A traffic assignment model proposal for sustainable urban transportation

Abstract

Günümüzde hem gelişmiş hem de gelişmekte olan ülkelerde kent popülasyonu artmakta, şehirler yeterli planlama olmadan büyümekte ve kent içi ulaşım problemi büyümektedir. Sadece ekonomik tarafın hesaba katılması ile oluşan çözümler sosyal eşitlik sunmadığı ve çevreci olmadıkları için geçerliliklerini yitirmişlerdir. Bu çalışmada, ilk olarak genel sürdürülebilirlik ölçütleri tanımlanmış ve ulaşım için özelleştirilmiştir. Sürdürülebilir bir trafik yönetimi başarmak için, ulaşımın çok sayıda etkisi üzerinde çalışılmış ve bunlar sosyal, çevresel ve ekonomik olarak sınıflandırılmıştır. Literatürden edinilen trafik etki maliyetlerini veren fonksiyonlar kullanılarak bir çok-amaçlı iki-seviyeli doğrusal olmayan ikili (0-1) matematiksel model oluşturulmuştur. Sürdürülebilirliğin tanımı ile uyumlu olarak, bir amaç fonksiyonu sosyal ve çevresel maliyetleri enküçükler, diğeri ekonomik maliyetleri enküçükler. Problemimizi çözmek için Pareto Tavlama Benzetimi algoritması uygulanırken, kullanıcı-dengeli yapıyı benimseyerek trafik ataması yapmak için Frank-Wolfe algoritması kullanılmıştır. Her iki algoritma da Matlab ile kodlanmış ve iyi bilinen bir şehir ağı üzerinde çalıştırılmıştır. Yol ücretlendirme trafik yönetim enstrümanı kullanılarak, ekonomik ve sosyal-çevresel maliyetler arasında bir Pareto çözüm seti sunulmuştur.

Today, urban population is increasing and cities are growing without adequate planning, and urban transportation problem is getting bigger. The solutions those arise when only economic part is taken into account have lost validity since they do not usually present social equity and are not usually environmentalist. In this study, general sustainability measures are defined at first, and specialized for transportation. Many transportation impacts are studied and categorized as social, environmental and economical, to succeed a sustainable traffic management. A multi-objective bi-level non-linear binary model is formed by using traffic impact cost functions acquired from literature. In accordance with the definition of sustainability, one objective function minimizes social and environmental costs and the other minimizes economic costs. We apply Pareto Simulated Annealing algorithm to solve our problem while we use the Frank-Wolfe algorithm to do traffic assignment in user equilibrium structure. Both algorithms are coded in Matlab program and run over a well-known city network. By applying tolling traffic management instrument, a Pareto solution set between economic and social - environmental costs is presented.