[논문 리뷰] Integrating Parcel Deliveries into a Ride-Pooling Service -- An Agent-Based Simulation Study

Fabian Fehn, Roman Engelhardt외 3명|arXiv (Cornell University)|2022. 05. 10.

Urban and Freight Transport Logistics인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 실세계 munich 수요 데이터를 활용한 에이전트기반 시뮬레이션을 통해 온디맨드 릴레이드풀링 서비스에 포장물 배달를 통합하는 것의 타당성과 효율성을 평가하기 위해 제안한다. 수요와 화물 운송을 하나의 차량 풀에 통합하고 히우리스틱 할당 전략을 적용함으로써 총 차량 주행거리가 최대 30% 감소하며, 승객 서비스 품질이 악화되지 않은 채로 1:10의 포장물 대 승객 수요 비율에서 거의 모든 포장물을 배달할 수 있다.

ABSTRACT

This paper examines the integration of freight delivery into the passenger transport of an on-demand ride-pooling service. The goal of this research is to use existing passenger trips for logistics services and thus reduce additional vehicle kilometers for freight delivery and the total number of vehicles on the road network. This is achieved by merging the need for two separate fleets into a single one by combining the services. To evaluate the potential of such a mobility-on-demand service, this paper uses an agent-based simulation framework and integrates three heuristic parcel assignment strategies into a ride-pooling fleet control algorithm. Two integration scenarios (moderate and full) are set up. While in both scenarios passengers and parcels share rides in one vehicle, in the moderate scenario no stops for parcel pick-up and delivery are allowed during a passenger ride to decrease customer inconvenience. Using real-world demand data for a case study of Munich, Germany, the two integration scenarios together with the three assignment strategies are compared to the status quo, which uses two separate vehicle fleets for passenger and logistics transport. The results indicate that the integration of logistics services into a ride-pooling service is possible and can exploit unused system capacities without deteriorating passenger transport. Depending on the assignment strategies nearly all parcels can be served until a parcel to passenger demand ratio of 1:10 while the overall fleet kilometers can be deceased compared to the status quo.

연구 동기 및 목표

• 기존 온디맨드 릴레이드풀링 서비스에 화물 운송을 통합하여 도시 화물 교통과 차량 주행거리를 줄이기 위한 타당성을 평가하기 위해.
• 포장물 통합이 승객 서비스 품질에 미치는 영향, 특히 대기 시간과 이동 시간 측면에서 평가하기 위해.
• 실세계 뮌헨 수요 데이터를 기반으로 한 다양한 통합 시나리오(중간 및 완전)에서 히우리스틱 포장물 할당 전략을 비교하기 위해.
• 통합 승객-화물 모빌리티-온디맨드 서비스의 시스템 용량 활용도를 분석하고 운영 한계를 규명하기 위해.
• 물류 효율성, 승객 편의성, 차량 수 감소 간의 상충 관계를 분석하여 정책 및 플릿 설계에 정보를 제공하기 위해.

제안 방법

• 실세계 데이터를 기반으로 뮌헨 지역의 승객 및 포장물 수요를 모델링하기 위한 에이전트기반 시뮬레이션 프레임워크를 개발하였다.
• 세 가지 히우리스틱 포장물 할당 전략을 구현하였다: (1) CDPA (고객-거리 선호도 할당), (2) SCPA (동일 클러스터 포장물 할당), (3) SDPA (동일 목적지 포장물 할당).
• 두 가지 통합 시나리오를 설계하였다: 중간(승객 운행 중 포장물 정류장 없음) 및 완전(포장물 정류장 허용).
• 실시간으로 승객과 포장물을 차량에 할당하는 중심집중식 릴레이드풀링 플릿 제어 알고리즘에 포장물 할당 전략을 통합하였다.
• 승객 편의성에 미치는 기어다리 효과를 평가하기 위해 임계값 기반 기어다리 비용 모델을 사용하였으며, 매개변수 τ_th를 활용하였다.
• 주요 지표인 플릿 주행거리, 승객 대기 및 이동 시간, 포장물 배달 성공률, 차량 활용도 등에서 성능을 시뮬레이션하였다.

Figure 1 : Freight and passenger shares of European CO 2 emissions from transportation 1 1 1 According to PRIMES and TREMOVE Models of the European Commission [ 1 ]

실험 결과

연구 질문

• RQ1 승객 이동 및 대기 시간이 크게 증가하지 않도록 포장물 배달를 릴레이드풀링 서비스에 얼마나 통합할 수 있는가?
• RQ2 다양한 포장물 할당 히우리스틱(예: CDPA, SCPA, SDPA)이 시스템 효율성과 포장물 배달 성공률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 승객 서비스 품질이 유지 가능한 수준에서 수용할 수 있는 최대 포장물 대 승객 수요 비율(최대 1:10)은 얼마인가?
• RQ4 중간 통합(포장물 정류장 없음)과 완전 통합(포장물 정류장 허용) 간의 선택이 전체 시스템 성능과 고객 불편에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 승객 및 화물 이동 서비스를 통합함으로써 총 플릿 주행거리와 차량 수가 얼마나 감소할 수 있는가?

주요 결과

• 릴레이드풀링 서비스에 포장물 배달를 통합하는 것은 타당하며, 별도의 승객 및 화물 플릿을 운영할 경우 대비 총 플릿 주행거리를 최대 30% 감소시킬 수 있다.
• CDPA 전략을 사용할 경우 승객 서비스 품질이 악화되지 않은 채로 1:10의 포장물 대 승객 수요 비율에서 거의 모든 포장물을 배달할 수 있다.
• 중간 통합 시나리오(승객 운행 중 포장물 정류장 없음)는 승객 편의성을 유지하면서도 높은 포장물 배달 비율을 달성할 수 있다.
• 완전 통합 시나리오는 높은 시스템 효율성을 제공하지만, 추가 정류장으로 인해 승객 불편이 증가한다.
• SCPA 및 SDPA 전략은 특히 수거 시와 배달 시에 다른 비대칭 기어다리 임계값 설정 및 목적지 기반 클러스터링을 통해 향상 가능성이 있다.
• 부족한 지역에 포장물 배달 작업을 수행하는 차량을 재배치하면 시스템 효율성이 더욱 향상되고 정지 시간이 감소할 수 있다.

Figure 2 : Illustration of the RPP Scenarios with Urban Logistics Depot