A Multi-attribute Model To Determine The Best Routes In Public Transportation

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2016Günümüzde çoğu metropol şehirde olduğu gibi İstanbul’da yoğun bir trafik problemi yaşanmaktadır. Bu sebeple şehir sakinleri gündelik hayatlarının çoğu zamanını trafik sıkışıklılığı yüzünden yollarda harcamaktadırlar. Trafik sorunu toplumun yaşam kalitesini düşürmekte, milyarlarca TL para israf ettirmekte, emisyon artışına neden olmakta ve bunlar gibi bir çok olumsuz durumlara yol açmaktadır. Kişilerin hayatını daha verimli hale getirmek için bu sorun üzerinde gerek devlet kurumları gerek üniversiteler gerekse de bu sorunlar ile uğraşan diğer özel organizasyonlar çalışmaktadırlar. Tüm bu yapılan çalışmalar ve araştırmalar sonucunda, artan özel araç sayısı ve kısıtlı toplu ulaşım altyapısı trafik probleminin temel sebepleri arasında bulunmuştur. Bu nedenlerden dolayı, uzmanlar toplu ulaşım sistemlerinin maksimum etkinlik ve etkililik ile çalışmaları doğruntusunda yeni fikirler ve yöntemler arayışındadırlar. Aynı zamanda da bu yeni yöntemlerin yolcuların üzerindeki somut ve soyut etkilerinin araştırılması, trafik probleminin toplu taşımaya yönlendirilmesi ile giderilebileceğinden dolayı büyük önem arzetmektedir. İstanbul trafiği, özel coğrafi yapısından (iki ayrı parçadan oluşması), yüksek nüfus oranından ve gerek iş seyahatlerinden gerekse de transit geçişlerden dolayı gün içi beklenilmeyenin dışında bir kalabalıklıkdan büyük oranda etkilenmektedir. Bu yapıyı sorumlu kurumlar, otobüs, tramvay, vapur, metro, deniz otobüsleri ve metrobüs gibi bir çok toplu ulaşım türünü en etkin şekilde kullanarak ulaşım ağını tasarlamaktadırlar. Yolcular ulaşım türlerinin kendine has özelliklerine (kalabalıklık seviyesi, ulaşım maliyeti, aktarma sayısı, sürüş biçimi, konfor, durak ve araç içi temizliği vb.) maruz kalmaktadırlar. Ulaşım türlerinin kendine has özellikleri arasından ulaşım maliyeti ve seyahat zamanı her zaman yolcular açısından iki önemli ve belirleyici etken olmuştur. Bunlar ile birlikte, son zamanlarda yukselen ulaşım seçeneklerinin sayısı ve yoğun saatlerdeki yüksek kalabalık seviyesi yüzünden ortaya çıkan araç içi konforsuzlukdan dolayı, seyahatteki konfor da toplu ulaşım türlerinin seçiminde büyük oranda etkili bir şekilde gündeme gelmektedir. Bu çalışmada, toplu taşımada yolcular açısından en uygun rotayı belirlemek adına kullanılmak üzere genelleştirilmiş çok özellikli bir matematiksel model oluşturulmuştur. Bu modelin amaç fonksiyonunda ulaşım maliyeti, seyahat zamanı, ve tahmini araç içi konforsuzluk seviyesi faktörleri göz önünde bulundurulmuştur. Her olası alternatif rota için hesaplanan amaç fonksiyonu değerleri, göz önünde bulundurduğumuz üç faktörün katkısını ağırlıklandırarak yansıtmaktadır. Bu çalışmada bu değerlere ağırlandırılmış kapsamlı alternatif puanı ismi verilmiştir. Yolcuların her bir olası rota için karar vermelerini etkileyecek ağırlandırılmış kapsamlı alternatif puanını hesaplarken iki önemli noktayı göz önünde bulundurmak önemlidir. Bu noktalardan birincisi, problemimizde kullanılan üç faktörün birbiri ile karşılaştırılmasının gerekliliği, diğeri de bu faktörlerin her birinin amaç fonksiyonundaki ağırlıklarının hesaplanmasıdır. Faktörlerin birbiri ile kıyaslanması için geliştirdiğimiz yaklaşımda, her ilgili faktör değeri, o faktörün bütün olası alternatifler arasındaki en iyi değerine bölünerek tanımlanmaktadır. Böylece tüm faktörler normalleştirilmiş değerlere sahip olmakta ve bu şekilde karşılaştırabilir duruma gelmektedir. Birleşik analiz (Conjoint Analysis) tekniğinin yardımı ile her bir faktörün amaç fonksiyonundaki ağırlığını hesaplanarak fonksiyonda yeri belirlenmiştir. Bu doğrultuda seyahat süresi için beş seviye ve ulaşım maliyeti ve araç içi konforsuzluk değerleri için ise üç seviye dikkate alınmıştır. Bu teknik vasıtası ile her faktörün kendisinin ve bütün seviyelerinin faydaları (Utilities) ağırlandırılmış kapsamlı alternatif puanı fonksiyonunda kullanmak üzere hesaplanmıştır. Hesaplanan bu ağırlıklar önceden hesaplanan normalleştirilmiş değerler ile çarpılıp toplanarak genelleştirilmiş ağırlıklı kapsamlı alternatif puanı belirlenmiştir. Her olası rota için bulunan puanlar yolcuların hangi rotayi seçeceklerini belirlemede yardımcı olacaktır. Birleşik analizi yontemini uygulamak için bu çalışmanın ve araştırma konusuna has bir anket düzenlenmiştir. Bu ankette cevaplayıcılara (yolcular) on adet soru sorulmuş ve bu on sorunun her birinde iki farklı alternatif rota sunulmuştur. Cevaplayıcılar kendi kişisel tercihlerini ve faktörlerin önceliklerini göz önünde bulundurarak daha uygun olan seçeneği seçmişlerdir. Yapılan anket kapsamında 457 kişi internet ortamında paylaşılan soruları tam olarak yanıtlamıştır. Önerilen model için İstanbul’da örnek bir uygulama gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar tutarlıklık ve geçerlilik açısından incelenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde belli bir alternatif rota için günün bütün saatlerinde ulaşım maliyeti sabit olurken, seyahat zamanı ve araç içi konforsuzluk seviyesi değerlerinin değişen trafik sıkışıklığı nedeni ile önemli ölçüde farklılaştığını gözlemlenmiştir. Bu farklılık sonucunda alternatiflerin ağırlandırılmış kapsamlı alternatif puanı ve dolayısıyla seçeneklerin tercih sıralaması değişmiştir. Bu tezdeki örnek çalışma için gereken veriler İstanbul Büyükşehir Belediyesi altında bulunan organizasiyonlar içerisinden İETT’den metrobüs ve otobüs hatları, İstanbul Ulaşim A.