Scriptieprijs 2017

Het potentieel en de impact van gekoppeld rijden op routekeuze en -planning bij transportbedrijven

Thomas Vyncke
Gekoppeld rijden kan voor transportbedrijven besparingen opleveren tot 5%. Deze scriptie beschrijft ondermeer experimenten op zowel artificiële en reële data met behulp van een oplossingsheuristiek die dit aantonen.

Een gerichte implementatie van gekoppeld rijden kan de kost per kilometer van wegtransport verlagen met 5%.

Geautomatiseerde voertuigtechnologie is een `hot topic' in de transportindustrie. Deze veelbelovende technologie zou immers zorgen voor een significante  kostverlaging, een verhoging van de verkeersveiligheid en vlotter verkeer. Voor de transportsector, gekenmerkt door vergrijzing en erg krappe marges, is deze  innovatie meer dan welkom. Een snelle implementatie op de openbare weg is echter onwaarschijnlijk. Er ontbreekt momenteel een wettelijk kader, het consumentenvertrouwen is nog laag en de technologie is nog relatief duur.

 

Een geleidelijke implementatie van geautomatiseerde voertuigen dringt zich bijgevolg op. Hierin kan gekoppeld rijden of `platooning' een belangrijke rol spelen. Gekoppeld rijden is een rijregime waarbij verschillende (gedeeltelijk) geautomatiseerde voertuigen mekaar op korte afstand volgen en zo een wegtrein vormen. Draadloze communicatie en geavanceerde sensortechnologieën zorgen ervoor dat dit volgen veilig en zonder menselijke tussenkomst kan plaatsvinden met erg korte tussenafstand.

 

Voor twee vrachtwagens die gekoppeld rijden levert dit een brandstofbesparing op van gemiddeld 10%. Ervan uitgaande dat de overheid chauffeurs zou toelaten hun verplichte rustpauze als volger tijdens gekoppeld rijden op te nemen, kan er 8% bespaard worden op de loonkost per kilometer. Hierdoor daalt de gemiddelde voertuigkilometerkost van een gemiddeld Belgisch transportbedrijf met 5%. Zulk scenario zou in een tijdshorizon van 5 jaar realiseerbaar zijn. Een verdere versoepeling van de regelgeving in de toekomst kan deze kost verder verlagen met 15%.

 

Het potentieel van gekoppeld rijden is onbetwistbaar. Het realiseren van dit potentieel is een andere zaak. Concurrerende transportbedrijven zijn immers niet zomaar bereid om samen te werken. Het is dus onwaarschijnlijk dat gekoppeld rijden ad hoc zal gevormd worden op de autosnelweg in de eerste implementatiefase. Een gedecentraliseerde implementatie waarbij vrachtwagens van hetzelfde transportbedrijf met mekaar gekoppeld rijden is waarschijnlijker. Latere implementaties kunnen evolueren in de richting van een meer centraal aangestuurd ad hoc systeem.

 

Om het volledige potentieel van gekoppeld rijden te realiseren is het nodig dat de effecten van de verlaagde voertuigkilometerkost gekend zijn. Transportbedrijven zouden de route of planning van wegtransporten kunnen wijzigen om gekoppeld rijden tussen voertuigen tot stand te laten komen. Een wiskundig model, gebaseerd op een `beste paren' heuristiek, bevestigt deze mogelijkheid. Op Europese schaal kunnen route- en planningswijzigingen effectief significante besparingen opleveren. Of transportbedrijven effectief van hun originele routekeuze en planning gaan afwijken, is een ander verhaal...

