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Transportation Research Procedia 12 ( 2016 ) 925 – 937

The 9th International Conference on City Logistics, Tenerife, Canary Islands (Spain), 17-19 June 2015

A framework for incorporating market interactions in an agent based model for freight transport

Tilman Matteis^a,*, Gernot Liedtke^b, Wisinee Wisetjindawat^c

^aKarlsruhe Institute of Technology (KIT), Institute for Economics (ECON), Kaiserstraszlig;e 12, 76131Karlsruhe, Germany ^bGerman Aerospace Center (DLR), Institute of Transport Research, Rutherfordstraszlig;e 2, 12489 Berlin, Germany

^cNagoya Institute of Technology, Department of Civil Engineering and System Management, Gokiso, Showa, Nagoya 466-8555, Japan

Abstract

A model is sketched that allows to display the reaction of the supply side in the freight transport market on changes in demand and on policy measures. Considerations are made on how to include the concept of monopolistic competition into an agent based market simulation. Methods of price formation and rules for entries and exits of suppliers in the market are given.

copy; 2016 Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license copy; 2016 The Authors. Published by Elsevier B.V. (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

PeerPeer--review under responsibility of the organising committee of the 9th International Conference on City Logistics review under responsibility of the organising committee of the 9th International Conference on City Logistics.

Keywords: Freight Transport; Market Model; Monopolistic Competition

1. Introduction

Freight transportation requires the interaction of a multitude of actors. This holds true for the relationships between shippers and recipients as well as for their business connections with transport companies. However, interactions between single actors alone cannot explain the observable movements of heavy goods vehicles, nor can information on such movements be traced back to single interactions. Thus, there is an apparent mismatch between observed respective observable states in the transport networks and the behavior of single actors involved in freight transport.

^* Corresponding author. Tel.: 49-721-608-46042 ; fax: 49-721-608-48923 . E-mail address: Tilman.Matteis@kit.edu

2352-1465 copy; 2016 Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Peer- review under responsibility of the organising committee of the 9th International Conference on City Logistics doi: 10.1016/j.trpro.2016.02.044

Research has identified two main reasons for this gap between individual behavior and the behavior of the transport system. The first one is the necessity of coordination between the involved companies. On the demand side of the freight transport market, companies often do not act independently, as they are part of logistic chains. These chains become more efficient if the involved parties on all chain links collaborate. Collaboration on all chain links means that the requirements of all concerned companies are passed on through the chain and that the actions of single companies implicitly take the requirements of all other actors into account. Moreover, logistic chains have to adapt to requirements from outside. In many cases transport services are performed by a transport company and not by the shippers or recipients. Additional outside influences on logistic chains in these cases are the actions taken by transport companies.

The existence of an own business sector for freight transport is the second reason for the gap mentioned above. Single transport companies optimize the freight flows of many logistic chains. At the same time, competition on the market forces them to operate at the lowest possible costs given the requirements of their customers. For this purpose, they maintain networks of facilities to fulfil transport tasks in a competitive way. In particular smaller shipments are not suitable to be transferred directly from the shipper to the recipient but rather have to be fed in such networks. These networks entail vehicle movements that deviate from the original flows of goods, as such deviations are cost minimizing given all the orders handed over to a certain transport company.

Movements of freight transport vehicles are thus the result of the continuous adaptation of many actors to each other. This adaptation goes along with phenomena of emergence that influence the observable traffic flows. Moreover, emergent phenomena can lead to changes in the structure of demand and supply on the transport market that are also partially observable. One of these changes is the entry and exit of transport companies in a certain market segment. We want to address such emergence by composing a transport market of its constituent parts. For these purpose, we want to outline an approach to model the interactions between supply and demand on the market for mixed cargo. With supply, transport companies are meant that carry shipments on their own account. The demand side is represented by shippers and recipients of goods. As decisions are drawn decentralized on such a market, agent based simulation will be employed. Agents are to a certain extent heterogeneous, pursue their own goals and adjust to the influences of the market. From the behavior of single agents, the market outcome and thus the generation of vehicle movements will be put together. A specification for a model to be implemented is sketched in which some aspects on the intersection of transport demand modelling and microeconomics will be dealt with. The present pap

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一种基于货运框架并且结合市场的代理模型

摘要

一个允许显示供应方面的反应货物运输市场需求的变化和政策措施的模型。考虑是如何包括垄断竞争的概念基于代理的市场模拟。价格形成的方法和规则的入口和出口市场的供应商。

1.简介

货运活动需要众多的参与者之间的交互。货运适用于托运人和接受者之间的关系以及他们的业务与运输公司联系。然而,单一的参与者之间的交互无法解释重型货物车辆的可观察到的动作,也没有这样的运动信息可以追溯到单个交互。因此,观察到各自的观察的状态之间的运输网络和从事货运单一行为者的行为明显不匹配。

