Otoyol katılım kontrolü

Kentiçi yollarda trafik akımı trafik ışıkları ile gruplandırılarak yönetilir. Kentiçi otoyollarda ise gruplanma istenmez. Çünkü oluşacak hız farkları kapasitenin kullanımını azaltır. Otoyol kapasitesini en uygun şekilde kullanmak için otoyol akımında kararlı akım şartları hüküm sürmelidir (Balta, 2001). Otoyol katılımlarında oluşan talep, otoyol kapasitesini aşıp otoyol katılımlarında tıkanıklıklara sebep olur. Otoyol katılım kontrolü otoyol kapasitesinin verimli kullanımını sağlamak ve gecikmeyi önlemek için otoyolda uygulanabilir temel tekniklerden biridir.

Otoyol katılım kontrolü Şekil 2.2’de görüldüğü üzere otoyol katılımlarına yerleştirilen trafik ışıkları ile, katılımlardan ana akıma taşıtların kontrollü biçimde katılmalarını sağlayan bir donanımdır. 1960’lardan itibaren ABD’nin pek çok kentinde uygulanmış katılım kontrolü (Arnold, 1998), bugün sıklıkla başvurulan (2200’den fazla katılım kontrolü uygulaması mevcuttur) otoyol kontrol türlerinden birisidir (Geroliminis vd., 2011). Katılım kontrolü günümüzde Amsterdam, Paris ve

9

Glasgow gibi Avrupa’da pek çok kentte uygulanmış, ilgi gören bir kontrol türüdür (Scariza, 2003).

Şekil 2.2 : Otoyol katılım kontrolü örneği-A94 Münih (Kaynak: Url-2). Otoyol katılım kontrolü genel olarak aşağıdaki nedenlerden dolayı uygulanır:

-Akıcı olan otoyola artık kapasitesi kadar taşıt katılımına izin verip kapasiteden fazlasına engel olmak (Balta, 2002). Amaç gecikmeyi otoyoldan katılıma aktararak, otoyoldaki akımın mümkün olduğu kadar kesintisiz akmasını sağlamaktır (Şahin vd, 2004). Böylece otoyolun kapasitesi verimli kullanılmış, taşıt yığılmaları ve tıkanma durumu önlemiş olacaktır.

-Taşıt gruplaşmasını önlemek (Zorer, 2003). Katılım kontrolü ile taşıtların belirli aralıklarla ana akıma katılması sağlanarak, otoyol katılım noktalarında meydana gelebilecek hız farklarının azaltılması, kaza oluşumunun önlenmesi, güvenliğin sağlanması, şok dalgası ve olası tıkanma durumunun önlenmesi söz konusudur. Katılım kontrolü uygulaması katılımın olduğu yol kesimlerinde şok dalgalarının oluşmasını önlemektedir. Ioannou (2008) ‘nun belirttiği gibi otoyolda katılımın dışında, pek çok nedenden dolayı (kaza, olay, sürücü davranışı gibi) oluşabilecek hız farkları akım yukarı kesime doğru ilerleyen şok dalgalarına sebep olabilir. Bu durumda DHS uygulamaları etkili olabilmektedir.

Katılım kontrolünün bir sonucu olarak trafiğin bir kısmı alternatif güzergahlar arayacak ya da hareket saatlerini değiştireceklerdir, ancak herhangi bir türel kayma olması beklenmemelidir (Şahin vd., 2004).

Otoyol katılım kontrolünün olumsuz taraflarından birisi katılımlarda oluşabilecek kuyruklanmaların gecikmelere neden olmasıdır (Scariza, 2003). Diğer bir olumsuz tarafı otoyol katılımlarında talep artışının çok fazla olması durumunda kuyruğun

10

uzayarak kentsel yolları tıkamasıdır. Bu tıkanıklık otoyola katılmak istemeyen taşıtları da etkileyerek gecikmeye neden olabilmektedir. Papageorgiou vd. (2003) ‘nin belirttiği gibi katılımların yukarı kesimine dedektör yerleştirilmesi sonucu katılımlarda meydana gelebilecek kuyruklanma tespit edilmektedir. Kuyruklanma tespit edildiğinde katılımlardan otoyola daha fazla taşıt katılmasına izin verilmektedir.

