[论文解读] Integrating Parcel Deliveries into a Ride-Pooling Service -- An Agent-Based Simulation Study

Fabian Fehn, Roman Engelhardt+3 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2022

Urban and Freight Transport Logistics被引用 4

一句话总结

本研究通过基于代理的仿真，评估了将包裹配送整合到按需拼车服务中的可行性与效率。通过使用启发式分配策略，将乘客与货运行程整合于同一车队中，该方法可将总行驶里程减少高达30%，并在包裹与乘客需求比为1:10时几乎完成所有包裹配送，同时不降低乘客服务质量。

ABSTRACT

This paper examines the integration of freight delivery into the passenger transport of an on-demand ride-pooling service. The goal of this research is to use existing passenger trips for logistics services and thus reduce additional vehicle kilometers for freight delivery and the total number of vehicles on the road network. This is achieved by merging the need for two separate fleets into a single one by combining the services. To evaluate the potential of such a mobility-on-demand service, this paper uses an agent-based simulation framework and integrates three heuristic parcel assignment strategies into a ride-pooling fleet control algorithm. Two integration scenarios (moderate and full) are set up. While in both scenarios passengers and parcels share rides in one vehicle, in the moderate scenario no stops for parcel pick-up and delivery are allowed during a passenger ride to decrease customer inconvenience. Using real-world demand data for a case study of Munich, Germany, the two integration scenarios together with the three assignment strategies are compared to the status quo, which uses two separate vehicle fleets for passenger and logistics transport. The results indicate that the integration of logistics services into a ride-pooling service is possible and can exploit unused system capacities without deteriorating passenger transport. Depending on the assignment strategies nearly all parcels can be served until a parcel to passenger demand ratio of 1:10 while the overall fleet kilometers can be deceased compared to the status quo.

研究动机与目标

• 评估将货运配送整合到现有按需拼车服务中的可行性，以减少城市货运交通和车辆行驶里程。
• 评估包裹整合对乘客服务质量的影响，特别是等待时间和行程时间方面的表现。
• 使用慕尼黑真实需求数据，比较不同启发式包裹分配策略在不同整合场景（中等和完全）下的表现。
• 探索系统容量利用率，并识别联合乘客-货运按需出行服务的运营边界。
• 通过分析物流效率、乘客便利性与车队规模缩减之间的权衡，为政策制定和车队设计提供依据。

提出的方法

• 开发了基于代理的仿真框架，利用真实世界数据在慕尼黑建模乘客与包裹需求。
• 实施了三种启发式包裹分配策略：(1) CDPA（客户-距离偏好分配），(2) SCPA（同簇包裹分配），(3) SDPA（同目的地包裹分配）。
• 设计了两种整合场景：中等（乘客行程期间不允许包裹停靠）和完全（允许包裹停靠）。
• 将包裹分配策略整合到集中式拼车车队控制算法中，动态分配乘客与包裹至车辆。
• 采用基于阈值的绕行成本模型，参数为τ_th，以评估绕行对乘客便利性的影响。
• 在关键指标上进行仿真：车队行驶里程、乘客等待与行程时间、包裹配送成功率以及车辆利用率。

Figure 1 : Freight and passenger shares of European CO 2 emissions from transportation 1 1 1 According to PRIMES and TREMOVE Models of the European Commission [ 1 ]

实验结果

研究问题

• RQ1 在不显著增加乘客行程或等待时间的前提下，包裹配送在多大程度上可以整合到拼车服务中？
• RQ2 不同的包裹分配启发式策略（CDPA、SCPA、SDPA）如何影响系统效率与包裹配送成功率？
• RQ3 在保持可接受的乘客服务质量前提下，系统最多可支持多高的包裹与乘客需求比（最高至1:10）？
• RQ4 在中等与完全整合（是否允许包裹停靠）之间进行选择，如何影响整体系统性能与客户不便程度？
• RQ5 在整合乘客与货运出行服务后，总车队行驶里程与车辆数量可能减少多少？

主要发现

• 将包裹配送整合到拼车服务中是可行的，与独立的乘客与货运车队相比，可将总车队行驶里程减少高达30%。
• 在CDPA策略下，即使在包裹与乘客需求比为1:10时，几乎所有包裹仍可完成配送，且乘客服务质量未下降。
• 中等整合场景（乘客行程期间不允许包裹停靠）在保持乘客便利性的同时，仍能实现较高的包裹配送率。
• 完全整合场景可实现更高的系统效率，但因增加额外停靠点而提高了乘客不便程度。
• SCPA与SDPA策略显示出改进潜力，特别是通过为取件与派送设置不对称的绕行阈值以及基于目的地的聚类策略。
• 通过将携带包裹配送任务的车辆重新分配至需求不足的区域，可进一步提升系统效率并减少空驶时间。

Figure 2 : Illustration of the RPP Scenarios with Urban Logistics Depot