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Towards cooperative urban traffic management: Investigating voting for travel groups
In den letzten Jahrzehnten haben intelligente Verkehrssysteme an Bedeutung gewonnen. Wir betrachten einen Teilbereich
des kooperativen Verkehrsmanagements, nämlich kollektive Entscheidungsfindung in Gruppen von Verkehrsteilnehmern. In
dem uns interessierenden Szenario werden Touristen, die eine Stadt besuchen, gebeten, Reisegruppen zu bilden und sich auf
gemeinsame Besuchsziele (Points of Interest) zu einigen. Wir konzentrieren uns auf Wählen als Gruppenentscheidungsverfahren. Unsere Fragestellung ist, wie sich verschiedene Algorithmen zur Bildung von Reisegruppen und zur Bestimmung
gemeinsamer Reiseziele hinsichtlich der System- und Benutzerziele unterscheiden, wobei wir als Systemziel große Gruppen
und als Benutzerziele hohe präferenzbasierte Zufriedenheit und geringen organisatorischen Aufwand definieren. Wir streben
an, einen Kompromiss zwischen System- und Benutzerzielen zu erreichen.
Neu ist, dass wir die inhärenten Auswirkungen verschiedener Wahlregeln, Wahlprotokolle und Gruppenbildungsalgorithmen
auf Benutzer- und Systemziele untersuchen. Altere Arbeiten zur kollektiven Entscheidungsfindung im Verkehr konzentrieren
sich auf andere Zielgrößen, betrachten nicht die Gruppenbildung, vergleichen nicht die Auswirkungen mehrerer Wahlalgorithmen, benutzen andere Wahlalgorithmen, berücksichtigen nicht klar definierte Gruppen von Verkehrsteilnehmern, verwenden
Wahlen für andere Anwendungen oder betrachten andere Algorithmen zur kollektiven Entscheidungsfindung als Wahlen.
Wir untersuchen in der Hauptsimulationsreihe verschiedene Gruppenbildungsalgorithmen, Wahlprotokolle und Komiteewahlregeln. Wir betrachten sequentielle Gruppenbildung vs. koordinierte Gruppenbildung, Basisprotokoll vs. iteratives
Protokoll und die Komiteewahlregeln Minisum-Approval, Minimax-Approval und Minisum-Ranksum. Die Simulationen
wurden mit dem neu entwickelten Simulationswerkzeug LightVoting durchgef¨uhrt, das auf dem Multi-Agenten-Framework
LightJason basiert.
Die Experimente der Hauptsimulationsreihe zeigen, dass die Komiteewahlregel Minisum-Ranksum in den meisten Fällen
bessere oder ebenso gute Ergebnisse erzielt wie die Komiteewahlregeln Minisum-Approval und Minimax-Approval. Das
iterative Protokoll tendiert dazu, eine Verbesserung hinsichtlich der präferenzbasierten Zufriedenheit zu erbringen, auf
Kosten einer deutlichen Verschlechterung hinsichtlich der Gruppengröße. Die koordinierte Gruppenbildung tendiert dazu,
eine Verbesserung hinsichtlich der präferenzbasierten Zufriedenheit zu erbringen bei relativ geringen Kosten in Bezug auf
die Gruppengröße. Dies führt uns dazu, die Komiteewahlregel Minisum-Ranksum, das Basisprotokoll und die koordinierte
Gruppenbildung zu empfehlen, um einen Kompromiss zwischen System- und Benutzerzielen zu erreichen. Wir demonstrieren auch die Auswirkungen verschiedener Kombinationen von Gruppenbildungsalgorithmen und Wahlprotokollen auf die
Reisekosten. Hier bietet die Kombination aus Basisprotokoll und koordinierter Gruppenbildung einen Kompromiss zwischen
der präferenzbasierten Zufriedenheit und den Reisekosten.
Zusätzlich zur Hauptsimulationsreihe bieten wir ein erweitertes Modell an, das die Präferenzen der Reisenden generiert,
indem es die Attraktivität der möglichen Ziele und Distanzkosten, basierend auf den Entfernungen zwischen den möglichen
Zielen, kombiniert.
Als weiteren Anwendungsfall von Wahlverfahren betrachten wir ein Verfahren zur Treffpunktempfehlung, bei dem eine
Bewertungs-Wahlregel und eine Minimax-Wahlregel zur Bestimmung von Treffpunkten verwendet werden. Bei kleineren
Gruppen ist die durchschnittliche maximale Reisezeit unter der Bewertungs-Wahlregel deutlich höher. Bei größeren Gruppen
nimmt der Unterschied ab. Bei kleineren Gruppen ist die durchschnittliche Verspätung für die Gruppe unter der Minimax-Wahlregel hoch, bei größeren Gruppen nimmt sie ab. Es ist also sinnvoll für kleinere Gruppen, die Minimax-Wahlregel zu
verwenden, wenn man eine fairere Verteilung der Reisezeiten anstrebt, und die Bewertungs-Wahlregel zu verwenden, wenn
das Ziel stattdessen ist, Verzögerungen für die Gruppe zu vermeiden.
