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Evidently Efficient: Self-organization of Informal Bus Lines in the Global South

Press release Tuesday, July 2, 2024, TUD Dresden University of Technology /// Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed)

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The picture shows a turbulent traffic scene in Africa (Ghana) with a crowded minibus taxi in the foreground.
Crowded Trotro in Accra, Ghana. Photo: @lucianf on flickr, Creative Commons Attribution 2.0 Generic

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Public transport systems vary widely around the world. Developed countries in the Global North usually have centrally-planned public transport systems with fixed routes and timetables. In contrast, in the developing countries of the Global South, making up more than 80 % of the world's population, public transportation is mostly provided by informal transport services featuring ad hoc routes, e.g. in the form of privately organized minibus services. Due to their seemingly chaotic operation, such informal transport services are often considered as inefficient from an outside perspective. Due to a lack of data a systematic comparison was not possible so far.

In a new scientific paper recently published in Nature Communications, Kush Mohan Mittal, Marc Timme and Malte Schröder from the Chair of Network Dynamics at TU Dresden analyze and compare the structural efficiency of more than 7,000 formal and informal bus lines across 36 cities and 22 countries. One of the central, surprising findings is that the routes of informal transport self-organize in a way that reaches or even exceeds the efficiency level of centralized services.

Following on from the group's previous research on on-demand ridepooling, i.e. demand-driven shared taxi services, the research group has greatly expanded the scope for the current study and attempted to evaluate an immensely large sample that includes data from very different places around the world. In the countries of the Global South in particular, informal transport systems often cover areas where publicly organized transport does not offer services or is not affordable for a large proportion of users. In some cases, such services are organized by non-governmental organizations (NGOs), but often by private, commercially motivated actors. "Our central question in the study was: How are the routes organized in the various systems? How efficient are they? Can we identify specific patterns, which similarities and differences do we see?" explains Malte Schröder. The study was based on freely available GPS route data for over 7,000 bus routes from the OpenStreetMap provider. In the case of informal transport services, this data is usually only available if it is collected by local volunteers. Using this data, the researchers analyzed how the routes are aligned with local population densities and the extent of detours being included into the routes.

The findings call into question the general perception of informal transport as an 'inferior alternative' to centrally-organized services. Here too, more or less fixed routes, lines or travel corridors emerge. The typical routes are fairly straight in the central area of the routes, with more detours at the ends in order to cover larger areas. This pattern can be found in both centrally-organized and informal transport, and arises regardless of the different geography of the cities. "Informal transport, however, has fewer detours and more uniform routes than centrally-planned services, so the routes are efficient - and profitable even without the extensive subsidies that are common in the Global North," emphasizes Kush Mohan Mittal. Other factors that go beyond the examined structure of the routes could not be included in the analysis due to the still limited availability of data for informal transport. However, aspects such as wage levels, vehicle safety, driver training, predictability and reliability of services, etc., of course, play just as an important role in an efficient and sustainable public transport system as routing.

Nevertheless, the findings of the study already show that existing informal systems should not simply be replaced by formal, centrally-planned routes. Instead, operators can build on the efficient self-organization and improve the services by increasing the frequency and reliability of informal transport. Public, centrally-organized services may also be able to learn from the routing of informal systems. This comprehensive analysis of informal transport systems underlines the potential benefits and calls for a paradigm shift in the way they are perceived and integrated into urban transport planning.

Paper title: Efficient self-organization of informal public transport networks
DOI: 10.1038/s41467-024-49193-1
Authors: Kush Mohan Mittal, Marc Timme, Malte Schröder
Published: Nature Communications, 8 June 2024
Blogpost on ‘Springer Nature Research Communities’:

Caption: Crowded Trotro in Accra, Ghana
Author: @lucianf on flickr, Creative Commons Attribution 2.0 Generic

Media inquiries:

TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden:

Dr Malte Schröder, Chair of Network Dynamics
Tel.: +49 (0)351 463 43976

Matthias Hahndorf
Science communication
Tel.: +49 (0)351 463 42847


About the Chair of Network Dynamics

The Chair of Network Dynamics headed by Prof. Marc Timme was established in 2017. The goal of this strategic professorship at TU Dresden, which is affiliated with both the research cluster "Center for Advancing Electronics Dresden" (cfaed) and the Institute for Theoretical Physics, is to bridge methods from applied mathematics and theoretical physics to applications in biology and engineering. It is the first professorship for network dynamics in this cross-disciplinary character in Central Europe. Since networks are almost everywhere around us, the research team aims to unify understanding of the fundamental mechanisms underlying the collective dynamics of large, nonlinear, interconnected systems by combining fundamental theoretical descriptions with data-driven analysis and modeling. An essential part of their work in investigating self-organized systemic effects and developing new conceptual perspectives for theoretical as well as computational tools necessary to understand these dynamics. This understanding is the basis for predicting and ultimately controlling the behavior of complex networked systems.
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About cfaed - Center for Advancing Electronics Dresden

The cfaed is a research cluster at TUD Dresden University of Technology. As an interdisciplinary research center for perspectives in electronics, it is located at the TUD as a central scientific institution and integrates members from non-university research institutions in Saxony and Saxony-Anhalt as well as the TU Chemnitz. The cluster is dedicated to the fundamentals of future-proof information technologies that would not be possible with today's silicon-based devices. To achieve its goals, the cfaed combines the thirst for knowledge of the natural sciences with the innovative power of the engineering sciences.

