[논문 리뷰] A path-based many-to-many assignment game to model Mobility-as-a-Service market networks.

Theodoros P. Pantelidis, Saeid Rasulkhani외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 11.

Transportation Planning and Optimization인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 이동성 서비스(MaaS) 네트워크를 모델링하기 위해 안정적 매칭 기반의 경로 기반 다대다 할당 게임을 제안하며, 다중 모odal, 다중 운영자 여정 결정과 안정적인 비용 배분을 가능하게 한다. 경로 명시적 열거 방식에 비해 동일한 안정성 결과를 17초 만에 달성하며, 2시간 이상 소요되는 경로 열거 방식보다 뛰어난 성능을 보인다.

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.

연구 동기 및 목표

• 사용자가 다중 모달, 다중 운영자 경로를 선택하는 복잡한 MaaS 네트워크를 모델링하기 위해.
• 비볼록 이단계 프로그래밍 없이 안정적인 비용 배분과 운영자 가격 설정을 결정하기 위해.
• 기술, 용량 및 정책 변화에 대한 MaaS 시장 반응의 동적 분석을 가능하게 하기 위해.
• 경로 열거보다 더 빠르게 안정성 조건을 재현하는 효율적인 알고리즘 개발하기 위해.

제안 방법

• 다양한 이동성 운영자 간 사용자 경로 선택을 표현하기 위해 경로 기반 다대다 할당 프레임워크를 사용한다.
• 사용자와 운영자 간 비용 할당 및 가격 설정을 위해 안정적 매칭 이론을 적용한다.
• 모든 경로를 명시적으로 열거하지 않고도 안정성 조건을 효율적으로 생성하는 알고리즘을 개발한다.
• 진입, 통합, 정부 인수 등 다양한 시장 역학 상황에서 운영자 행동을 모델링한다.
• 계산 실험을 위한 테스트베드로 시우프올스 네트워크를 사용한다.
• 안정성 및 실행 시간 측면에서 알고리즘 성능을 명시적 경로 열거 방식과 비교 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경쟁적이고 다중 모달인 운영자들이 존재하는 MaaS 네트워크에서 어떻게 안정적인 비용 배분을 달성할 수 있는가?
• RQ2 안정적 매칭을 기반으로 한 경로 기반 할당 모델이 기존의 경로 열거 방식에 비해 계산 효율성에서 뛰어나게 되는가?
• RQ3 이 프레임워크 하에서 기술, 용량 및 시장 구조 변화에 대해 MaaS 운영자는 어떻게 반응하는가?
• RQ4 운영자 진입, 통합 및 정부 인수의 영향은 시스템의 안정성과 가격에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 알고리즘은 명시적 경로 열거 방식과 동일한 안정성 조건을 달성하지만, 단 17초 만에 이를 수행한다.
• 명시적 경로 열거 방식은 2시간 이상 실행된 후 타임아웃이 발생했으며, 이는 효율성 향상의 명확한 증거이다.
• 모델은 안정적인 비용 배분과 함께 다중 모달, 다중 운영자 여정 선택을 성공적으로 포착했다.
• 이 프레임워크는 기술, 용량 및 정책 변화에 대한 MaaS 시장 반응의 동적 분석을 가능하게 한다.
• 안정적 매칭는 MaaS 가격 설정 및 할당에 비볼록 이단계 프로그래밍의 실현 가능한 대안을 제공한다.