Bu tez çalışmasında amaç otoyol trafik akımında iyileştirmeler yapmaktır. Değişken Hız Sınırlaması (DHS) yapılarak homojen bir trafik akımı elde edilmeye, trafik akımında oluşan şok dalgaları, kuyruklanma, tıkanıklık önlenmeye ya da geciktirilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla bir optimal kontrol yaklaşımı olan Model Tabanlı Öngörülü Kontrol (MTÖK) yönteminden yararlanılarak trafik akımını amaçlara eriştirecek en uygun DHS değerleri hesaplanmıştır. Hesaplanan DHS değerleri, İstanbul O1 otoyolunun Avrupa yakası kısmında 2,5 km yol kesimine, trafiğin zirve saatlerinde uygulanarak sonuçlar simülasyon yazılımıyla sınanmıştır. MTÖK uygulaması için gerekli olan trafiğin tahmin modeli olarak METANET kullanılmıştır. METANET modeli çalışma bölgesi için kalibre edilmiştir. Çalışma bölgesi üzerinde yedi adet kontrol uygulaması yapılmıştır. Çalışma sonucunda çalışma bölgesi üzerinde taşıt başına düşen ortalama yolculuk süreleri, ortalama hıza ait standart sapmalar azalmış, şok dalgasının etkisi azalmıştır.