[论文解读] Optimizing Curbside Parking Resources Subject to Congestion Constraints

Chase Dowling, Tanner Fiez+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2017

Smart Parking Systems Research参考文献 17被引用 4

一句话总结

本文提出了一种新颖的排队网络模型，通过将停车搜索视为受拥堵约束的相互竞争的队列网络，以优化城市区域的路边停车。研究表明，在限制搜索相关交通的前提下最大化停车占用率是一个凸优化问题，并基于旧金山的数据表明，通过价格机制重新分配需求可使拥堵减少80%，同时保持高占用率。

ABSTRACT

To gain theoretical insight into the relationship between parking scarcity and congestion, we describe block-faces of curbside parking as a network of queues. Due to the nature of this network, canonical queueing network results are not available to us. We present a new kind of queueing network subject to customer rejection due to the lack of available servers. We provide conditions for such networks to be stable, a computationally tractable "single node" view of such a network, and show that maximizing the occupancy through price control of such queues, and subject to constraints on the allowable congestion between queues searching for an available server, is a convex optimization problem. We demonstrate an application of this method in the Mission District of San Francisco; our results suggest congestion due to drivers searching for parking stems from an inefficient spatial utilization of parking resources.

研究动机与目标

• 将城市路边停车建模为一个队列网络，其中驾驶员在寻找可用停车位时导致拥堵。
• 解决缺乏将停车占用率与交通拥堵精确关联的严谨模型问题，尤其是在空间和时间变化的条件下。
• 开发一种计算上可行的方法，以优化停车价格，从而在限制搜索相关拥堵的前提下最大化占用率。
• 通过实证验证价格调控在重新分配停车需求、减少整体城市环境拥堵方面的有效性。
• 为在动态需求和空间约束下此类停车网络的稳定运行提供理论基础。

提出的方法

• 将街区停车建模为队列网络，当无可用服务节点（停车位）时客户被拒绝。
• 提出一类新型排队网络，具有空间拓扑结构，并允许客户在节点间路由，直至找到可用服务节点。
• 推导出在均匀网络拓扑下的稳定性条件，并为非均匀情况提出单节点近似方法。
• 制定一个凸优化问题，以在最大允许拥堵水平（即寻找停车位的驾驶员数量）约束下最大化停车占用率。
• 利用旧金山使命区的真实占用率和定价数据对模型进行校准与验证。
• 通过价格调整将需求从高占用率区域重新分配至低占用率街区，以最小化总搜索交通量。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在空间分布的城市停车网络中联合优化停车占用率与拥堵？
• RQ2 停车占用率与驾驶员巡游寻找车位所导致的交通拥堵之间存在何种关系？
• RQ3 是否可以利用价格调控实现停车需求的再分配，从而在保持高利用率的同时减少整体拥堵？
• RQ4 在何种占用率水平下，停车搜索引起的拥堵会开始急剧上升？
• RQ5 提高高需求地点价格，或降低低吸引力地点价格，哪种方式更有效地减少拥堵？

主要发现

• 旧金山使命区17街3300段和18街3400段是导致近60%停车相关拥堵的根源，每小时产生超过60辆无法找到停车位的车辆。
• 在占用率曲线约90%处出现“拐点”，表明为维持高占用率所需到达率急剧上升。
• 将17街价格提高0.28美元、18街提高0.27美元后，拥堵减少了80%，寻找车辆数量降至每小时约11辆，同时分别维持91%和92%的占用率。
• 通过降低低占用率街区价格来重新分配需求，其在减少总拥堵方面的效果与提高高占用率街区价格相当。
• 实施价格调控后，使命区服务的总车辆数增加，同时拥堵显著减少，平均占用率达到78%，搜索交通量大幅下降。
• 该模型表明，更高的总占用率并不必然导致更多拥堵，通过定价实现的需求空间再分配可使占用率与拥堵脱钩。