isabetle belirlenmesi önemlidir. Şekil 2'de de görüldüğü gibi, hem doğu-batı ve hem de güney-kuzey yönünde koordinasyonun oluşturulması gereken uygulamalarda, kesişim noktasında bulunan alt alanın yalnız bir adet kritik kavşak olarak tespit edilmesi gerekir. Dinamik kontrol açısından, her alt alan için sadece kritik kavşaktaki trafik parametrelerinin ölçülmesi ve kontrol işleminin bu ölçümleri referans alarak geliştirilmesi esastır. Bu amaçla, öncelikle kent içi kavşak yapıları için geçerli olabilecek genel bir modelin oluşturulması ve faz sisteminin tespit edilmesi gerekir. [8] KAVŞAK MODELİ VE FAZ SİSTEMİNİN TESPİTİ Sinyalize kavşaklarda sinyal parametrelerini belirlemek için, trafik akımlarının kavşağa yaklaşırken ve kavşağı terk ettikten sonra takip ettikleri yönlere bağlı olarak numaralanması ve böylece kavşak modelinin belirlenmesi gerekir. Bu amaçla, kavşaktaki farklı akımlar belirli bir kurala göre numaralanır ve kavşak akım şeması denen diyagramlar oluşturulur. Kavşak akımlarının numaralanması için literatürde farklı tanımlamalara rastlanmaktadır. Bu makalede NEMA (National Electrical Manufacturers Association) akım şemasının kullanıldığı bir model esas alınmıştır. Buna göre, 4 kollu bir kavşakta doğu-batı, güney-kuzey yönlerinde ve her yaklaşım kolu için doğru giden akım ve sola dönen akım Şekil 2. Minimum Koordinasyon Birimlerinin olmak üzere birbirinden farklı 8 akım tanımlanmıştır. Organizasyonuna ilişkin Örnek Bir Uygulama Şeması Şekil 3, 8 farklı akımla ve NEMA akım şemasına göre belirlenen kavşak modelini göstermektedir. Bu akım şemasına göre kol sayısının 5 veya daha fazla olduğu kavşaklarda diğer akımlar 9 ila 16 arasındaki rakamlarla kodlanır. Sağa dönen akımlar için özel bîr faz bulunmadığından, sağa dönen akım ve sağa dönen şerit (varsa) daima doğru giden akım ve bu akımlara ilişkin şerit grupları ile birleştirilir. Kent içi karayolu trafiğinde kavşak yapıları genellikle 3 ya da 4 kollu bir geometrik yapıya sahip olduğu için, Şekil 3'te belirlenen model genel bir model olarak kabul edilebilir. [9] 31

ŞefciJ 3. 4 Ko//u Bir Kauşakta NEMA Akım Şemasına Göre Trafik Akımlarının Belirlenmesi NEMA akım şemasına göre 4 kollu bir kavşaktaki faz sistemi esas olarak sola dönen akımların başlangıç anına göre ve bu akımların aynı ya da- ayrı zamanlarda başlamasına bağlı olarak oluşturulur. 3 ya da 4 kollu bir kavşakta NEMA akım şemasına göre faz düzenlemeleri yapılırken, farklı fazlara ilişkin yeşil ışık sürelerinin başlangıç anının değiştirilebilmesi, örneğin 1 ve 5 nci akımlar yerine 2 ve 5 nci akımların aynı anda başlatılabilmesi, tamamen hesaplanan yeşil ışık sürelerinin değerlerine bağlıdır. Hesaplanan yeşil ışık sürelerine bağlı olarak, faz sıralamasında değişiklik yapabilmenin mümkün olduğu faz sistemine değişebilir faz sistemi ve bu durumun mümkün olmadığı faz sistemine de sabit faz sistemi denir. Maksimum faz sayısı sabit faz sisteminde 8, değişebilir faz sisteminde ise 4'tür. Kol sayısı 4 ya da daha az olan kavşaklarda NEMA akım şemasına göre sabit ve değişebilir faz sistemleri için yeşil sürelerinin zamanlaması ile doğu-batı ya da güney-kuzey yönünde koordinasyon şartları Şekil 4'te gösterilen şartları yerine getirir. Şekil 4'ten anlaşılacağı üzere, sabit faz sistemi