河瀬　理貴助教がWRHプログラムの支援を受けて6か月間のオーストラリアのシドニー大学滞在を終えて帰国しました。
今回の派遣による成果と期間中の様子を報告いただきました。

 

派遣者	河瀬　理貴助教
派遣先機関の名称	The University of Sydney
派遣先機関の国・都市	Australia, Sydney
派遣先機関の受入研究者名・職名	Dr. Mohsen Ramezani (Associate Professor)
派遣期間	2024年　 9月　12日　～　2025年　3月　12日　（　182日間）
共同研究の題目	（日本語）都市道路網における共有型交通と公共交通による統合交通システムの確率制御手法
	（英　語）Stochastic Control for Integrated Transport Systems with Shared Mobility and Public Transit in Urban Road Networks

都市化に伴う交通需要の増加により都市空間が逼迫し、公共の供給資源（例：道路）の整備・配分に頼った交通渋滞の解決は困難となっている。共有型交通（例：ライドシェア，シェアサイクル）は、非公共の供給資源の活用により渋滞緩和を図る解決策として関心を集めている。一方で、共有型交通が持つ「需要増加が供給増加を招く」という循環を考えると、共有型交通の導入は絶対的な解決策でない。この状況の打開には、空間効率的だが柔軟でない公共交通と、柔軟だが空間的に低効率な共有型交通を統合した交通マネジメントが有効である。ただし統合交通システムは、共有型交通の旅客と運転者、共有型交通と公共交通といったマッチングを要するため、システムの不確実性に対し容易に不安定となり得る。本研究では、制御工学を背景に持ちながら都市規模の交通マネジメント研究に造詣が深いRamezani氏との共同研究を実施し、都市規模の統合交通システムに対する確率制御手法を構築する。活動内容は以下に記す。

（１）需要不確実性下でのドックレス・バイクシェアリング・システム

ドックレス・バイクシェアリング・システム（DBSS）は、低炭素で環境に優しいsustainableな交通手段である。バイクシェアリングは、その一方的な利用という性質上、需要と供給の時空間的な不均衡という問題を抱える。さらにDBSSの駐輪場所選択の柔軟さは、上記の不均衡を加速させ、バイクシェアリング・サービスに対する利用者の満足度を大幅に低下させ得る。本研究では、供給過剰な地域から供給不足の地域への移動を利用者に促す、動的価格設定と駐輪場所推薦システムに注目する。しかし、交通需要の不確実性は需給不均衡を加速させ、上記の意思決定の難しさを助長する。本研究では、需要不確実性下でのDBSSにおける動的価格設定と駐輪場所候補の共同最適化モデルを開発する。具体的に、この問題を多段階確率凸最適化問題として定式化し、穏やかの仮定下で収束保証のある多段階のベンダー分解法（確率双対動的計画法：SDDP）を用いて解く。グリッドネットワークを用いた数値実験により、動的価格設定と駐輪場所推薦を組み合わせたDBSSが、パレート効率性と頑健性を改善することを示した。今後は、DBSSの動的シミュレーションと提案した最適化問題を組み合わせ、都市規模のDBSSプラットフォームを開発する。

（２）予約配車とオンデマンド配車を伴う共有型自動運転システムの戦略的設計

都市の交通渋滞を解決する革新的な都市部の交通渋滞に対する革新的な解決策として、共有型自動運転（SAV）システムが注目されている。本研究では、予約配車とオンデマンド配車を伴うSAVシステムの長期的なネットワーク設計と短期的な車両運用を同時に決定する最適化フレームワークを開発する。具体的に、この問題を二目的多段階確率線形計画問題として定式化する。提案する問題の線形性より、以下の計算上および理論上の利点を得られる：

– 加重合計法とSDDPを組み合わせることで、複数の目的関数と動学的不確実性による計算の複雑性に対処可能な解法アルゴリズムを構築した。
– 以下の有用な問題の性質を数学的に導出した：ライドシェアと事前予約オプションの導入により、短期運用費用（e.g., 旅行者の総移動時間）と長期戦略費用（e.g., インフラ設計費用）が弱単調かつ同時に減少する。

関連リンク
– World Research Hub(WRH) プログラム
– 河瀬 理貴（東京科学大学STARサーチ）