Електронний науково-практичний журнал

  1. Home
  2. Modeling daily dynamics…

Modeling daily dynamics of speed and fuel consumption for urban delivery means

UDC 338.27:656.1

DOI: https://doi.org/10.46783/smart-scm/2021-9-3
JEL Classification: R40, R41.

Received: 19 September 2021

  • Shevchenko I.V. PhD of Economic Sciences, Associate Professor of higher mathematics department of the National Aviation University
    Ukraine
  • ORCID: 0000-0001-7910-0490
  • Web of Science ResearcherID:
  • Scopus author id:
Download the article in English
Anotation: Road transport is one of the most important elements of the functioning of a modern city. Maneuverability, mobility, speed of delivery of goods and other criteria have provided him with a special and leading place in urban logistics. However, along with the benefits of a developed transport network for society, its progress is accompanied by negative consequences for the environment and the population of the city. High rates of growth in the number of cars, especially in large cities, cause an increase in emissions of harmful products into the atmosphere, which, accordingly, negatively affects the health of the population. Consequently, the problem of environmental pollution in large cities from harmful emissions from vehicles requires an urgent solution. The increase in emissions of harmful substances is affected by an increase in the consumption of fuel materials due to a decrease in speed because of an increase in traffic density in the city. The frequency, duration, prevalence of congestion is increasing along with the urbanization of the population and the increase in the number of cars in cities. The dense development of the central historical districts of the city exacerbates the problem of unhindered passage of individual, public and freight vehicles. In addition, a decrease in the speed of city traffic affects the speed of delivery of goods, correspondence, etc., which negatively affects the speed of business processes, and ultimately worsens the level of logistics services for customers. The purpose of this study is to analyze the current situation in terms of the dynamics of the average speed of the city’s traffic flow by hours of the day and to obtain a mathematical model of the dependence of the speed of movement on the consumption of fuel materials for various environmentally friendly means of urban delivery (car, motorcycle, bicycle and pedestrian courier). The research was carried out in two stages. At the first, the study of the dependence of the average speed of movement in the city on the time of day (for all means of city delivery) was carried out. At the second stage, the study of the dependence of the average consumption of fuel materials in the city (which, accordingly, is a function of the speed of movement) on the time of day for motorized urban delivery vehicles was done. In the course of the study, at each stage, an equation of the trend lines was obtained with a sufficient approximation accuracy. In conclusion, the study proposes an algorithm for determining the average speed and average amount of fuel consumption when delivering small consignments in an urban environment using four urban logistics means – a car, a motorcycle, a bicycle, and a pedestrian courier (with the possibility of using public transport). The proposed algorithm can be applied in any delivery conditions in the city.
Keywords: urban logistics, urban congestion, traffic speed, vehicle emissions, dynamics of traffic speed in a city, average fuel consumption, trend line equation
Анотація: Автомобільний транспорт є одним з найважливіших елементів функціонування сучасного великого міста. Маневреність, мобільність, швидкість доставки вантажів та інші критерії забезпечили йому особливе та лідируюче місце у міській логістиці. Проте, разом з перевагами, що забезпечує суспільству розвинута транспортна мережа, її прогрес супроводжується негативними наслідками для навколишнього природного середовища та населення міста. Високі темпи росту кількості автомобілів, особливо у великих містах, зумовлюють зростання викидів шкідливих продуктів в атмосферу, що відповідно негативно впливає на стан здоров’я населення. Отже, проблема забруднення довкілля великих міст від шкідливих викидів автотранспорту вимагає невідкладного вирішення. На збільшення викидів шкідливих речовин впливає збільшення витрат паливних матеріалів за рахунок зниження швидкості через зростання щільності руху в місті. Частота, тривалість, розповсюдженість вуличних заторів зростають разом з урбанізацією населення та збільшенням кількості автомобілів у містах. Щільна забудова центральних історичних районів міста