Determining optimum configuration of one-way and two-way streets using shortest path travel costs based on results of traffic assignment

Traffic congestion is one of the major problems in transportation field.To reduce unfavorable impact of that problem, one of the conventionalapplications is to find optimal or near-optimal configuration of one-waystreets on road networks. When some of two-way streets in the networkare converted to one-way, which may be cheaper than other possibleimprovements, the performance of the road system may increase. Thus,this arrangement should be evaluated in order to determine its possibleeffects. For this purpose, a bilevel heuristic solution algorithm isproposed to find optimal configuration of one-way streets on roadnetworks in this study. The upper level deals with finding optimalconfiguration of one-way streets by minimizing the total flow (demand)weighted shortest path travel costs (distance) while user equilibriumlink flows are determined in the lower level. Shortest path travel costsbetween OD pairs are obtained after executing traffic assignmentmodule of VISUM software by considering link travel times according tocreated network configuration in the upper level. To make moreattractive one-way streets, we have used the parameter of α which ismultiplied with the length of one-way streets to increase its speed. Thebilevel heuristic solution algorithm is combined with VISUM and appliedto Sioux-Falls city network. The results of near-optimal arrangement ofone-way streets are compared with those of base case in terms ofobjective function considered. Additionally, sensitivity analysis wasperformed to investigate how the algorithm reacts to the variation ofthe parameter of α. Results showed that developed algorithm may beconsidered for finding

En kısa rota seyahat süreleri kullanılarak tek ve iki yönlü yolların optimum düzenlemelerinin yapılması

Ulaştırma alanındaki en önemli problemlerden biri bilindiği gibi trafik sıkışıklığıdır. Trafik sıkışıklığının olumsuz etkilerini en aza indirebilmek için uygulanan geleneksel yöntemlerden biride tek yön uygulamalarıdır. Kentiçi yol ağlarındaki iki yönlü yolların bazılarının tek yöne çevrilmesi uygulaması bilindiği gibi sistem performansını artırmaya yönelik diğer uygulamalardan daha az maliyetlidir. Bu nedenle tek yön uygulamalarının ağ performansı üzerindeki olası etkilerinin değerlendirilmesi gerekmektedir. Çalışmada bu amaçla yol ağlarındaki tek yönlü yolların optimum konfigürasyonun belirlenmesi amacıyla iki seviyeli sezgisel bir çözüm algoritması geliştirilmiştir. Üst seviyede talep ağırlıklı en kısa rota seyahat sürelerinin toplamının en küçüklenmesi amaçlanmıştır. Alt seviyede ise kullanıcı dengesi bağ akımları belirlenmiştir. Üst seviyede oluşturulan ağ yapısına bağlı olarak belirlenen bağ seyahat süreleri dikkate alınarak trafik atama problemi VISUM yazılımı ile çözülmüş ve Başlangıç-Varış (B-V) çiftleri arasındaki en kısa rota seyahat süreleri elde edilmiştir. Tek yönlü yolların daha cazip hale getirmek amacıyla α parametresi kullanılmıştır. Bu amaçla ulaşım ağı içinde tek yöne çevrilen bağların uzunluğu α parametresi ile çarpılarak azaltılmış bir başka deyişle bağ üzerindeki hız artırılmıştır. Geliştirilen iki seviyeli sezgisel çözüm algoritması Sioux-Falls ulaşım ağına uygulanmıştır. Bazı bağların tek yön olması durumundaki sonuçlar ağdaki tüm bağların çift yönlü hizmet vermesi durumuna göre geliştirilen amaç fonksiyonu değerlendirilerek karşılaştırılmıştır. Ayrıca α parametresine karşı geliştirilen algoritmanın duyarlılığını test etmek amacıyla duyarlılık analizi yapılmıştır. Sonuçlar geliştirilen algoritmanın kentiçi ulaşım ağlarında yapılması planlanan tek yön uygulamalarında kullanılabileceğini göstermektedir.

