Izvestiya of Saratov University.

Earth Sciences

ISSN 1819-7663 (Print)
ISSN 2542-1921 (Online)

For citation:

Danilov V. A., Morozova V. A., Papilin D. V. Topological approach to analyzing compactness and connectivity of settlement systems considering terrain constraints (case study of the Saratov Region). Izvestiya of Saratov University. Earth Sciences, 2025, vol. 25, iss. 3, pp. 169-177. DOI: 10.18500/1819-7663-2025-25-3-169-177, EDN: LFLOYL

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
download
(downloads: 62)
Language: 
Russian
Heading: 
Geography
Article type: 
Article
UDC: 
911.37(470.44):004
DOI: 
10.18500/1819-7663-2025-25-3-169-177
EDN: 
LFLOYL

Topological approach to analyzing compactness and connectivity of settlement systems considering terrain constraints (case study of the Saratov Region)

Autors: 
Danilov Vladimir Anatolievich, Saratov State University
Morozova Valeria A., Saratov State University
Papilin Dmitry V., Saratov State University
Abstract: 

The article examines the application of topological concepts for analysing the structure and assessing the compactness of a regional settlement system. A methodology is proposed that adapts classical topological invariants to evaluate real transport-planning networks using OpenStreetMap data, taking into account physical-geographical and legislative constraints. Instead of abstract node connectivity indices in the settlement system graph, a new operational indicator – the “exit index” – is introduced. This index represents the number of physical, nondead-end road exits from a settlement and is used to identify structural vulnerabilities by analysing “articulation points”(i.e., critical nodes whose removal would disconnect the network). The proposed methodology was tested on the case of Saratov Oblast to assess settlement compactness and calculate new optimal connections within the settlement system, incorporating existing data on terrain, specially protected natural areas, and zones with special conditions for land use.

Key words: 
settlement systems
compactness
topological analysis
exit index
splitting point
network connectivity
specially protected natural areas
Protected Area
zones with special conditions for land use
Saratov Region
Reference: 
  1. Орлова Н. А., Орлов Д. Н., Маслова Е. А. Проблема компактного города провинциальной России XXI века // Градостроительство и архитектура. 2019. Т. 9, № 1. С. 101–108. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2019.01.16, EDN: XSLDRO
  2. Болтянский В. Г., Ефремович В. А. Очерк основных идей топологии // Математическое просвещение / под ред. Я. С. Дубнова, А. А. Ляпунова, А. И. Маркушевича. М. : ГИТТЛ, 1957. Вып. 2. С. 3–34. 
  3. Понтрягин Л. С. Непрерывные группы. М. : Наука, Гл. ред. физ-мат. литературы, 1973. 519 с.
  4. Мазаев Г. В. Топологический подход к понятию компактности градостроительных структур // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2021 году : сборник научных трудов РААСН : в 2 т. М. : Изд-во АСВ, 2022. Т. 1. С. 249–257. EDN: GARVRZ
  5. Данциг Дж., Саати Т. Компактный город: проект организации городской среды / пер. с англ. М. : Стройиздат, 1977. 199 с.
  6. OpenStreetMap contributors. Planet maps. URL: https:// planet.osm.org (дата обращения: 21.04.2025).
  7. Hawker L., Uhe P., Luntadila P., Sosa J., Savage J., Sampson C., Neal J. A 30 m global map of elevation with forests and buildings removed // Environmental Research Letters. 2022. Vol. 17, № 2. P. 1–11. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac4d4f, EDN: AUPPCP
  8. Единый государственный реестр недвижимости (ЕГРН) // Федеральная служба государственной регистрации, кадастра и картографии (Росреестр). URL: https://rosreestr.gov.ru/ (дата обращения: 25.04.2025).
  9. Об особо охраняемых природных территориях: федеральный закон от 14.03.1995 № 33-ФЗ (в ред. от 08.08.2024, с изм. и доп., вступ. в силу с 01.03.2025) // Собрание законодательства РФ. 1995. № 12, ст. 1024.
  10. Земельный кодекс Российской Федерации от 25.10.2001 № 136-ФЗ (ред. от 31.07.2025, с изм. и доп., вступ. в силу с 01.09.2025) // Собрание законодательства РФ. 2001. № 44, ст. 4147.
  11. СП 34.13330.2021. Свод правил. Автомобильные дороги. СНиП 2.05.02-85* (утв. и введен в действие Приказом Минстроя России от 09.02.2021 № 53/пр). М. : Минстрой России, 2021. 93 с.
  12. Кувайскова Ю. Е. Алгоритмы дискретной математики : учебное пособие. Ульяновск : УлГТУ, 2017. 99 с.
  13. Крылов П. М. Изменения использования транспорта в городских и сельских населённых пунктах России разной людности за период 2014–2022 гг. // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Науки о Земле. 2023. Т. 23, вып. 4. С. 235–241. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2023-23-4-235-241, EDN: KBZVAI
  14. Папилин Д. В., Проказов М. Ю. Оптимизация размещения объектов сбора и переработки твердых коммунальных отходов (на примере Балашовского района Саратовской области) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Науки о Земле. 2025. Т. 25, вып. 1. С. 13–19. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2025-25-1-13-19, EDN: FROCTD
  15. Преображенский Ю. В., Молочко А. В. Оценка развития междугороднего автобусного сообщения в Саратовской области // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Науки о Земле. 2019. Т. 19, вып. 1. С. 18–23. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2019-19-1-18-23, EDN: ELLJFZ
  16. Преображенский Ю. В., Папилин Д. В. Делимитация метрополитенских ареалов на основе транспортной доступности крупнейших городов (на примере Волго-Уральского макрорегиона) // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Науки о Земле. 2025. Т. 25, вып. 2. С. 80–92. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2025-25-2-80-92, EDN: DMHDFE
Received: 
08.05.2025
Accepted: 
29.05.2025
Published: 
30.09.2025