farklı akım kombinezonlarını aynı anda kontrol etmeyi amaçlarken, değişebilir faz sistemi tek tek akımları kontrol etmeyi amaçlar. Optimal faz sırası ve faz süreleri dedektörler üzerinden elde edilen gerçek zamanlı trafik akımı verilerinin yürürlükteki faz sistemi içerisinde değerlendirilmesi sonucu belirlenir. Yeşil ışık sürelerinin hesaplamaları sonucunda Şekil 4'te belirtilen koordinasyon şartlarının sağlanması halinde değişebilir faz sisteminin uygulanabilirliğine karar verilebilir. Değişebilir faz sisteminin uygulanabilmesi, özellikle kavşağın doğu-batı ya da güney-kuzey yönlerinde komşu kavşaklarla koordinasyona girmesi gerektiği durumlarda ve esnek uygulamalara imkan verebilmesi açısından önem arz eder. Ayrıca, sabit faz sistemine nazaran kavşak kayıp süresinin daha da azaltılması nedeniyle, değişebilir faz sistemi ile kavşak kayıp süresinin en aza indirilebilmesi mümkündür. [8] Şekil 4.4 Kollu Bir Kavşakta NEMA Akım Şemasına Göre Oluşturulabilecek Alternatif Faz Sistemleri; (a) Sabit Faz Sistemi İçin İki Ayrı Uygulama Örneği, (b) Değişebilir Faz Sistemi İçin İki Ayrı Uygulama Örneği 32

DOYGUNLUK DERECESİNİN HESAPLANMASI Şekil l'deki grafiklerin yorumu göstermektedir ki, kavşaklan pratik doygunluk derecesini gerçekleştirecek şekilde çalıştırarak, bir yandan temel performans parametrelerine ilişkin ölçümler en iyi değerlere getirilebilirken, diğer yandan da yüksek akım değerleri elde edilerek yolların kapasiteleri arttırılabilir. O halde, bütün sinyal parametrelerinin hesaplanmasında öncelikle farklı akımlar için doygunluk derecesinin belirlenmesi gerekir. Doygunluk derecesi, pratikte loop dedektörlerin taşıtlar tarafından meşgul edildiği ve meşgul edilmediği sürelerin ölçülmesi ile kolayca hesaplanabilir. NEMA akım şemasına göre tespit edilen akımlara ilişkin doygunluk derecelerinin belirlenmesi için, her kolda doğru giden akımlar ve sola dönen akımlar için durma çizgisinin gerisine ve her şerit için ayrı ayrı olmak üzere birer loop dedektör yerleştirilmesi gerekir. Loopların yaklaşık yerleşim şekli Şekil 5'de gösterilmiştir. Doygunluk derecesi ölçümü için loop dedektörlerinin yerleştirilme şeması, loopların şekli ve yerleştirilme mesafeleri trafik verilerinin ölçümü ve değerlendirilmesi için kullanılan kontrol algoritmalarına bağlı olarak farklı şekillerde seçilebilmektedir. Bu konuda literatürde çeşitli loop yerleşim şekilleri önerilmiştir. [10,11,12] Doğru giden akım dedektörii Sola dönen akım dedektörii Şekil 5. NEMA Akım Şemasına Göre Doygunluk Derecelerinin Hesaplanması İçin Gerekli Dedektör (Loop) Yerleşim Şekli Bir şeritteki trafik akımının ortalama doygunluk derecesini belirlemek için, ilgili akımın görünen yeşil süresince geçen taşıt sayısı ve taşıtlar arası boşluk süreleri toplamının dedektör üzerinden alman verilere bağlı olarak hesaplanması gerekir. Bu verilere bağlı olarak, doğru giden akım ve sola dönen akımlar için ortalama doygunluk dereceleri aşağıdaki gibi hesaplanır. (6.1) (6.2) (6.1) eşitliği ile doğru giden akımlar, (6.2) eşitliği ile de sola dönen akımlar için ortalama doygunluk dereceleri hesaplanabilir. Bu eşitliklerde i : akım numarası, n : çevrim numarası (adım indeksi), x ( (n): i'nci akımın n'nci çevrimdeki ortalama doygunluk derecesi, g ( (n) : i'nci akım için n'nci çevrimdeki görünen yeşil ışık süresi, g'.