 

Simulaties met het ontwikkelde wiskundige model, zowel op basis van artificiële als echte transportdata leiden immers tot een belangrijk inzicht. Bij een groot aantal verplaatsingen vanuit een gemeenschappelijk startpunt is er veel natuurlijke overlap tussen de verplaatsingen. Hoe meer verplaatsingen er vertrekken uit één punt, hoe waarschijnlijker het is dat gekoppeld rijden kan plaatsvinden zonder drastische route- of planningswijzigingen. In de realiteit komen zulke situaties vaak voor. Transportbedrijven organiseren veel verplaatsingen vanuit hun depots, vanuit distributiecentra van klanten en dergelijke. Indien een transportbedrijf meer dan 200 verplaatsingen heeft per week vanuit een gemeenschappelijk punt, volgt uit simulaties dat gemiddeld over meer dan 90% van de totaal gereden afstand gekoppeld gereden kan worden zonder route- of planningswijzigingen. Uitgaande van een besparing van 5% op de voertuigkilometerkost tijdens gekoppeld rijden, kunnen grote transportbedrijven hun variabele kilometerkosten met meer dan 4,5%, tot 5%, verlagen. Bij kleine bedrijven zijn er vaker routewijzigingen nodig. Die wegen op de realiseerbare besparingen. Deze routewijzigingen zijn kostelijk en verlagen de mogelijke besparingen op de variabele kilometerkosten tot 2%. Door de erg krappe marges van transporteurs (-2% tot 2%) zijn deze besparingen echter nog steeds significant.

 

Dit belangrijke inzicht laat toe om een concreet implementatieplan voor gekoppeld rijden op te stellen. Vooreerst dient de huidige maatschappelijke aandacht voor geautomatiseerde voertuigen en gekoppeld rijden benut te worden. Het is belangrijk een samenwerking met de verschillende belanghebbenden - transporteurs, verladers, transportorganisaties en overheden - op poten te zetten. Idealiter vloeit uit deze samenwerking een pilootproject voor gekoppeld rijden bij een groot transportbedrijf voort. Gezien het grote besparingspotentieel van gekoppeld rijden, kan een implementatie ervan bij zulk groot transportbedrijf significante voordelen opleveren. Dit zou de betrokken partijen moeten overtuigen om in te zetten op gekoppeld rijden. Wanneer enkele grote transportbedrijven gekoppeld rijden hebben geïmplementeerd, kan een nieuwe fase aanbreken. Kleinere bedrijven die dicht bij de grote bedrijven in kwestie gelegen zijn, zouden gekoppeld rijden kunnen implementeren en kleine route- en planningswijzigingen doorvoeren om gekoppeld te rijden, samen met verplaatsingen van het grote transportbedrijf.

 

Deze samenwerking tussen verschillende transportbedrijven is echter gevoelig en complex. Gegevens over verplaatsingen en klanten delen met een concurrerend bedrijf is immers een verregaande stap. Daarom wordt deze samenwerking best gefaciliteerd en gemodereerd door een derde partij. Deze derde partij neemt een onafhankelijke, onpartijdige en integere positie in om de duurzaamheid van de samenwerking te waarborgen. De derde partij zou mogelijke trajecten, die gekoppeld kunnen gereden worden, onderzoeken en zou deze communiceren naar de betrokken partijen in ruil voor een betaling. Deze betaling is afhankelijk van de gerealiseerde winst door gekoppeld rijden en bijgevolg verschillend voor beide partijen. Het leidende voertuig bij gekoppeld rijden bespaart immers minder dan het volgende voertuig. Een deel van de betaling wordt, na vermindering met een commissie voor de derde partij, eerlijk verdeeld en teruggestort aan de  betrokken partijen.

 

Deze volgorde van implementatie van gekoppeld rijden levert enkel win-win situaties op en heeft bijgevolg het meeste kans op succes. Op deze manier zouden grote en kleine bedrijven respectievelijk tot 5% en 2% kunnen besparen op hun variabele kilometerkosten.

