Development of an interactive platform for green transport policy evaluation

Abstract

Climate change is one of the most prominent concerns for the future of humanity in the 21st century. The presence of humanity in the planet may be viewed as precarious, especially when considering the adverse effects of human activity and development. The current scenario predictions for year 2100 is a 4°C temperature growth. A 4 degree change has not happened in the global climate since 20.000 BC. Growing emissions from the use of fossil fuels negatively affects a series of environmental factors and is affects human life from every-day quality of life to long-term health effects, macroeconomic change, movement in human population, social equity and of course, the quality of the environement and life as a whole. A major contributor of these emissions is the transportation sector. For this reason, a multitude of international and national organizations have proposed an answer to the growing emissions, which can be grouped under the term sustainable or “green” transportation. This thesis explores the notion of green, sustainable transportation in depth. The thesis creates an innovative framework for the analysis of decision-making process in transport and activity related matters and it designs and crafts an interactive policy assesment tool that is based on econometric modelling. The econometric modelling is done in three different tiers, the everyday rhythms tier, that is concerned with the everyday activity and transport choices of individuals and how their lifestyle can affect these choices, the light infrastructure tier that explores the effect of active transport friendly interventions in the transport system via measurable key performance indicators and the future fleet purchase tier that provides insight into the future fleet mixture and the effect it will have on the emissions and fuel cost. The daily rhtyhms tier includes the effect of lifestyle by comparing the sample from collected data in Chios island to a database from Athens, Greece. This comparison effectively demostrates the heterogeneity of the two areas, the differences in spatial and temporal choices and the effect that lifestyle has on them. Policy-wise it presents justification for tailor-made, location-based solutions and careful consideration of norms, rhythms and lifestyle choices of the study area when applying policy bundles. The chapter discussing the effect of active transport promoting measures uses a simulation of the study area to measure the effect of the creation of bike lanes and the pedestrianization of certain links in the study area. The analysis provides measurable outcome through the usage of various KPIs, such as passenger kilometers, share of active transport, daily accidents and traffic levels. The third analysis tier is concerned with future fleet purchase. It utilizes a menu-based, build-your-own, experiment approach allowing survey respondents to create their ideal vehicle using various attributes (including alternative fuel and automation level) while presenting a reasonable pricing to them. The analysis is conducted using a hybrid choice model, with latent variables aiming to reduce uncertainty and errors in the decrypting of the decision-making process. The thesis also provides insight into the creation, design and implementation of the policy platform tool. The tool is interactive in the sense that the user can control various variables and view the output, comparing the different policy measures and scenarios. It is coded in R and developed as a webpage, in a user-friendly user interface that does not require special understanding to operate. The thesis uses a sample of 1288, roughly 2% of the population of individuals from the island of Chios, Greece. The data collection is realized through a series of electronic questionnaires including a household and an individual questionnaire, a stated-preference experiment, an activity diary and accompanied by GPS devices to assist the activity diary. The contribution of the thesis can be found on several topics. First, the thesis explores the notion of sustainable transport and the human behavior that is related to it using a multi-tier analysis that spans from every-day life of individuals to future, long-term decisions. Secondly, it uses a series of analytical tools to answer the research questions, innovative econometric models, transport simulation and a in-house developed interactive decision-making tool. It is a spherical exploration of the available analytical tools, each of which used provides the specific insight for which it was used. Additionally, the case study that is conducted in an insular, island area provides insight into the behavior, choices and particularities of an area that smaller scale, smoother interventions may be more succesful than abrupt, sudden changes. The lifestyle of the study area plays a significant role in the conducted analysis. Findings from this analysis contribute to the transferability of models. Finally, the thesis provides useful insight into various policy measures that should be considered for changing the human behavior, attracting more citizens to using sustainable means of transport and improving the stanard of living while minimizing the external cost of transportation.