(n) : i'nci akımın n'nci çevrimde etkin olarak kullandığı yeşil ışık süresi, T(n) : n'nci çevrimde i'nci akımın yeşil ışık süresi boyunca loop dedektörün taşıtlar tarafından meşgul edilmediği toplam süre, N(n) : n'nci çevrimde i'nci akım için yeşil ışık süresince geçen taşıt sayısı, t : iki taşıt arasında bulunması gereken minimum takip süresi (x = l'e karşılık gelen taşıtlar arası aralık süresi), a : sola dönen akımın başlangıç gecikmesi, f k : sola dönen akımın doygun akım değeri için düzeltme katsayısını göstermektedir. [11] KAVŞAK ÇEVRİM SÜRESİNİN DOYGUNLUK DERECESİNE GÖRE DEĞİŞİMİNİN BELİRLENMESİ Daha önce de belirtildiği üzere, kavşağın temel performans parametrelerinin somut bir ölçüsünü belirlemek için tek başına kullanılabilecek parametre doygunluk derecesidir. O halde, öncelikle çevrim süresi ile doygunluk derecesi arasındaki ilişkinin belirlenmesi gerekir. NEMA akım şemasına göre bütün akımların doygunluk derecesi hesaplandığında, kavşak çevrim 33

süresinin, özellikle doğru giden akımlardan doygunluk derecesi en yüksek olanı esas alarak hesaplanması gerektiği açıktır. Çünkü, en yüksek akım için yeterli geçiş süresi ancak yeterli uzunluktaki çevrim süresi içinde ayrılabilir. Aksi takdirde kuyruklar uzamaya, gecikmeler artmaya ve kavşağın performansı düşmeye başlayacaktır. O halde, çevrim süresinin doygunluk derecesi ile olan ilişkisi, analitik yöntemlerle hesaplanmasında esas alman ölçüler ve bunlann temel performans parametrelerine etkileri incelenerek belirlenebilir. Şekil 6'da 4 kollu, 2 fazlı, çevrim başına kavşak gecikme süresi 10 saniye ve trafik şeridi başına doygun akım değeri 1800 taşıt/saat olan bir kavşakta, her koldaki akım değerinin eşit değerde seçildiği bir uygulama için çevrim süresi ile taşıt başına gecikmenin ilişkisi verilmektedir. Buna göre, kavşağa giren toplam akım değeri arttıkça gecikmeler artmakla birlikte, her akım değeri için çevrim süresinin bir minimum değerden az olması halind-2 gecikmeler üstel bir şekilde artmaktadır. Bu minimum değer, dinamik çevrim süresi hesaplamalarında mutlaka dikkate alınmalıdır. [13] Gecikme karakteristiğinden çıkarılan ikinci bir sonuç, kavşaktaki gecikmelerin minimum yapılabildiği bir optimum çevrim süresinin (cj olduğudur. Diğer taraftan, optimum süreden büyük çevrim süreleri için, gecikmelerdeki artış hızı daha azdır. Bu durumda kavşak çevrim süresi için dinamik hesaplamalarda dikkate alınacak bir maksimum değer {c mox ), gecikmeler nedeniyle olmaktan çok, kavşak kapasitesinin azalmaya başlamasından dolayı gereklidir. Çevrim süresinin maksimum değeri, kavşağın pratik doygunluk derecesine (x p ) karşılık gelen çevrim süresinden (c p ) büyüktür. Kavşaktaki akımların doygunluk sınırının üzerinde cereyan ettiği aşırı sıkışık durumlarda ise, çevrim süresi maksimum değeri aşmamak şartı ile, pratik doygunluğa karşılık gelen çevrim süresi (c p ) değerinden büyük seçilebilir. Ancak, sıkışık olmayan akım şartlarında optimum çevrim süresinin minimum çevrim süresinden az olmamak şartı ile, pratik doygunluğa karşılık gelen çevrim süresi (c p ) ve minimum çevrim süresi (c mln ) arasındaki bir değer olarak belirlenebileceği açıktır. Nitekim, trafik mühendisliği metotları