[論文レビュー] A path-based many-to-many assignment game to model Mobility-as-a-Service market networks.

Theodoros P. Pantelidis, Saeid Rasulkhani+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2019

Transportation Planning and Optimization被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、Mobility-as-a-Service (MaaS) ネットワークをモデル化するため、安定マッチングを用いたパスベースの多対多割り当てゲームを提案する。これにより、マルチモーダルかつマルチオペレータの旅程意思決定が可能となり、安定したコスト配分が実現される。パスの明示的列挙に比べ、同じ安定性の結果を17秒で達成するのに対し、2時間以上を要する。

ABSTRACT

As Mobility as a Service (MaaS) systems become increasingly popular, travel is changing from unimodal trips to personalized services offered by a platform of mobility operators. Evaluation of MaaS platforms depends on modeling both user route decisions as well as operator service and pricing decisions. We adopt a new paradigm for traffic assignment in a MaaS network of multiple operators using the concept of stable matching to allocate costs and determine prices offered by operators corresponding to user route choices and operator service choices without resorting to nonconvex bilevel programming formulations. Unlike our prior work, the proposed model allows travelers to make multimodal, multi-operator trips, resulting in stable cost allocations between competing network operators to provide MaaS for users. An algorithm is proposed to efficiently generate stability conditions for the stable outcome model. Extensive computational experiments demonstrate the use of the model to handling pricing responses of MaaS operators in technological and capacity changes, government acquisition, consolidation, and firm entry, using the classic Sioux Falls network. The proposed algorithm replicates the same stability conditions as explicit path enumeration while taking only 17 seconds compared to explicit path enumeration timing out over 2 hours.

研究の動機と目的

• 利用者がマルチモーダルかつマルチオペレータのルートを選択する複雑な MaaS ネットワークをモデル化すること。
• 非凸な二段階計画法を用いずに、安定したコスト配分とオペレータの価格設定を決定すること。
• 技術的、容量的、政策的変化に対する MaaS 市場の反応を動的に分析できること。
• パス列挙より高速に安定性条件を再現できる効率的なアルゴリズムの開発

提案手法

• 複数のモビリティオペレータに跨る利用者のルート選択を表現するため、パスベースの多対多割り当てフレームワークを用いる。
• 安定マッチング理論を応用し、利用者とオペレータ間のコスト配分と価格決定を行う。
• すべてのパスを明示的に列挙することを回避するため、安定性条件を効率的に生成するアルゴリズムを開発する。
• 新規参入、合併、政府による買収を含むさまざまな市場ダイナミクス下でのオペレータ行動をモデル化する。
• 計算実験のためのテストベッドとしてシウス・フォールズネットワークを採用する。
• 安定性と実行時間の両面で、アルゴリズムの性能をパスの明示的列挙と比較して検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 競合するマルチモーダルオペレータを有する MaaS ネットワークで、どのようにして安定したコスト配分を達成できるか？
• RQ2 安定マッチングを用いたパスベースの割り当てモデルは、従来のパス列挙に比べて計算効率で優れているか？
• RQ3 本フレームワーク下で、技術的、容量的、市場構造の変化に対する MaaS オペレータの反応はいかなるものか？
• RQ4 オペレータの新規参入、合併、政府による買収が、システムの安定性および価格に与える影響は何か？

主な発見

• 提案されたアルゴリズムは、パスの明示的列挙と同等の安定性条件を達成するが、所要時間はわずか17秒である。
• パスの明示的列挙は2時間以上実行した後にタイムアウトしたため、著しい効率性の向上が示された。
• モデルは、マルチモーダルかつマルチオペレータの旅程選択を安定したコスト配分とともに効果的に捉えている。
• 本フレームワークは、技術的、容量的、政策的変化に対する MaaS 市場の反応を動的に分析可能である。
• 安定マッチングは、MaaS の価格設定と割り当てにおいて、非凸な二段階計画法の代替として実用的である。