[論文レビュー] Air Taxi Skyport Location Problem for Airport Access

Srushti Rath, Joseph Y.J. Chow|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2019

Aviation Industry Analysis and TrendsEconomics, Econometrics and Finance参考文献 40被引用数 20

ひとこと要約

本稿は、移動コストと所要時間のトレードオフに基づく旅行者モード選択行動を統合した、単一割り当てpハブ中央値問題の選択制約付き弾力需要変種として、都市部の空飛ぶタクシー空港埠頭の配置問題を定式化する。ニューヨーク市の149のタクシー地域と2000万件を超える空港への貸し切り乗車データを用いて、マンハッタン、クイーズ、ブルックリンに少なくとも9か所の戦略的配置の埠頭があれば、価格設定や乗換時間の変化にかかわらず、空港アクセス需要を効果的にカバーできることを特定した。収益最大化モデルは、需要の分布と性能の両面で優れた結果を示した。

ABSTRACT

Witnessing the rapid progress and accelerated commercialization made in recent years for the introduction of air taxi services in near future across metropolitan cities, our research focuses on one of the most important consideration for such services, i.e., infrastructure planning (also known as skyports). We consider design of skyport locations for air taxis accessing airports, where we present the skyport location problem as a modified single-allocation p-hub median location problem integrating choice-constrained user mode choice behavior into the decision process. Our approach focuses on two alternative objectives i.e., maximizing air taxi ridership and maximizing air taxi revenue. The proposed models in the study incorporate trade-offs between trip length and trip cost based on mode choice behavior of travelers to determine optimal choices of skyports in an urban city. We examine the sensitivity of skyport locations based on two objectives, three air taxi pricing strategies, and varying transfer times at skyports. A case study of New York City is conducted considering a network of 149 taxi zones and 3 airports with over 20 million for-hire-vehicles trip data to the airports to discuss insights around the choice of skyport locations in the city, and demand allocation to different skyports under various parameter settings. Results suggest that a minimum of 9 skyports located between Manhattan, Queens and Brooklyn can adequately accommodate the airport access travel needs and are sufficiently stable against transfer time increases. Findings from this study can help air taxi providers strategize infrastructure design options and investment decisions based on skyport location choices.

研究の動機と目的

• 都市部の空飛ぶタクシー移動（UAM）サービスのための空港アクセスを実現する上で、空港埠頭配置という重要なインfraストラクチャ課題に取り組むこと。
• 移動コストと所要時間のトレードオフに基づき、実世界の好みを反映するためのバイナリロジットモデルを用いて、旅客のモード選択行動をモデル化すること。
• 乗客数最大化（RDR）と収益最大化（REV）という2つの目的に基づき、埠頭の最適配置を最適化すること。
• 価格戦略と乗換時間の仮定の変化に伴う埠頭配置と需要割り当ての感度を評価すること。
• 需要行動と運用上のトレードオフに基づき、空飛ぶタクシー事業者や計画立案者に対するインfra投資と設計に関する実行可能な知見を提供すること。

提案手法

• 選択制約付き弾力需要と組み合わせた、変更を加えた単一割り当てpハブ中央値モデルとして、埠頭配置問題を定式化する。
• コストと所要時間のトレードオフに基づく、地上移動と空飛ぶタクシーの間の旅客のモード選択意思決定を表現するためのバイナリモード選択ロジットモデルを統合する。
• Gurobiなどの商用ソルバで解ける線形化された混合整数プログラミング（MIP）定式化を用い、ニューヨーク市を事例として適用する。
• ニューヨーク市交通局（TLC）の実データを統合し、JFK、LGA、EWR空港への2000万件を超える貸し切り乗車データを活用する。
• 3つの価格戦略（短期、中期、長期）をテストし、埠頭での乗換時間を変化させることで、ソリューションのロバストネスを評価する。
• 埠頭数（p）の感度分析を実施し、安定した性能を達成するための最小限の閾値を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニューヨークのような大都市において、弾力的で選択制約付きの需要のもとで、空港アクセス需要を効率的にカバーするための最適な埠頭数と配置は何か？
• RQ2 異なる価格戦略（短期、中期、長期）は、乗客数最大化（RDR）と収益最大化（REV）の目的のもとで、埠頭配置と需要割り当てにどのように影響を与えるか？
• RQ3 埠頭での乗換時間が延長されると、最適な埠頭構成の安定性と性能にどのような影響が生じるか？
• RQ4 RDR（乗客数最大化）モデルとREV（収益最大化）モデルは、需要の分布とシステム性能の観点でどのように比較できるか？
• RQ5 最適な埠頭構成は、乗換時間と価格仮定の変化に対してどの程度ロバストであるか？

主な発見

• 乗換時間が延長されても、ニューヨーク市における空港アクセス需要の安定的かつ効果的なカバーを確保するためには、少なくとも9か所の埠頭が必要である。
• 収益最大化モデル（REV）は、乗客数最大化モデル（RDR）が少数のハブに需要を集約する傾向があるのに対し、埠頭間での需要の分布がより公平になる。
• 収益の観点から見ると、REVモデルは優れた性能を示しており、利益志向の計画が、よりバランスの取れたかつスケーラブルな運用につながる可能性を示唆している。
• 乗換時間が延長されても、埠頭の配置が安定しており、運用上の遅延が生じても最適な構成が依然として有効であることが示された。
• 事例研究により、本稿で提示したモデルが、利用可能な乗車データと商用ソルバを用いて、実世界の都市ネットワークに効果的に適用可能であることが確認された。
• 本手法は他の都市へ一般化可能であり、医療施設、スポーツ会場、主要な交通結節点など、追加のユースケースへも拡張可能である。