ile hesaplamalarda, kavşak performansını en iyi değerlerde tesis etmek için, çevrim süresi c o ve c değerleri arasında seçilir. Aşırı sıkışık trafik akımı şartlarında dahi, bu süre en fazla c max değerine kadar arttırılabilir. [7] Şekil 6'nın yorumundan ve yukarıdaki izahlardan hareketle, izole bir sinyalize kavşakta çevrim süresinin doygunluk derecesine göre değişiminin dinamiği Şekil 7'de gösterildiği gibi kestirilebilir. Şekil 6. Sinyalize Kavşaklarda Gecikmenin Çevrim Süresine Göre Değişim Karakteristiği 34

iletişim kritik kavşaktaki ölçümlere bağlı olarak dikkate alınması suretiyle geliştirilebilir. Şekil 7. Bir Sini/alize Kavşakta Çevrim Süresinin Doygunluk Derecesine Bağlı Olarak Değişim Karakteristiği Çevrim süresine ilişkin tanımlanan bu değerlerin analitik yöntemlerle hesaplanması için geliştirilen matematiksel bağıntılar, trafik mühendisliği uygulamalarında halen geçerliğini korumaktadır. Bu bağıntılar için İngiliz ve Avustralya ekollerinin tespitlerinde bazı küçük değişiklikler olmakla birlikte, çevrim süresi hesaplamalarında yaklaşık olarak birbirine yakın sonuçlar verirler. (7.1), (7.2) ve (7.3) eşitlikleri pratik, optimum ve minimum çevrim süresi (devre) değerlerinin hesaplanmasında kullanılan bağıntıları ifade etmektedir. (7.1) (7.2) (7.3) Bu eşitliklerde, saniye cinsinden kavşağın bir çevrim süresince tespit edilen toplam kayıp süresini;, bir çevrim için farklı fazlara ilişkin en yoğun akımlann doygunluk derecelerinin toplamını ve U = Ic 'da, farklı fazlara ilişkin yeşil süreleri toplamının çevrim süresine oranı olarak tarif edilir. [7,13] Bu makalede dikkate alınan dinamik ve gerçek zamanlı kontrol açısından, alt alan çevrim süresi bir alt alanı oluşturan bütün kavşaklarda aynı değerde uygulanmalıdır. Alt alan çevrim süresinin hesaplanma yöntemi, izole kavşak için yukanda yapılan yorumlann ALT ALAN ÇEVRİM SÜRESİNİ HESAPLAMA ALGORİTMASI Alt alan çevrim süresi, esas olarak çevrim bazında ve kritik kavşaktaki akımların doygunluk derecelerinin hesaplanması ile belirlenebilir. Her yeni çevrim için hesaplama yapılırken, özellikle doğru giden akımların sahip olduğu en yüksek doygunluk derecesinin ve bir önceki çevrim süresinin dikkate alınması gerektiği açıktır. Kritik kavşaktaki akımların değerlendirilmesinde, optimal çevrim süresi ile doygunluk derecesi arasındaki Şekil 7'de belirtilen ilişkinin özellikle dikkate alınması gerekir. Bununla beraber, çevrim süresindeki değişiklik, ancak hesap sonuçlarının belirli bir artım miktarından fazla değişmesi halinde yürürlüğe konmalıdır. Buna göre alt alan çevrim süresinin hesaplanması için önerilen algoritma aşağıdaki gibidir : 1. Adım: Kritik kavşağın her akımı için yeşil ışık süresince ölçülen değişkenler (6.1) ve (6.2) eşitliklerinde değerlendirilerek ortalama doygunluk dereceleri hesaplanır, 2. Adım: Doğru giden akımlardan doygunluk derecesi en yüksek olanı seçilir, X. (n) = max[x 2 (n), X^n), X (n), JC g (n)] (gj) 3. Adım: Bir sonraki çevrim süresi hesaplanır (Şekil 8'deki maksimum ve minimum değerler ile a katsayısı, simülasyon sonuçlarına bağlı olarak değiştirilmek üzere, farklı default değerler olarak da atanabilirler), (8.2) eşitliğinde kullanılan sabit ve fonksiyon değerleri, aşağıdaki şekilde verilmekte ve çevrim süresine bağlı fonksiyonel değişim Şekil 8'deki gibi öngörülmektedir. 35