загострюють проблему безперешкодного проїзду індивідуального, громадського та вантажного автотранспорту. Крім того, зниження швидкості міського руху впливає на швидкість доставки вантажів, кореспонденції тощо, а це негативно позначається на швидкості бізнес-процесів, а у кінцевому рахунку погіршує рівень логістичного сервісу для клієнтів. Метою даного дослідження є аналіз існуючої ситуації щодо динаміки середньої швидкості транспортного потоку міста за годинами доби та отримання математичної моделі залежності швидкості руху від витрат паливних матеріалів для різних екологічно дружніх засобів міської доставки (легковий автомобіль, мотоцикл, велосипед і пішохідний кур’єр). Дослідження проводилося у два етапи. На першому проводилося вивчення залежності середньої швидкості руху містом від часу доби (для всіх засобів міської доставки). На другому – вивчення залежності середньої витрати паливних матеріалів у місті (які, відповідно, є функцією швидкості руху) від часу доби для моторизованих засобів міської доставки. Під час дослідження на кожному етапі отримано рівняння ліній тренду з достатньою точністю апроксимації. На заключення у дослідженні запропоновано алгоритм визначення середньої швидкості та середньої кількості витрат паливних матеріалів під час доставки невеликих партій у міському середовищі за допомогою чотирьох засобів міської логістики – легкового автомобіля, мотоцикла, велосипеда та пішого кур’єра (з можливістю використання громадського транспорту). Запропонований алгоритм може бути застосовний у будь-яких умовах доставки містом.
Ключові слова: міська логістика, міські затори, швидкість руху, викиди автомобільного транспорту, динаміка швидкості руху в місті, середні витрати палива, рівняння лінії тренду.
Аннотация: Автомобильный транспорт является одним из важнейших элементов функционирования современного города. Маневренность, мобильность, быстрота доставки грузов и другие критерии обеспечили ему особое и лидирующее место в городской логистике. Однако, вместе с преимуществами, обеспечивающими обществу развитая транспортная сеть, ее прогресс сопровождается негативными последствиями для окружающей природной среды и населения города. Высокие темпы роста количества автомобилей, особенно в крупных городах, обуславливают рост выбросов вредных продуктов в атмосферу, что соответственно отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения. Следовательно, проблема загрязнения окружающей среды крупных городов от вредных выбросов автотранспорта требует безотлагательного решения. На увеличение выбросов вредных веществ влияет увеличение расхода топливных материалов за счет снижения скорости из-за роста плотности движения в городе. Частота, продолжительность, распространенность уличных пробок возрастают вместе с урбанизацией населения и увеличением количества автомобилей в городах. Плотная застройка центральных исторических районов города обостряет проблему беспрепятственного проезда индивидуального, общественного и грузового автотранспорта. Кроме того, снижение скорости городского движения влияет на скорость доставки грузов, корреспонденции и т.п., что негативно сказывается на скорости бизнес-процессов, а в конечном счете ухудшает уровень логистического сервиса для клиентов. Целью данного исследования является анализ существующей ситуации по динамике средней скорости транспортного потока города по часам суток и получению математической модели зависимости скорости движения от расхода топливных материалов для разных экологически дружественных средств городской доставки (легковой автомобиль, мотоцикл, велосипед и пешеходный курьер). Исследование проводилось в два этапа. На первом проводилось изучение зависимости средней скорости движения по городу от времени суток (для всех средств городской доставки). На втором – изучение зависимости среднего расхода топливных материалов в городе (что, соответственно, является функцией скорости движения) от времени суток для моторизованных средств городской доставки. В ходе исследования на каждом этапе получено уравнение линий тренда с достаточной точностью аппроксимации. В заключение в исследовании предложен алгоритм определения средней скорости и среднего количества расхода топливных материалов при доставке небольших партий в городской среде с помощью четырех средств городской логистики – легкового автомобиля, мотоцикла, велосипеда и пешего курьера (с возможностью использования общественного транспорта). Предлагаемый алгоритм может быть применим в любых условиях доставки по городу.
Ключевые слова: городская логистика, городские пробки, скорость движения, выбросы автомобильного транспорта, динамика скорости движения в городе, средние расходы топлива, уравнение линии тренда.