PDF

___

Lee CK, Yang KI. “Network design of one-way streets with simulated annealing”. Papers in Regional Science, 73(2), 119-134, 1994.
Drezner Z, Weselowsky GO. “Selecting an optimum configuration of one-way and two-way routes”. Transportation Science, 31, 386-394, 1997.
Drezner Z, Salhi S. “Selecting an optimum configuration of one-way and two-way routes using tabu search”. Kyoto University Research Information Repository, 1068, 203-215, 1998.
Drezner Z, Salhi S. “Using hybrid metaheuristics for the one-way and two-way network design problem”. Naval Research Logistics, 49(5), 449-463, 2002.
Ozan C, Baskan O. “Implementation of one-way streets using shortest path distances on urban road networks”. 12 th Transportation Congress, Adana, Turkey, 24-26 May 2017. (in Turkish).
Drezner Z, Weselowsky GO. “Network design: Selection and design of links and facility location”. Transportation Research Part- A, 37, 241-256, 2003.
Zargari SA, Taromi R. “Selecting an optimum configuration of urban one-way and two-way streets using genetic algorithms”. International Journal of Civil Engineering, 4(3), 244-259, 2006.
Miandoabchi E, Farahani RZ. “Bi-objective bimodal urban road network design using hybrid metaheuristics”. Central European Journal of Operations Research, 20, 583-621, 2012.
Salcedo-Sanz S, Manjarres D, Pastor-Sanchez A, Del Ser J, Portilla-Figureas JA, Gil-Lopez S. “One-way urban traffic reconfiguration using a multi-objective harmony search approach”. Expert System with Applications, 40(9), 3341-3350, 2013.
Poorzahedy H, Shirazi DM. “A simulated annealing approach to solve the network design of one-way streets: case of shiraz network”. Computational Methods in Civil Engineering, 4(1), 83-101, 2013. [11] Salcedo-Sanz S, Cuadra L, Alexandre-Cortizo E, Jimenez- Fernandez S, Portilla-Figueras A. “Soft-Computing: An innovative technological solution for urban traffic-related problems in modern cities”. Technological Forecasting & Social Change, 89, 236-244, 2014.
Afandizadeh S, Jahangiri A, Kalantari N. “Determination of the optimal network configuration for emergency evacuation by simulated annealing algorithm”. Proceeding of the 2nd WSEAS International Conference on Natural Hazards, Baltimore, USA, 65-71, 2009.
Afandizadeh S, Jahangiri A, Kalantari N. “Identifying the optimal configuration of one-way and two-way streets for contraflow operation during an emergency evacuation”. Natural Hazards, 69, 1315-1334, 2013.
Farahani RZ, Miandoabchi E, Szeto WY, Rashidi, H. “A review of urban transportation network design problems”. European Journal of Operational Research, 229(2), 281-302, 2013.
Fisk C. “Optimal signal controls on congested networks”. 9 th International Symposium on Transportation and Traffic Theory, Delft, Netherlands, 11-13 July, 1984.
Baskan O. “Determining optimal link capacity expansions in road networks using cuckoo search algorithm with levy flights”. Journal of Applied Mathematics, 2013, 1-11, 2013.
Baskan O. “Harmony search algorithm for continuous network design problem with link capacity expansions”. KSCE Journal of Civil Engineering, 18(1), 273-283, 2014.
Wardrop JG. “Some theoretical aspects of road traffic research”. Proceedings of the Institution of Civil Engineers Part II, 1, 325-378, 1952.
PTV Planung Transport Verkehr AG. “VISUM 14-User Manual”. Karlsruhe, Germany, 2014.
Liu H, Cai Z, Wang Y. “Hybridizing particle swarm optimization with differential evolution for constrained numerical and engineering optimization”. Applied Soft Computing, 10(2), 629-640, 2010.
Baskan O. “Solving combined road network design problem using differential evolution algorithm”. 10 th Transportation Congress, Izmir, Turkey, 24-26 September 2013. (in Turkish).
Baskan O, Ceylan H. “Modified differential evolution algorithm for the continuous network design problem”. 16 th Meeting of Euro Working Group on Transportation, Porto, Portugal, 4-6 September 2013.
Baskan O. “An evaluation of heuristic methods for determining optimal link capacity expansions on road networks”. International Journal of Transportation, 2(1), 77-94, 2014.
Baskan O, Ceylan H. “Differential evolution based solution approaches for solving transportation network design problems”. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 20(9), 324-331, 2014.
Baskan O, Ozan C. “Combined solution of capacity expansion and signal setting problems for signalized road networks”. 18 th Meeting of Euro Working Group on Transportation, TU Delft, The Netherlands, 14-16 July 2015.
Storn R, Price K. “Differential Evolution: A Simple and Efficient Adaptive Scheme for Global Optimization over Continuous Spaces”. International Computer Science Institute, Berkeley, USA, Technical Report, TR-95-012, 1995.