Μοντελοποίηση διαπεριφερειακών συστημάτων μεταφορών με χρήση ανάλυσης σύνθετων δικτύων και στατιστικής μηχανικής

Abstract

This PhD thesis examines the theoretical and empiric material that derives from Complex Network Analysis and Statistical Mechanics and it is considered useful in the research of spatial communication systems and formulates a methodological framework for the study of spatial networks and specifically for interregional transportation systems modeling. The thesis is structured into three parts: The first part presents the theoretical background where the proposed methodology is structured. In particular, it describes the framework of the newly established scientific sector of Complex Network Analysis, it presents the cases of the transportation networks studied in Greece, it provides the necessary notations, the metrics, the quantitative measures and the theoretical models that are used in the spatial network analysis and it reviews the empirical research conducted in the study of spatial and particularly of transportation networks.The second part presents the methodology that is proposed for the complete study of spatial networks and for the modeling of interregional transportation systems. The purpose of the proposed methodology is to organize and to standardize the processes and the methodological questions that a researcher faces at the study of spatial networks, suggesting an integrated framework for the quantitative analysis of the systems of spatial interaction. Further, this part introduces a new centrality measure that is inspired from energy Physics and it incorporates both structural and flow information. Finally, the third part of this thesis applies the proposed methodology in the interregional transportation networks of Greece, examining the cases of the national road transportation network (GRN), the national railway network (GRAN), the interregional commuting network (GCN), the Greek maritime network (GMN) and the domestic aviation network (GAN). The evaluation of the results is conducted under the perspectives of Network Theory and Regional Economics, highlighting in general the importance of the synthetic approach as a research attitude, as also the effectiveness and utility of Complex Network Analysis in study of the spatial and particularly the interregional transportation networks.

Η διδακτορική διατριβή εξετάζει το θεωρητικό και εμπειρικό υλικό της Ανάλυσης των Σύνθετων Δικτύων και της Στατιστικής Μηχανικής που καθίσταται αξιοποιήσιμο στην έρευνα των χωρικών συστημάτων επικοινωνιών και προχωρά στη διαμόρφωση ενός μεθοδολογικού πλαισίου για τη μελέτη των χωρικών δικτύων και ειδικότερα για τη μοντελοποίηση των διαπεριφερειακών μεταφορικών συστημάτων. Η δομή της διατριβής διαρθρώνεται σε τρία μέρη: Στο πρώτο μέρος παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο στο οποίο δομείται η προτεινόμενη μεθοδολογία. Ειδικότερα, περιγράφεται το πλαίσιο του νεοσύστατου επιστημονικού τομέα της Ανάλυσης Σύνθετων Δικτύων, παρουσιάζονται τα δίκτυα μεταφορών στην Ελλάδα που μελετούνται, παρέχονται οι βασικές έννοιες, τα μέτρα, τα ποσοτικά μεγέθη και τα θεωρητικά υποδείγματα που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση των χωρικών δικτύων και πραγματοποιείται επισκόπηση της εμπειρικής έρευνας στα χωρικά δίκτυα και ειδικότερα στα δίκτυα μεταφορών.Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται η μεθοδολογία που προτείνεται για την ολοκληρωμένη μελέτη των χωρικών δικτύων και τη μοντελοποίηση των διαπεριφερειακών συστημάτων μεταφορών. Η προτεινόμενη μεθοδολογία αποσκοπεί στην οργάνωση και την τυποποίηση των διαδικασιών και των μεθοδολογικών ερωτημάτων που καλείται να διαχειριστεί ο ερευνητής κατά τη μελέτη των χωρικών δικτύων, συνιστώντας ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο ποσοτικής ανάλυσης των συστημάτων χωρικής αλληλεπίδρασης. Περαιτέρω, προτείνεται ένας νέος δείκτης μέτρησης κεντρικότητας που είναι εμπνευσμένος από την ενεργειακή Φυσική και ενσωματώνει από κοινού δομική πληροφορία και πληροφορία ροών. Τέλος, στο τρίτο μέρος της διατριβής πραγματοποιείται εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας στα διαπεριφερειακά δίκτυα μεταφορών της Ελλάδας, εξετάζοντας τις περιπτώσεις του εθνικού διαπεριφερειακού δικτύου οδικών μεταφορών (GRN), του εθνικού σιδηροδρομικού δικτύου (GRAN), του διαπεριφερειακού δικτύου των ημερησίως μετακινουμένων με σκοπό την εργασία (δίκτυο commuting – GCN), του δικτύου ακτοπλοϊκών μεταφορών (GMN) και του δικτύου αεροπορικών μεταφορών εσωτερικού (GAN). Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων πραγματοποιείται υπό το πρίσμα της Θεωρίας Δικτύων και της Περιφερειακής Οικονομικής, αναδεικνύοντας γενικά τη σημασία της συνθετικής προσέγγισης ως αναλυτική οπτική και νοοτροπία έρευνας, καθώς και την αποτελεσματικότητα της χρήσης της Ανάλυσης των Σύνθετων Δικτύων στη μοντελοποίηση των χωρικών και ειδικότερα των διαπεριφερειακών μεταφορικών συστημάτων.