研究确定了个人行为和运输系统的行为之间的这种差距主要有两个原因。第一个是所涉及的企业之间的协调的必要性。在货运市场的需求方面，企业往往不独立行事，因为它们是物流链的一部分。如果所有链环节的参与方合作，这些链变得更有效率。所有链环节的合作意味着所有关心公司的要求是通过链传递和单个公司的行为隐含采取所有其他参与者的需求考虑在内。此外，物流链具有从外部适应要求。在许多情况下，传输服务是通过一个运输公司，而不是由托运人或收件人进行的。在这些情况下，物流链的其他外界因素变化都会影响运输公司采取的行动。

一个单独的单位办理货物运输的存在是上面提到的差距第二个原因。单一的运输公司可以优化许多物流链的货物流动。与此同时，在市场上的竞争迫使他们在给定的客户的要求尽可能低的成本来操作。为此,他们保持网络设施来完成运输任务的竞争方式。特别是较小的出货量并不适合直接从托运人转移到接收者,而是需要美联储在这样的网络。这些网络需要车辆运动偏离原来的货物流动,因此偏差是成本最小化给定所有订单交给运输公司。

货运车辆的运动因而许多点的运动彼此的不断调整的结果。这种适应与影响观察到的流量出现的现象随之而来。此外，突发现象也会导致在运输市场中也部分可观察需求和供给的结构的变化。这些变化之一是运输公司的进入和退出一个特定的细分市场。我们想通过构成其组成部分的运输市场，以解决这样的出苗。对于这些目的，我们想简要介绍一种方法，供给和需求之间的交互进行建模市场对混合货物上。随着供应，运输公司意味着携带货物在自己的账户。而需求方是货物由托运人和接受者。由于决策分散得出这样一个市场上，基于代理的模拟将被使用。代理是在一定程度上异构，追求自己的目标和适应市场的影响。从单一的代理人的行为,市场的结果,因此车辆运动的一代将在一起。规范的模型实现了在某些方面的十字路口交通需求建模和微观经济学将处理。本文将概述一个模型下的市场垄断竞争。究其原因，这个市场形式的选择是，供应商的一些性质，即运输公司将通过内生模型解释。

2.概述

有迹象表明，用一个系统的相互作用，它是由在部分处理许多科学学科。许多这样的交互描述定量在自然科学中得到应用,如物理定量描述。从那里,被转移到社会科学的概念、特别是经济学(c.f. Weidlich (2006))。在这种模型中，单个运输公司考虑到他们的环境中有不同程度的行为。模型中，参与者明确预见的所有其他参与者的行为也出现在使用游戏理论概念来研究市场，是活跃在那里的企业之间的连接产业组织。

这种方法试图寻找在封闭形式的解决方案。在更复杂的环境中这是不可能的了,所以,采取仿真模型,在这无数的可能的系统状态可以在相对较短的时间内显示。在社会科学领域，基于代理模型已被用于解决哪些个人集体的国家已经从决策的解释的情况下，这种集体平局单一成员。经济模型的特例一个分支的研究称为代理为基础计算经济学(ACE)出现了。Tesfatsion (2006, p. 835)指出：“ACE建模为相互作用剂的动力系统经济过程的计算研究”。在伍尔德里奇和詹宁斯（1995）意义上的代理是可以自主行动，以达到一定的预定义的目标计算机系统。

市场仿真模型已经应用于运输市场。其中，研究这个项目的第一个人是Holguin-Veras(2000)。从两个运输公司之间的古诺竞争的假设,构建汽车旅游,这样所有的运输需求都可以满足,两家运输公司利润最大化。Dimitriou和Stathopoulos(2009)也垄断行为模式三个海上集装箱码头之间的竞争在东地中海与每个码头运营商试图吸引利润最大化的需求。在他们的模型中运营商可以投资加速运输的港口和腹地链接。通过一个共同进化的遗传算法,解决方案。

各种模式之间的竞争和运营商操作在同一个货运走廊由Baindur建模,Viegas(2011)。运输的市场是由活动反过来取决于公司的数量可以从客户收取的价格。客户可以选择许多积极的道路运输企业之一,联运承运人。

