AKILLI TRAFİK KONTROL SİSTEMİ INTELLIGENT TRAFFIC CONTROL SYSTEM ZEKİ GÜLER Yrd. Doç. Dr. Mehmet Demirer Tez Danışmanı Hacettepe Üniversitesi Lisansüstü Eğitim – Öğretim ve Sınav Yönetmeliğinin Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı İçin Öngördüğü YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak hazırlanmıştır. 2013 ZEKİ GÜLER’in hazırladığı “Akıllı Trafik Kontrol Sistemi” adlı bu çalışma aşağıdaki jüri tarafından ELEKRİK ve ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI’nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Başkan Prof. Dr. Selçuk Geçim Danışmanı Yrd. Doç Dr. Mehmet Demirer Üye Prof. Dr. Abdullah Çavuşoğlu Üye Doç. Dr. Ali Ziya Alkar Üye Yrd. Doç Dr. Derya Altunay Bu tez Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tarafından YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak onaylanmıştır. Prof. Dr. Fatma SEVİN DÜZ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü i ETİK Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, tez yazım kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında,  tez içersindeki bütün bilgi ve belgeleri akademik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,  görsel işitsel ve yazılı tüm bilgi ve sonuçları bilimsel ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,  başkalarının eserlerinden yararlanılması durumunda ilgili eserlere bilimsel normlara uygun olarak atıfta bulunduğumu,  atıfta bulunduğum eserlerin tümünü kaynak olarak gösterdiğimi,  kullanılan veriler herhangi bir tahrifat yapmadığımı,  ve bu tezin herhangi bir bölümünü bu üniversiteye veya başka bir üniversitede başka bir tez çalışması olarak sunmadığımı beyan ederim. 12/06/2013 Zeki Güler ii ÖZET AKILLI TRAFİK KONTROL SİSTEMİ ZEKİ GÜLER Yüksek Lisans, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. MEHMET DEMİRER Haziran 2013, 104 sayfa Bu çalışmada ulaşım ağlarındaki trafik sıkışıklığını önlemek amacıyla, sıkışıklığa neden olan kavşakların uyarlamalı kontrolünü sağlayan ve kural tabanlı çalışan bir algoritma önerilmiştir. Kavşakta bulunan araçların miktarını (her bir yöndeki kuyruk uzunluğunu) ve bu miktardaki artışı gözlemleyen algoritma en iyi ışık sürelerini bir sonraki döngüde kullanacak şekilde ayarlamaktadır. Böylelikle her kavşağın kendi sinyal sürelerini belirleyebilmesi, kavşakta bekleme sürelerini azaltmakta ve kavşağın en iyi performansta çalışmasını sağlamaktadır. Kural tabanlı çalışan kavşak modeli oluşturulurken gerçek trafik verilerine benzer veriler kullanılmış ve bu veriler ile eğitilen kural blokları sıradan bir kavşağa göre %20-%30 daha fazla araçın kavşaktan ayrılmasına olanak sağlayan bir algoritma meydana getirilmiştir. Anahtar Kelimeler: genetik algoritma, bulanık mantık, kavşak kontrolcüsü, akıllı kavaşak yönetimi, uyarlamalı kavşak kontrol, trafik sinyal optimizasyonu iii ABSTRACT INTELLIGENT TRAFFIC CONTROL SYSTEM ZEKİ GÜLER Master of Science, Departmet of Electrical and Electrical Supervisor:Asst. Prof. MEHMET DEMİRER June 2013, 104 pages In this study, algorithm is suggested, which works rule based and controls intersections cause traffic, to prevent that traffic in transportation networks. It sets number of cars in intersection ( length of line in both sides) and observes the increase of that amount to drive the best period of traffic lights in the next loop. Thus, every intersection’s designation of the period of traffic lights decreases the standby time and provides the best performance for the intersection. Similar data to actual traffic data is used to compose rule based intersection model and rule blocks which are educated with these data generates algorithm that provides 20 to 30 % more cars exit the intersection rather than ordinary intersection. Keywords: genetic algorithm, fuzzy logic, intersection controller, intelligent traffic controller, adaptive traffic control, traffic optimization iv TEŞEKKÜR Değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Mehmet Dermirer ve çalışmamda büyük emeği geçen Prof. Dr. Kemal Leblebicioğlu’na, maddi, manevi her tür desteği sağlayan ORTANA Şirket Müdürü Umut AYDIN’a, ArGe müdürü İbrahim DEMİR’e ve diğer tüm ORTANA ailesine yapmış olduğu yardım ve desteklerinden dolayı teşekkür ederim. v İÇİNDEKİLER Sayfa KABUL VE ONAY SAYFASI..................................................................................... i ETİK ................................................................................................................... ii ÖZET .................................................................................................................. iii ABSTRACT ............................................................................................................ iv TEŞEKKÜR ............................................................................................................. v İÇİNDEKİLER ......................................................................................................... vi 1. GİRİŞ .................................................................................................... - 1 - 2. YÖNTEM ................................................................................................... 3 3. TRAFİK SİNYAL KONTROLÜ ÇALIŞMALARINDA KULLANILAN TEMEL PARAMETRELER ....................................................................................... 6 3.1. Sinyal Döngüsü ......................................................................................... 6 3.2. Sinyal Döngüsü Zamanı (c) ....................................................................... 6 3.3. Trafik Akış Oranı (q) ................................................................................. 6 i 3.4. Sinyal Fazı ................................................................................................ 