Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/2927
Title: Akıllı Taşıt Sistemlerinde Trafik Akışının Çoklu Ajan Yaklaşımıyla Büyük Ölçekte Benzetimi
Other Titles: Multi-agent Based Large Scale Traffic Flow Simulation Of Intelligent Transportation Systems
Authors: Boyraz, Pınar
Ekinci, Oğuz
10003648
Mekatronik Mühendisliği
Mechatronics Engineering
Keywords: Çoklu Vekil
Otonom Araç
Akıllı Taşıt Sistemleri
Benzetim
Trafik
Multi Agent
Autonomous Vehicle
Intelligent Transportation Systems
Simulation
Issue Date: 13-Sep-2013
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Kentsel yaşamın günümüzde en temel problemlerinden biri yoğun trafik, trafikte meydana gelen kazalar ve trafikte yaşanan zaman, can ve mal kaybıdır. Şehir yaşantısında herkes yoğunluktan, ve bu yoğunluğa bağlı olarak ulaşımdaki zorluklardan şikayetçidir. Nüfustaki yoğunluktan ve özellikle mesai öncesi ve sonrası oluşan uzun kuyruklu trafik bir çoğumuzun zamanını çalmakta ve yaşam kalitemizi önemli ölçüde düşürmektedir. Zaman kaybının yanı sıra, trafikte geçirilen uzun bekleyişlerden sonra sürücülerin dikkatinin dağılmasından yada sabırsız davranışlarından kaynaklanan can ve mal kayıpları da olabilmektedir. Elektronik, yazılım, mekanik ve kontrol alanlarındaki ilerlemeler sayesinde sürücüsüz araçlar üzerinde yapılan araştırmalar hız kazandı. İlk olarak sürücüye yardımcı olan sistemler gelişmeye başladı. Hız sabitleme sistemleri, erken uyarı sistemleri, sürüş kontrol sistemleri ve otomatik park sistemleri araçlara entegre olan ilk akıllı teknolojilerdi. Bu teknolojiler sayesinde yarı-otonom araçlar gündeme geldi. Özellikle karar verme konusunda yardımcı olabilecek tüm sistemler yarı-otonom araç teknolojisine hizmet etmektedir. Karar destek mekanizmalarının yanında kendi kendine karar verebilen teknolojiler de gelişmeye başlamıştır. Böylece tam otonom araçlar gündeme gelmiştir. Tam otonom araçlar yüksek teknolojiyle donatılmış, kendi kendine seyredebilen araçlardır. Üzerinde konum belirleyiciler, ivme ölçerler, akustik algılayılar, mesafe sensörleri gibi birçok sensörü barındıran ve bu bilgileri kullanarak araç kontrolünü sağlayan yapay zeka ile donatılmışlardır. Otonom araçların elektromekanik araştırmalarının yanında, otonom araçların trafikle olan iletişimi üzerine de birçok çalışma yapılmıştır. Dinamik olarak değişen şehir trafiğinde anlık bilgiye ulaşmak ve bunu yorumlamak çok önemlidir. Özellikle akıllı taşıt sistemlerinin ve ulaştırma mühendislerinin üzerinde durduğu konular araçların trafikte optimum şekilde seyretmesidir. Otonom araçlar kadar trafikte araçların yönlendirilmesi de önemlidir. Bahsedilen bütün teknolojiler, Akıllı Ulaşım Sistemleri adı altında toplanmaktadır, ve hepsi aynı amaca hizmet etmektedir; trafik kazalarını ve buna bağlı can ve mal kaybını önlemek, trafikteki seyir rahatlığını arttırmak, araç kullanım sayısını ve yakıt tüketimini azaltarak karbondioksit salınımını engellemektir. Bu gelişmelerden de anlaşıldığı gibi yakın gelecekte otonom araçların şehir trafiğine karışacaklarını düşünmek hayal olmayacaktır. Google‘ın üzerinde çalıştığı insansız araçlar (Toyota Prius) Amerika’nın Nevada eyaletinde ehliyetlerini almışlardır ve prototipler şehir trafiğinde aktif olarak seyir etmektedir. Projenin gidişatına bakılırsa otonom araçların amaca yönelik olarak insanlara trafikte büyük katkıda bulundukları görülmektedir. Gün geçtikçe otonom araçların sayısının artacağı düşünülüyor, ancak otonom araçlar trafiği insan sürücülerle paylaşmak zorundalar ve bu beklenmedik sonuçlar doğurabilir. Karmaşaya benzeyen trafik ortamına daha da fazla karışıklık getirebilirler. O nedenle otonom araçlarının sayılarının artmasıyla birlikte, trafikteki etkileri analiz edilmelidir. Insanlar öyle bir noktaya geleceklerdir ki, otonom araç almanın ne zaman mantıklı olacağını düşüneceklerdir. Bu durumu yaşamadan önce benzetim programlarıyla bu durum analiz edilmelidir. Trafiği simule etmek için birçok yazılım geliştirilmiştir. Ancak bu yazılımların çoğu tüm araçların aynı karakterde, aynı teknolojiyle donatılmış ve hepsinin otonom olduğu varsayılan benzetim ortamlarıdır. Aynı davranışı sergileyen, aynı şekilde seyir eden araçların paylaştığı bir trafk ortamı simule edilmeketedir. Ancak böyle bir trafikte araçları otnom olanlar ve otonom olmayanlar diye ikiye ayırmak yeterli olmayacaktır.Ayrıca otonom araçların sayısı trafik ortamında dün geçtikçe artan bir orana sahip olacaktır. Geçiş dönemini simule etmek için trafik ortamına insan sürücüleri de dahil etmek gerekir. Çünkü trafikte beklenmeyen davranışları insan sürücüler sergilemektedir. Bazıları trafik kurallarına harfiyen uyar, bazıları uymak istemelerine ragmen sürücülük yetenekleri zayıf olduğu için uyamazlar ve bazıları da uymak istemeyebilir. Bu nedenle insan davranışlarının modellenmesi ve benzetim ortamına alınması büyük önem arzetmektedir. Bu çalışmada, otonom ve manual araçların aynı trafikte olduğu bir benzetim üzerine durulmuştur. Geliştirilen yazılım platformu farklı oranlarda manual ve otonom araçların aynı şehir trafiğinde benzetilmesini sağlamaktadır. Manual