Modeling sustainable traffic assignment policies with emission functions and travel time reliability

Abstract

Kentsel ulaşım sistemleri sürdürülebilirliğiin devam ettirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada iki tür sürdürülebilirlik ölçütüne odaklanmaktayız; araç salinimları ve yolculuk süresi güvenilirliği. Belirlenen bu sürdürülebilirlik ölçütlerini içeren çeşitli iki seviyeli eniyileme modelleri önermekteyiz. Problemin üst seviyesi ulaşım sistemlerini sürdürülebilir hale getirmeyi hedefleyen ulaşım ağı yöneticilerinin kararlarini temsil ederken, problemin alt seviyesinde ise toplam yolculuk maliyetlerini en aza indirmeyi hedeflediği varsayılan ağ kullanıcılarının kararları temsil edilmektedir. Sıkışıklıkta biriken salınım miktarlarını tahmin etmek amacıyla salınım fonksiyonları araç akışına bağlı olarak ifade edilmiştir. Bu salınım fonksiyonları geçiş ücretlendirmesi ve kapasite arttırımı yönetim politikalarını içeren iki seviyeli eniyileme modellerine uygun bir biçimde katılmıştır. Araç salınımlarına ek olarak, yolculuk süresi güvenilirliği ikinci sürdürülebilirlik ölçütü olarak kullanılmaktadır. Ulaşım sistemlerinde ?güvenilirlik? sistemin ulaşımm ağı değişkenlerinin değerlerindeki belirsiz sapmaları ne ölçüde kaldırabildiğini gösterir. Yolculuk süresi güvenilirliği üzerinde durulmakta ve sayısallaştırılması için de koşullu riske maruz değer (conditional value-at-risk, CvaR) bir risk ölçütü olarak rassal yolculuk sürelerinin alternatif fonksiyonları üzerinde kullanılmaktadır. Temel olarak CVaR olası yüksek yolculuk sürelerini kontrol etmek için kullanılmaktadır. Belirsiz ağ parametreleri bir senaryo kümesi kullanılarak modellenmekte ve geçiş ücretlendirmesi politikası çerçevesinde alternatif riskten kaçınan rassal iki seviyeli eniyileme modelleri önerilmektedir. Önerilen modeller ile örnek test ulaşım ağları açin GAMS modelleme dili kullanılarak detaylı bir bilgisayısal çalışma gerçekleştirilmiştir.

Urban transport systems play a crucial role in maintainingsustainability. In this study, we focus on two types ofsustainability measures; the gas emission and travel timereliability. We propose several bilevel optimization models thatincorporate these sustainability measures. The upper level of theproblem represents the decisions of transportation managers that aimat making the transport systems sustainable, whereas the lower levelproblem represents the decisions of network users that are assumedto choose their routes to minimize their total travel cost. Wedetermine the emission functions in terms of the traffic flow toestimate the accumulated emission amounts in case of congestion. Theproposed emission functions are incorporated into the bilevelprogramming models that consider several policies, namely, the tollpricing and capacity enhancement. In addition to the gas emission,the travel time reliability is considered as the secondsustainability criterion. In transportation networks, reliabilityreflects the ability of the system to respond to the randomvariations in system variables. We focus on the travel timereliability and quantify it using the conditional value at risk($/cvar$) as a risk measure on the alternate functions of the randomtravel times. Basically, $/cvar$ is used to control the possiblelarge realizations of random travel times. We model the randomnetwork parameters by using a set of scenarios and we proposealternate risk-averse stochastic bilevel optimization models underthe toll pricing policy. We conduct an extensive computational studywith the proposed models on testing networks by using GAMS modelinglanguage.