Modelling Travel Behaviour with Shared Micro-Mobility Services and Exploring their Environmental Implications

Abstract

The convergence of recent developments in electrification, connectivity and the sharing economy has enabled several new mobility services to emerge. Among them, shared micro-mobility services (e.g., e-scooters, e-bikes) have seen particularly fast international rollouts. Given their rapid diffusion, effective regulation and integrated transport planning is pertinent. City administrations are further asking how shared micro-mobility services can contribute to increasingly stringent CO2 reduction targets. Advances in these directions are hindered by our limited understanding of travel behaviour. In particular, we do not yet comprehensively understand who uses shared micro-mobility services and how users choose between these and more established modes (e.g., public transport, private cars). This thesis contributes by offering some of the first empirical evidence on users, mode choice, substitution patterns and net CO2 emissions of shared micro-mobility services. It goes beyond previous work by presenting comprehensive evidence for several different shared micro-mobility services in a single city, by estimating the first mode choice models between them based on revealed preference data, and by demonstrating how to use emerging data sources such as vehicle and human GPS traces to estimate such models at very high spatiotemporal resolutions. For Zurich, Switzerland, this dissertation finds that users of shared micro-mobility services tend to be young, university-educated males with full-time employment living in affluent households without children or cars. Mode choice is strongly influenced by trip distance, precipitation and access distance. Shared e-scooters and e-bikes mostly replace walking, cycling and public transport. Hence, they emit more CO2 than the transport mode mix they replace. Personal e-scooters and e-bikes replace car-based modes substantially more often. Hence, they emit less CO2 than the transport mode mix they replace and contribute to making urban transport more sustainable. These results have implications for research, policy and practice. First, they build the foundation for incorporating shared micro-mobility services into larger transport simulations. This, in turn, allows estimation of their impact at scale and enables testing the effectiveness of policy interventions. Second, this dissertation presents nuanced empirical evidence for city administrations that aim to evaluate how shared micro-mobility services contribute to transport-related CO2 emissions. The third implication of this research is to elucidate promising avenues for service providers to optimize their fleet operations.

Die Konvergenz von Forschung und Entwicklung in den Bereichen Elektrifizierung, Konnektivität und der «Sharing Economy» hat jüngst das Aufkommen unterschiedlicher neuer Mobilitätsdienste ermöglicht. Darunter fallen auch geteilte Mikromobilitätsdienste (z.B. E-Trottinetts, E-Bikes), die in den vergangenen Jahren besonders schnell international verbreitet wurden. Angesichts der Geschwindigkeit und Tragweite dieser Entwicklung sind wirksame Regulierung und integrierte Verkehrsplanung von besonderer Bedeutung. Es ist darüber hinaus unklar, wie geteilte Mikromobilitätsdienste zur Reduktion städtischer CO2-Emissionen beitragen können. Fortschritte bei diesen Herausforderungen werden vor allem durch unser limitiertes Verständnis von der Nutzung geteilter Mikromobilitätsdienste gehemmt. Insbesondere ist bisher noch nicht erforscht, welche soziodemografischen Hintergründe die Nutzer von geteilten Mikromobilitätsdiensten haben, und wie Nutzer zwischen den verschiedenen geteilten Mikromobilitätsdiensten und etablierteren Verkehrsmodi (z.B. ÖPNV, PKW) wählen. Insbesondere die Erklärung des Verkehrsmittelwahlverhaltens ist eine notwendige Voraussetzung für die Integration geteilter Mikromobilitätsdienste in Verkehrssimulationen und damit für eine wirksame integrierte Verkehrsplanung in Wissenschaft und Praxis. Diese Dissertation liefert erste empirische Erkenntnisse zu Nutzern, Verkehrsmittelwahl, Substitutionsmustern und Netto-CO2-Emissionen geteilter Mikromobilitätsdienste. Neu ist dabei insbesondere der Umfang der Erkenntnisse (Vergleich mehrerer verschiedener geteilter Mikromobilitätsdienste in einer einzigen Stadt), die kreative Erhebung und Nutzung neuer Datenquellen (GPS-Daten von Smartphones und Fahrzeugen), sowie die Schätzung der ersten Verkehrsmittelwahlmodelle überhaupt zwischen mehreren verschiedenen geteilten Mikromobilitätsdiensten sowie etablierteren Verkehrsmodi. Alle Analysen wurden mit Daten aus Zürich (Schweiz) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass Nutzer geteilter Mikromobilitätsdienste tendenziell junge Männer mit Hochschulabschluss und in Vollzeitbeschäftigung sind, die vi in wohlhabenden Haushalten ohne Kinder oder PKWs leben. Die Verkehrsmittelwahl hängt stark von der Fahrtdistanz, dem Niederschlag und der Zugangsdistanz ab. Geteilte E-Trottinetts und E-Bikes ersetzen auf den meisten Strecken nachhaltigere Verkehrsmittel (zu Fuss, Velo, öffentlicher Nahverkehr), während private E-Trottinetts und E-Bikes auch deutlich häufiger den PKW ersetzen. Auf ihren gesamten Lebenszyklus gesehen erzeugen geteilte E-Trottinetts und E-Bikes somit mehr CO2 Emissionen als die Verkehrsmodi, die sie ersetzen, während private E-Trottinetts und E-Bikes zu einer Reduktion der städtischen CO2-Emissionen beitragen. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage, um geteilte Mikromobilitätsdienste in Verkehrssimulationen zu integrieren und so ihre Auswirkungen auf Verkehr und Raum in grösserem Umfang abzuschätzen, sowie die Wirksamkeit planerischer und regulatorischer Massnahmen zu testen. Darüber hinaus bietet diese Dissertation umfangreiche empirische Erkenntnisse zu den Netto-CO2- Emissionen geteilter und privater Mikromobilitätsfahrzeuge, die Stadtverwaltungen als Basis für Entscheidungen zur Subvention oder Regulierung letzterer nutzen können. Zuletzt können auch Anbieter geteilter Mikromobilitätsdienste die Ergebnisse dieser Dissertation nutzen, um den Betrieb ihrer Fahrzeugflotten zu optimieren.