Für zukünftige Arbeiten wäre es sinnvoll, das Simulationskonzept anzupassen, um reale Bedingungen und Anforderungen
berücksichtigen zu können. Weitere Möglichkeiten für zukünftige Arbeiten wären die Betrachtung zusätzlicher Algorithmen
und Modelle, wie zum Beispiel die Betrachtung kombinatorischer Wahlen oder die Durchführung von Simulationen auf der
Grundlage des erweiterten Modells, die Berücksichtigung der Rolle finanzieller Anreize zur Förderung von Ridesharing oder
Platooning und die Nutzung des LightVoting-Tools für weitere Forschungsanwendungen.In the last decades, intelligent transport systems have gained importance. We consider a subarea of
cooperative traffic management, namely collective decision-making in groups of traffic participants. In
the scenario we are studying, tourists visiting a city are asked to form travel groups and to agree on
common points of interest. We focus on voting as a collective decision-making process. Our question is
how different algorithms for the formation of travel groups and for determining common travel destinations
differ with respect to system and user goals, where we define as system goal large groups and as user goals
high preference satisfaction and low organisational effort. We aim at achieving a compromise between
system and user goals.
What is new is that we investigate the inherent effects of different voting rules, voting protocols and
grouping algorithms on user and system goals. Older works on collective decision-making in traffic focus
on other target quantities, do not consider group formation, do not compare the effects of several voting
algorithms, use other voting algorithms, do not consider clearly defined groups of vehicles, use voting for
other applications or use other collective decision-making algorithms than voting.
In the main simulation series, we examine different grouping algorithms, voting protocols and committee
voting rules. We consider sequential grouping vs. coordinated grouping, basic protocol vs. iterative
protocol and the committee voting rules Minisum-Approval, Minimax-Approval and Minisum-Ranksum.
The simulations were conducted using the newly developed simulation tool LightVoting, which is based
on the multi-agent framework LightJason.
The experiments of the main simulation series show that the committee voting rule Minisum-Ranksum
in most cases yields better than or as good results as the committee voting rules Minisum-Approval
and Minimax-Approval. The iterative protocol tends to yield an improvement regarding preference
satisfaction, at the cost of strong deterioriation regarding the group size. The coordinated grouping
tends to yield an improvement regarding the preference satisfaction at relative small cost regarding the
group size. This leads us to recommend the committee voting rule Minisum-Ranksum, the basic protocol
and coordinated grouping in order to achieve a compromise between system and user goals. We also
demonstrate the effect of different combinations of grouping algorithms and voting protocols on travel
costs. Here, the combination of the basic protocol and coordinated grouping yields a compromise between
preference satisfaction and traveller costs.
Additionally to the main simulation series, we provide an extended model which generates traveller
preferences by combining attractiveness of the points of interest and distance costs based on the distances
between the points of interest.
As further application of voting, we consider a meeting-point scenario where a range voting rule and a
minimax voting rule are used to agree on meeting points. For smaller groups, the average maximum
travel time is clearly higher for range voting. For larger groups, the difference decreases. For smaller
groups, the average lateness for the group using minimax voting is high, for larger groups it decreases.
Hence, it makes sense for smaller groups to use the minimax voting rule if one aims at fairer distribution
of travel times, and to use the range voting rule if the goal is instead to avoid delay for the group.
For future work, it would be useful to adapt the simulation concept to take real-world conditions and requirements into account. Further possibilities for future work would be considering additional algorithms
and models, such as considering combinatorial voting or running simulations based on the extended
model, considering the role of financial incentives to encourage ridesharing or platooning and using the
LightVoting tool for further research applications
Fahrerassistenzsysteme zur energieeffizienten Längsregelung - Analyse und Optimierung der Fahrsicherheit
Die Steigerung der Fahrsicherheit und Energieeffizienz gehören zu den wichtigsten Treibern der Fahrerassistenz. Dabei impliziert eine energieeffiziente Fahrweise häufig auch eine sichere Fahrweise. Dagegen existieren jedoch auch Fahrstrategien, die zu einer Verschlechterung der Fahrsicherheit führen können. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit der Fragestellung, ob sich die Sicherheit verschlechtert, wenn das vorausfahrende Fahrzeug eine energieeffiziente Fahrweise anwendet