 

Bibliografie

[1] Europese Commissie. Roadmap to a Single European Transport Area: Transport
matters. Accessed: 06/03/2016. url: http://ec.europa.eu/transport/
strategies/facts-and-figures/transport-matters/index_en.htm.
[2] Europese Commissie. Freight transport statistics. Accessed: 06/03/2016. url:
http://ec.europa.eu/eurostat/statistics- explained/index.php/
Freight_transport_statistics.
[3] Europese Commissie. Sectoral social dialogue - Road transport. Accessed:
07/03/2016. url: http://ec.europa.eu/social/main.jsp?catId=480&
langId=en&intPageId=1850.
[4] FEBETRA. Evolutie van de tewerkstelling. http://febetra.be/wp-content/
uploads/2014/08/Evolutie-van-de-tewerkstelling-binnen-de-transportsector.
pdf. Aug 2014.
[5] W.V. Vergrijzing zorgt voor groot tekort aan chaueurs. http://www.jobat.
be/nl/artikels/vergrijzing-zorgt-voor-groot-tekort-aan-chauffeurs/.
Sep 2013.
[6] Knelpuntberoepen, Kansenberoepen 2015. VDAB Studiedienst. Keizerslaan 11,
1000 Brussel, 2015.
[7] VTL verwacht chaueurstekort van 50.000 in 2015. http://www.transport-
online.nl/site/2701/vtl-verwacht-chauffeurstekort-van-50000-in-
2015/. Feb 2010.
[8] Francesca Williams. Lorry driving: The logistics of keeping logistics on the road.
http://www.bbc.com/news/uk-england-tyne-30496851. Jun 2015.
[9] Loretta Chao. Driver Shortage Ripples Across Trucking Industry. http://
www.wsj.com/articles/driver- shortage- ripples- across- trucking-
industry-1435057224. Jun 2015.
[10] Kilometerheng: vanaf 01/04/2016 stijgt transportprijs nationaal vervoer met
gemiddeld 7,94 procent. http://febetra.be/2015/10/kilometerheffing-
vanaf-01042016-stijgt-transportprijs-nationaal-vervoer-met-gemiddeld-
794/. Okt 2015.
[11] Europese Commissie. WHITE PAPER Roadmap to a Single European Transport
Area - Towards a competitive and resource ecient transport system. http:
//ec.europa.eu/transport/themes/strategies/doc/2011_white_paper/
white_paper_com(2011)_144_en.pdf. Mrt 2011.
[12] Preliminary Statement of PolicyConcerning Automated Vehicles. National
Highway Trac Safety Administration. 2013.
[13] SAE International. Automated driving: levels of driving atuomation are dened
in new SAE International standard J3016. http://www.sae.org/misc/pdfs/
automated_driving.pdf. 2014.
[14] Siegfried Mortkowitz. Autonomous truck convoys: the question is when, not
if. http://www.transportbusiness.net/index.php/features/14-- sp-
803/1378-autonomous-truck-convoys-the-question-is-when-not-if.
Okt 2015.
[15] Roberto Baldacci & Vittorio Maniezzo & Aristide Mingozzi. \An Exact Method
for the Car Pooling Problem Based on Lagrangean Comun Generation". In:
Operations Research 52 (3 2004), p. 422{439.
[16] Emilio Ferrari & Riccardo manzini & Arrigo Pareschi & Allessandro Persona &
Alberto Regattieri. \The Car Pooling Problem: Heuristic Algorithms Based
On Savings Functions". In: Journal of Advanced Transportation 37 (3 2003),
p. 243{272.
[17] Farhad Farokhi & Karl H. Johansson. \A Study of Truck Platooning Incentives
Using a Congestion Game". In: IEEE Transactions on intelligent transportation
systems 16 (2 2015), p. 581{595.
[18] Randolph Hall & Chinan Chin. \Vehicle sorting for platoon formation: Impacts
on highway entry and throughput". In: Transportation Research Part C:
Emerging Technologies 13 (5{6 2005), p. 405{420.
[19] Thanh-Son Dao. \A Decentralized Approach to Dynamic Collaborative Driving
Coordination". Proefschrift.Waterloo, Ontario, Canada: University ofWaterloo,
2008.
