Teknolojinin gün geçtikçe gelişmesine bağlı olarak ulaşım hızının artmasıyla birlikte yeryüzünde uzaklık ve yakınlık algıları değişmiş; böylece kişisel ya da toplumsal ihtiyaç ve beklentiler de farklılaşmıştır. Günümüzde, elli yıl öncesine göre yolcular daha hızlı, daha güvenli ve daha konforlu bir ulaşım hizmeti almaktadırlar. Gerek insan gerekse yük taşımacılığının verimli biçimde planlanması, ulaştırma ve iletişim modlarının birbirini tamamlayıcı şekilde modellenerek kullanılabilmesi her geçen gün önem kazanmaktadır. Coğrafya, kültür, nüfus, iklim ve politika gibi bölgeden bölgeye değişiklik gösteren dinamikler dünyanın çeşitli yerleri için lojistiğin planlanması problemini ve bu problemlerin çözümlerini özel kılmaktadırlar.
Lojistiğin planlanmasında en verimli senaryonun bulunabilmesi için intermodal ya da kombine taşımacılık modelini geliştirmek kaçınılmaz olacaktır. Karayolu, demiryolu, denizyolu ve havayolu modlarından en az ikisinin kullanıldığı kombine taşımacılık, esnek yapısı nedeniyle taşımacılıkta ekonomik avantajlar yaratır. Bir optimizasyon problemi içerisinde düşünüldüğü zaman, bu modların birbirlerine ya da toplama oranlarını belirleyen ana ögeler, yani amaç fonksiyonları, işletme, yatırım ve bakım maliyetleri başta olmak üzere güvenlik, hız ve konfor gibi parametreleri içerecektir. Bir ürünün lojistik maliyeti toplam maliyet içerisinde önemli bir yer tutar ve bu yüzden lojistik maliyetlerinin minimize edilmesi de sert rekabet içeren piyasa koşullarında oldukça önemlidir. Yolcu taşımacılığında ise güvenlik, hız ve konfor ögeleri maliyet kadar hatta kimi zaman daha da önemli parametreler haline gelebilir. Bu nedenle ulaşımda, taşınanın cinsine ve niteliğine bağlı olarak değişecek amaçların dikkate alındığı optimum modellerin geliştirilmesi gerekmektedir. Tam bu noktada duyulan ihtiyaca göre yapılan planlamalar, bizlere bölgesel olarak değişen dinamikleri dikkate alarak kendini adapte edebilen ve ulaşım senaryolarını bir optimizasyon problemine dönüştürerek çözebilen bilgisayar ve yapay zekâ destekli akıllı ulaşım sistemlerinin (AUS) yakın gelecekte devreye gireceğini göstermektedir.
AUS; ileri bilişim teknolojilerinin kullanıldığı, insan ve çevreyi önceleyen sürdürülebilir bir ulaşım sistemini amaçlar. Özellikle son dönemlerde yaşanan teknolojik gelişmeler ile büyük verilerin anlık olarak izlenebilmesi, analiz edilmesi ve hızlı işlenmesi gibi ortaya çıkan faydalar AUS’un hayata geçebilmesine olanak sağlamaktadır. AUS ile seyahat süreleri azalacak, trafik güvenliği artacak, mevcut yol ve araç kapasiteleri verimli kullanılacak, hareketlilik artacak, enerji verimli kullanılarak tasarruf edilecek ve çevreye verilen zarar da azalacaktır. Tüm bunlar AUS’un uygulandığı bölgenin, doğal olarak, refah seviyesini de olumlu yönde etkileyecektir. AUS yalnızca optimum ulaşım senaryolarını sunacak bir yazılım olmayıp aynı zamanda buna destek verecek çevre birimlerini de etkileyecek ve onların da yapay zekaya entegre olmasını zorunlu kılacaktır. Akıllı ulaşımın çevre birimleri; akıllı araçlar, akıllı yollar, akıllı şehir yönetim merkezleri, akıllı enerji sistemleri, siber güvenlik olarak sayılabilir. Tüm çevre birimler ise AUS tarafından merkezi bir kontrol merkezinde koordine edilebilecektir. Ulaşım modları arasında zamanla daha fazla önem kazanan şehir içi ve şehirlerarası demiryolu lojistiğini de bu gelişmeye paralel olarak değerlendirmek gerekmektedir. Bu bağlamda demiryolu taşımacılığında insan etkisinin minimize edildiği akıllı araç ve yolların gelecekte yaygınlaşacağını öngörmek çok da zor değildir. Tarihin her döneminde yaşanan teknolojik gelişmeler tüm ulaşım modlarında olduğu gibi demiryollarını da doğrudan etkilemiş ve yerleşik bazı alışkanlıkları kökten değiştirmiştir.