Ş.’den metro ve tramway hatları ve Şehir Hatları’ndan da vapur hatları için duraklardaki yolcu sayısı, sefer sıklıkları, ücret bilgileri ve çift yön yolculuk zamanları alınmıştır. Bu veriler ışığında oluşturulan model, yolcuların toplu ulaşım türü ve olası alternatif rota tercihlerini daha kapsamlı bir yaklaşım ile irdelemekte ve en iyi rota sıralamasını verdiği puanlama ile yolculara sunmaktadır. Tüm bunlara ek olarak önerilen model, yolcuların araç içi konforsuzluk seviyelerini de bir kriter olarak göz önünde bulundurarak bu alanda yapılmış diğer çalışmalardan ayrılmaktadır. Literatür taramasında görüleceği üzere de diğer çalışmaların sadece iki faktöre (yolculuk maliyetı ve sayahat zamanı) odaklanarak karar destek sistemi geliştirmişlerdir. Bu çalışma araç içi konforsuzluk seviyelerini de karar destek sistemlerinin bir faktörü olarak ele alarak literatüre bir katkı sağlamıştır. Yani, trafik sıkışıklılığının artması ile beraber araç içinde geçirilen zamanın da artması ile birlikte yolcuların daha konforlu bir ortam ihtiyacını doğurarak günümüzde konforun toplu taşıma da önemli bir faktör haline gelmesine neden olmuştur. Bu kapsamda kurulan modelde araç içi konfor seviyesi göz ardı edilemeyecek kadar önem kazanmıştır. Ayrıca araç içi konforsuzluk faktörunun en uygun rotanın seçilmesinde rol oynaması kaçınılmaz hale gelmıştir. Önerdiğimiz yöntem, bir rota seçici destek uygulamada veya yolcuların davranışlarını dikkate almak için yapılan bir tasarımda ulaşım ağındaki darboğazları tespit etmek için kullanılabilecektir.Congestion has long been a prominent problem for the traffic network of Istanbul as is the case in many other megacities around the world. Increasing number of private cars and limited public transport infrastructures have long motivated experts to come up with new methods and ideas to maximize the efficiency and effectiveness of public transportation systems while investigating both tangible and intangible effects of their decisions of passengers. Due to the unique city structure of Istanbul, having two geographically separated parts, the metropolitan area of Istanbul inhabits a variety of transportation modes, such as bus, tram, subway, ferry, and bus rapid transit (BRT) system. Transportation cost and travel time have always been considered as the two most important criteria for passengers’ choice of mode. However, as a result of the increasing number of choices in public transport, and the discomfort created by crowdedness in vehicles during peak hours, comfort in travel has also become a significant factor of transportation mode choice. In this study, we developed a multi-attribute mathematical model to determine the best transportation routes in public transport. The objective function includes transportation costs, travel and commuting times, and predicted comfort levels. A Weighted Comprehensive Alternative Score (WCAS) is assigned for each feasible alternative path in which our three factors are considered separately. There are two important points to ponder about the calculation of WCAS scores. First is the approach that we compare the times, costs and discomfort levels of different alternative paths, and second is the importance or weight of each of these three factors in the WCAS formula. Normalization is considered for comparing the attributes of different alternatives by dividing the value of each attribute to the best value of that attribute among all alternative paths. Conjoint analysis is used to calculate the weight of each attribute in the WCAS formula. Using this technique the utility of each attribute and the utility of all levels of each attribute is obtained. A survey is used in this approach in which respondents are given ten sets of alternative paths and should choose the better choice in all ten questions based on their personal preference and the priority of attributes in their minds. An implementation example is conducted in Istanbul in order to illustrate the practical aspects of the proposed method. The implementation yields some meaningful and logical outcomes. For instance, while the traveling cost is constant during different times of the day for a specific alternative path, traveling time and discomfort level vary significantly due to much heavier traffic during peak hours. This difference would affect the WCAS of alternatives and would lead to change in the ranking of the alternative paths. Data required for the implementation example in this thesis is obtained from various affiliated companies of Istanbul Metropolitan Municipality (IETT, Istanbul Ulasim A.S., and Sehir Hatlari), which are responsible of bus and BRT, subway, and ferry operations respectively. This study provides a more holistic view on passengers’ choice of transportation mode among available public transport services. Proposed model can be used in developing an optimal route planning system which considers the comfort as a criterion in passengers’ choice in transportation mode or a simulation of passenger behavior can be conducted to identify the bottlenecks of the transportation system.Yüksek LisansM.Sc