[20] Carl Bergenhem & Henrik Pettersson & Erik Coelingh & Cristofer Englund &
Steven Shladover & Sadayuki Tsugawa. \Overview of Platooning systems". In:
19th ITS World Congress. Wenen, Oostenrijk: Chalmers Publication Library
(CPL), okt 2012.
[21] http://cordis.europa.eu/project/rcn/56873_en.html.
[22] Paviter S. Jootel. SARTRE: Project Final Report. http : / / www . sartre -
project . eu / en / publications / Documents / SARTRE _ Final - Report . pdf.
2012.
[23] Fred Browand & John McArthur & Charles Radovich. \Fuel Saving Achieved
in the Field Test of Two Tandem Trucks". In: PATH Program TO-4214: Final
report (2004).
[24] Matthias Wille & Markus Rowenstrunk & Gunter Debus. KONVOI: Electronically
coupled truck convoys. http://www.hfes-europe.org/wp-content/
uploads/2014/06/19-fa.pdf.
[25] http://www.companion-project.eu/.
[26] Steven Ashley. Truck platoon demo reveals 15% bump in fuel economy. http:
//articles.sae.org/11937/. Mei 2013.
[27] V. Psaraki & I. Pagoni & A. Schafer. \Techno-economic assessment of the
potential of intelligent transport systems to reduce CO2 emissions". In: IET
Intelligent Transport Systems 6 (4 2012), p. 355{363.
[28] European Commission. Autonomous Systems: report. http://ec.europa.eu/
public_opinion/archives/ebs/ebs_427_en.pdf.
[29] Li Zhao & Jian Sun. \Simulation Framework for Vehicle Platooning and Carfollowing
Behaviors under Connected-Vehicle Environment". In: Procedia -
Social and Behavioral Sciences 96. Elsevier, 2013, p. 914{924.
[30] NHTSA. National Motor Vehicle Crash Causation Survey. http : / / www -
nrd.nhtsa.dot.gov/pubs/811059.pdf. 2008.
[31] Robbert Janssen & Han Zwijnenberg & Iris Blankers & Janiek de Kruij. Truck
Platooning: driving the future of transportation. https://issuu.com/eisma/
docs/tno_truckplatooning_whitepaper. 2015.
[32] G. De Ceuster e.a. EINDRAPPORT: Eecten van een kilometerheng voor
vrachtwagens. http://www.tmleuven.be/project/kmheffing/kmheffing_
impact.pdf. Feb 2009.
[33] Anoniem. Accessed: 07/03/2016. url: http://www.viapass.be.
[34] Eva Ericsson & Hanna Larsson & Karin Brundell-Freij. \Optimizing route
choice for lowest fuel consumption { Potential eects of a new driver support
tool". In: Transportation Research Part C 14 (2006), p. 369{383.
[35] Philipp Meisen & Thomas Seidl & Klaus Henning. \A Data-mining technique
for the planning and organization of truck platoons". In: red. door International
Conference on Heavy Vehicles. Deel 10. Mei 2008.
[36] Jerey Larson & Christoph Kammer & Kuo-Yun Liang & Karl Henrik Johansson.
\Coordinated Route Optimization for Heavy-duty Vehicle Platoons". In:
red. door IEEE Conference on Intelligent Transport Systems. 2013.
[37] Eric Larsson & Gustav Sennton & Jerey Larson. \The vehicle platooning problem:
Computational complexity and heuristics". In: Transportation Research
Part C 60 (2015), p. 258{277.
[38] Sebastion van de Hoef & Karl H. Johansson & Dimons V. Dimarogonas.
\Coordinating Truck Platooning by Clustering Pairwise Fuel-Optimal Plans".
In: red. door IEEE Conference on Intelligent Transport Systems. 2015.
[39] Peter Clough en Cathy Nutbrown. A student's guide to methodology: justifying
enquiry. London: London Sage, 2002.
[40] Mark Saunders, Philip Lewis en Adrian Thornhill. Research methods for business
students (fth edition). Essex, England: Pearson Education, 2009.
[41] Richard M. Karp. \Reducibility Among Combinatorial Problems". In: (1972).
Red. door Raymond E. Miller & James W. Thatcher, p. 85{103.