M.Ö. 2600 yıllarında Mısır piramitlerin inşası sırasında kullanılan bronz ray benzeri kılavuzlardan bu yana var olan demir yolları öncü süreçte ağırlıklı olarak madencilik alanında kullanılmıştır. Tekerleğin icadından bu yana sert taşlardan mamul, oluk şeklindeki kılavuzlama sistemi zamanla ahşap, üzeri dökme demir kaplanarak güçlendirilmiş ahşap, dökme demir ve nihayet sonunda haddeleme ile imal edilen demir raylara evrilmiştir. Tekerleklerin kılavuzlanması maden çıkarmayı kolaylaştırmış, diğer taraftan madenin gün yüzüne çıkartılarak ergitilmesi ve yararlı metale dönüştürülmesi de demiryolundaki gelişmeleri doğurmuştur.
Teknolojik gelişmelerin bu şekilde birbirini tetiklemesi çok farklı alanlardan ve çok farklı zaman dilimlerinden beri süregelmiştir. Örneğin 1784 yılında James Watt tarafından çift yanma odalı ticari ilk buhar makinesinin geliştirilmesi o güne kadar hayvan gücü kullanılan demiryollarında önemli bir devrim olmuştur. 1804’te Richard Trevithick tarafından geliştirilen ve buhar gücü ile çalışan prototip ilk lokomotif yaklaşık 10 km/s hızda 10 ton yük ve 70 kişiyi taşıyabilmiştir. Buharlı ticari lokomotifleri ilk kez imal eden George Stephenson ve oğlu Robert Stephenson ise 1825 yılında 50 ton yükü yaklaşık 10 km/s ile çekmeyi başarmış ve bu lokomotifler 1829 yılında ilk kez Liverpool-Manchester arasında modern bir demiryolu olarak inşa edilen hatta çalışmışlardır. Böylece, 1830 yılı modern demiryolculuğun miladı sayılmıştır.
Ana sebep olarak madenciliğin bir ihtiyacı olarak ortaya çıkan ve bu sektörün zorlaması ile gelişen demiryolları, diğer yük ve yolcuların taşımacılığını oldukça kolaylaştırmış ve bu gelişme başta Fransa, Almanya ve Amerika olmak üzere tüm dünyaya hızla yayılmıştır. Birinci sanayi devriminden sonra ortaya çıkan buhar teknolojisinin ardından ikinci sanayi devrimi ile gelen petrol çağında geliştirilen içten yanmalı motorlar ve özellikle Diesel teknolojisi hem daha fazla güç üreterek çekilen yükü artırmış hem de ulaşım hızlarını yükseltmiştir. Buna paralel gelişen elektrik teknolojisi de demiryollarını etkilemiş olup 1837 yılında Robert Davidson tarafından üretilen ve galvanik hücrelerle (pil) çalışan ilk lokomotif denenmiştir. 1879’da Werner von Siemens tarafından geliştirilen sistemde, 300 metre uzunluğundaki dairesel bir yolda rayların ortasına döşenen ve araca elektrik veren üçüncü bir ray ile tahrik enerjisini alan lokomotif 90.000 yolcu taşımayı başarmıştır. 1883 yılında kullanılmaya başlanan havai teller ile demiryolu araçlarının çekiş yöntemi önemli bir kırılma yaşayarak değişmiş ve özellikle tramvaylarda çekiş için atların kullanılması zaman içinde son bulmuştur. İlk metro ise 1863 yılında sokak trafiğini azaltmak amacıyla Londra’da açılmıştır. Bu erken yeraltı demiryolu hatlarında ilginç bir şekilde buharlı lokomotifler kullanılmıştır. Zamanla tünel teknolojisi ve elektrikli demiryolu araçlarının gelişmesiyle 1880’lerin sonunda modern anlamda metrolar devreye girmeye başlamıştır. Sırasıyla 1864 ve 1892 yıllarında geliştirilen Otto ve Diesel motorları demiryolu araçlarına da yansımış ve 1913 yılında ilk Diesel-mekanik lokomotif ticari olarak Almanya’da çalıştırılmıştır. Birinci dünya savaşı ile demiryolu teknolojisindeki gelişmeler sekteye uğrasa da 1925 yılından sonra öncü Diesel lokomotiflerin geliştirilmesiyle tekrar hız kazanmıştır. Lokomotiflerde 1920-1940 yılları arasında Diesel-hidrolik teknolojisi geliştirilmiştir. İkinci dünya savaşından sonra işgücü maliyetinin artmasıyla daha ekonomik motor tipi konumuna ulaşan Diesel teknolojisi demiryolu araçlarına entegre edilmiş ve 1940-1950 yılları arasında Diesel-elektrikli teknolojinin ticari kullanımına başlanmıştır. 1973’te yaşanan petrol krizi ile konumunun otobüs ve benzeri daha hızlı toplu ulaşım araçları ile değiştirilmesi planlanan raylı ulaşım sistemi her şeye rağmen yerini korumayı başarmıştır. 1962’de Japonya’da Shinkansen hızlı trenlerinin devreye alınmasıyla, trenler tekrar şehirlerarası seyahatlerde baskın bir konuma gelmiş ve birçok ülkede hızlı trenler kullanılmaya başlanmıştır.
