Assessing the Robustness of European and Chinese Air and High Speed Rail Network Accessibility

主要な空港が嵐やストライキ、あるいはセキュリティ上の問題で閉鎖されると、その波及効果は大陸全体の移動を麻痺させかねません。何十年もの間、計画立案者たちは、システムの一部が機能不全に陥ったときに、どのように都市間の接続を維持するかという課題に向き合ってきました。今日、長距離移動の主な手段は飛行機と高速鉄道の2つです。これらはしばしば競合関係にありますが、同時にセーフティネットとして共に機能することもできます。空が閉ざされても、線路が開いているかもしれませんし、その逆もまた然りです。研究者たちが問いかけているのは、単にそのようなネットワークが存在するかどうかではなく、予期せぬ事態が発生したときに、それらがどれほど耐えうるかということです。彼らは、少数の巨大で中心的なハブに基づいたシステムと、多数の小さく分散された接続に基づいたシステムの違いを調査しています。どちらのデザインが危機に対してより良く生き残るかを理解することは、政府が次にどこに路線を建設すべきか、あるいは次の空港をどのように管理すべきかを判断する助けとなります。

オランダの研究チームは、このアイデアを検証するために、ヨーロッパと中国という、極めて異なる2つの「移動の巨人」を比較するという試みに着手しました。彼らは両地域について、すべての予定便とすべての高速鉄道サービスをマッピングした、大陸全体の詳細なコンピュータモデルを構築しました。彼らは単に地図上の線を眺めたのではありません。目的地への移動時間、駅への移動時間、待ち時間、そしてモード間の乗り換え時間を含め、旅行者が実際に体験するプロセスを計算し、シミュレーションを行ったのです。そして、これらのデジタルネットワークに対して一連のストレス・テストを実施しました。ランダムな故障（例えば、嵐によって偶然いくつかの空港が機能停止する状況）をシミュレートしました。また、知的な敵対者が最も重要なハブを一つずつ組織的に排除していくような、標的を絞った攻撃もシミュレートしました。さらに、大規模な航空会社がストライキやサイバー攻撃などの理由で、単に飛行を停止した場合のシナリオもシミュレートしました。

結果は、これら2つの地域がトラブルに対してどのように対処するかについて、鮮明なコントラストを明らかにしました。正常に機能している世界においては、どちらのネットワークも良好に機能していますが、その姿は大きく異なります。中国の航空システムは、少数の巨大なハブが中心部で交通を集約し、そこから地方都市へと流すピラミッドのような構造になっています。一方、ヨーロッパのシステムはウェブ（網）のような構造をしており、小さな都市間でも直行便が多く、単一の中心点への依存度が低くなっています。研究者がランダムな空港の閉鎖をシミュレートした際、両方のネットワークは同様に苦戦しました。しかし、最も重要なハブに対する標的を絞った攻撃をシミュレートしたとき、中国のピラミッド型構造ははるかに早く崩壊し始めました。非常に多くのルートがそれら数少ない中心的な空港に依存していたため、それらを排除すると、国の大規模な部分が瞬時に分断されてしまったのです。ヨーロッパのウェブのような構造は、より高い回復力（レジリエンス）を示しました。主要なハブが機能しなくなっても、多くの小さな接続がネットワークをより長く維持させたのです。

高速鉄道が加わると、物語は劇的に変化します。中国において、高速鉄道ネットワークは国全体をカバーする巨大で統一されたグリッドとして機能しています。シミュレーションで航空ネットワークが機能しなくなった際、この鉄道グリッドが強力なバックアップとして機能しました。それは都市間の接続の約40パーセントを維持し、航空の失敗による被害を事実上半分に抑えました。鉄道ネットワークは非常に統合されており、多くのルートにおいて飛行機の役割を引き継ぐことができ、国を動かし続けたのです。一方、ヨーロッパの高速鉄道ネットワークは、各国の鉄道システムがパッチワークのように分断されており、国境を越えて必ずしもスムーズに接続されていません。ヨーロッパの航空ネットワークが失敗した際、鉄道はごく薄い保護層を提供するに過ぎませんでした。鉄道は特定の都市を助けることはできましたが、システム全体を救うことはできませんでした。航空の完全なブラックアウト（機能停止）に対し、生存した接続は10パーセント未満であり、ネットワークは脆弱なままとなりました。

研究者たちは、航空会社自体が機能しなくなった場合に何が起こるかも調査しました。ヨーロッパでは市場が細分化されており、多くの異なる航空会社が運営しています。もし上位5社の航空会社が飛行を停止しても、システム全体の便数の約40パーセントを失うだけで、残りの航空会社がネットワークをある程度機能させ続けることができます。中国では、市場が少数の国営キャリアによって支配されています。もし上位5社の航空会社が停止すれば、全便数の半分以上が消失することになります。驚くべきことに、構造の面では中国のネットワークは予想以上に持ちこたえましたが、失われる便数の膨大さは壊滅的でした。ここで差を生んだのが高速鉄道です。中国では、上位の航空会社が地上に留まった後でも、鉄道ネットワークが運行頻度の67パーセントを維持し、堅牢な代替手段として機能しました。ヨーロッパでは、鉄道ネットワークは残されたサービスの割合をわずかに押し上げるだけで、システムは深刻な麻痺状態に陥りました。

この研究は、国のインフラ計画のあり方が、危機の生存能力を決定づけることを示唆しています。中国の集中的な計画は、航空システムの真のセーフティネットとして機能する、統一された鉄道グリッドを生み出しました。ヨーロッパの分散型の仕組みは、多くの異なる国家運営者や格安航空会社によって駆動されており、回復力のある航空ネットワークを生み出しましたが、国境を越えて容易に介入できない断片的な鉄道ネットワークを生み出しました。研究者たちは、ヨーロッパが同様のセーフティネットを構築するためには、現在のパッチワーク状態を結束したグリッドへと変えるべく、国境を越えた国家間の鉄道システム同士の接続を優先させる必要があると指摘しました。中国にとっての教訓は、現在のシステムは堅牢ではあるものの、少数の中心的なハブに強く依存しているため、それらの特定の地点が標的となった場合には脆弱であるということです。この研究は、真の長距離移動におけるレジリエンスとは、単に多くの選択肢を持つことではなく、一つの手段が失敗したときに、もう一方の手段が真にその役割を担えるよう、それらの選択肢が深く統合されていることにあるという点を浮き彫りにしています。