[42] Joseph Kirk. Dijkstra's Minimum Cost Path Algorithm. http://www.mathworks.
com/matlabcentral/fileexchange/20025- dijkstra- s- minimum- cost-
path-algorithm.
[43] European Commission. http://ec.europa.eu/transport/infrastructure/
tentec/tentec-portal/site/index_en.htm.
[44] Tom M. Gasser et al. Legal consequences of an increase in vehicle automation.
Bundesanstalt fur Straenwesen (BASt). 2013.
[45] \Bosch Automotive Electrics and Automotive Electronics". In: red. door Robert
Bosch GmbH. 5de ed. Springer, 2007. Hfdstk. Automotive sensors, p. 208{231.
[46] Maurice Kwakkernaat et al. \Advanced Microsystems for Automotive Applications
2014". In: red. door Gereon Meyer Jan Fisher-Wolfarth. Springer, 2014.
Hfdstk. Layer-Based Multi-Sensor Fusion Architecture for Cooperative and
Automated Driving Application Development, p. 29{38.
[47] Wende Zhang. \LIDAR-Based Road and Road-Edge Detection". In: IEEE, jun
2010.
[48] Wende Zhang. \Road-marking analysis for autonomous vehicle guidance". In:
Proceedings of the 3rd European Conference on Mobile Robots. Sep 2007.
[49] Massimo Bertozi & Alberto Broggi. \GOLD: A Parallel Real-Time Stereo Vision
System for Generic Obstsacle and Lane Detection". In: IEEE Transactions on
image processing 7.1 (1998), p. 62{81.
[50] R. Omar Chavez-Garcia et al. \Frontal object perception using radar and
mono-vision". In: Intelligent Vehicles Symposium (IV), 2012 IEEE. IEEE, jun
2012, p. 159{164.
[51] Seong-Woo Kim et al. \Cooperative Perception for Autonomous Vehicle Control
on the Road: Motivation and Experimental Results". In: International
Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, nov 2013, p. 5059{
5066.
[52] Carlos Morales Paulin et al. Connected car industry report 2013. Telefonica.
2013.
[53] Xue Yang & Jie Liu & Vaidya N.F. & Feng Zhao. \A vehicle-to-vehicle communication
protocol for cooperative collision warning". In: The Annual International
Conference on Mobile and Ubiquitous Systems: Networking and Services, 2004.
MOBIQUITOUS 2004. IEEE, aug 2004, p. 114{123.
[54] Carl Bergenheim & Erik Hedin & Daniel Skarin. \Vehicle-to-Vehicle Communication
for a Platooning System". In: Transport Research Arena 2012. Elsevier,
2012, p. 1222{1233.
[55] Jeroen Ploeg & Alex F. A. Serrarens & Geert J. Heijenk. \Connect & Drive:
design and evaluation of cooperative adaptive cruise control for congestion
reduction". In: Journal of Modern Transportation (2013).
[56] Google Self-Driving Car Project. https://www.google.com/selfdrivingcar/.
[57] Vlaams Parlement. Actuele vraag over de introductie van een zelfrijdende
wagen op de Vlaamse snelwegen en de regelgeving ter zake. https://www.
vlaamsparlement.be/plenaire-vergaderingen/984979/verslag/986061.
Jun 2015.
[58] Catherine Stupp. Autonomous driving takes back seat as connected car rules
prepared. http://www.euractiv.com/sections/infosociety/autonomous-
driving- takes- back- seat- prep- work- eu- connected- car- law- gets-
under. Sep 2015.
[59] Mark Harris. Why you shouldn't worry about liability for self-driving car accidents.
http://spectrum.ieee.org/cars-that-think/transportation/
self-driving/why-you-shouldnt-worry-about-liability-for-selfdriving-
car-accidents. Okt 2015.
[60] Bradley Berman. Lower-cost lidar is key to self-driving future. http : / /
www.transportbusiness.net/index.php/features/14-- sp- 803/1378

Universiteit of Hogeschool
Master in de ingenieurswetenschappen: verkeer, logistiek en intelligente transportsystemen
Publicatiejaar
2016
Promotor
Dirk Cattrysse
Kernwoorden