[論文レビュー] Integrating Parcel Deliveries into a Ride-Pooling Service -- An Agent-Based Simulation Study

Fabian Fehn, Roman Engelhardt+3 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2022

Urban and Freight Transport Logistics被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、実世界のミュンヘンの需要データを用いたエージェントベースのシミュレーションを活用して、オンデマンドのライドプールサービスにパッケージ配達を統合する手法を提案し、その実現可能性と効率性を評価する。1台の車両 fleet で乗客と貨物の両方の移動を組み合わせ、ヒューリスティックな割り当て戦略を用いることで、総走行距離を最大30％削減でき、乗客需要とパッケージ需要の比が1:10に達するまで、ほぼすべてのパッケージを配達可能であり、乗客サービスの質の低下を伴わない。

ABSTRACT

This paper examines the integration of freight delivery into the passenger transport of an on-demand ride-pooling service. The goal of this research is to use existing passenger trips for logistics services and thus reduce additional vehicle kilometers for freight delivery and the total number of vehicles on the road network. This is achieved by merging the need for two separate fleets into a single one by combining the services. To evaluate the potential of such a mobility-on-demand service, this paper uses an agent-based simulation framework and integrates three heuristic parcel assignment strategies into a ride-pooling fleet control algorithm. Two integration scenarios (moderate and full) are set up. While in both scenarios passengers and parcels share rides in one vehicle, in the moderate scenario no stops for parcel pick-up and delivery are allowed during a passenger ride to decrease customer inconvenience. Using real-world demand data for a case study of Munich, Germany, the two integration scenarios together with the three assignment strategies are compared to the status quo, which uses two separate vehicle fleets for passenger and logistics transport. The results indicate that the integration of logistics services into a ride-pooling service is possible and can exploit unused system capacities without deteriorating passenger transport. Depending on the assignment strategies nearly all parcels can be served until a parcel to passenger demand ratio of 1:10 while the overall fleet kilometers can be deceased compared to the status quo.

研究の動機と目的

• 既存のオンデマンドライドプールサービスに貨物配達を統合することで、都市部の貨物交通と走行距離を削減するための実現可能性を評価すること。
• パッケージ統合が乗客サービスの質に与える影響、特に待機時間と移動時間の観点から評価すること。
• 実世界のミュンヘンの需要データを用いて、異なる統合シナリオ（中程度および完全）における、さまざまなヒューリスティックなパッケージ割り当て戦略の比較を行うこと。
• 統合された乗客・貨物モビリティオンデマンドサービスのシステム容量の活用状況を評価し、運用の限界を特定すること。
• 物流の効率性、乗客の利便性、および車両数の削減というトレードオフを分析することで、政策立案および車両設計に貢献すること。

提案手法

• 実世界のデータを用いてミュンヘンにおける乗客およびパッケージ需要をモデル化するエージェントベースのシミュレーションフレームワークを開発した。
• 3つのヒューリスティックなパッケージ割り当て戦略を実装した：(1) CDPA（顧客距離優先割り当て）、(2) SCPA（同じクラスタ内パッケージ割り当て）、(3) SDPA（同じ目的地パッケージ割り当て）。
• 2つの統合シナリオを設計した：中程度（乗客乗車中にパッケージの停止を許可しない）および完全（パッケージの停止を許可する）。
• 乗客およびパッケージを車両に動的に割り当てる集中型ライドプール車両制御アルゴリズムに、パッケージ割り当て戦略を統合した。
• 乗客の利便性への影響を評価するため、しきい値ベースの迂回コストモデル（パrameter τ_th）を用いた。
• 主な指標として、車両走行距離、乗客の待機時間および移動時間、パッケージ配達成功確率、車両利用率の観点から、性能をシミュレーションした。

Figure 1 : Freight and passenger shares of European CO 2 emissions from transportation 1 1 1 According to PRIMES and TREMOVE Models of the European Commission [ 1 ]

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 乗客の移動時間や待機時間が著しく増加しない範囲で、パッケージ配達をライドプールサービスにどの程度統合できるか？
• RQ2 異なるパッケージ割り当てヒューリスティック（CDPA、SCPA、SDPA）は、システム効率およびパッケージ配達成功確率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 乗客サービス品質を維持しつつ、最大どの程度のパッケージ対乗客需要比（1:10まで）をサポートできるか？
• RQ4 中程度統合（パッケージの停止を許可しない）と完全統合（パッケージの停止を許可する）の選択が、全体のシステムパフォーマンスおよび顧客の不満にどのように影響を与えるか？
• RQ5 乗客および貨物モビリティサービスを統合することで、総走行距離および車両台数はどの程度削減可能か？

主な発見

• パッケージ配達をライドプールサービスに統合することは実現可能であり、別々の乗客および貨物用の車両 fleet と比較して、総走行距離を最大30％削減できる。
• CDPA戦略を用いることで、パッケージ対乗客需要比が1:10に達するまで、ほぼすべてのパッケージを配達可能であり、乗客サービスの質の低下を伴わない。
• 中程度統合シナリオ（乗客乗車中にパッケージの停止を許可しない）では、乗客の利便性を維持しつつも、高いパッケージ配達率を達成できる。
• 完全統合シナリオでは、より高いシステム効率が得られるが、追加の停止による乗客の不満が増加する。
• SCPAおよびSDPA戦略は、ピックアップと配達のための非対称な迂回しきい値や、目的地ベースのクラスタリングを活用することで、さらなる改善が見込まれる。
• 需要が不足している地域にパッケージ配達タスクを担わせる車両の再配置を実施することで、システム効率の向上と無駄な待機時間の削減がさらに可能になる。

Figure 2 : Illustration of the RPP Scenarios with Urban Logistics Depot