Дослідження системи перевезень пасажирів швидкісними і звичайними поїздами на основі методів аналізу складних мереж

Abstract

UA: У статті проведено мережевий аналіз пасажирської залізничної системи України за графом мережі руху швидкісних і звичайних поїздів за 2018-2019 рр. із використанням методів теорії складних мереж. Виявлено, що розподіл степенів вершин підпорядкований степеневому закону, мережа має високу централізованість, асортативність і короткий ефективний діаметр. Оцінено коефіцієнт кластеризації, транзитивність, центральність степеня, посередництва та гармонійної близькості. На основі результатів запропоновано рекомендації щодо децентралізації маршрутів, посилення зв’язності периферійних залізничних вокзалів. Проведені дослідження можуть бути використані для стратегічного і тактичного управління розвитком залізничної інфраструктури України в умовах структурних трансформацій і зовнішніх викликів.

EN: In this paper, a comprehensive analysis of Ukraine’s passenger rail system is conducted on the network graph of high-speed and conventional trains for 2018-2019, employing methods from complex network theory. The study aims to reveal the spatial-structural patterns governing passenger flows, to identify the role of key hub stations, and to formulate scientifically grounded recommendations for optimising the route network. Vertex degrees (in-, out- and total-degree) were clustered, and it was shown that the distribution of total degrees follows a power-law with scale-free exponent α ≈ 2.5, confirming the network’s scale-free, self-similar character. The following topological macro-parameters were computed: network density 0.0369, diameter 5, effective diameter 4, Watts-Strogatz clustering coefficient 0.334 and transitivity 0.0605. Strongly and weakly connected component analyses further characterised the graph’s cohesion. Node centrality was evaluated via harmonic closeness and betweenness measures, while Pearson and Spearman correlation coefficients between in-, out- and total-degrees demonstrated pronounced assortative mixing, indicative of a clear hierarchical structure. The network exhibits marked centralisation, with short path lengths between major stations and moderate local clustering. Based on these findings, we propose decentralising the route network by developing alternative links among peripheral stations, strengthening connectivity within weakly integrated components, and prioritising the modernisation of principal hub stations. These results provide a solid foundation for both strategic and tactical management of Ukraine’s railway infrastructure under conditions of structural transformation and external challenges.