Bottleneck Congestion with Endogenously Determined Departure Times: Game-Theoretic Analysis and Experiment

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K01554
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 大坪 弘教 中央大学, 国際経営学部, 准教授 (10609027)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 交通渋滞 / ゲーム理論 / 実験経済学 / 限定合理性

Outline of Annual Research Achievements

交通ネットワーク上のボトルネック（橋、トンネル、料金所など）には一単位時間に通過できる交通量の上限があり、その上限を超える数の利用者が同じタイミングでボトルネックに流入することで渋滞が発生する。そのため、多くの利用者がボトルネックを通過しようとするタイミング（例：朝夕の通勤時間帯）に渋滞が頻発することになる。本研究では、このようなボトルネック型の交通渋滞を「プレイヤーが相互に依存する戦略的状況」として捉え、（１）ゲーム理論分析を行い、（２）実験経済学の手法を用いて理論予測の妥当性を検証する。

昨年度に引き続き、新型コロナウィルス感染症拡大の影響により、被験者を用いたパイロット実験を大学で実施できなかった。そのため本年度は、プレイヤーの限定合理性を考慮した場合の出発時刻分布の導出、（昨年度に引き続き）oTreeを使った実験用ソフトウェアの準備を進めることにした。

これまでのゲーム理論実験で幾度となく観察されてきたように、本研究でもナッシュ均衡に基づく理論予測と実験データが乖離することが予想される。その説明の一つとしては、「プレーヤーが限定合理的である」ことが考えられる。昨年度導出した対称混合戦略ナッシュ均衡の下での出発時刻分布に加え、本年度はプレイヤーの完全合理性の仮定を緩めた質的応答均衡（Quantal Response Equilibrium）やポワソン認知階層モデル（Poisson Cognitive Hierarchy Model）の下での出発時刻分布を導出するためのプログラムを作成した。質的応答均衡については、意思決定のノイズを表すパラメーターを連続的に大きくしていくと、対称混合戦略ナッシュ均衡に近づいていくことが確認できた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本年度は当初、実験用プログラムを使ったパイロット実験を計画していた。しかし新型コロナウィルス感染症の拡大により被験者となる学生が大学に入構できず、昨年度に引き続き、パイロット実験を実施することができなかった。

「研究実績の概要」で記載したように、実験データとの比較に用いる均衡の導出や実験用プログラムの作成には進捗があったが、昨年度から延期になっていたパイロット実験を今年度も実施できなかった。そのことから進捗状況は「遅れている」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

対面授業を再開する可能性が高いため、延期となっていた被験者を用いたパイロット実験および本実験を実施し、これまでの遅れを取り戻したい。またデータ収集後を見据えて、質的応答均衡やポワソン認知階層モデルのパラメーターを最尤推定法によって実験データから推定するプログラムを作成する。

Causes of Carryover

新型コロナウィルス感染症の拡大によりパイロット実験が実施できず、人件費・謝金として支出予定だったものが全額未使用となった。次年度パイロット実験および本実験が実施できれば、研究費の大部分は人件費・謝金として使用する予定である。