Η κλιματική αλλαγή είναι μια από τις σημαντικότερες ανησυχίες για το μέλλον της ανθρωπότητας τον 21ο αιώνα. Ακόμα και η παρουσία της ανθρωπότητας στον πλανήτη μπορεί να θεωρηθεί επισφαλής, ειδικά όταν εξετάσουμε σε βάθος τη δυσμενή επίδραση της ανθρώπινης δραστηριότητας και της ανάπτυξης στο περιβάλλον. Οι προβλέψεις του τρέχοντος σεναρίου για το έτος 2100 αναφέρουν αύξηση της θερμοκρασίας κατά 4 ° C. Τέτοιας τάξης αλλαγή δεν έχει συμβεί στο παγκόσμιο κλίμα από το 20.000 π.Χ. Οι αυξανόμενες εκπομπές από τη χρήση ορυκτών καυσίμων επηρεάζουν αρνητικά μια σειρά περιβαλλοντικών παραγόντων και επηρεάζουν την ανθρώπινη ζωή: από την ποιότητα ζωής έως μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στην υγεία, μακροοικονομικές μεταβολές, μετακίνηση ανθρώπινων πληθυσμών (πρόσφυγες κλιματικής αλλαγής), την κοινωνική δικαιοσύνη και βεβαίως την ποιότητα του περιβάλλοντος και της ζωής ως συνόλου. Ο τομέας των μεταφορών συντείνει σημαντικά στις εκπομπές αερίων. Για το λόγο αυτό, μια πληθώρα διεθνών και εθνικών οργανώσεων οργανώνουν τις «απαντήσεις» στις αυξανόμενες αυτές εκπομπές, οι οποίες μπορούν να ομαδοποιηθούν κάτω από τον όρο «βιώσιμες» ή «πράσινες» μεταφορές. Η εργασία αυτή διερευνά την έννοια της πράσινης, βιώσιμης μεταφοράς σε βάθος. Η διατριβή δημιουργεί ένα καινοτόμο πλαίσιο για την ανάλυση της διαδικασίας λήψης αποφάσεων σε θέματα μεταφορών και δραστηριοτήτων και σχεδιάζει και κατασκευάζει ένα διαδραστικό εργαλείο αξιολόγησης πολιτικής που βασίζεται στην οικονομετρική μοντελοποίηση. Η οικονομετρική μοντελοποίηση γίνεται σε τρεις διαφορετικές βαθμίδες. Το καθημερινό επίπεδο ρυθμών, που ασχολείται με την καθημερινή δραστηριότητα και τις μεταφορικές επιλογές των ατόμων και τον τρόπο με τον οποίο ο τρόπος ζωής τους μπορεί να επηρεάσει αυτές τις επιλογές. Το δεύτερο επίπεδο εξετάζει μέτρα «ελαφρών» υποδομών (ποδηλατόδρομοι, πεζοδρομήσεις) και διερευνά το αποτέλεσμα των παρεμβάσεων στο σύστημα μεταφορών μέσω μετρήσιμων βασικών δεικτών απόδοσης και προσομοίωσης. Το τρίτο επίπεδο εξετάζει την μελλοντική αγορά οχήματος, ειδικότερα οχημάτων με εναλλακτικά καύσιμα και αυτόνομων οχημάτων και παρέχει πληροφορίες για το μελλοντικό μείγμα στόλου και το αποτέλεσμα που θα έχει στις εκπομπές και το κόστος καυσίμων. Το επίπεδο ρυθμών περιλαμβάνει την επίδραση του τρόπου ζωής, συγκρίνοντας το δείγμα από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στη Χίο με μια βάση δεδομένων από την Αθήνα. Αυτή η σύγκριση δείχνει αποτελεσματικά την ετερογένεια των δύο περιοχών, τις διαφορές στις χωρικές και χρονικές επιλογές και την επίδραση που έχει ο τρόπος ζωής σε αυτές. Από πολιτική άποψη παρουσιάζει αιτιολόγηση για εξειδικευμένες λύσεις βάσει τοποθεσίας και προσεκτική εξέταση των κανόνων, των ρυθμών και των επιλογών του τρόπου ζωής στην περιοχή μελέτης κατά την εφαρμογή των δεσμών πολιτικής και μέτρων. Το κεφάλαιο που εξετάζει την επίδραση των μέτρων προώθησης της ενεργητικής μετακίνησης χρησιμοποιεί μια προσομοίωση της περιοχής μελέτης για να μετρήσει το αποτέλεσμα της δημιουργίας ποδηλατοδρόμων και πεζοδρομήσεων ορισμένων συνδέσμων στην περιοχή μελέτης. Η ανάλυση παρέχει μετρήσιμα αποτελέσματα μέσω της χρήσης διαφόρων δεικτών απόδοσης (KPIs), όπως επιβατοχιλιόμετρα, μερίδιο ενεργών μεταφορών, καθημερινά ατυχήματα και ροών κυκλοφορίας. Το τρίτο επίπεδο ανάλυσης αφορά την μελλοντική αγορά στόλου. Χρησιμοποιεί μια προσέγγιση με πειράματα δεδηλωμένης προτίμησης, η οποία επιτρέπει στους ερωτηθέντες να δημιουργούν το ιδανικό τους όχημα χρησιμοποιώντας διάφορα χαρακτηριστικά (συμπεριλαμβανομένου του εναλλακτικού καυσίμου και του επιπέδου αυτοματισμού), ενώ παράλληλα παρουσιάζουν μια λογική τιμολόγηση σε αυτά. Η ανάλυση διεξάγεται χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο υβριδικής επιλογής (hybrid choice model), με λανθάνουσες μεταβλητές που αποσκοπούν από τη μία στην διερεύνηση της επίδρασης των στάσεων και των αντιλήψεων στη διαδικασία λήψης απόφασης και από την άλλη στη μείωση της αβεβαιότητας και των σφαλμάτων κατά την μοντελοποίηση. Η διατριβή παρέχει επίσης παρουσιάζει τη δημιουργία, το σχεδιασμό και την υλοποίηση του εργαλείου πλατφόρμας πολιτικής. Το εργαλείο είναι διαδραστικό με την έννοια ότι ο χρήστης μπορεί να ελέγξει διάφορες μεταβλητές και να δει τα αποτελέσματα, συγκρίνοντας τα διάφορα μέτρα πολιτικής και σενάρια. Είναι κωδικοποιημένο σε R και αναπτύσσεται ως μια ιστοσελίδα, με μια φιλική προς το χρήστη διεπαφή που δεν απαιτεί ειδικές γνώσεις για να λειτουργήσει. Η διατριβή χρησιμοποιεί δείγμα 1288 ατόμων, περίπου το 2% του πληθυσμού της Χίου. Η συλλογή στοιχείων πραγματοποιείται μέσω μιας σειράς ηλεκτρονικών ερωτηματολογίων που περιλαμβάνουν ένα οικογενειακό και ατομικό ερωτηματολόγιο, ένα πείραμα δηλωμένης προτίμησης, ένα ημερολόγιο δραστηριοτήτων και συνοδεύεται από συσκευές GPS για να υποστηρίξουν το ημερολόγιο δραστηριοτήτων. Η συμβολή της διατριβής εντοπίζεται σε πολλά σημεία. Πρώτον, η εργασία εξετάζει την έννοια των βιώσιμων μεταφορών και της ανθρώπινης συμπεριφοράς που σχετίζεται με αυτήν χρησιμοποιώντας μια πολυεπίπεδη ανάλυση που εκτείνεται από την καθημερινή ζωή των ατόμων ως τις μελλοντικές, μακροπρόθεσμες αποφάσεις. Δεύτερον, χρησιμοποιεί μια σειρά αναλυτικών εργαλείων για να απαντήσει στα ερευνητικά ερωτήματα: καινοτόμα οικονομετρικά μοντέλα, προσομοίωση των μεταφορών και δημιουργεί ένα εργαλείο διαδραστικής υποστήριξης της λήψης αποφάσεων που αναπτύχθηκε εξολοκλήρου στα πλαίσια της διατριβής. Αποτελέι μια σφαιρική εξερεύνηση και επίδειξη των διαθέσιμων αναλυτικών εργαλείων. Επιπλέον, η μελέτη περίπτωσης που διεξάγεται σε μια νησιωτική περιοχή παρέχει μια εικόνα για τη συμπεριφορά, τις επιλογές και τις ιδιαιτερότητες μιας περιοχής που η μικρότερη κλίμακα, οι ομαλότερες επεμβάσεις μπορεί να είναι πιο επιτυχείς από τις απότομες, ξαφνικές αλλαγές. Ο τρόπος ζωής της περιοχής μελέτης διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διεξαχθείσα ανάλυση. Τα ευρήματα από την ανάλυση αυτή συμβάλλουν στη δυνατότητα μεταφοράς των μοντέλων σε άλλες περιοχές και κλίμακες. Τέλος, η διατριβή παρέχει χρήσιμες πληροφορίες για τα μέτρα πολιτικής που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την αλλαγή της ανθρώπινης συμπεριφοράς, την προσέλκυση περισσότερων πολιτών στη χρήση αειφόρων μέσων μεταφοράς και τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου, ελαχιστοποιώντας παράλληλα το εξωτερικό κόστος των μεταφορών.