[논문 리뷰] Air Taxi Skyport Location Problem for Airport Access

Srushti Rath, Joseph Y.J. Chow|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 01.

Aviation Industry Analysis and TrendsEconomics, Econometrics and Finance참고 문헌 40인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 항공 택시 스카이포트 위치 문제를 단일 할당 p-허브 중앙 문제의 선택 제약이 있고 수요가 탄력적인 변형으로 공식화하며, 여정 비용과 시간을 기반으로 한 여행자 모드 선택 행동을 통합한다. 뉴욕시의 149개 택시 구역과 2000만 건 이상의 공항행 차량 임대 운행 데이터를 사용하여, 맨해튼, 쿠이이즈, 브롱크스에 최소 9개의 전략적 위치에 스카이포트를 배치할 경우 다양한 가격 정책과 환승 시간 시나리오에서도 공항 접근 수요를 효과적으로 충족시킬 수 있음을 밝혀냈다. 수익 극대화 모델은 더 나은 수요 분포와 성능를 보이며, 이는 안정적인 운영에 기여한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 도시 항공 이동성(UAM) 서비스를 위한 공항 접근을 위한 핵심 인프라 문제인 스카이포트 위치 배치 문제를 해결하기 위해.
• 비용과 이동 시간의 트레이드오프를 기반으로 한 실제 선호도를 반영하기 위해, 이중 로짓 모델을 사용해 여행자 모드 선택 행동을 모델링하기 위해.
• 승객 수(수요) 극대화(RDR)와 수익 극대화(REV)라는 두 가지 목표 하에 스카이포트 위치를 최적화하기 위해.
• 가격 정책 전략과 환승 시간 가정의 변화에 따른 스카이포트 위치와 수요 할당의 민감도를 평가하기 위해.
• 수요 행동과 운영적 트레이드오프를 바탕으로 항공 택시 제공자와 계획자들이 인프라 투자 및 설계에 실질적인 통찰을 얻을 수 있도록 지원하기 위해.

제안 방법

• 선택 제약과 탄력적 수요를 통합한 수정된 단일 할당 p-허브 중앙 모델을 사용해 스카이포트 위치 문제를 공식화한다.
• 비용과 시간의 트레이드오프에 기반해 지상 모드와 항공 택시 모드 간의 여행자 결정을 반영하기 위해 이중 모드 선택 로짓 모델을 통합한다.
• 뉴욕시 사례 연구를 위해 Gurobi와 같은 상용 솔버로 해석 가능한 선형화된 정수형 혼합계획문제(MIP) 공식을 사용한다.
• JFK, LGA, EWR 공항으로 향하는 2000만 건 이상의 차량 임대 운행 데이터를 포함한 뉴욕시 TLC의 실제 데이터를 통합한다.
• 세 가지 가격 시나리오(단기, 중기, 장기)를 테스트하고 스카이포트에서의 환승 시간을 변화시켜 솔루션의 강건성 평가를 수행한다.
• 스카이포트 수(p)에 대한 민감도 분 析를 통해 안정된 성능을 확보하기 위한 최소 기준 수를 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탄력적이고 선택 제약이 있는 수요 조건 하에서, 뉴욕과 같은 주요 도시에서 공항 접근 수요를 효율적으로 충족시키기 위해 최적의 스카이포트 수와 위치는 무엇인가?
• RQ2 다양한 가격 정책 전략(단기, 중기, 장기)은 수요와 수익 목표 하에 스카이포트 위치와 수요 할당에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 스카이포트에서의 환승 시간 증가가 최적의 스카이포트 구성의 안정성과 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 수요 극대화(RDR) 모델과 수익 극대화(REV) 모델은 수요 분포와 시스템 성능 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 최적의 스카이포트 구성은 환승 시간과 가격 가정의 변화에 얼마나 강건한가?

주요 결과

• 최소 9개의 스카이포트가 필요하며, 이는 환승 시간이 증가하더라도 뉴욕시의 공항 접근 수요에 대해 안정적이고 효과적인 커버리지 보장을 위해 필수적이다.
• 수익 극대화(REV) 모델은 수요 극대화(RDR) 모델이 몇 개의 허브에 수요를 집중시키는 경향이 있는 것과는 달리, 스카이포트 간 수요 분포가 더 공정하게 나타난다.
• 수익 측면에서 볼 때 REV 모델은 뛰어난 성능를 보이며, 이는 수익 중심의 계획 수립이 더 균형 잡히고 확장 가능한 운영을 이끌 수 있음을 시사한다.
• 환승 시간이 증가함에 따라 스카이포트 위치는 안정적이며, 이는 운영 지연이 있더라도 최적의 구성이 유지된다는 것을 의미한다.
• 사례 연구를 통해 제안된 모델이 가용한 운행 데이터와 상용 솔버를 활용해 실제 도시 네트워크에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인했다.
• 이 방법은 다른 도시로 일반화 가능하며, 의료 시설, 스포츠 시설, 주요 통합 교통 허브 등의 추가 용도로 확장 가능하다.