2010年，Roorda et al . 提出了对货运代理基础的框架的概念，即市场发挥着至关重要的作用。代理可以对商品，服务和物流，他们就交换商品或服务物有所值及运输中相应的采购合同交换货物合同市场的互动。2013年，Cavalcante扩展了这些概念上的考虑，并实现基于代理模型FREMIS。在模型中里，这个概念的部件在市区由操作要运输市场。客户根据Logit模型选择运营商和运营商收取取决于造成手头的运输和竞争强度增量成本价格。熟悉市场知识是必需实施的详细模型，调查大多是在大多伦多和哈密尔顿地区进行。

价格计算的一个基本问题是，并非所有的客户订单都在规划期的开始闻名。所以，有必要向客户提供做出有预测未来的需求数量。在货运方面的业务，这方面的成本依赖是在添加时间和空间方面更加明显。成本引起的空行程和空闲时间必须由总收入量化。2008年，MES在处理公司在整车业务时遇到了这个问题。他介绍了类似的那些人在客运车辆一天的计划。在这些计划中，收到的订单被插入到受时间和空间的限制，以便计算成本和价格。Figliozzi在2004年也涉及到已部署为客户提供服务的车辆动态分配收到的订单的问题。他考察了在拍卖一定的货物运营商竞争的各种学习技巧。

Krajewska和Kopfer 在2009年应对货运代理要么决定经营他自己的车辆或交给运输公司到手的出货量。禁忌搜索算法应用于让货代决定给自己的运输车辆或选择一个预定义的分包商。

在货运市场模型中,主流的市场结构寡头竞争在一些形态。这种博弈理论模型不产生稳定平衡的成本函数的所有形状。垄断竞争模型留出的显式的考虑竞争对手的活动。因此市场上的交互的治疗可能不使用博弈论的概念。随着这种简化的缺点无法获得可证明的市场平衡。这可能是市场垄断竞争下已经通过代理建立仿真模型只就更难的一个原因。最近的模型是Catullo于2013年建立的。他检查公司的通用行业与两个区域在空间环境。公司可以决定价格,容量,研究其他地区和出口通过强化学习。如果供应商花了他们的初始禀赋没有利润,他们离开市场。在每个迭代中一个新的供应商进入市场。数量、大小和企业内生的模型的研究工作。然而,他学习的算法,应用假设相互完全独立的代理。这忽略了单一供应商垄断竞争确实考虑市场上竞争对手的行为。他们认为好的他们提供的需求取决于它的价格的比例总体市场价格指数。

垄断竞争是运输经济的考虑，特别有意思。这是因为在这个市场形成建模的重点可以在条目和供应商的出口和从该内源性的模型剂相互作用的供给侧的空间特性的出现被放。由于卡里略和利特克在2013年表现出对联运集装箱码头为例，动态均衡，可以在市场下的垄断竞争达到了。只要市场模拟而言，只有一个在货运垄断竞争例子是已知的作者。在Baindur和维埃加斯在2011年的模型已经提到市场具有垄断竞争性质，如市场出入口由模型和偏好需求方品种的决心。

3. 一个程式化的运输市场模型

假设一个简单的空间设置在商业机构的在一个城市从位于郊区货主供应被认为是（见图1）。添加了一些初始数据和适应过程尽可能简单开始，轮廓被赋予了市场的均衡如何可以达成。

图1 运输市场的空间设置

3.1运输市场的需求方

货物运输是一种活动,是来自贸易商品的买家和卖家之间的关系。除非他们一次性生意,这样的关系持续一段时间,包括总体数量的商品交换。在运行时框架合同引起或多或少的普通运输托运人和接受者之间的运动。在大多数情况下,框架合同的时间跨度以及货物的总数量需要几个单出货的形成。船运的细节必须约定由托运人和接受者。这些关系的形成,这里不考虑它们的细节。

合同之一方负责组织货物的运输。在现实中,托运人和接收者的需求必须满足,因此决定运输通常聚集或另一方作为限制的要求负责。从现在开始,托运人承担代表货物运输市场上的客户服务。

运输是由第三方公司，征求来自不同客户的订单执行。由于存在许多托运人和几个运输公司，寻找自己主动业务合作伙伴，货运空间各自货运搜索可以看出，发生一个市场。消费者如何扮演一个市场的方式，取决于自己的喜好，自己的资源禀赋和他们所面临的供应。类似的事情保持在供给方面，它调整的行为给自己的限制，竞争和需求。

