Akademik Veri Yönetim Sistemi
SCHMİDT K. V. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2015 - 2018
Mobilite ihtiyacı sürekli
artan araç trafiğine ve dolayısı ile ekonomi, insan sağlığı ve çevre üzerinde
olumsuz etkilere yol açmaktadır. Oluşan trafik tıkanıklıkları, seyahat
zamanlarını, yakıt tüketimini ve zararlı gaz salınımını artırarak verimsizliğe,
ve çevreye zararlı etkilere yol açmaktadır. Buna ek olarak araç kazaları
ölümlere ve yaralanmalara neden olmaktadır. Bu problemleri çözmek amacı ile
haberleşme, bilgi ve kontrol teknolojilerini trafik altyapısına entegre ederek
trafik emniyet ve verimliliğini artırırken çevreye olumsuz etkileri de
azaltmayı hedefleyen Akıllı Ulaşım Sistemleri (AUS) geliştirilmektedir. Burada
önemli bir nokta, trafikte var olan problemlerin kaçınılmaz olmayıp çoğunlukla
yoğun trafikte sürücülerin uygun olmayan hızlanma ve yavaşlamalarından, şerit değişikliklerinden
ve uzun tepki zamanlarından kaynaklanmasıdır. Bu nedenle AUS kapsamında
koordineli otonom araçlar ile otoyol trafiğini tamamen otomatize eden Otomatik
Otoyol Sistemleri (OOS) önerilmektedir.
OOS’lerin kontrol ve koordinasyonu
kapsamında hem ortalama trafik özelliklerini ve davranışlarını tanımlayan
makroskopik düzeyde hem de araca özel davranışları ve özellikleri tanımlayan
mikroskopik düzeyde problemlerin ele alınması gerekmektedir. Mikroskopik
düzeyde araçların uzunlamasına hareketleri ele alındığında, araçların istenen
hızda seyahat ederek öndeki aracı küçük fakat emniyetli bir uzaklıkta takip
edebilmeleri gerekmektedir. Yanal hareketler ele alındığında ise araçların
şeritlerini takip edebilmeleri ya da örneğin otoyola girip çıkarken emniyetli
biçimde şerit değiştirebilmeleri gerekmektedir.
Burada
önemli nokta, örneğin şerit değişikliği sırasında, hedef şeritte, geçen araç
için bir boşluk açılması (uzunlamasına hareket) ve aracın bu boşluğa hızlı ve
emniyetli şekilde geçmesi (yanal hareket) için yerel araç kontrolu ve araçlar
arasında koordinasyon ihtiyacıdır. Mikroskopik düzeyde araçlar arasında uzunlamasına ve yanal hareketlerin
koordinasyonu araç-araç (V2V) haberleşmesi ile gerçekleştirilirken, makroskopik
düzeyde ise trafik verimliliğini ve emniyetini sağlamak için yerel manevraların
koordinasyonu yol kenarı ve araçlar arasında araç-alt yapı (V2I) haberleşmesi
ile gerçekleştirilir. Örnek olarak yol kenarı
altyapısındaki bir yerel trafik merkezi makroskopik trafik durumunu araçlardan
aldığı bilgiler ile değerlendirip, araçları koordine ederek şerit
değişikliklerini çizelgeleyebilir.
Bahsedilen
problemler literatürde ayrı ayrı işlenmektedir. Mikroskopik düzeyde, otonom
araç araştırmaları, makroskopik trafik üzerindeki etkileri incelemeden, yerel
işlevlerin gerçekleştirimine odaklanmaktadır. Araç takibi ve otomatik şerit
değişiklikleri için varolan kontrol yöntemleri yanal manevralar ihmal edilerek
uzunlamasına hereketle kısıtlıdır. Yanal-uzunlamasına manevraların
koordinasyonu ele alınmamıştır. Bu manevraların makroskopik trafik üzerindeki
etkieri tasarıma dahil edilmeden sadece simülasyonla incelenmektedir. Araçların
pratikte heterojen (farklı dinamik özelliklerde) oldukları gözardı
edilmektedir. Trafik verimliliği çalışmaları giriş çıkış şeritlerinde akış
düzenlemeleri ve değişken hız limitleri gibi makroskopik yöntemlerle
sınırlıdır. Bu çalışmalardaki insan sürücü varsayımı nedeni ile mikroskopik
düzeyde koordineli araç manevraları ele alınmamaktadır. Sonuç olarak, literatürde AUS- OOS gerçekleştirimi için mikroskopik ve
makroskopik gerekleri birlikte ele alarak yerel manevraların emniyet amaçlı
kontrol ve koordinasyonu aynı zamanda da trafik verimi için genel manevra
koordinasyonu ve çizelgelemesi üzerine yapılmış çalışma yoktur.