Taşıtların otoyola kontrollü katılmının sağlanması için katılım yapacak taşıt sayısının ve trafik ışıklarına ait devre süresinin belirlenmesi gerekmektedir. Bu durum katılım kontrol yaklaşımlarına göre değişiklik göstermektedir. Otoyol katılım kontrolü yaklaşımları önceden zaman ayarlı, trafiğe uyarmalı kontrol olarak iki şekilde sınıflandırılabilir (Scariza, 2003). Önceden zaman ayarlı kontrol ile trafik gözlemleri ve ölçümlerden faydalanılarak eldeki sonuçlar değerlendirilir; günün saatine, haftanın gününe veya özel durumlara bağlı olarak otoyol katılımında trafik ışığının uygun devre süreleri hesaplanır. Trafiğe uyarmalı kontrol gerçek zamanlı trafik verilerine göre sinyal devre süresi belirlenmektedir. Trafiğe uyarmalı kontrol bölgesel (bağımsız olarak tek bir katılım) veya sistem genişliğinde (koordineli olarak) uygulanmaktadır. Bunun yanında farklı kontrol elemanlarının bir arada kullanıldığı bütünleşik kontrol uygulamaları vardır. Otoyol katılım kontrol algoritmalarının derlenmiş ve değerlendirilmiş olduğu çalışmalar için Bogenberger ve May (1999) ve Zhang (2001) bakılabilir.

Otoyol katılım sistem ve algoritmaları ile tek şeritte veya çok şeritte kontrol uygulanabilmektedir (Bhargava vd., 2006). Katılım kontrolü uygulama stratejisine tek şerit her yeşilde tek taşıt, tek şerit her yeşilde çok taşıt ve çift şerit katılım kontrolü olmak üzere üç şekilde rastlanmaktadır (Chaudhary ve Messer, 2000). Tek şeritte kontrol uygulamasında her bir sinyal devresinde tek taşıtın geçmesine izin verilmektedir. 4 saniyelik bir devrede, 1 s yeşil, 1 s sarı ve 2 s kırmızı süre ile kapasite 900 taş/sa dolaylarındadır (Chaudhary ve Messer, 2000). 2,5-3 s’lik kırmızı süre ile katılım kapasitesi 800taş/sa~720taş/sa/şerit olur. Yani kırmızı sürenin artması katılım kapasitesini düşürür. Tek şeritte iki taşıt uygulamasında 6-6,5 s’lik bir devrede kapasite 1100~1200taş/sa dolaylarında olacaktır. Çift şeritli katılım kontrol dönüşümlü olarak şeritlerde gerçekleşmekte ve kapasite değeri 1600~1700 taş/sa olmaktadır (Chaudhary and Messer, 2000).

11

Chaudhary ve Messer (2000) otoyol katılım hacminin 1200taş/sa’tin altında tek şeritli katılım kontrolü, 1200 taş/sa’tin üzerinde ise çift şeritli katılım kontrolü uygulamasını önermektedir. Caltrans (California Department of Transportation) ise 900 taş/sa’lik katılım hacim değerini katılım kontrolünün tek ya da çift şeritli kontrol olarak seçiminde sınır değeri koşul olarak belirtmektedir (Caltrans, 2000).

Otoyol katılım kontrol uygulamalarını değerlendiren çeşitli alan ve simülasyon çalışmaları mevcuttur. Dünyadaki en büyük otoyol katılım kontrol sisteminden birine sahip olan Minnesota’da Eyalet Meclisi, Minnesota otoyol katılım kontrollerinin başarımını değerlendirmek amacıyla otoyol katılım kontrolünü sekiz hafta süreyle kapatmıştır. Yapılan alan çalışmasında otoyol katılım kontrolünün kapatılması ile birlikte trafik tıkanıklığı ve kaza sayısında artış yaşanmış, yolculuk zamanının güvenirliğinde de azalma olduğu tespit edilmiştir (Cambridge Systematics, 2001). Boulevard Peripherique, Paris’te ve Amsterdam A10 Otoyolunda test edilen katılım kontrol algoritmaları içinde en başarılı ALINEA bulunmuştur (Papageorgiou vd., 1997). Farklı otoyol katılım kontrol stratejilerinin, farklı çalışma bölgelerinde değerlendirildiği çok sayıda simülasyon çalışmasında (Papageorgiou vd., 1991; Zorer, 2003; Zhang vd., 2001; Bellemans, 2003) genel olarak toplam yolculuk süresinde olumlu etkiler görülmüştür.

