[논문 리뷰] Dynamic Interaction between Shared Autonomous Vehicles and Public Transit: A Competitive Perspective.

Baichuan Mo, Zhejing Cao외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 09.

Transportation and Mobility Innovations참고 문헌 28인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 히우리스틱 동적 공급 업데이트 알고리즘(HDSUA)을 사용한 에이전트기반 시뮬레이션을 통해 이윤 중심 환경에서 공유 자율주행차(AV)와 대중교통(PT) 간의 경쟁적 역학을 조사한다. 결과적으로 AV 및 PT 운영자 모두 피크 시간대에 공급을 조정함으로써 수익을 향상시키며, 이는 이동 시간을 단축시키지만 비용을 증가시키지만, 시간 절약으로 인해 일반화된 비용은 감소한다. 정책 간섭이 있을 경우 상호 이득 결과가 가능하다.

ABSTRACT

The emergence of autonomous vehicles (AVs) is anticipated to influence the public transportation (PT) system. Many possible relationships between AV and PT are proposed depending on the policy and institution, where competition and cooperation are two main categories. This paper focuses on the former in a hypothetical scenario-if both AV and PT operators were only profit-oriented. We aim to quantitatively evaluate the system performance (e.g. level of service, operators' financial viability, transport efficiency) when AV and PT are profit-oriented competitors with dynamic adjustable supply strategies under certain policy constraints. We assume AV can adjust the fleetsize and PT can adjust the headway. Service fare and bus routes are fixed. The competition process is analyzed through an agent-based simulation platform, which incorporates a proposed heuristic dynamic supply updating algorithm (HDSUA). The first-mile scenario in Singapore Tampines area is selected as the case study, where only bus is considered for PT system. We found that when AV and bus operators are given the flexibility to adjust supply, both of them will re-distribute their supply spatially and temporally, leading to higher profits. In temporal dimension, both AV and bus will concentrate their supplies in morning and evening peak hours, and reduce the supplies in off-peak hours. The competition between AV and PT decreases passengers' travel time but increase their travel cost. The generalized travel cost is still reduced when counting the value of time. The bus supply adjustment can increase the bus average load and reduce total passenger car equivalent (PCE), which is good for transport efficiency and sustainability. But the AV supply adjustment shows the opposite effect. Overall, the competition does not necessarily bring out loss-gain results. A win-win outcome is also possible under certain policy interventions.

연구 동기 및 목표

• 이윤 중심의 공유 자율주행차(AV)와 대중교통(PT) 간의 상호작용을 동적 공급 조정 조건 하에서 분석하기.
• 서비스 품질, 재정적 지속 가능성, 교통 효율성 측면에서 시스템 성능 평가하기.
• 실제 도시 환경에서 AV-PT 경쟁 결과에 영향을 미치는 정책 제약 조건 탐색하기.
• 다양한 공급 조정 전략 하에서 경쟁이 상호 이득 또는 제로섬 결과를 낳는 조건 평가하기.

제안 방법

• 에이전트기반 시뮬레이션 플랫폼은 이윤 극대화를 목표로 하는 독립된 에이전트로서 AV 및 PT 운영자 모델링.
• 히우리스틱 동적 공급 업데이트 알고리즘(HDSUA)을 통해 AV 및 버스가 수요와 경쟁에 대응해 차량 수와 간격을 동적으로 조정 가능.
• 사례 연구는 싱가포르 템파린스 지역의 첫 마일 시나리오에 집중하며, 대중교통의 요금과 노선은 고정.
• 실시간 수요 패턴에 기반해 공급 조정이 이루어지며, AV 및 버스는 피크 시간대 집중을 최적화.
• 이동 시간, 비용, 적재율, 총 승용차 등가수(PCE) 등의 성능 지표 평가.
• 실제 제도적 및 규제 조건을 반영하기 위해 정책 제약 조건 통합.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공유 모빌리티 환경에서 이윤을 추구하는 AV 및 PT 운영자는 경쟁 상황에서 어떻게 공급을 동적으로 조정하는가?
• RQ2 동적 공급 조정이 이동 시간, 비용, 일반화된 이동 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 공급 조정은 평균 적재율과 PCE를 통해 측정된 교통 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 경쟁이 단순한 손실-이득 동적 구조가 아닌 상호 이득 결과로 이어지는 조건은 무엇인가?
• RQ5 정책 간섭은 AV 및 PT 운영자 간 상호 이득 결과 달성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• AV 및 PT 운영자 모두 오전 및 저녁 피크 시간대에 공급을 집중하고 비피크 기간에는 감소시킴으로써 수익을 증가시킨다.
• 경쟁은 평균 이동 시간을 단축시키지만 화폐적 이동 비용은 증가시키지만, 시간의 가치를 포함한 일반화된 비용은 전체적으로 감소한다.
• 버스 공급 조정은 평균 적재율을 향상시키고 총 승용차 등가수(PCE)를 감소시켜 교통 효율성 및 지속 가능성 향상.
• AV 공급 조정은 반대로 적재율을 낮추고 PCE를 증가시켜 효율성에 악영향을 미친다.
• 경쟁은 단순한 손실-이득 다이내믹을 초래하지 않으며, 적절한 정책 간섭이 있을 경우 상호 이득 결과 달성이 가능하다.
• 히우리스틱 동적 공급 업데이트 알고리즘(HDSUA)은 경쟁 조건 하에서 시스템 성능 향상을 위한 적응형 공급 전략을 효과적으로 구현한다.