[论文解读] Identifying the threshold to sustainable ridepooling

Charlotte Lotze, Philip Marszal+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2023

Transportation and Mobility Innovations被引用 4

一句话总结

本文提出了一种无量纲负载参数，通过平衡需求与供给的时间尺度，量化拼车服务的可持续性阈值。该参数可预测拼车服务总行驶距离低于私人汽车出行的临界点，从而在无需仿真或运营数据的情况下实现事前评估。

ABSTRACT

Ridepooling combines trips of multiple passengers in the same vehicle and may thereby provide a more sustainable option than transport by private cars. The efficiency and sustainability of ridepooling is typically quantified by key performance indicators such as the average vehicle occupancy or the total distance driven by all ridepooling vehicles relative to individual transport. However, even if the average occupancy is high and rides are shared, ridepooling services may increase the total distance driven due to additional detours and deadheading. Moreover, these key performance indicators are difficult to predict without large-scale simulations or actual ridepooling operation. Here, we propose a dimensionless parameter to estimate the sustainability of ridepooling by quantifying the load on a ridepooling service, relating characteristic timescales of demand and supply. The load bounds the relative distance driven and uniquely marks the break-even point above which the total distance driven by all vehicles of a ridepooling service falls below that of motorized individual transport. Detailed event-based simulations and a comparison with empirical observations from a ridepooling pilot project in a rural area of Germany validate the theoretical prediction. Importantly, the load follows directly from a small set of aggregate parameters of the service setting and is thus predictable a priori. The load may thus complement standard key performance indicators and simplify planning, operation and evaluation of ridepooling services.

研究动机与目标

• 解决缺乏预测工具以评估拼车服务是否比私人汽车使用更具可持续性的问题。
• 克服标准关键绩效指标（如平均载客率或相对行驶距离）难以事前预测的局限性。
• 开发一种理论基础扎实、基于参数的度量指标，仅利用系统聚合参数估算拼车服务可持续性的临界点。
• 通过仿真和德国农村拼车试点项目的真实数据验证该模型。
• 提供一种可扩展的系统级指标，支持不同城市和农村背景下拼车服务的规划、评估与比较。

提出的方法

• 将无量纲负载参数定义为平均请求率与平均车辆速度之比，再乘以平均直达行程距离。
• 推导出负载与相对行驶距离之间的理论不等式，表明当负载超过临界阈值时，可持续性将得到改善。
• 使用基于事件的仿真测试在多样化需求与供给条件下负载的预测能力。
• 将预测结果与德国农村地区真实拼车试点项目的真实数据进行对比，验证预测效果。
• 将模型扩展以包含现实因素，如停靠时间、车辆容量限制以及非均匀的请求分布。
• 证明该负载能够捕捉长期系统动态，并在稳态条件下作为可持续性潜力的稳健指标。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种服务需求水平下，拼车服务在总行驶距离方面将比私人汽车使用更具可持续性？
• RQ2 能否推导出一种简单、聚合且可预测的度量指标，以估算拼车服务的可持续性，而无需依赖大规模仿真或运营数据？
• RQ3 该负载参数与标准关键绩效指标（如平均车辆载客率或相对行驶距离）之间有何关系？
• RQ4 在不同需求模式、车辆速度和服务配置下，该负载参数的预测能力在多大程度上保持有效？
• RQ5 能否利用德国农村出行试点项目的真实拼车数据验证理论负载阈值？

主要发现

• 所提出的负载参数能够唯一识别出拼车车队总行驶距离等于直达私人汽车出行总距离的临界点。
• 该负载为无量纲、系统级指标，仅基于三个聚合参数：请求率、平均直达行程距离和平均车辆速度。
• 基于负载的理论预测在各种需求与供给情景下，与详细基于事件的仿真结果高度吻合。
• 来自德国农村拼车试点项目的真实数据证实了该模型的预测准确性，即使在非理想和变化的条件下也成立。
• 即使考虑停靠时间、车辆容量有限以及非均匀请求分布等现实复杂因素，该负载仍保持稳健性。
• 该负载支持事前评估拼车服务的可持续性，为规划者和运营商提供一种实用工具，可在无仿真或运营历史的情况下，比较不同场景下的服务表现。