Spatial temporal dimensions of accessibility in İstanbul, Turkey

Abstract

Transportation has a pivotal role in shaping citizen's activities and urban sustainability. It also is an essential component of a resident's life and a nation's economy for its roles in improving productivity and justice to reach desired destinations, and by offering easy access to supplies. Effective road networks, per se, uphold a vital level of service despite malfunctioning of certain roads within the network by providing more alternatives to network users. Ultimately, certain features of the road network impact the level of the ease of mobility within urban areas. Researchers argue that the interaction within transportation system components is best presented by the concept of accessibility which is also considered the definitive aim of any transportation system. Evaluating the current accessibility status of the region assists in identifying poor accessibility locations to target them in the future. The location-based measure is considered a very common tool to quantify the accessibility status for spatial locations within the targeted region. Four essential components namely land-use, transport, individual and temporal are required for its calculation. A common issue is capturing such components accurately and within required spatial and temporal resolutions, depending on the aim of the project. Identifying related origins and destinations to each corresponding activity is another issue for this measure. Generally, policymakers aim to steer these components to increase the accessibility of the targeted region. For that, policymakers invest heavily in transportation infrastructures, such as operating a Bus Rapid Transit (BRT) system or constructing new roads. Such investments enhance certain components while negatively affecting others. Balanced growth in all components is required to reach the desired enhanced level of accessibility. Evaluating the changes occurred to accessibility status by changing accessibility components, within a considered time period, assists in identifying the roles of each component on influencing the current status of accessibility. Thus, by learning from that, altering accessibility components more effectively to enhance future accessibility status according to targeted travel users/audience or activities. Among the most important daily activities within urban areas is the accessibility to jobs/workplaces (workplaces accessibility). Modelling accessibility to workplaces is considered the center of accessibility analysis research for its relation to other significant features of urban structure, such as understand the urban form, the spatial mismatch of jobs and housing, job-housing balance, excess traveling and employability. However, accessibility to such locations requires further details due to dissimilarity occurring each travel direction (from homes to work or from work to homes). Primarily, this thesis aims to provide policymakers with more accurate tools, methodologies and models to capture essential accessibility components, convert them into the required form and quantify the change in accessibility at high spatial resolutions. By that, policymakers are able to disentangle the effects of accessibility components on changing the accessibility status at high spatial resolution, utilizing desired travel/transportation mode (e.g. walking and car). They also can analyze the effects of transportation investments (e.g. BRT) on changing accessibility components and accessibility status itself. The thesis also considers various travel costs while calculating the accessibility, mainly network distance and dynamic travel time. The dynamic travel time as impedance measure is a newly emerged travel impedance measure that considers the continuous temporal change in accessibility status for the network. Moreover, policymakers have flexible methodologies to target required audience/network users according to targeted activities (e.g. trips to workplace, to homes or to hospitals). This thesis it is the first research that considers modelling accessibility, especially the workplace accessibility, in more than one direction at several time phases of the day. Furthermore, it is the first research of its kind implemented for Istanbul city. The temporal variations within a day and between several years are modelled and discussed. The study implements its application for a part of Istanbul city with high growth in inhabitants, commercial and industrial activities. For that, the study utilizes Geographic Information System (GIS) and Remote Sensing (RS) framework with an adequate and flexible environment that allows targeting the required location/spatial resolution, audience and time period/resolution. The research also provides several methodologies to collect the required accessibility components in the required resolution and high accuracy. A methodology to semi-automatically classify satellite imageries using auxiliary data to be in the European standards is introduced. The results are thematic land cover/use (LCLU) maps pointing out locations of related origins and destinations. The high spatial resolutions, geometric accuracy and overall accuracy of the outputs nominate them to be accurate inputs for later calculations. The acquired raster thematic maps are converted to points with attributes of their corresponding LCLU using a proposed gridding system that reduces related errors. Later studies are classified, mainly, into two groups based on the considered impedance measure. The first group considers travel network distance while the second considers the dynamic travel time as an impedance measure. Travel network distance is easier to implement due to the availability of the data for a long period of time. The travel time attribute is not available for the same time period, thus liming the analysis to only network distance as travel impedance. Utilizing travel network distance enables the study to evaluate the effect of the urban change on influencing the accessibility over a long period of time. Impacts of high budget infrastructure transportation projects on influencing the accessibility are analyzed, such as the BRT system in Istanbul. The research also identifies the impact of changing accessibility components of both the road network and LCLU on influencing the accessibility status to hospitals and healthcare centers. Later studies are implemented using dynamic travel time as an impedance measure. For that, the travel time is acquired using real time average speeds of the network. The study proposes a modified network-based inverse distance weighting spatial interpolation method to identify unknown speed values along the network more accurately. Using the interpolated average speeds, the temporal component is generated for the whole network at all considered time periods. The research evaluates the change in accessibility at several time periods representing two trip types (i.e. home to work and work to home). The research reference the relationship between dominant accessibility components change at each considered time period. Finally, the study inspects several impedance measures of travel network distance, static travel time (generated from free-flow speeds) and dynamic travel time, when evaluating the spatial-temporal change in accessibility at very high resolutions.

