Analysis of Turkish highway transportation network

Abstract

Dünya çapında nüfusun hızlı artışı ve dolayısıyla yerleşim yerleri sayısının hızla artması, bu yerler arasındaki bağlantıyı sağlayan yolların da giderek daha kompleks bir yapı kazanmasını sağlamıştır. Bu çalışmada Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) haritaları kullanılarak Türkiye'deki yerleşim birimlerini birbirine bağlayan yolları tanımlayan bir veri tabanı oluşturulmuştur. Bu bağlantılar üzerinde kompleks ağ analiz araçları kullanılarak derece dağılımı, en kısa yollar, merkezilik değerleri gibi parametrelerin analizi yapılmıştır. Bu şekilde Türkiye'deki yerleşim birimleri arasındaki ağın, evrensel gerçel ağ dinamiklerine benzer özellikler sergilediği gösterilmiştir. Çalışmanın önemli çıktılarından birisi, çeşitli merkezilik ölçekleri, modülerlik ve derece korelasyonları yardımıyla ağda ulaşım açısından önemli düğümlerin çıkartımıdır. Klasik ağ çalışmalarından farklı olarak düğümler arasındaki mesafeler kilometre cinsinden elde edilmiş ve dağılımı incelenmiştir. Bu sayede düğümler arasındaki atlama mesafeleri ile birlikte metrik uzaklıkların da dikkate alındığı, navigasyon benzeri çalışmalar içinde önemli bir veri kaynağı oluşturulmuştur. Bu uzaklıklara ait dağılımla birlikte çeşitli parametrelere ait 3 boyutlu grafikler üretilerek parametrelerin birbiri ile ilişkisi irdelenmiştir. Gerçel kompleks ağlarda gözlenen temel özellikler bu ağda da görülmekle birlikte bazı çıktıların benzersiz nitelikte olduğu da ortaya koyulmuştur.

With the fast growth of population around all over the world, and the rapid increase of cities, towns, and villages; roads that join these places where people live in, become more and more complex. In our study, we have built a database for cities of Turkey in term of the paths that connect these cites based on KGM (Karayolları Genel Müdürlüğü) national map. We then analyzed these links to find out the network properties like degree distributions, shortest paths, centralities etc. By the way, we outlined the connectivity properties between Turkish cities and presented the universal network properties that are also evident in a nation-wide highway transportation network. The major benefit of this study is outlining the important nodes in the transportation map by the means of different centrality measures, together with the modularity and degree correlations. In contrast with the classical studies, our study span the distance distribution in kilometers between the cities, which form a basis for further studies that will involve hop-distances together with the metric distances, such as finding navigation routes that have minimized distances in kilometers. The distribution of these metric distances is also presented together with the percentile plots of several parameters in 3D colored plots to outline the relative occurrence rates of these parameters with respect to others. While some generic properties of complex networks are imitated by this national transportation network, some distinct properties are also observed.