[论文解读] A path-based many-to-many assignment game to model Mobility-as-a-Service market networks.

Theodoros P. Pantelidis, Saeid Rasulkhani+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2019

Transportation Planning and Optimization被引用 1

一句话总结

本文提出一种基于路径的多对多分配博弈模型，利用稳定匹配理论建模出行即服务（MaaS）网络，实现多模式、多运营商行程决策与稳定成本分配。其在17秒内达到与路径显式枚举方法相同的稳定性结果，而后者耗时超过2小时。

ABSTRACT

As Mobility as a Service (MaaS) systems become increasingly popular, travel is changing from unimodal trips to personalized services offered by a platform of mobility operators. Evaluation of MaaS platforms depends on modeling both user route decisions as well as operator service and pricing decisions. We adopt a new paradigm for traffic assignment in a MaaS network of multiple operators using the concept of stable matching to allocate costs and determine prices offered by operators corresponding to user route choices and operator service choices without resorting to nonconvex bilevel programming formulations. Unlike our prior work, the proposed model allows travelers to make multimodal, multi-operator trips, resulting in stable cost allocations between competing network operators to provide MaaS for users. An algorithm is proposed to efficiently generate stability conditions for the stable outcome model. Extensive computational experiments demonstrate the use of the model to handling pricing responses of MaaS operators in technological and capacity changes, government acquisition, consolidation, and firm entry, using the classic Sioux Falls network. The proposed algorithm replicates the same stability conditions as explicit path enumeration while taking only 17 seconds compared to explicit path enumeration timing out over 2 hours.

研究动机与目标

• 建模复杂的MaaS网络，其中用户可选择多模式、多运营商的出行路线。
• 在不使用非凸双层规划的前提下，确定稳定成本分配与运营商定价。
• 实现对MaaS市场对技术、容量与政策变化响应的动态分析。
• 开发一种高效算法，以比路径枚举更快的速度复现稳定性条件。

提出的方法

• 采用基于路径的多对多分配框架，表示用户在多个出行运营商之间的路线选择。
• 应用稳定匹配理论，实现用户与运营商之间的成本分配与价格确定。
• 开发一种算法，高效生成稳定性条件，避免对所有路径进行显式枚举。
• 建模在各种市场动态下（如运营商进入、合并及政府收购）的运营商行为。
• 以苏瀑（Sioux Falls）网络作为计算实验的测试平台。
• 通过与显式路径枚举方法对比，验证算法在稳定性与运行时间方面的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在存在竞争、多模式运营商的MaaS网络中，如何实现稳定成本分配？
• RQ2 基于路径的分配模型结合稳定匹配，是否在计算效率上优于传统的路径枚举方法？
• RQ3 在此框架下，MaaS运营商如何响应技术、容量与市场结构的变化？
• RQ4 运营商进入、合并及政府收购对系统稳定性与定价有何影响？

主要发现

• 所提出的算法在仅17秒内即达到与显式路径枚举相同的稳定性条件。
• 显式路径枚举在运行超过2小时后仍超时，凸显了本方法的效率优势。
• 该模型成功捕捉了多模式、多运营商行程选择，并实现了稳定成本分配。
• 该框架支持对MaaS市场响应技术、容量与政策变化的动态分析。
• 稳定匹配为MaaS定价与分配提供了一种可行的替代方案，可替代非凸双层规划。