Bu projenin konusu, yoğun trafik altında, çok şeritli otoyolda seyahat eden
heterojen otonom araçlar için yerel ölçümlerden ve V2V-V2I haberleşmeden elde
edilen verilere dayanarak, emniyet ve trafik verimliliğini sağlayacak şekilde,
yanal ve uzunlamasına manevralarının kontrol, koordinasyon ve çizelgelemesini
içeren genel bir işçerçevesi geliştirimidir. Projenin ilk amacı, şeritte araç takibi
ve şerit değişikliği amacıyla boşluk açma-kapama için uzunlamasına kontrol
yöntemlerinin geliştirilmesidir. İkinci amacı, emniyetli şerit değişiklikleri
için makroskopik trafik üzerinde ölçülebilir olumlu etkileri olacak şekilde
yanal hareketlerin kontrolu ve uzunlamasına hareketlerle koordinasyonudur.
Üçüncü amaç, geliştirilen uzunlamasına ve yanal kontrol yöntemleri ile
emniyetli şerit değişikliği için ardışık basamaklardan oluşan bir yöntem
geliştirmektir. Bu kapsamda V2V haberleşme ve koordinasyonu sağlayan yol kenarı
altyapısındaki bir yerel trafik merkezi ile V2I haberleşme üzerinden bilgi alışverişi
yapılacaktır.Son olarak, bu yöntemi kullanarak farklı araç dizilerinin
etkileşimleri, araçların optimal şeride birleşmelerinin çizelgelenmesi ve araç
varış yeri bilgisi kullanılarak şeritlere optimal araç yerleştirimi gibi OOS
uygulamaları tasarlanacaktır.
Literatürden farklı ve
yeni olarak projede OOS tasarımı için mikroskopik ve makroskopik seviyede
kontrol yöntemlerinin birlikte kullanıldığı genel bir işçerçevesi
önerilmektedir. Mikroskopik düzeyde genel uzunlamasına ve yanal manevralarla
emniyetli ve verimli şerit değişikliği yöntemi tanımlandıktan sonra makroskopik
düzeyde bu tanım kullanılarak soyut bir OOS gösterimi, kontrol ve koordinasyonu
yapılacak, optimal şeride birleşme gibi yöntemlerle trafik verimi
iyileştirilebilecektir.
Önerilen işçerçevesi,
kontrol ve koordinasyon yöntemlerinin özgünlüğü sayesinde araştırma sonuçları
indeksli dergilerde ve uluslararası konferanslarda yayınlanabilecektir. AUS
kapsamında otonom araçlar ve OOS uygulamalarındaki gelişme ve gerekler nedeni
ile projenin çıktıları endüstriyel gerçekleştirimlerde de kullanılabilecektir.
Ulusal AUS stratejileri kapsamında Türkiye’nin bilimsel ve endüstriyel
katkılarına ve ekonomisine olumlu etkileri olacaktır.
Proje yürütücü, bir Doktora ve iki yüksek lisans öğrencisi bursiyer
tarafından gerçekleştirilecektir. Proje sonucunda bu öğrenciler AUS uygulamaları,
araç dinamikleri modellemesi, H¥ ve optimal kontrol, doğrusal olmayan ve karışık tam sayılı programlama
ve Matlab/Simulink’de ileri simulasyon teknikleri hakkında tecrübe elde
edeceklerdir.