Sử dụng GIS dựa trên raster và lý thuyết đồ thị để phân tích các mạng lưới phức tạp

Networks and Spatial Economics - Tập 7 - Trang 301-313 - 2007
Laurie A. Schintler1, Rajendra Kulkarni1, Sean Gorman1, Roger Stough1
1School of Public Policy, George Mason University, Fairfax, USA

Tóm tắt

Những gián đoạn đối với các mạng lưới giao thông có thể rất tốn kém. Tuy nhiên, việc quản lý các gián đoạn và chi phí liên quan đến những sự kiện này đang đặt ra một số thách thức. Các mạng lưới giao thông thường lớn và phức tạp. Bài báo này phát triển một phương pháp, dựa trên lý thuyết mạng phức tạp, để phân tích các mạng lưới giao thông. Nó cung cấp một cách thức, thông qua việc sử dụng các kỹ thuật hệ thống thông tin địa lý (GIS) dựa trên raster, để xác định các nút hoặc liên kết quan trọng trong một mạng lưới phản ánh các mối quan hệ không gian với các mạng lưới khác và để đánh giá khả năng phục hồi của các mạng lưới này đối với các thất bại tại những vị trí đó. Để minh họa, phương pháp này được áp dụng cho mạng lưới các con đường chính và đường sắt ở tiểu bang Florida.

Từ khóa

#mạng lưới giao thông #lý thuyết đồ thị #hệ thống thông tin địa lý #GIS #đánh giá khả năng phục hồi #nút quan trọng #liên kết quan trọng

Tài liệu tham khảo

Albert R, Barabási A (2002) Statistical mechanics of complex networks. Rev Mod Phys 74:47–97 Albert R, Jeong H, Barabási A-L (2000) Attack and error tolerance in complex networks. Nature 406(6794):378–382 Alderson D, Doyle J, Govindan R, Willinger W (2003). Toward an optimization-driven framework for designing and generating realistic Internet topologies. ACM SIGCOMM Comput Commun Rev 33:41–46 Amaral L, Scala A, Barthelemy M, Stanley HE (2000) Classes of small-world networks. Proc Natl Acad Sci USA 97:11149–11152 Barabasi A (2001a) The physics of the web physics world. Physics World, July 2001 Barabasi A (2001b) The physics of the web. Physics World 97:11149–11152 Barabasi A, Albert A (1999) Emergence of scaling in random networks. Science 286:509–512 Barthelemy M (2003) Crossover from scale-free to spatial networks. Europhys Lett 63:915–921 Callaway DS, Newman MEJ, Strogatz SH, Watts DJ (2000) Network robustness and fragility: percolation on random graphs. Phys Rev Lett 85:5468–5471 Chen Q, Hyunseok C, Govindan R, Sugih J, Schenker S, Willinger W (2001) The origin of power laws in Internet topologies revisited. Proceedings of IEEE Infocom 2002(2):608–617 Cohen R, Erez K, Ben-Avraham D, Havlin S (2001) Breakdown of the Internet under intentional attack. Phys Rev Lett 86:3682–3685 Erdos P, Rényi A (1960) On the evolution of random graphs. Publ Math Inst Hungar Acad Sci 5:17–61 Faloutsos M, Faloutsos C, Faloutsos P (1999) On power–law relationships of the Internet topology. Comput Commun Rev 29:251–262 Garrison W (1960) Connectivity of the interstate highway system. Pap Proc Reg Sci Assoc 6:121–137 Gorman SP, Kulkarni R (2004) Spatial small worlds: new geographic patterns for an information economy. Environ Plan B 31:273–296 Gorman SP, Malecki EJ (2000) The networks of the Internet: an analysis of provider networks. Telecommun Policy 24:113–134 Gorman SP, Schintler L, Kulkarni R, Stough R (2004) The revenge of distance: vulnerability analysis of critical infrastructure. J Conting Crisis Manag 12:48–63 Grubesic TH, O’Kelly ME, Murray AT (2003) A geographic perspective on telecommunication network survivability. Telemat Inform 20:51–69 Haggett P, Chorley R (1969) Network analysis in geography. New York, NY, USA: St. Martins Press Jain AK, Murty MN, Flynn PJ (1999) Data clustering: review. ACM Comput Surv 31:264–323 Kansky K (1963) Structure of transportation networks: relationships between network geometry and regional characteristics. University of Chicago, Department of Geography, Research Papers Lakhina A, Byers JW, Crovella M, Matta I (2002) On the geographic locations of Internet resources http://www.cs.bu.edu/techreports/pdf/2002-015-internetgeography.pdf Malecki EJ (2002) The economic geography of the Internet’s infrastructure. Econ Geogr 78:399–424 Nyusten JD, Dacey MF (1968) A graph theory interpretation of nodal regions. In: Berry B, Marble D (eds) Spatial analysis. Prentice Hall, Englewood Cliffs, pp 407–418 O’Kelly ME, Grubesic TH (2002) Backbone topology, access, and the commercial Internet, 1997–2000. Environ Plan B 29:533–552 Reed WR (1970) Indirect connectivity and hierarchies of urban dominance. Ann Assoc Am Geogr 60:770–785 Roth J (1955) An application of algebraic topology to numerical analysis: on the existence of a solution to the network problem. Proc Natl Acad Sci 41:518–521 Schintler L, Gorman S, Reggiani A, Patuelli R, Gillespie A, Nijkamp P, Rutherford J (2005) Complex network phenomena in telecommunications systems. Netw Spatial Econ 5:351–370 Schintler L, Kulkarni R, Gorman S, Stough R (2006) Power and packets: a spatial network comparison of the U.S. electric power grid and the Internet network. In: Reggiani A, Nijkamp P (eds) Spatial dynamics, networks and modelling. Edward Elgar, Cheltenham and Northampton, pp 35–60 Taffee EJ, Gauthier HL (1973) Geography of transportation. Prentice Hall, Englewood Cliffs Taubin G (1995) A signal processing approach to fair surface design. In: R Cook (ed) Proceedings of the 22nd Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, pp 351–358 Townsend A (2001) Network cities and the global structure of the Internet. Am Behav Sci 44:1697–1716 Wallace R, Ong P, Schwartz E (1994) Space variant image processing. Int J Comput Vis 13:71–90 Wandell B, Chias S, Backus BT (2000) Visualization and measurement of the cortical surface. J Cogn Neurosci 12:739–752 Watts DJ, Strogatz SH (1998) Collective dynamics of small-world networks. Nature 363:202–204 Wheeler DC, O’Kelly ME (1999) Network topology and city accessibility of the commercial Internet. Prof Geogr 51:327–339 Yook SH, Jeong H, Barabási AL (2001) Modeling the Internet’s large-scale topology http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0107417 Zahn C (1971) Graph theoretical methods for detecting and describing gestalt clusters. IEEE Trans Comput 20:68–86