这种情况将在模型来解决。在手边的问题，下垄断竞争的市场将被建模。垄断竞争可以看作​​是一个极限情况下的寡头垄断，其中每家供应商认为有一定的市场力量左右。这是由于根据服务特性或运营商的业务座椅的位置不同载波之间的区分托运人的感知。因此，运输公司，提供同样的价格同样的服务被看作是彼此略有不同。托运人不要只注意到这种差异，但也表现出一定的偏爱多种运输公司可供选择。,斯蒂格利茨在1977年将作为基础。在最初的工作中,喜欢各种建模通过CES效用函数。在当前示例中这是不可能的,因为一批只能交给一个载体。因此,发货人问几个运输公司价格和决定根据logit模型。然而，安德森等人在 1992年表明,这样一个选择是类似于消费决定根据CES效用函数的情况下只有一个项目必须消耗一定好。在需求方面,给出了贸易关系和固定。这意味着大量的货物和运输距离是不变的,尤其是独立的运输价格。这种假设限制范围模型的短期至中期的考虑。不过它不限制模型的解释力,事实上大多数运输和城市服务业务,零售等行业或工艺不改变他们的需求改变了贸易模式。

表示更正确地表示，,货主的需求方面由一组由我索引。每个发货人我可以船舶各种流聚集在Fi集。每个流f的托运人Qif强度,细分在出货量sif qsif数量相等。满足sum;sifisin;fqsif = Qif的条件。在下文中，仅在发货SIF及其大小QSIF将感兴趣。每次出货，报价从多个运输公司，也被称为供应商或运营商要求。注意，为了简单起见从不同流的出货量从同一托运人起源的聚集未完成。

货主选择一个运营商向他们将交出他们的出货量。对于每一单货这种选择是根据多项Logit模型制作。与托运人选择载体为他的流的概率为：

（1）

尽管其明显的形状，公式（1）需要一些解释。选择是取决于效用函数的Vif（PJ（QSIF））取得该功能允许所有货主选择根据与相同参数的模型。如在低于卡车（LTL）段，装运尺寸可在宽范围内变化，从在一定的车道所有装运绘制的样本估计一个参数不会导致声音的结果。这是由于出货量的价格差异，可以有数量级的不同的订单。对于少量出货，选择决定是完全随机的，而对于出货量大，最便宜的运营商将几乎肯定选择。到达一个行为良好的模型,参数值为各种类别的货物大小估计。没有这些数据,可以合理的假设是发货人一致反应相对价格差异。间接效用函数在方程(1)中所有价格尺度的选择集,所以Vif(pj(qsif))= 在选择集Chif最低的价格

在承运人掌管之下的一个选择，也可以通过主方程的方法建模，例如由卡里略在2011年建议。在这样的模型，货主根据一个过渡函数的载体之间切换。在这样的函数的最简单的情况下，本和所有其他可用载波之间的转移概率也有一个多项式logit函数的类型（参考Helbing（2010））。

第二个事实值得提到与方程(1)是集Chif选择的重要性。上有许多托运人提供一个市场,一个都没有足够的力量与任何运营商的谈判价格。因此选择集是唯一可以决定由托运人的货物大小qsif已经与收件人有关流的决定。选择集的大小可以确定使用托运人可以获得预期的收益,写成:

（2）

方程(2)的价值反映了期望Vif的最大值(pj(qsif))可以达到。在离散选择模型,将产业组织（例如Anderson et. al. (1992)）方程(2)是用于形成选择集作为其值是严格递增的基数丨Chif丨的选择。这些福利的增加往往与价格和搜索成本。在目前的情况下,后者是不可能有两个原因。第一个方程(2)推导出的方程(1),因此价格又相对的。这些相对价格也允许方程(2)有一个合理的形状是否进入真正的数据。以绝对的价格出货,在大小,结果会误导手头只有一个估计参数为所有市场的出口。对于小出货量E(WChif)之后才可能成为负的第二或第三个元素Chif而对大量货物的额外的选择集成员的影响可以忽略不计。

因此E(WChif)的绝对值方程(2)没有意义,允许其对比它与一些搜索成本表达式。然而,差异E(WChif)和E(WChifuk)和k”作为一个额外的载体可用于确定所需尺寸的选择集。

（3）

利益的相对增加规定，由于增加了多种选择。如等式（3）的值是凹的，阈值可以被定义。如果△E（WChiflt;供选择集合的基数的任何增加，托运人可以被看作是满足手头托运人的数量。

方程选择相对价格（1）至（3）仅涉及了各种在市场上所有货主相同的优先级。这个假设可以被质疑。如果在手有更详细的数据，一组特定的参数值可估计。

3.2运输市场的供给方

在手边的运输市场，有一组由表示，并通过索引载波。运营商被赋予了生产设备，使他们能够整合出货量是不适合直接在一个单一的车辆从发货到收件人运输。为此，他们保持枢纽设施，从皮卡和交付之旅，以及两个中心之间的主要运行启动。每个载波保留了一组与索引的枢纽。每个集线器HJL在货运它可通过它的容量帽（HJ

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