Ulaştırma, kent sakinlerinin faaliyetlerini ve kentsel sürdürülebilirliği şekillendirmede önemli bir role sahiptir. Ulaştırma aynı zamanda hizmetlere kolay erişim sunarak, verimlilik ve sosyal adaleti iyileştirmedeki rolüyle birlikte kent yaşamının ve ülke ekonomisinin önemli bir bileşenidir. Ulaştırma ağları, ağdaki belirli yolların işlevsizliğine rağmen ağ kullanıcılarına daha fazla güzergah alternatifi sunarak, hizmet seviyesini sürdürmektedir. Sonuç olarak, karayolu ağının belirli özellikleri kentsel alanlardaki hareketliliğin verimlilik seviyesini etkilemektedir. Araştırmacılar, ulaşım sistemi bileşenleri içindeki etkileşimin en iyi erişilebilirlik kavramı ile tarif edildiğini ve bu kavramın herhangi bir ulaşım sisteminin kesin amacı olarak kabul edildiğini savunmaktadır. Bölgenin mevcut erişilebilirlik durumunun değerlendirilmesi, gelecekte erişilebilirliği iyileştirilebilecek konumların belirlenmesine ve projelerin önceliklendirilmesine yardımcı olmaktadır. Konuma dayalı ölçüm, hedef bölge içindeki mekansal konumların erişilebilirlik seviyesini ölçmek için çok yaygın bir araç olarak kabul edilmektedir. Erişilebilirliğin hesaplanabilmesi için arazi kullanımı, ulaşım, birey ve zaman olarak adlandırılan dört temel bileşen gerekmektedir. Bununla ilgili karşılaşılan en yaygın problem, projenin amacına bağlı olarak bu bileşenleri doğru bir şekilde, gerekli mekansal ve zamansal çözünürlüklerde elde edilememesidir. İlgili her etkinliğe ilişkin başlangıç ve bitiş noktalarını belirlenmesi ise bu ölçüm için başka bir sorundur. Genel olarak, karar vericiler hedeflenen bölgenin erişilebilirliğini artırmak için bu bileşenlerden ulaşımı öne çıkararak; hızlı toplu taşıma sistemlerinin işletilmesi, yeni yollar inşa edilmesi gibi ulaşım altyapılarına büyük yatırımlar yapmaktadırlar. Bu tür yatırımlar bazı bileşenleri geliştirirken diğer bileşenleri de olumsuz yönde etkilemektedir. İstenen gelişmiş erişilebilirlik düzeyine ulaşabilmek için tüm bileşenlerde dengeli bir büyüme gerçekleştirilmelidir. Belirli bir süre içerisinde erişilebilirlik seviyesinde olan değişikliğin değerlendirilmesi, her bir bileşenin mevcut erişilebilirlik durumunu etkilemedeki rollünün belirlenmesine yardımcı olmaktadır. Buradan elde edilen bilgilerle, hedeflenen kullanıcılara / kitleye veya aktivitelere göre gelecekteki erişilebilirlik durumunu iyileştirmek için erişilebilirlik bileşenleri daha etkili bir şekilde tasarlanabilir. Kentsel alanlarda en önemli günlük faaliyetler arasında işyerine erişim bulunmaktadır. Aslında, işyerlerine erişilebilirliğin modellenmesi, kentsel formun anlaşılması, iş ve konut alanlarının mekânsal uyumsuzluğu, iş-konut dengesi, aşırı seyahat ve istihdam edilebilirlik gibi kentsel yapının diğer önemli özellikleriyle ilişkisi nedeniyle erişilebilirlik analizi araştırmalarının en önemli konusudur. Ancak, bu tür konumlara erişim, her seyahat yönünde (evden işe veya işten eve) meydana gelen farklılıklar nedeniyle daha fazla ayrıntı içerir, dolayısıyla yüksek mekansal ve zamansal çözünürlüklü veri, veri modelleme ve veri analizi yeteneği gereklidir. Öncelikle bu tez, karar vericilere temel erişilebilirlik bileşenlerini elde etmek, bunları istenen yapıya dönüştürmek ve yüksek mekansal çözünürlükteki değişikliği ölçmek için daha doğru araçlar, yöntemler ve modeller sunmayı amaçlamaktadır. Böylece, karar vericiler erişilebilirlik bileşenlerinin erişilebilirliğin değişimi üzerindeki etkilerini, yüksek mekansal çözünürlükte, istenen hareket / ulaşım türünü kullanarak (örneğin yürüme ve araç) analiz edebilirler. Ayrıca, ulaşım yatırımlarının, örneğin metrobüs, erişilebilirlik bileşenleri ve erişilebilirliliğin üzerindeki etkilerini değerlendirebilirler. Bu tez aynı zamanda erişilebilirliği