- Cel projektu
- Informacje o zbiorze danym
- Wizualizacja sieci
- Najbardziej narażone lotniska
- Strategia zapobiegania dalszym infekcjom
Celem niniejszego projektu jest analiza sieci połączeń lotniczych w Europie, pod kątem potencjalnego rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych. Jak wiadomo, transport lotniczy jest jednym z najpopularniejszych metod transportu masowego na świecie. Z uwagi na najmniejszy czas podróży wśród wszystkich innych metod, rozbudowaną sieć oraz ogromną liczbę pasażerów, transport lotniczy może stanowić poważne zagrożenie w kontekście transmisji chorób zakaźnych.
Inspiracją niniejszego projektu jest trwająca epidemia koronawirusa (2019-nCoV), która rozpoczęła się w mieście Wuhan pod koniec 2019 roku. Projekt ma na celu próbę odpowiedzenia na dwa pytania: które z lotnisk w Europie są najbardziej narażone na dalsze rozprzestrzenianie chorobotwórczych patogenów, oraz które lotniska mogą stać się dalszymi celami, gdy dojdzie już do infekcji na kontynencie.
Analizie został poddany zbiór danych “EU-AIR TRANSPORTATION MULTIPLEX”, dostępny pod adresem https://comunelab.fbk.eu/data.php. Zawiera on sieć połączeń pomiędzy lotniskami w Europie. Dodatkowo, podzielony został na warstwy odpowiadające różnym liniom lotniczym.
## [1] " Liczba wierzchołków (lotnisk): 450"
## [1] " Liczba krawędzi (połączeń): 3588"
Informacje na temat wierzchołków sieci - zawarte w pliku “EUAirTransportation_nodes.txt”. Jest to w zasadzie słownik metadanych, zawierający nazwy oraz koordynaty lotnisk.
| nodeID | nodeLabel | nodeLong | nodeLat |
|---|---|---|---|
| 1 | LCLK | 33.630278 | 34.87889 |
| 2 | EDDF | 8.570555 | 50.03333 |
| 3 | EDDK | 7.142779 | 50.86583 |
| 4 | EGNX | -1.328055 | 52.83111 |
| 5 | EGTE | -3.413888 | 50.73444 |
| 6 | LTBJ | 27.155001 | 38.28917 |
Informacje na temat krawędzi sieci - zawarte w pliku “EUAirTransportation_multiplex.edges”. Jest to właściwy opis topologii opisywanej sieci, na podstawie której konstruowany jest graf.
| V1 | V2 | V3 | V4 |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 1 |
| 1 | 1 | 38 | 1 |
| 1 | 2 | 7 | 1 |
| 1 | 2 | 8 | 1 |
| 1 | 2 | 10 | 1 |
| 1 | 2 | 14 | 1 |
Przykładowe najkrótsze ścieżki pomiędzy parami wybranych lotnisk
| LTBJ | LFPG | LFBO | EGNT | EDDP | |
|---|---|---|---|---|---|
| LCLK | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| EDDF | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 |
| EDDK | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 |
| EGNX | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 |
| EGTE | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 |
## [1] 0.3035204
## [1] 0.5054187
Gęstość
## [1] 0.01775798
Średnia bliskość
## [1] 7.653067e-06
Promień
## [1] 0
Po wczytaniu niezbędnych danych, tworzony jest graf, zawierający w atrybutach informacje o współrzędnych geograficznych lotnisk. Jest to istotne przy tworzeniu wizualizacji sieci. Identyfikatory wierzchołków, pomiędzy którymi znajdują się opisywane w głównym pliku krawędzie, są mapowane na nazwy, a właściwie skróty określające lotniska. Poniżej znajduje graficzna reprezentacja sieci.
W przypadku wybuchu epidemii, bardzo ważnym działaniem jest zapobieganie powstawaniu kolejnych ognisk choroby. Jedna chora osoba jest wstanie zainfekować dziesiątki innych, a dodatkowo, jeżeli odbędzie się to podczas podroży, może to rozprzestrzenić chorobę pomiędzy różnymi krajami, a nawet kontynentami. Aby prewencja była skuteczna, warto by było oszacować najbardziej narażone punkty, w których szansa na pojawienie się osoby zarażonej jest największa.
W przypadku naszej analizy, jednym z podejść byłoby wyznaczenie lotnisk, które obsługuje najwięcej różnych połączeń. Takie lotnisko, będąc hubem, mogłoby obsługiwać zarażonych pasażerów z wielu kierunków. Przyjrzyjmy się które lotniska spełniają to kryterium - wykorzystamy do tego stopnie wejściowe wierzchołków. Oto pięć potencjalnie najbardziej narażonych lotnisk:
| x |
|---|
| EGKK |
| EDDL |
| LIRF |
| EIDW |
| LPPT |
Są to w kolejności lotniska: Londyn-Gatwick, Düsseldorf, Rzym-Fiumicino, Dublin oraz Lizbona-Portela. Bez wątpienia są to duże porty lotnicze, w niektórych przypadkach największe w odpowiadających im krajach.
Ta metoda określania zagrożenia nie jest niestety idealna. Faworyzuje ona lotniska, które mają wiele połączeń wejściowych, ale nie bierze pod uwagę, czy te połączenia są z portów peryferyjnych, czy innych wielkich terminali. Lepszą metodą na określenie najbardziej zagrożonych epidemiologicznie portów lotniczych jest wykorzystanie miary betweenness centrality. Najbardziej centralne w sieci porty lotnicze, stanowiące centra przesiadkowe i obsługujące wiele lotów z innych dużych i popularnych lotnisk, mogą stanowić miejsce największego zagrożenia.
| x |
|---|
| EGKK |
| EDDL |
| EIDW |
| EDDM |
| EVRA |
Analiza pod względem centralności zwróciła podobne, lecz nie jednakowe wyniki. Najbardziej narażone lotniska to: Londyn-Gatwick, Düsseldorf, Dublin, Monachium oraz Ryga.
Co jeżeli epidemia dotarła by do Europy? Wystarczyłby jeden pasażer, obsługiwany na bardziej ruchliwym lotnisku, aby choroba przeniosła się na różne kraje. Sprawdźmy, z iloma lotniskami ma najbardziej centralny port lotniczy - Londyn-Gatwick.
## + 30/450 vertices, named, from bf4f823:
## [1] LDDU LDDU LIRP LIRP ESKN LIMJ LPMA LPMA LIPX LIMF LEAM EGPD EGPF EICK EICK
## [16] LELC LFMT LFBE EIKN EGAC LXGB LGMK EGNS LCPH EGPE EGPE EGJJ EGJJ EGJB EGHQ
Jak widać powyżej, z samego portu Londyn-Gatwick można dolecieć bezpośrednio do 30 innych lotnisk. Z uwagi na charakterystykę topologii sieci połączeń lotniczych, nawet zainfekowanie pasażerów na jednym lotnisku, może spowodować błyskawiczne rozprzestrzenienie się choroby. W celu zapobiegania pojawianiu się nowych ognisk choroby, środki prewencyjne powinny być wdrożone w inny sposób, niż wyłączone kontrola najbardziej popularnych lotnisk, czy tych mających bezpośrednie połączenie ze strefą epidemii.