Şekil 8. Çevrim Süresinin Hesaplanmasında Dikkate Alınan f(c(n)j Fonksiyonunun Değişimi 4. Adım: Bir sonraki çevrim süresinin değişimine karar verilir (Ac = 5 sn. default değer olarak alınır ve simülasyon sonuçlarına bağlı olarak değiştirilebilir.), 5. Adım: Kuyruk uzunluğunun müsaade edilen değeri aştığına ilişkin dedektör bilgisinin algılanması halinde, bir sonraki çevrim için hesaplanan çevrim süresinin değeri Ac kadar arttırılır, 6. Adım: Bir sonraki çevrim için hesaplanan sürenin minimum çevrim süresinden küçük veya maksimum çevrim süresinden büyük olmadığı denetlenir ve seçilir. SONUÇ olarak Bu çalışmada kent içi trafiğinde optimizasyonun anlam ve önemi değerlendirilmiştir. Bu çerçevede, daha önce yapılan bir öneriye göre sinyalize kavşakların kontrolünde kullanılabilecek bir sistemin donanım ve yazılım şartlarına ilişkin konu başlıklarından birisi ele alınmış ve alt alan çevrim süresinin hesaplanması üzerine geliştirilen bir algoritma tanıtılmıştır. Kavşak kontrolörünün trafik uyarımlı veya dinamik' kontrol modunda çalıştırılması halinde, tanıtılan algoritma ile beraber yeşil sürelerinin ve ofset değerlerinin gerçek zamanlı olarak hesaplanabileceği (bir kısmı geliştirilmiştir) diğer kontrol algoritmaları da kullanılarak, dinamik kontrol için gereken yazılım şartları tamamlanabilir. Çalışmanın sonuçları bu çerçevede değerlendirilmelidir. KAYNAKÇA 1- May.A.D., Traffic Flow Fundamentals, Prentice Hall Publication, New Jersy p.1-10,1990 2- Schibata.J., "A Comparision of ITS Progress Around the World", 4 ht World Congress on ITS, Special Session 17, 21-24 October-ICC Berlin, 1997 3- İTÜ Uyg-Ar Merkezi, Istanbul Ulaşım Ana Planı Sonuç Raporu, 1998. 4- Ilıcak, M., "İstanbul'un Ulaşım Alt Yapısı, Trafikte Yaşanan Sorunlar ve Çözüm Önerileri", konferans notları, Bilişim 98 Tüyap Fuar Alanı, 1998. 5- Akbaş,A., Can.B., Ilıcalı.M., Onat.M., "İstanbul Kent İçi Trafiğinin Optimizasyonu Üzerine Bir Öneri", 2.nci Uluslararası Ulaşım Sempozyumu 4.ncü oturum, İstanbul, 1-4 Ekim 1998 6- Akbaş A., Can B., Tektaş M., "Kent İçi Trafik Kontrolü Çerçevesinde Alt Alan Çevrim Süresini Optimizasyonu Üzerine Bir Algoritma", YA/EM XX. Ulusal Kongresi, Ankara, 1999 7- Akçelik,R., "Traffic Signals Capacity and Timing Analysis", ARRB Transport Research Ltd., Australia, ARR123, p.24-30, Sept. 1995 8- Akbaş.A., Can.B., Tektaş.M., "Trafik Uyarımlı Sinyalize Kavşaklarda TOD Planlarının Güncelleştirilmesi Üzerine Bir Algoritma", 2.nci Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu 2.nci oturum, İstanbul, 8-10 Mart 1999 9- Transyt-7F Users Guide, University of Florida Transportation Research Center, p.3-3, March 1998 10- Hunt, Robertson, Bretherton and Royle, "The Scoot Online Traffic Optimisation Technique", IEE Conference Publication No:207, p.55-59, 1982 11- Lovrie,RR.,"The Sydney Coordinated Adaptive Traffic System-Principles, Methodology, Algorithms", IEE Conference Publication No:207, p.67-70, 1982 12- Miyata and Usami, "Stream-Strategic Realtime Control for Megapolice Traffic", IEE Conference Publication No:422, p.71-75,1996 13- Webster.FV., Cobbe,B.M.,"Traffic Signals", Road Research Technical Paper No:56, London, p.57-59, 1966 36