[논문 리뷰] Quantifying the uneven efficiency benefits of ridesharing market integration

Xiaohan Wang, Zhan Zhao외 3명|arXiv (Cornell University)|2023. 02. 05.

Transportation and Mobility Innovations인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 뉴욕 맨해튼의 실제 TNC 운행 데이터를 사용하여, 여러 운송망 기업(TNC) 간의 시장 통합이 린드세이킹 시장에서 효율성 향상에 미치는 비균형적인 영향을 정량화하기 위해 공유성 네트워크 프레임워크를 확장한다. 연구 결과, 시장 통합으로 린드세이킹 효율성이 13.3% 향상될 수 있으며, 이는 매일 TNC 차량 운행 시간의 5%에 해당한다. 이 효율성 향상의 정도는 수요 밀도, 시공간적 불균형, TNC별 특성(예: TNC 내 수요 집중도)에 따라 크게 달라진다.

ABSTRACT

Ridesharing is recognized as one of the key pathways to sustainable urban mobility. With the emergence of Transportation Network Companies (TNCs) such as Uber and Lyft, the ridesharing market has become increasingly fragmented in many cities around the world, leading to efficiency loss and increased traffic congestion. While an integrated ridesharing market (allowing sharing across TNCs) can improve the overall efficiency, how such benefits may vary across TNCs based on actual market characteristics is still not well understood. In this study, we extend a shareability network framework to quantify and explain the efficiency benefits of ridesharing market integration using available TNC trip records. Through a case study in Manhattan, New York City, the proposed framework is applied to analyze a real-world ridesharing market with 3 TNCs$-$Uber, Lyft, and Via. It is estimated that a perfectly integrated market in Manhattan would improve ridesharing efficiency by 13.3%, or 5% of daily TNC vehicle hours traveled. Further analysis reveals that (1) the efficiency improvement is negatively correlated with the overall demand density and inter-TNC spatiotemporal unevenness (measured by network modularity), (2) market integration would generate a larger efficiency improvement in a competitive market, and (3) the TNC with a higher intra-TNC demand concentration (measured by clustering coefficient) would benefit less from market integration. As the uneven benefits may deter TNCs from collaboration, we also illustrate how to quantify each TNC's marginal contribution based on the Shapley value, which can be used to ensure equitable profit allocation. These results can help market regulators and business alliances to evaluate and monitor market efficiency and dynamically adjust their strategies, incentives, and profit allocation schemes to promote market integration and collaboration.

연구 동기 및 목표

• 다양한 TNC가 존재하는 분열된 도시 시장에서 린드세이킹 시장 통합의 효율성 향상 효과를 정량화하는 것.
• 실제 시장 특성(예: 수요 밀도, 시공간적 불균형 등)에 따라 이러한 효율성 향상 효과가 TNC 간로 어떻게 달라지는지 규명하는 것.
• 시장 경쟁 강도와 TNC별 수요 집중 정도가 개별 TNC의 효율성 향상에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 불균형한 혜택을 해소하고 협업을 지원하기 위해 셰플리 값(Shapley value)을 활용한 공정한 수익 분배 메커니즘을 제안하는 것.
• 규제 당국과 TNC 연합이 통합 전략을 모니터링하고 평가하며 동적으로 조정할 수 있는 데이터 기반 프레임워크를 제공하는 것.

제안 방법

• 맨해튼의 우버, 립시, 비아에서의 실제 운행 기록을 활용하여, 다중 TNC 시장에서의 린드세이킹 효율성을 모델링하기 위해 공유성 네트워크 프레임워크를 확장한다.
• 현재의 분열된 시장과 가상의 완전히 통합된 시장 간의 이동 시간 절감량을 비교하여 효율성 향상 정도를 추정한다.
• 상호 TNC 간 시공간적 불균형을 정량화하기 위해 네트워크 모듈라리티를 사용하고, 내부 TNC 수요 집중도를 측정하기 위해 클러스터링 계수를 활용한다.
• 시장 경쟁 강도를 평가하기 위해 허프다인-히르슈만 지수(Herfindahl-Hirschman Index, HHI)를 사용하고, 다양한 TNC 점유율을 가진 시장 분할 시나리오를 시뮬레이션한다.
• 각 TNC가 통합 시장에 기여하는 마진 기여도를 계산하기 위해 셰플리 값을 적용하여 공정한 수익 배분을 가능하게 한다.
• 수요 밀도, 점유율 분포, 불균형 지표 등에 따라 효율성 향상 정도가 어떻게 변화하는지 분석하기 위해 시뮬레이션 실험을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 도시 환경에서 여러 TNC 간의 린드세이킹 시장 통합을 완전히 이행할 경우 얼마나 많은 효율성 향상 효과를 기대할 수 있는가?
• RQ2 시공간적 불균형과 수요 밀도는 TNC 간 시장 통합의 효율성 향상 효과에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 시장 점유율 분포가 통합으로 인한 전체 및 개별 TNC의 효율성 향상에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 내부 TNC 수요 집중도가 높을수록 시장 통합으로 인한 개별 TNC의 혜택은 어떻게 달라지는가?
• RQ5 셰플리 값(Shapley value)은 협업 기반 린드세이킹 시장에서 각 기업의 마진 기여도를 어떻게 정량화하고 공정한 수익 분배를 보장하는 데 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 맨해튼에서 완전히 통합된 린드세이킹 시장는 효율성을 13.3% 향상시킬 수 있으며, 이는 매일 TNC 차량 운행 시간의 5%에 해당한다.
• 효율성 향상 정도는 총 수요 밀도와 상호 TNC 간 시공간적 불균형(네트워크 모듈라리티로 측정)과 음의 상관관계를 보인다.
• 시장 점유율이 더 균형 있게 분포된 시장(낮은 HHI)은 통합으로 인한 효율성 향상이 더 크며, 이는 높은 경쟁 강도가 효율성 향상에 기여함을 시사한다.
• 내부 수요 집중도가 높은 TNC(높은 클러스터링 계수)는 시장 통합으로 인한 혜택을 더 적게 얻는다. 이는 시장 점유율이 높을 수 있음에도 불구하고 그렇다.
• 셰플리 값은 각 TNC의 마진 기여도를 정량화하는 데 강력한 방법을 제공하며, 협업을 지원하기 위한 공정한 수익 분배 체계 수립에 기여한다.
• 시장 분열은 최적의 운행 매칭을 방해하여 도착지로의 회피 경로 증가와 차량 운행 시간 증가를 초래하며, 통합을 통해 이로 인한 영향을 크게 줄일 수 있다.