Tekerlek ve ray ilişkisi bakımından farklı bir teknolojiye sahip olan Manyetik Levitasyonlu (MAGLEV) tren konsepti ise ilk kez Amerika’da 1968 yılında geliştirilmiştir. 1902 yılında ilk patenti alınan bu teknoloji günümüze kadar üzerinde yoğun çalışılmış olmasına karşın halen ticari olarak sınırlı ölçüde kullanılmaktadır. 1969 yılında Japonya’da çalışılmaya başlanan bu teknolojinin ilk denemeleri 1972 yılında yapılmıştır. Bu teknoloji ile Japonya’da 2015 yılında yapılan testlerde 603 km/s hıza ulaşılmıştır. Ülkeler için teknolojik açıdan gövde gösterisi yarışına dönüşen bir atmosferde MAGLEV teknolojisi Almanya, Rusya ve İngiltere’de de geliştirilerek testlere tabi tutulmuştur. Güney Kore, 1993 yılında bu alanda başladığı çalışmaları geliştirerek 2016 yılında kendi geliştirdiği MAGLEV trenini işleten dünyanın dördüncü ülkesi olmuştur. Ticari olarak uzun süre kullanılan ilk MAGLEV örneği ise Çin’in Şanghay kentinde yer almaktadır. Burada 30 kilometrelik bir hat MAGLEV treni ile 250 km/s hızla kat edilmektedir. MAGLEV trenlerinin yaygınlaşması teknolojisinin olgunlaşmasının yanı sıra aynı zamanda politik bir karar olup neticesi tüm trenlerin ve hatlarının yenilenmesini gerektirecektir. İlk yatırım maliyeti, işletilmesindeki sistemsel kararsızlıklar ve bakım zorlukları nedeniyle günümüzde henüz yaygınlaşması için yeterli teknolojik seviye oluşmadığı kanaati mevcuttur. Demiryollarında kullanılan araç ve yol teknolojisinde böyle bir aks değişikliği devreye alma ve işletmeye dair bütün regülasyonlarının da değişmesi anlamı taşıyacaktır. Tüm bu zorluklara rağmen yine de tüm dünyada ve ülkemizde de giderek yaygınlaşan hızlı tren teknolojisinin yerini almaya en yakın aday MAGLEV teknolojisi olarak görülmektedir.
Günümüzde gelişmekte olan bir diğer teknoloji ise HYPERLOOP teknolojisidir. Ulaşımda demiryolunun aksine havayolu taşımacılığına alternatif üretebilecek bu teknolojinin çarpışma ve kazalara karşı güvenli, bir uçağın iki katı hıza ulaşabilen ve düşük enerji gereksinimine sahip olması hedefleniyor. Hyperloop’un kökleri İngiliz bir makine mühendisi olan George Medhurst’un 1799’da tasarladığı konsepte dayandırılmaktadır. Daha sonra bu fikir pnömatik demiryolu, atmosferik demiryolu ve Vactrain (şırıngadan esinlenerek) adları ile anılmıştır. Günümüzde Elon Musk tarafından yeniden ortaya atılan bu fikir oldukça popüler hale gelmiş ve dünyanın birçok yerinde üzerinde çalışılan bir teknolojiye dönüşmüştür. Bu konseptte sızdırmaz alçak basınçla donatılmış bir tüp içerisinde aerodinamik sürtünmelerin azaltılmasıyla kapsüller saatte 1200 km yol alabilmektedirler. Temelde güneş enerjisine dayalı elektrik ile çalışması planlanan ve çevre dostu olması amaçlanan bu sistemin adı Türkçeye de “Hız Yuvarı” olarak aktarılmıştır. Mevcut trenler gibi tekerleği olmadığı için bu sistem aynı zamanda “Beşinci Bir Ulaştırma Modu” olarak da tanımlanmaktadır. Düşük hava basınçlı ve aerodinamik direnci en aza indirilmiş tüp içerisinde hava yastığı oluşturularak ilerleyen kapsüllerin istasyonlarda durabilmesi için uçaklardaki gibi iniş takımlarının da tasarlanması gerektiği düşünülmektedir.
