Optimization of a limited-stop bus service with micro-mobility integration solved as a longest path problem

In the modern age bus service is considered an unattractive choice by commuters due to long in-vehicle travel time caused by frequent stops. This problem is more visible in big cities with a lot of practical alternatives such as subways or underground railway networks. Limited-stop bus service aims to mitigate the time loss by operating an accurate choice on which stop should have an higher priority and which, on the contrary, could be skipped. This selection process can be performed by following different concerns, scheduling a trip that could be more convenient cost wise or time wise. During the years different approaches to the problem have been formulated. Once defined the aspects to maximize, the objective is to optimize the route of the designed model in order to develop the best possible system. Each model has to interface with real life data to determine if its structure could improve the actual environment in which it should be implemented. In this thesis, we aim to analyze the possibility to install a limited-stop line network in the city of Milan. We define our own model based on maximizing passengers’ welfare, by reducing in-vehicle travel time for people who benefit from the new line, by taking into account their saved time compared to the increased waiting time of people who attend stops that are not served by the limited-stop bus. We consider the possibility to switch service and to use electrical scooters as means of micro-mobility transportation between stops in order to reach a served stop if this behavior can help the entire system time management. The results of the conducted experiments provide theoretical and empirical evidence that an implementation of a limited-stop line can improve the social welfare as concerns the administration of in-vehicle time and waiting time. However the time wasted by switching line is in general much higher than the time gained by the passengers, so we necessarily consider extra means of transportation as scooters in order to optimize the model.

Nei tempi moderni il servizio di trasporto con autobus è considerato una scelta sconveniente dai pendolari a causa dei lunghi periodi di viaggio, dovuti alle fermate frequenti. Questo problema è più visibile nelle grandi città con molte alternative pratiche come metropolitane o reti ferroviarie sotterranee. Il servizio di autobus limited-stop ambisce a mitigare il tempo perso operando un’accurata scelta su quale fermata dovrebbe avere una priorità maggiore e quale, al contrario, potrebbe essere saltata. Questo processo di selezione può essere svolto seguendo diversi interessi, pianificando un viaggio più conveniente dal punto di vista economico o in termini di tempo. Nel corso degli anni sono stati formulati diversi approcci al problema. Una volta definiti gli aspetti da massimizzare, l’obiettivo è ottimizzare il percorso del modello progettato al fine di sviluppare il sistema migliore possibile. Ogni modello deve interagire con dati reali per determinare se la sua struttura possa migliorare l’ambiente concreto nel quale dovrebbe essere implementato. In questa tesi, il nostro obiettivo è analizzare la possibilità di installare una rete di linee limited-stop nella città di Milano. Definiamo il nostro modello basato sulla massimizzazione del benessere dei passeggeri, riducendo il tempo di viaggio per chi beneficia della nuova linea, rapportando il loro tempo risparmiato con l’aumento dell’attesa delle persone che si recano alle fermate non servite dall’autobus limited-stop. Valutiamo la possibilità di cambiare servizio di trasporto e di usare monopattini elettrici come mezzo di micro-mobilità al fine di raggiungere una fermata se questo comportamento può aiutare la gestione del tempo dell’intero sistema. I risultati degli esperimenti condotti forniscono riscontri teorici ed empirici che l’implementazione di una linea limited-stop può migliorare il benessere sociale per quanto riguarda l’amministrazione del tempo a bordo e di attesa. Tuttavia, il tempo sprecato cambiando linea è in generale più elevato del tempo guadagnato dai passeggeri, quindi consideriamo necessariamente mezzi di trasporto aggiuntivi come i monopattini al fine di ottimizzare il modello.