[논문 리뷰] Revitalizing Public Transit in Low Ridership Areas: An Exploration of On-Demand Multimodal Transit Systems

Jiawei Lu, Connor Riley외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 02.

Transportation and Mobility InnovationsEngineering인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 오스틴, 텍사스주에서 저승객 수의 고정노선 버스 노선을 수요에 따라 운행하는 공유 셔틀버스로 대체하는 '수요기반 다중모달 대중교통체계(ODMTS)'를 제안한다. 기존 고정노선 대중교통과 통합함으로써 접근성 향상과 운영비용 절감을 도모한다. POLARIS 시뮬레이션 결과, 운영비용이 37.5% 감소하고, 특히 비피크 시간대에는 승객의 이동 시간이 향상되며, 동적 셔틀 배차 방식을 통해 서비스 품질을 유지함을 확인하였다.

ABSTRACT

Public transit plays an essential role in mitigating traffic congestion, reducing emissions, and enhancing travel accessibility and equity. One of the critical challenges in designing public transit systems is distributing finite service supplies temporally and spatially to accommodate time-varying and space-heterogeneous travel demands. Particularly, for regions with low or scattered ridership, there is a dilemma in designing traditional transit lines and corresponding service frequencies. Dense transit lines and high service frequency increase operation costs, while sparse transit lines and low service frequency result in poor accessibility and long passenger waiting time. In the coming era of Mobility-as-a-Service, the aforementioned challenge is expected to be addressed by on-demand services. In this study, we design an On-Demand Multimodel Transit System (ODMTS) for regions with low or scattered travel demands, in which some low-ridership bus lines are replaced with flexible on-demand ride-sharing shuttles. In the proposed ODMTS, riders within service regions can request shuttles to finish their trips or to connect to fixed-route services such as bus, metro, and light rail. Leveraging the integrated transportation system modeling platform, POLARIS, a simulation-based case study is conducted to assess the effectiveness of this system in Austin, Texas.

연구 동기 및 목표

• 고정노선 대중교통의 승객 수가 적어 운영비가 높고, 빈도가 낮고 대기 시간이 긴 지역에서 발생하는 문제를 해결하기 위해.
• 저수요 지역에서 지역 고정노선 버스 노선을 수요기반 공유 셔틀버스로 대체할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 수요기반 셔틀버스를 기존 고정노선 대중교통 시스템과 통합했을 때 승객의 이동 시간과 운영비용에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 저승객 수 지역에서 모빌리티-인-어-서비스(MaaS) 모델로 전환할 수 있도록 전문 기관을 위한 데이터 기반 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 선택된 저승객 수 고정노선 버스 노선을 수요기반 셔틀버스로 대체하는 수요기반 다중모달 대중교통체계(ODMTS) 설계.
• 오스틴 메트로폴리탄 지역에서 ODMTS를 모델링하고 평가하기 위해 POLARIS 시뮬레이션 플랫폼 사용.
• 실시간 수요에 기반하고 고정노선 정류장과 통합된 동적 셔틀 배차 알고리즘 구현.
• 수요기반 셔틀버스와 고정노선 서비스(예: 버스, 메트로, 라이트 레일) 간 전환을 포함한 승객 이동 계획 시뮬레이션.
• 기준 사례(기존 시스템)와 ODMTS 시나리오 간 이동 시간과 운영비용의 정량적 비교.
• 셔틀 편대 규모(5, 10, 20, 30대)에 대한 민감도 분 析를 통해 비용과 서비스 성능 간의 상충 관계 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저승객 수 고정노선 버스 노선을 수요기반 셔틀버스로 대체할 경우 전체 승객 이동 이동 시간에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 저수요 지역에서 고정노선 버스에서 수요기반 셔틀버스로 전환할 경우 운영비용 절감 잠재력은 어느 정도인가?
• RQ3 수요 수준에 따라 ODMTS의 성능은 어떻게 변하는가? 특히 피크 시간대와 비피크 시간대에서의 성능 변화는?
• RQ4 비용과 서비스 품질을 균형 잡기 위해 필요한 최적의 수요기반 셔틀버스 수는 얼마인가?
• RQ5 수요기반 서비스는 저승객 수 지역에서 제1마일 및 제3마일 연결성을 얼마나 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• ODMTS는 기준 사례 대비 운영비용을 37.5% 감소시켰다. 이는 3개의 저승객 수 노선에서 8대의 고정노선 버스가 5대의 수요기반 셔틀버스로 대체된 결과이다.
• 비피크 시간대에는 수요기반 서비스로 인한 대기 시간 감소로 인해 ODMTS에서 승객의 이동 이동 시간이 기준 사례보다 유의미하게 단축되었다.
• 피크 시간대에는 수요 증가와 셔틀 수 부족으로 인해 이동 시간이 약간 증가했지만, 셔틀 수가 20대 이상일 경우 안정된 상태를 유지하였다.
• 오직 5대의 셔틀만으로도 ODMTS가 37.5%의 비용 절감을 달성하여, 셔틀 크기와 효율성에 대해 보수적인 가정을 해도 상당한 절감 효과가 있음을 시사한다.
• 셔틀 수를 5대에서 30대로 늘릴 경우, 특히 피크 시간대에 승객 이동 이동 시간이 일관되게 감소하는 것으로 시뮬레이션 결과 나타났다.
• ODMTS는 제1마일 및 제3마일 간격을 효과적으로 메우며, 주요 인프라 변경 없이도 고정노선 대중교통과의 접근성과 연결성을 향상시켰다.