아시아 항공 네트워크의 공간 구조적 특성, 복잡 네트워크 접근

Abstract

본 연구의 목적은 복잡 네트워크 접근법을 통해 2011년부터 2015년까지 아시아 항공 네트워크의 공간 구조적 특성을 설명하는 것이다. 특히 본 연구는 항공 네트워크의 개념화 방식과 국지적 이질성에 주목한다. 그간 항공 네트워크의 구조를 분석하는 연구들은 세그먼트 단위로 임의의 경계 내부의 평균적 특성을 찾는 데 주력했으며, 이는 공간적 문제(spatial matter)에 대한 고려가 부족하다는 점에서 지적받아왔다. 본 연구는 이러한 문제의식을 바탕으로 네트워크의 개념화와 분석 수준에 따라 아시아 항공 네트워크 구조의 특성을 분석하고 결과의 차이를 통해 시사점을 도출했다. 이때 여객의 항공 여정 정보가 포함된 OAG 데이터를 활용했다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, 2011년부터 2015년까지 아시아 항공 네트워크는 점차 고밀화되는 추세이며, 환승루트는 극소수의 서아시아 공항을 중심으로 하는 허브앤스포크 구조로 조직되어 있는 것을 확인했다. 환승루트가 증가하는 가운데 거대 허브 공항의 환승여객 처리 비중 또한 증가하고 있으며, 이는 네트워크의 개념화에 따른 구조의 차이에 절대적인 영향을 미친다. 구체적으로 아시아의 항공 네트워크는 그 분포에 있어 끝이 절단된 멱함수 법칙을 따르는 것으로 나타났으며, 시간에 따라 기존 공항 간의 새로운 연결이 늘어나는 방식으로 성장하는 중이다. 또한, 아시아를 지나는 항공 세그먼트가 경유지를 포함하는 정도에 비해 경유지 역할을 수행하는 공항은 극소수였으며, 아시아 내 공항의 중심성(발착여객수), 매개성(환승여객 수)은 지수함수의 관계를 갖는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 기존에 그 차이만이 적시되어 왔던 중심성과 매개성이 경험적으로 일정한 관계 특성을 가짐을 보여주며, 동시에 아시아의 환승루트가 강력한 허브앤스포크 구조로 조직되어 있음을 시사한다.

둘째, 아시아의 항공 커뮤니티 구조를 추출함으로써 해당 네트워크의 국지적인 형태와 함께 분석 기간 동안 그 구조가 안정적으로 유지됨을 확인했다. 이는 네트워크 구조의 전역적 특성에서는 보이지 않았던 공항 간의 기능적 관계를 드러낸다. 대체로 지리적 근접성이 높은 공항들끼리 커뮤니티가 형성되었으나 동북아시아의 허브 공항들과 이란 등의 예외가 발견되었다. 이러한 위상학적 패턴과 지리적 배열의 차이는 해당 구조의 설명에 있어 공간적 제약 외에 지정학적 고려가 필요함을 방증한다. 더하여 Z점수와 참여계수를 도입해 추출된 커뮤니티를 기준으로 각 공항의 역할을 재정의했다. 이에 따라 전자는 전역적 분석에서 드러나지 않는 로컬 허브의 존재를 드러냈으며, 후자는 커뮤니티 내외부에 대한 각 공항의 역할을 보여주었다. 마지막으로 네트워크의 개념화에 따른 커뮤니티 구조의 비교분석은 서로 다른 스케일(전 세계, 아시아)에서 공항들 사이의 기능적 분화와 네트워크상에서의 역할(중심성, 매개성)을 나타낸다.

본 연구는 기존 연구들에서 주로 한 가지 방식으로 개념화되어온 항공 네트워크를 세분화하고 복잡 네트워크의 방법론을 활용함으로써 이들을 체계적으로 분석할 수 있는 기반을 마련했으며, 비교적 적은 수준으로 다루어져온 커뮤니티 구조 추출 방법론을 도입하고 해당 구조를 읽는 방법을 제시했다. 이를 통해 복잡한 항공 네트워크를 지리학적 관점에서 효과적으로 요약하기 위한 접근법을 제시했으며, 이는 도시 상호작용의 분석과 세계 항공 네트워크의 평가에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후 항공 네트워크의 분석은 임의적 경계 내부의 위상학적 관계를 파악하는데서 그치는 것이 아니라, 지역 간의 복잡한 흐름의 정보를 압축하는 작업으로 그 의미가 확장되어야 한다.

The purpose of this study is to explain an spatial structure of the air transport network in Asia from 2011 to 2015 through a complex network approach. In particular, this study focuses on the conceptualization and local heterogeneity of the air transport network. Studies on the structure of the air network have been focused on finding the average characteristics inside arbitrary boundaries on a segment basis, and it has been pointed out that there is lack of consideration of spatial matter. Based on this consciousness, this study analyzed the characteristics of the Asian air network structure according to the conceptualization and scale of the network, and derived implications through differences in the results. Our dataset is Official Airline Guide (OAG) booking data including information on the actual routes flown by passengers. The results of the study are summarized as follows.

First, from 2011 to 2015, the Asian air transport network is becoming more and more compact, and the transfer route is organized in a hub-and-spoke structure centered on a few airports in West Asia. As the number of transfer routes increases, the proportion of transfer passengers using a giant hub airport is increasing, which has an absolute impact on the difference in structure due to the conceptualization of the network. Specifically, the Asian air network has shown to follow the truncated power law, and is growing in a way that new connections between existing airports increase over time. In addition, very few airports that serve as intermediate points compared to the extent to which the segment of air route across Asia includes that points, and the centrality (number of terminating passengers) and intermediacy (number of transfer passengers) in Asia have an exponential relationship. These results show that the centrality and intermediacy have an empirical relationship, and suggest that the Asian transfer route is organized into a strong hub-and-spoke structure.

Second, by extracting the community structure in the Asian air network, we confirmed that the structure is stable during the period. This reveals functional relationships between airports that were not seen in the global network structure. Generally, communities are formed between airports with high geographical proximity. However, there are exceptions such as hub airports in Northeast Asia and Iran. The difference between these topological patterns and geographical arrangements demonstrates the need for geopolitical considerations in addition to spatial constraints in explaining the structure. In addition, Z-score and participation coefficients were introduced to redefine the role of each airport based on the extracted community. As a result, the former revealed the existence of a 'local hub' that was not revealed in the global analysis, and the latter showed the role of each airport inside and outside of the community. Finally, the comparative analysis of community structure according to network conceptualization shows the functional differentiation between airports and the role (centrality, intermediacy) on a network at different scales (the whole world, Asia).

In this study, we subdivided the air transport network, which was conceptualized in one way and laid the basis for systematic analysis of these by using the complex network methodology. We introduced a methodology of community structure detection which is dealt with in a relatively low level and a proposed way to "read" the structure. This provides an approach to effectively summarize a complex air network from a geographical point of view, which can be used to analyze urban interactions and to evaluate the global air network. In future research, the analysis of an air transport network should not be limited to grasping topological relationships within arbitrary boundaries, but expanding its meaning by summarizing information of complex flows among regions.