hesaplarken, yol ağı mesafesi ve dinamik seyahat süresi gibi çeşitli yolculuk maliyetlerini de dikkate almaktadır. Empedans (direnç) ölçüsü olarak dinamik seyahat süresi, ağ için erişilebilirlik durumundaki sürekli zamansal değişikliği dikkate alan ve yeni bir seyahat direnci ölçüm aracıdır. Geliştirilen yöntem ve araçlar ile, karar vericiler farklı ihtiyaçlar için anlık göstergelerinde ölçülebileceği farklı araçlara ve esnek yöntemlere kavuşmuştur. Bu tez özellikle günün çeşitli zaman aralıklarında, birden fazla yönde, işyeri erişilebilirliğini içerecek şekilde erişilebilirliğin modellenmesi konusunda yapılan ilk çalışmadır. Üstelik İstanbul kenti için bu türde uygulanan ilk araştırmadır. Bu çalışmada çok geniş bir ölçekte, zamansal değişimler –örneğin bir gün ve birkaç yıl- modellenmiş ve tartışılmıştır. Çalışma İstanbul'un ticari ve endüstriyel faaliyetlerinde yüksek büyüme gösteren on bir ilçesini oluşturan bir alanda uygulanmıştır. Bunun için çalışmada gerekli yer / mekansal çözünürlüğü, kitleyi ve zaman dilimini / çözünürlüğü hedeflemeye, yeterli ve esnek bir ortamla olanak tanıyan Coğrafi Bilgi Sistemi (CBS) ve Uzaktan Algılama (UA) sistemleri kullanılmıştır. Ayrıca araştırma, erişilebilirlik bileşenlerini gerekli çözünürlük ve yüksek doğrulukta toplamak için çeşitli yöntemler önermiş ve test etmiştir. Avrupa Birliği Standardı –Corine– lejandı kullanılarak uydu görüntüleri yarı otomatik olarak sınıflandırılmıştır. Ulaştırma modellerinde kullanılan başlangıç ve hedef noktalarını sınıflandırılmış görüntlerden elde edebilmek için bir yöntem geliştirilmiştir. Sonuçlar, ilgili başlangıç ve varış noktalarının yerlerini gösteren tematik arazi örtüsü / arazi kullanım (AÖAK) haritaları ile elde edilmiştir. Literatürdeki çalışmalar kullanılan empedans ölçüsüne göre iki gruba ayrılmaktadır. İlk grup seyahat ağı mesafesini, ikinci grup ise dinamik seyahat süresini empedans ölçüsü olarak kabul etmektedir. Aynı çalışma bölgesine ait farklı yılları kapsayan verilerin mevcut olması nedeniyle seyahat ağı mesafesinin uygulanması daha kolay olmaktadır. Seyahat süresi özelliği aynı süre boyunca mevcut değildir ve bu sebeple analiz seyahat empedansı olarak sadece ağ mesafesiyle sınırlandırılmıştır. Seyahat ağı mesafesinin kullanılması, çalışmanın kentsel değişimin uzun bir süre boyunca erişilebilirlik üzerinde ki etkisini değerlendirilmesini sağlamaktadır. İstanbul'daki metrobüs sistemi gibi yüksek bütçeli altyapı ulaşım projelerinin erişilebilirliği etkisi bu şekilde analiz edilebilmektedir. Araştırma, yıllara bağlı değişen karayolu ağının ve AÖAK'nın hastanelere ve sağlık merkezlerine olan erişilebilirlik etkisini de belirlemektedir. Tez kapsamında, empedans ölçüsü olarak dinamik seyahat süresi kullanılarak geliştirilen model test edilmiştir. Bu yöntemde, seyahat süresi yolağının gerçek zamanlı ortalama hızları kullanılarak elde edilmiştir. Çalışma, ağ boyunca bilinmeyen hız değerlerini daha doğru bir şekilde tanımlamak için ağ tabanlı ters mesafe ağırlıklandırmalı bir mekansal enterpolasyon yöntemi geliştirmiştir. Enterpole edilmiş ortalama hızlar kullanılarak, zamansal bileşen, tüm ağ için, analiz edilen tüm dönemlerde üretilmiştir. Araştırma, iki yolculuk türünü (yani evden işe ve evden işe) temsil eden birkaç zaman diliminde erişilebilirlikteki değişikliği değerlendirmektedir. Bununla birlikte, dikkate alınan her bir zaman diliminde baskın erişilebilirlik bileşenleri değişimin bileşenleri arasındaki ilişkiye referans vermektedir. Son olarak, çalışma çok yüksek çözünürlüklerde erişilebilirlikteki mekansal - zamansal değişimi değerlendirirken, seyahat ağı mesafesi, statik seyahat süresi (serbest akış hızlarından üretilen) ve dinamik seyahat süresi gibi çeşitli empedans ölçümlerini incelemektedir.