Graph analysis of underground transport networks

Abstract

The methodic of city subway networks analysis on the basis of graph characteristics (centrality, connectivity and shape) is proposed. The subways characteristics were calculated from subways indexes (number of lines, number of stations, length of lines in kilometers, ridership per year) and from indicators of cities urbanization (area and population). The interrelation between graph (road) structures and weights of their edges, and between π -index describing the shape of the graph and the number of passengers is demonstrated. It is shown on a practical example that the analysis of structure of proposed road network graphs can be useful in determining the sequence of new roads construction. Clustering of underground transport networks based on characteristics of network graph structure was performed for the first time.

Запропоновано методику аналізу міських мереж метрополітенів на основі характеристик графів (центральність, зв'язність і форма). Значення характеристик розраховані на основі індексів метрополітенів (кількість ліній, кількість станцій, протяжність ліній в кілометрах, пасажиропотік на рік) і показників урбанізації міст (площа та чисельність населення). Продемонстровано взаємозв'язок між структурою графів транспортних мереж, вагою їх дуг і π -індексом для опису форми графа і кількості пасажирів. На практичному прикладі показано, що аналіз структури представлених графів транспортних мереж може використовуватися для визначення послідовності етапів будівництва нових ліній. Вперше виконано кластеризацію транспортних підземних мереж на основі характеристик структури графа мережі.

Предложена методика анализа городских сетей метрополитенов на основе характеристик графов (центральность, связность и форма). Значения характеристик рассчитаны на основе индексов метрополитенов (количество линий, количество станций, протяженность линий в километрах, пассажиропоток в год) и показателей урбанизации городов (площадь и численности населения). Показана взаимосвязь между структурой графов транспортных сетей, весом их дуг и π -индексом для описания формы графа и количества пассажиров. На практическом примере показано, что анализ структуры представленных графов транспортных сетей может использоваться для определения последовательности этапов строительства новых линий. Впервые выполнена кластеризация транспортных подземных сетей на основе характеристик структуры графа сети.