List of references

  • Shaughnessy, W.J., Venigalla, M.M., Trump, D. (2015). Health effects of ambient levels of respirable particulate matter (PM) on healthy, young-adult population. Atmos. Environ. URL: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.10.039
  • Lejri, D., Can, A., Schiper, N., Leclercq, L. (2018). Accounting for traffic speed dynamics when calculating COPERT and PHEM pollutant emissions at the urban scale. Transportation research part D: Transport and Environment, 63, pp. 588-603. URL: https://doi.org/10.1016/j.trd.2018.06.023.
  • Christodoulou, A. and Christidis, P. (2020). Measuring congestion in European cities, Publications Office of the European Union, Luxembourg. URL: https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC118448.
  • Traffic Index 2020. Full ranking. URL: https://www.tomtom.com/en_gb/traffic-index/ranking.
  • Anagnostopoulos, K., Marotta, A., Pavlovic, J., Codrea, C. and Hodgson, I., editor(s), Zacharof, N., Fontaras, G., Ciuffo, B. and Tsiakmakis, S. (2016). Review of in use factors affecting the fuel consumption and CO2 emissions of passenger cars, Publications Office of the European Union, Luxembourg, URL: https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC100150
  • Ma, H., Xie, H.,Huang, D., Xiong, S. (2015). Effects of driving style on the fuel consumption of city buses under different road conditions and vehicle masses. Transp. Res. Part D Transp. Environ. 41, 205–216. URL: https://doi.org/10.1016/j.trd.2015.10.003.
  • Qu, L., Li, M., Chen, D., Lu, K., Jin, T., Xu, X. (2015). Multivariate analysis between driving condition and vehicle emission for light duty gasoline vehicles during rush hours. Atmos. Environ. 110, 103–110. URL: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.03.038
  • COPERT. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/COPERT
  • Al-Momani, M., Badran, O. (2007). Experimental investigation of factors affecting vehicle fuel consumption. URL: https://www.researchgate.net/publication/242474187_Experimental_ investigation_of_factors_affecting_vehicle_fuel_consumption
  • Laflamme, E.M., Ossenbruggen, P.J. (2017). Effect of time-of-day and day-of-the-week on congestion duration and breakdown: A case study at a bottleneck in Salem, NH, Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), V. 4, Is. 1, pp. 31-40. URL: https://doi.org/10.1016/j.jtte.2016.08.004
  • Hallenbeck, M.F., Ishimaru, J.M., Nee, J. (2003). Measurement of Recurring Versus Non-Recurring Congestion: Technical Report. WA-RD 568.1. Washington State Department of Transportation, Seattle. URL: https://www.wsdot.wa.gov/research/reports/fullreports/568.1.pdf
  • Mazzenga, N.J., Demetsky, M.J. (2009). Investigation of Solutions to Recurring Congestion on Freeways. Virginia Transportation Research Council, Charlottesville. URL: https://trid.trb.org/view/887792
  • Nasir, M. K., Noor, R. Md, Kalam, M. A., Masum, B. M. (2014). Reduction of Fuel Consumption and Exhaust Pollutant Using Intelligent Transport Systems. The Scientific World Journal, Article ID 836375. URL: https://doi.org/10.1155/2014/836375
  • Ehmke J.F., Mattfeld, D. (2012). Vehicle Routing for Attended Home Delivery in City Logistics. Social and Behavioral Sciences 39: 622–632. URL: https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2012.03.135
  • Christodoulou, A., Christidis, P. (2020). Measuring congestion in European cities, Publications Office of the European Union, Luxembourg, URL: https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC118448
  • Баркар, D. (2021). 9 днів у заторах: дороги Києва перевантажені у кілька разів. URL: https://www.radiosvoboda.org/a/zatory-kyiv-transport-optymizatsiya/31282821.html
  • Rhodes S. S., Berndt M., Bingham P., Bryan J., Cherrett T. J., Plumeau P., Weisbrod R. (2012). NCFRP REPORT 14. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Guidebook for Understanding Urban Goods Movement. Washington, DC: The National Academies Press. URL: https://doi.org/10.17226/14648
  • Comi, A., Savchenko, L. (2021). Last-mile delivering: Analysis of environment-friendly transport. Sustainable Cities and Society, Volume 74, 103213. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103213

HOW TO QUOTE THIS ARTICLE:

Savchenko L.V., Semeriahina M.M., Shevchenko I.V. (2021) Modeling daily dynamics of speed and fuel consumption for urban delivery means // Intellectualization of logistics and Supply Chain Management. [Online], vol.9, pp.31-43, available at: https://smart-scm.org/en/journal-9-2021/modeling-daily-dynamics-of-speed-and-fuel-consumption-for-urban-delivery-means/ – DOI: https://doi.org/10.46783/smart-scm/2021-9-3
Back to Table of Contents No 9 (2021)