7 3.5. Doygunluk Debisi (s) ................................................................................. 8 i 3.5. Benzeştirici (simulatör) .............................................................................. 8 4. ÇÖZÜM İÇİN GELİŞTİRİLEN YÖNTEM VE MODEL ................................ 9 4.1. Kayıp Zaman (L) ....................................................................................... 9 4.2. Etkin Yeşil Süresi (g ) ................................................................................ 9 e 4.3. Döngü Sonunda Her Bir Yönde Biriken Kuyruk Miktarı (x) ....................... 9 i 4.4. Kural Tabanının Oluşturulması ................................................................ 11 4.5. Üyelik Fonksiyonun Belirlenmesi ............................................................. 13 4.6. Bir Adet Kuralın Girdiye Göre Ürettiği Kararın Gösterimi ......................... 15 4.7. Birden Fazla Kuralın Durulaştırma İşlemi ................................................ 19 5. KURALLARIN EĞİTİLMESİ ..................................................................... 21 5.1. Çözüm Uzayı ........................................................................................... 22 vi 5.2. Karmaşık Çok Boyutlu Arama Uzayı ....................................................... 24 5.3. Uygunluk Hesabı ..................................................................................... 24 5.4. Kromozomlar Arası Genetik Değişim (Çaprazlama, Crossover) ............. 26 5.5. Performans Hesabı ................................................................................. 29 5.6. Kaynaştırma İşlemi .................................................................................. 30 5.7. Algoritma ................................................................................................. 31 5.8. Algoritmanın Akış Şeması ....................................................................... 31 6. KAYNAŞTIRMA İŞLEMİ VE SONUÇLARI .............................................. 32 6.1. Eğitim Verisi ............................................................................................ 32 6.2. Kaynaştırma İşleminin Verime Etkisi ....................................................... 33 6.2.1. Birinci Kaynaştırma İşlemi ....................................................................... 37 6.2.2. İki ve Daha Fazla Kaynaştırma İşlemi ..................................................... 39 6.3. Eğitilen Kural Bloklarının Test Verilerine Uygulanması ........................... 43 7. SONUÇLAR ............................................................................................ 44 7.1. Test Verileri İle Yapılan Çalışmaların Sonuçları ...................................... 44 7.1.1. Birinci Deneme Sonuçları ve Açıklamalar ............................................... 44 7.1.2. Farklı Test Verileri İle Yapılan Deney Sonuçları ...................................... 46 7.2. Öneriler ve Tartışma ................................................................................ 49 KAYNAKLAR ........................................................................................................ 51 EK - 1 Algoritmanın Yazınsal Gösterimi ............................................................. 53 EK – 2 Algoritmanın Kaynak Kodu ...................................................................... 56 ÖZGEÇMİŞ .......................................................................................................... 94 vi 1. GİRİŞ Hızla gelişen teknoloji, ekonomi ve artan nüfus günümüz şehirlerinde daha fazla ulaşım araçının kullanılmasına neden olmaktadır. Daha fazla araç kullanımı ise kavşaklarda uzun kuyrukların oluşmasına, gereksiz zaman kayıplarına, kavşaklarda beklerken harcanan gereksiz yakıt tüketimine ve çıkan egzoz dumanının doğayı kirletmesine neden olmaktadır [1]. Trafikte az beklemek ve ulaşımı hızlandırmak için daha yeni ve daha geniş yollar inşaa edilebilir fakat günümüz şehirlerinde bunu yapmak hem kolay olmamakta hem de pahalı bir çözüm olarak durmaktadır. Bilindiği gibi şehir trafiğindeki sıkışıklığın temel nedenini kavşaklar oluşturmaktadır. Bir çok yolun birleştiği noktalar olan kavşaklar ister istemez trafiğin buralarda yavaşlamasına, hatta durmasına sebep olmaktadır. Kavşaklarda bulunan ışıkların yanma sürelerinin sabit ve sıralı olması değişken trafik yoğunluğu ile baş edememekte ve kavşaklarda gereksiz, uzun kuyrukların oluşmasına neden olmaktadır [2]. Trafiğin daha etkin kullanılmasına yönelik ilk çalışmalar 1960’lı yıllarda A.B.D ve Japonya’da başlamıştır. Bu amaca yönelik Zeki Taşıt/Yol Sistemleri ve Özdevinimli Yol Sistemleri gibi kavramlar ortaya atılmıştır [3]. Uyarlamalı trafik kontrol yöntemi, bir başka değişle akıllı trafik kontrol sistemi son yirmi yıldır gelişen teknoloji ile birlikte uygulama alanı bulabilmiştir [4]. Tek bir kavşakta bekleme sürelerini en aza indirmeye çalışan bu tür sistemler, kavşağın yönlerinde araç olup olmamasına bakarak daha önceden belirlenen en az veya en fazla ışık sürelerini uygulamaktadır. Kavşağın en çok araç olan yönüne geçiş hakkı tanıyarak trafik sıkışıklığını önlemeye çalışmaktadır. Bu tür sistemler kavşağın tüm yönlerinde araç varsa her bir yöne en az veya en fazla ışık süresini atayarak sabit zamanlı bir kavşak gibi çalışmaktadır. Bu durum günümüz şehirlerinde her zaman karşılaşılan bir durum olduğu için trafik sıkışıklığına bir çözüm getirmemektedir. Bir kentin tümünde veya belli bir bölgesinde trafik ışıklarının yanma sürelerine ve birbirlerine göre sinyal sürelerinin kayma miktarına karar verebilmek için öncelikle her kavşağın kendi başına yaptığı davranışlara karar vermek gerekir. Her kavşağın kendi sinyal sürelerini belirleyebilmesi, araçların kavşakta bekleme sürelerini en aza indirecek ve kavşağın kullanımını, bir başka değişle kavşaktan 1