[論文レビュー] On the Interaction between Autonomous Mobility-on-Demand and Public Transportation Systems

Mauro Salazar, Federico Rossi+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2018

Transportation and Mobility Innovations被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、自転車や公共交通機関と連携する自己走行車両とを統合した、社会的福祉を最大化するためのネットワークフロー・モデルを提案する。価格設定と通行料の仕組みを統合することで、利己的なエージェントを社会的最適解へ誘導し、移動時間、排出ガス、コストを削減する。特に混雑状態では、ニューヨーク市を対象とした事例研究で、I-AMoDは排出ガスを約30%削減し、通行料は孤立したAMoDシステムと比較して200%も削減した。

ABSTRACT

In this paper we study models and coordination policies for intermodal Autonomous Mobility-on-Demand (AMoD), wherein a fleet of self-driving vehicles provides on-demand mobility jointly with public transit. Specifically, we first present a network flow model for intermodal AMoD, where we capture the coupling between AMoD and public transit and the goal is to maximize social welfare. Second, leveraging such a model, we design a pricing and tolling scheme that allows to achieve the social optimum under the assumption of a perfect market with selfish agents. Finally, we present a real-world case study for New York City. Our results show that the coordination between AMoD fleets and public transit can yield significant benefits compared to an AMoD system operating in isolation.

研究の動機と目的

• 都市部の移動効率を向上させるために、自律移動オンデマンド（AMoD）のフリートと公共交通機関システムの相互作用をモデル化すること。
• 完全市場における利己的行動と社会的最適解を一致させる価格設定および通行料制度を設計すること。
• 孤立したAMoDシステムと比較して、相互運用型連携による移動時間、排出ガス、運用コストの削減という定量的利点を特定すること。
• マンハッタンを対象とした実世界の都市環境で、I-AMoDモデルの性能を評価すること。

提案手法

• 都市インfra構造を有向グラフ（digraph）に基づいて表現し、AMoD車両、公共交通機関、歩行者ネットワークの間の結合を捉える、マルチコンmodityネットワークフロー・モデルを構築する。
• 外部性を内部化し、エージェントが社会的最適ルートを選択するように誘導する価格設定および通行料制度を導入する。
• 変分不等式の定式化を用いて、利己的エージェント行動下でも、提案された価格設定スキームが社会的最適解に到達することを証明する。
• 実際の交通と道路ネットワークデータを用いて、マンハッタンを対象とした実世界の事例研究を実施し、混雑度が変化する条件下での性能をシミュレートする。
• 総システムコストを最小化するために、混合整数線形計画法（MILP）を用いて最適通行料とルート割り当てを計算する。
• 公共交通機関の容量をゼロに設定することで、孤立したAMoDシステムと比較し、相互運用型連携の影響を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 都市環境において、AMoDフリートを公共交通機関と最適に連携させることで、社会的福祉を最大化するにはどうすればよいか？
• RQ2 相互運用型モビリティシステムにおいて、利己的エージェントをシステム全体の社会的最適解へ誘導する価格設定および通行料制度はどのようなものか？
• RQ3 混雑状態下で、相互運用型連携による移動時間、排出ガス、コスト削減の定量的利点は何か？
• RQ4 特に道路利用度が高い状況下で、I-AMoDシステムにおける最適通行料は、孤立したAMoDシステムのそれと比べてどう異なるか？
• RQ5 単独のAMoD運用と比較して、相互運用型連携は、走行距離と排出ガスをどの程度削減するか？

主な発見

• 混雑度が高い状況下で、I-AMoDシステムは、効率的なルーティングとモード共有のおかげで、孤立したAMoDと比較して平均移動時間を40%以上短縮した。
• 道路容量が制限される状況下で、I-AMoDシステムはCO2排出ガスを孤立したAMoDと比較してほぼ30%削減した。
• I-AMoDシステムにおける最適通行料は、孤立したAMoDシステムのそれと比較して約200%低く抑えられており、後者では1回あたり平均6米ドルの追加料金が発生した。
• 道路利用度が高い状況下で、I-AMoDシステムは金銭的コストと移動時間を40%以上削減し、AMoDと公共交通機関の間の強い相乗効果を示した。
• 価格設定スキームにより、利己的エージェントが社会的最適ルートを選択するよう誘導され、完全市場仮定下での理論的最適解への収束が裏付けられた。
• 道路が完全に混雑状態に達しても、歩行者や公共交通機関の利用を通じて、I-AMoDシステムは依然として実行可能で効率的であるのに対し、孤立したAMoDシステムはすべての要請を満たせなかった。