Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9316
Main Title: Simulated dynamic pricing for transport system optimization
Translated Title: Simulierte dynamische Bepreisung für die Optimierung von Verkehrssystemen
Author(s): Kaddoura, Ihab
Advisor(s): Nagel, Kai
Referee(s): Nagel, Kai
Gerike, Regine
Leerkamp, Bert
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: This thesis investigates the use of simulated dynamic pricing for the optimization of transport systems. Pricing strategies are developed and incorporated into an agent-based transport simulation framework which allows for a real-world application, complex user reactions and a detailed analysis of the pricing scheme’s effects, including person-specific wins and losses. A mechanistic approach is developed which calculates dynamic and road-specific prices to be added to each user’s generalized travel cost in order to provide corrected incentives to transport users and improve the overall transport system. The first part addresses the simulation-based computation of congestion prices. Optimal user- specific bus fares are estimated by simulating user interactions and delay effects within the public transport system at a microscopic level. For road traffic, two congestion pricing approaches are developed and investigated. The first one directly builds on the Pigouvian taxation principle and computes marginal external congestion costs based on the queuing dynamics at the bottleneck links; resulting toll payments differ from agent to agent depending on the position in the queue, and the affected users’ values of travel time savings. The second approach uses control-theoretical elements to adjust toll levels depending on the congestion level in order to reduce or eliminate traffic congestion; resulting toll payments are the same for all travelers per time bin and road segment. The second part of this thesis describes the computation of noise damages and prices. An activity-based and dynamic average and marginal noise cost pricing approach is presented which accounts for the within-day dynamics of varying population densities in different areas of the city. The simulation experiments indicate that the pricing approach can be used to improve the overall system welfare and to derive traffic control strategies. The third part of this thesis elaborates on the interrelation of external effects, in particular road traffic congestion, noise and air pollution. Simulation experiments are carried out for different assumptions regarding transport users choice dimensions which are found to have a crucial effect on the simulation outcome. The fourth part of this thesis addresses optimal pricing strategies in regard to the prospect of future mobility concepts. Applying the congestion pricing methodology to the Shared Autonomous Vehicle (SAV) mode highlights the importance of also controlling the private car mode in order to improve a city’s transport system.
Die vorliegende Arbeit untersucht den Einsatz simulierter dynamischer Preise für die Optimierung von Verkehrssystemen. Es erfolgt die Entwicklung und Einbindung verschiedener dynamischer Bepreisungsstrategien innerhalb einer agenten-basierten Verkehrssimulation, mit der sich reale Fallstudien untersuchen, komplexe Nutzerreaktionen abbilden sowie detaillierte Wirkungsanalysen einschließlich personenspezifischer Gewinner-Verlierer-Analysen durchführen lassen. Ein mechanistischer Ansatz wird entwickelt, der mittels dynamischer und straßenspezifischer Preise, die zu den generalisierten Kosten individueller Reisender hinzugefügt werden, die Anreizwirkung so korrigiert, dass sich der Zustand des gesamten Verkehrssystems verbessert. Der erste Teil der Arbeit behandelt die simulationsgestützte Berechnung von Staupreisen. Optimale nutzer-spezifische Busfahrpreise werden abgeschätzt, indem Wechselwirkungen zwischen Nutzern und Wartezeiten innerhalb des öffentlichen Verkehrs mikroskopisch simuliert werden. Für den Straßenverkehr werden zwei Ansätze zur Bepreisung von Stau entwickelt und untersucht. Der erste Ansatz baut direkt auf dem Konzept der Pigou-Steuer auf und berechnet externe Staugrenzkosten basierend auf der Warteschlangen-Dynamik an Engpässen. Resultierende Mautzahlungen variieren von Agent zu Agent je nach Position innerhalb der Warteschlange sowie individuellem Zeitwert der verzögerten Personen. Der zweite Ansatz nutzt einen regelungstechnischen Ansatz zur Berechnung einer dynamischen Maut zur Reduzierung bzw. Eliminierung von Stau. Resultierende Mautzahlungen sind pro Zeitintervall und Straßenabschnitt konstant für alle Nutzer. Der zweite Teil der Arbeit thematisiert die simulationsgestützte Berechnung von Lärmschäden sowie -preisen zwecks Internalisierung. Es wird ein aktivitätenbasierter und dynamischer Ansatz zur Bepreisung von Durchschnitts- und Grenzkosten vorgestellt, der zeitlich und räumlich variierende Bevölkerungsdichten in unterschiedlichen Teilen der Stadt berücksichtigt. Die Simulationsexperimente zeigen, dass der Bepreisungsansatz zur Steigerung der Gesamtwohlfahrt sowie Ableitung von Verkehrsmanagementstrategien genutzt werden kann. Der dritte Teil der Arbeit legt den Fokus auf die Wechselwirkung von externen Effekten, insbesondere Stau, Lärm und Luftschadstoffen. Es werden Simulationsexperimente für verschiedene Annahmen bzgl. der Wahlmöglichkeiten von Verkehrsnutzern durchgeführt, welche einen entscheidenen Einfluss auf die Simulationsergebnisse haben. Der vierte Teil der Arbeit befasst sich mit optimalen Bepreisungsstrategien mit Blick auf zukünftige Mobilitätskonzepte. Die Anwendung der Staubepreisungsmethodik auf eine Fallstudie mit geteilten autonomen Fahrzeugen unterstreicht die Wichtigkeit der zusätzlichen Regulierung des motorisierten Individualverkehrs zur Verbesserung des städtischen Verkehrssystems.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/10357
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-9316
Exam Date: 30-Oct-2019
Issue Date: 2019
Date Available: 3-Dec-2019
DDC Class: 380 Handel, Kommunikation, Verkehr
Subject(s): agent-based transport simulation
external effects
congestion
noise
pricing
optimization
internalization
agentenbasierte Verkehrssimulation
externe Effekte
Stau
Lärm
Bepreisung
Optimierung
Internalisierung
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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