ALINEA çok bilinen ve uygulanan bir katılım kontrol uygulaması olması nedeniyle Bölüm 6’da, Beşiktaş katılımına uygulanan ALINEA uygulamasına yer verilecektir. 2.1.2.1 ALINEA

ALINEA (Asservissement Lineaire d’entree Autoroutiere) klasik geri besleme teorisine dayanan ilk bölgesel (local) kapalı-döngü kontrol algoritmasıdır (Papageorgiou vd., 1991). Ölçülen işgal değerini (Oout), hedeflenen işgal değerinin (kapasite doluluk değeri) O, altında tutmak için denetim hacmi (r(k)), ayarlanmaktadır (Şekil 2.3).

Papageorgiou v.d (1991) denetim hacmini her ayrık zaman adımı k’da hesaplamak için Eşitlik (2.1)’i tanımlamıştır.

12

Eşitlik (2.1)’de; :ayrık zaman adımı, zaman adımında uygulanacak taşıt/saat cinsinden kontrol hacmidir. Bir önceki denetim hacmi , ölçülen işgal ve hedeflenen işgal değeri O arasındaki farkın fonksiyonudur. Hesaplamada denetim hacmi , 40 saniye ile 5 dakika arasında değişen sürelerde güncellenmektedir (Chu ve Yang, 2003).

a) Örnek Katılım. b) Temel Diyagram (May, 1990).

Şekil 2.3 : Katılım kontrolü ve temel diyagramı.

O: arzu edilen veya hedeflenen akım aşağı doluluk (genellikle hedeflenen akım aşağı doluluk O, kritik işgal değerinden ’den yani kapasite işgal değerinden, biraz küçük alınır. Bunun nedeni otoyol akımının kapasite değerini aşmaması içindir). Uygulamalardan genellikle %18-%29 arasında değişen değerlerde alındığı görülmüştür (Papageorgiou vd., 1997).

: ölçülen akım aşağı kesimin işgal değeridir.

: Düzenleyici bir parametredir. Bu değer 70 taşıt/saat olarak alındığında çok iyi sonuçlar bulunmuştur. Saha çalışmalarında ALINEA’nın parametresine karşı duyarlı olmadığı görülmüştür (Papagerogiou vd. 1997).

Eşitlik (2.1)’den hesaplanan değeri için [ ] sınır değerleri belirlenir. değeri, katılım kapasitesidir (tek şeritli kontrolsüz bir katılım için 1800~2200 taş./sa’tir). değeri kabul edilen minimum katılım hacim değeridir (200~400 taş/sa) (Papageorgiou vd., 2007).

ALINEA kontrol stratejisinin uygulanması çok basittir. Bir anayolda akım aşağı yönde, diğeri ise otoyol katılımında olmak üzere sadece iki adet dedektöre gerek duyulmaktadır. Kuyruk uzunluğunu bulmak için ise otoyol katılımının başlangıcına bir dedektör yerleştirilebilir. Akım aşağı yönündeki dedektör, anayol ile katılımın birleştiği noktanın 40~500 m uzağına yerleştirilebilir. Devre süresinin kısa olması

13

durumunda, talepteki değişimlere cevap verebilmesi için dedektör yerleşiminin katılıma yakın olması gerekmektedir (Chu ve Jang, 2003).

ALINEA algoritmasının MALINEA (akım yukarı işgal değeri dikkate alınıyor), FL-ALINEA (akım aşağı akım değeri dikkate alınıyor), UP-FL-ALINEA (akım yukarı işgal değeri ile akım aşağı işgal değeri tahmin ediliyor ve hesaplamada dikkate alınıyor), UF-ALINEA (akım yukarı akım değerine dayanan algoritma), X-ALINEA/Q (ALINEA algoritmasında kuyruk kontrolü de dikkate alınıyor) gibi geliştirilmiş farklı şekilleri de mevcuttur (Scariza, 2003).