Araçlarda bugüne kadar ortaya çıkan teknolojik gelişmelerin yanı sıra, yolda ve sinyalizasyon sistemlerinde gerçekleşen gelişmelerle işletmede insan etkisinin minimuma indirgendiği otonom sistemler günümüzde kullanılmaktadır. Sürücüsüz demiryolu araçları hatlarda anlık takip edilebiliyor ve kumanda merkezinden trafikleri otomatik olarak yönetilebiliyor. Yakın zamanda geliştirilen 5G teknolojisi ile daha büyük veriler daha hızlı iletilebilecek, proses edilebilecek ve karar mekanizmaları daha hızlı çalışabilecektir. Bununla birlikte yakın gelecekte mevcut trenlerin sensörlerle donatılması, anlık olarak verilerin analiz edilmesi, güvenlik ve konfor şartlarının dışına çıkılması durumunda sisteme hızla müdahale edilmesi planlanmaktadır. Ayrıca, araçlarda ve yolda kestirimci bakım teknolojilerinin de yaygınlaşması ve henüz oluşmadan arızaların önüne geçilmesi hedeflenmektedir.
2050 yıllarına gelindiğinde demiryolu taşımacılığında yolcu ve yük faaliyetlerinin günümüze göre iki kattan fazla artması beklenmektedir. Bu tür bir büyüme, sosyal gelişimin ve ekonomik ilerlemenin bir göstergesidir ancak artan enerji gereksinimini ve karbon emisyonunu da yanında taşır. Bu nedenlerle gelecek için yapılan planlamaların tümünde temiz enerji kullanımına sahip çevreci sistemlerin yaygınlaşması öngörülmektedir. MAGLEV ve Hyperloop gibi tam elektrikli sistemlerin de güç ihtiyacına çözüm olabilecek hidrojenden elektrik üretimi teknolojilerinin geliştirilmesi ve yakın zamanda kullanıma geçilmesi hedeflenmektedir. Bu aynı zamanda konvansiyonel araçların güç sistemlerinin dönüştürülerek pillerle kullanımının da önünü açacaktır.
Sonuç olarak, her çağda öne çıkan teknolojik gelişmelerin yansımaları demiryolu lojistiğini doğrudan etkilemiş ve lojistiğin gelişmesi de aynı zamanda teknolojik gelişmeleri hızlandırmıştır. Bilişim çağına ait olan büyük veri, nesnelerin interneti ve yapay zekâ teknolojileri de önümüzdeki süreçte AUS ile tüm ulaşım modlarının verimli bir şekilde entegre çalışmasının önünü açacaktır. Hidrojene dayalı elektrik üretimi ise çevre dostu bir ulaşım vaad etmekte olup buna bağlı güç sistemlerinin yakın zamanda demiryolu araçlarında etkili bir şekilde yaygınlaşması beklenmektedir. Teknolojilerinin olgunlaştırılması ile MAGLEV ve yüksek hız sunma potansiyeline sahip Hyperloop sistemleri ise orta ve uzun vadede geleceğin sistemleri olmaya aday görünmektedir. Teknoloji, demiryollarının güvenli kilometre taşlarına ulaşmasına, çevre üzerindeki etkilerini en aza indirgemesine ve günümüzün yüksek tempolu küresel ekonomisinde rekabet avantajını korumasına yardımcı olacaktır. Diğer taraftan demiryolu taşımacılığının geleceği, AUS yönetimini kontrol edecek olan yapay zekanın artan ulaşım talebine ve ulaşım modlarının birbirleri içerisindeki rekabetine nasıl yanıt vereceğine bağlı olarak değişecektir.