[論文レビュー] Platoon formation maximization through centralized routing and departure time coordination

Vadim Sokolov, Jeffrey Larson+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2017

Traffic control and management参考文献 18被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、輸送ネットワークにおける車両のルーティングと出発時刻を統合的に最適化する集中型フレームワークを提案し、団体走行の形成を最大化することで、燃料消費削減と団体走行距離の大幅な増加を実現する。混合整数プログラミングとグリッドネットワーク上でのシミュレーションを用いた研究により、一時的な団体走行と比較して、調整されたルーティングにより最大14%の燃料節約が達成可能であることが示された。特に、ドライバーが団体走行に参加するためのやや長い遅延を許容する場合に顕著な効果が得られる。

ABSTRACT

Platooning allows vehicles to travel with small intervehicle distance in a coordinated fashion thanks to vehicle-to-vehicle connectivity. When applied at a larger scale, platooning will create significant opportunities for energy savings due to reduced aerodynamic drag, as well as increased road capacity and congestion reduction resulting from shorter vehicle headways. However, these potential savings are maximized if platooning-capable vehicles spend most of their travel time within platoons. Ad hoc platoon formation may not ensure a high rate of platoon driving. In this paper we consider the problem of central coordination of platooning-capable vehicles. By coordinating their routes and departure times, we can maximize the fuel savings afforded by platooning vehicles. The resulting problem is a combinatorial optimization problem that considers the platoon coordination and vehicle routing problems simultaneously. We demonstrate our methodology by evaluating the benefits of a coordinated solution and comparing it with the uncoordinated case when platoons form only in an ad hoc manner. We compare the coordinated and uncoordinated scenarios on a grid network with different assumptions about demand and the time vehicles are willing to wait.

研究の動機と目的

• 集中型の車両ルーティングと出発時刻の調整が、団体走行の形成と燃料消費削減を著しく向上させることを調査すること。
• 需要の変動と待機時間の仮定を変化させた状況下で、調整された団体走行と非調整の即席的団体走行の性能を比較すること。
• 燃料節約と待機時間の価値をバランスさせることで、調整された団体走行の経済的実現可能性を評価すること。
• 混合整数プログラミングを用いて、大規模な団体走行調整を可能にするスケーラブルな最適化モデルの開発と実装を行うこと。
• 高精度なシミュレーションツールを用いて、調整されたルーティングが全体の混雑状態と燃料効率に与える影響を評価すること。

提案手法

• 混合整数プログラミング（MIP）モデルをGAMSを用いて定式化し、団体走行の形成を最大化する目的で、車両のルートと出発時刻を同時に最適化する。
• モデルは、団体走行の形成および解体地点、車両間のギャップ、および団体走行距離に応じた燃料消費削減を明示的に扱う。
• 最適化はGurobiを用いて実行され、POLARIS輸送シミュレーションフレームワークを用いて25台の車両インスタンスを含むグリッドネットワーク上で結果の妥当性を検証した。
• 燃料消費削減率14%（η = 0.14）を団体走行の前提とし、燃料コストと時間の価値パラメータを適用して、純経済的利益を算出する。
• ウェブベースのアニメーションツールを用いて、最適な団体走行形成とルーティング結果をリアルタイムで解釈可能に可視化する。
• モデルは団体走行車両の自由流れ速度を仮定しており、今後、混雑状態のネットワークや、団体走行と非団体走行の混合車両を扱えるように拡張する予定である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 集中型のルーティングと出発時刻の調整は、即席的団体走行と比較して、団体走行の形成と燃料消費削減をどの程度向上させ得るか？
• RQ2 燃料節約とドライバーの団体走行参加のための待機時間の許容度との最適なトレードオフは何か？
• RQ3 出発時刻の遅延分布が、調整された団体走行の純経済的利益に与える影響は何か？
• RQ4 大規模な車両フリートと複雑なネットワークに対応するための最適化モデルのスケーラビリティはどの程度か？
• RQ5 全体の混雑レベルと信号制御タイミングが、調整された団体走行の実現可能性と利点に与える影響は何か？

主な発見

• 調整されたルーティング戦略は、特に中程度の待機時間制約下で、即席的団体走行と比較して、団体走行で走行される走行距離の割合を顕著に向上させた。
• 最大待機時間が10分を超えるシナリオでは、待機時間のさらなる延長が追加の利点をもたらさなかったため、団体走行形成の利点に飽和点が存在することが示された。
• 燃料節約の恩恵はあったが、仮定されたパラメータ下ではすべてのユーザーに対して純経済的利益がマイナスであったため、システムの実現可能性には、追加のインcentives（例：通行料の減免、専用レーンの設置）が必要であることが示された。
• 最適化モデルは、複雑なグリッドネットワーク上での50台までの車両インスタンスを正常に解けたことから、中規模応用に実現可能であることが確認された。
• モデルの結果は、アニメーション付きウェブインターフェースで可視化され、団体走行のダイナミクスとルーティング意思決定のリアルタイム分析が可能となった。
• 今後の研究では、混雑状態のネットワークへの対応、AUTONOMIEのような高精度なエネルギーモデルの統合、信号制御が団体走行効率に与える影響の評価を予定している。