kullanılan araçlar, agresif sürücü, dikkatli sürücü ve gecikmeli sürücü olmak üzere üç farklı grupta ele alınmıştır.Tüm araçlar trafikte kendi karalarını verebilmesi ve tahmin edilemeyen davranışalara sahip olabilmeleri için birer yazılım vekili olarak tanımlanmıştır. Vekil yaklaşımıyla, tüm araçlar kendi rotalarını hesaplayabilir, kendi tercihlerini yapabilir ve rotalarını takip edebilirler. Her vekilin kendine özgü hız limiti, ortalama hızı ve sürücü kabiliyeti gibi özellikleri vardır. Benzetim ortamı oluşturulmak için ağırlıklı olarak Java programlama dili kullanılmıştır. Eclipse yardımıyla Java kodu geliştirilip farklı ortamalarla beraber çalışması sağlanmıştır. Şehir haritası oluşturmak için MATLAB ortamı kullanılmış ve Java yazılımıyla control edilmiştir. Özellikle haritanın MATLAB’te oluşturulmasının sebebi araçların rotalanması ve bu rotaların optimize edilmesi konusunda MATLAB’in güçlü bir ortam olduğu içindir. MATLAB’ın farklı fonksiyonları kullanılarak farklı boyutlarda yapay şehir haritaları oluşturulmuş, karmaşıklığı ise simule edilmek istene duruma göre değiştirilmiştir. İlk testlerin yapılması için küçük haritalar kullanılmıştır. Haritanın üzerinde araçların tanımlayabilmek ve ilk davranışlarını test etmek için yaklaşık 25 aracın rahat hareket edebileceği test haritaları kullanılmış, araçlar programlandıktan sonra ise harita kademeli olarak büyütülmüştür. Harita üzerinde otonom ve manuel olmak üzere iki temel araç tipi oluşturulmuştur. Her bir araç bir özerk vekil olarak tanımlanmış ve trafikteki normal birer sürücü gibi davranmaları için programlanmışlardır. Otonom araçların karakteristikleri birbirinin aynısıdır, ancak manuel sürücüler; agresif sürücüler, dikkatli sürücüler ve zayıf tepkili sürücüler olmak üzere üç temel gruba ayrılmıştır. Akıllı vekiller (araçlar) JADE platformunda oluşturulmuş ve hepsine yol takip davranışları, hız profilleri ve tepki süreleri gibi sürücü davranışları kazandırılmıştır. Bu sürücü davranışları belli toleranslar içinde değişkenlik gösterebilmektedir. Örneğin, agresif sürücüler dikkatli sürücülere nazaran daha yüksek hız profillerine sahiptir ve kendi içlerinde de bir miktar değişiklik gösterebilir. Bu değişiklikler tamamen rastlantısal olarak oluşturulmaktadır. JADE ortamında programlanan tüm araçlar, verdikleri kararları, aldıkları yol durumlarını, seçtikleri hızları v bu gibi sürücü davranışlarını MySQL veri tabanına kaydetmişlerdir. Bu kayıtlar üzerinden sorgular oluşturularak trafikteki durum analiz edilmeye çalışılmıştır. Bulunan sonuçlar detaylı bir şekilde incelenmiş ve sonuç olarak, otonom araçların sayısı arttıkça trafikteki seyirleri daha rahat, hızlı ve güvenli hale gelmiştir ve trafik sıkışıklığından kaynaklanan gecikmeler azalmıştır.
In modern urban life, automobile traffic and collisions lead to endless frustration as well as significant loss of life, time, and productivity. Recent advances in artificial intelligence suggest that autonomous vehicles may soon be a reality. There are many studies on intelligent transportation systems including autonomous vehicles, intelligent routing, and intelligent road infrastructure. These approaches alleviate many traditional problems associated with human inattention, in terms of both safety and efficiency. However, all these systems rely on all vehicles being equipped with the same technology and all of them are autonomous vehicles. Implementing such systems in the real world is extremely difficult, there would be a transition period and this period may be a chaotic or well organized. To observe that intelligent transportation systems would help to solve traffic congestion or improve safely travelling, this transition period must be analyzed. In this study, we dwell on a simulation to allow autonomous vehicles and manually driven vehicles in same traffic environment. The developed software platform is able to simulate urban traffic with different proportions of autonomous vehicles over manually driven vehicles. Also manually driven vehicles are considered as three main groups, aggressive drivers, cautious drivers and delayed drivers. All vehicles are defined as software agents, to gain decision-making capabilities and unpredictable behaviors in traffic. All vehicles calculate their own routes, make their own chooses and follow their own paths with the help of multi agent approach. An agent has specific properties according to limitations like its average velocity and driver skill level. The work is fully implemented and tested in developed custom simulator, and we present detailed experimental results attesting to its effectiveness. Furthermore, we show that as the number of autonomous vehicles on the road increases, they travel in traffic more comfortable, faster, safer and delays caused by traffic jam decrease monotonically.
Description: Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013
URI: http://hdl.handle.net/11527/2927
Appears in Collections:Mekatronik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
13619.pdf1.54 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.