[Deutsche Version]

Technische Universität Dresden /// Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) - Pressemitteilung 2. Juli 2024

Evident effizient: Selbstorganisation informeller Buslinien im Globalen Süden

Öffentliche Personen-Nahverkehrssysteme sind im weltweiten Vergleich sehr unterschiedlich organisiert. Industrienationen im Globalen Norden besitzen meist zentral organisierte öffentliche Verkehrsmittel mit festen Routen und Fahrplänen. In Ländern des Globalen Südens hingegen, wo mehr als 80 % der Weltbevölkerung leben, sind in hohem Maße informelle Fahrdienste mit Ad-hoc-Routen zu finden, z.B. in Form von privat organisierten Kleinbusverkehren. Aufgrund ihres oft chaotisch wirkenden Betriebs werden solche informellen Verkehrsdienste von außen leichtfertig als ineffizient angesehen – aufgrund fehlender Daten bis jetzt jedoch ohne systematischen Vergleich.

In einer neuen wissenschaftlichen Arbeit, die kürzlich in Nature Communications veröffentlicht wurde, analysieren und vergleichen Kush Mohan Mittal, Marc Timme und Malte Schröder von der Professur für Netzwerkdynamik an der TU Dresden die strukturelle Effizienz von mehr als 7.000 formellen und informellen Buslinien über 36 Städte und 22 Länder hinweg. Eine der zentralen, überraschenden Erkenntnisse ist, dass sich die Routen informeller Verkehre auf eine Weise selbst organisieren, die dem Effizienzniveau zentralisierter Dienste entspricht oder gar darüber liegt.

Anknüpfend an vorherige Forschungen der Gruppe zu On-Demand „Ridepooling“, also nachfrage-gelenkten Sammeltaxiangeboten, hat die Forschungsgruppe für die aktuelle Studie ihren Radius stark geweitet und den Versuch gewagt, eine immens große Stichprobe auszuwerten, die Daten aus sehr unterschiedlichen Orten der Welt umfasst.Insbesondere in den Ländern des Globalen Südens decken informelle Transportsysteme oft Gebiete ab, in denen öffentlich organisierter Transport keine Linien anbietet oder dieser für einen großen Teil der Nutzer:innen nicht erschwinglich ist. Teilweise werden solche Angebote durch zivile Interessenverbände (NGOs) organisiert, oft aber durch private, wirtschaftlich motivierte Akteure. “Unsere zentrale Fragestellung der Studie war: Wie sind die Routen in den verschiedenen Systemen organisiert? Wie effizient sind sie? Lassen sich Muster erkennen, welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede gibt es?“, erklärt Malte Schröder. Als Basis für die Untersuchung dienten frei verfügbare GPS-Routendaten von über 7.000 Buslinien aus dem Dienst OpenStreetMap, die insbesondere für informelle Verkehre meist nur verfügbar sind, wenn sie von freiwilligen Mitwirkenden vor Ort gesammelt werden. Anhand dieser Daten werteten die Wissenschaftler aus, wie sich die Linien auf die lokalen Bevölkerungsdichten ausrichten und wie stark Umwege im Routenverlauf eingebaut werden.

Die gefundenen Erkenntnisse stellen die globale Wahrnehmung des informellen Verkehrs als ‚minderwertige Alternative‘ zu zentral organisierten Diensten infrage. Auch hier bilden sich mehr oder weniger feste Routen, Linien oder Fahrtkorridore heraus. Die typischen Linien sind dabei im zentralen Bereich der Routen eher geradlinig, an den Enden werden mehr Umwege gefahren, um größere Flächen erschließen zu können. Dieses Muster findet sich sowohl bei zentral organisierten als auch bei informellen Verkehren und entsteht unabhängig von der unterschiedlichen Geografie der Städte. „Informelle Verkehre weisen insgesamt aber weniger Umwege und einheitlichere Routen auf als zentral geplante Buslinien, sie sind also effizienter – und dabei auch ohne die im Globalen Norden üblichen umfangreichen Subventionen rentabel“, stellt Kush Mohan Mittal heraus. Weitere Faktoren, die über die untersuchte Struktur der Routen hinausgehen, konnten aufgrund der immer noch geringen Datenverfügbarkeit für informelle Verkehre nicht in die Analyse einbezogen werden. Aspekte wie Lohnniveau, Sicherheit der Fahrzeuge, Ausbildung der Fahrer:innen, Planbarkeit und Verlässlichkeit der Angebote etc. haben aber natürlich ebenso einen wichtigen Anteil an einem effizienten und nachhaltigen öffentlichen Verkehrssystem wie die Routenführung.

Dennoch zeigen die Erkenntnisse der Studie bereits jetzt, dass heute bestehende informelle Systeme nicht einfach durch formelle, zentral geplante Routen ersetzt werden sollten. Stattdessen kann die effiziente Selbstorganisation genutzt und die Regelmäßigkeit und Verlässlichkeit der informellen Angebote erhöht werden, um die Angebote zu verbessern. Auch öffentliche, zentral organisierte Angebote können möglicherweise von der Routenbildung informeller Systeme lernen. Diese umfassende Analyse informeller Verkehrssysteme unterstreicht die potenziellen Vorteile und fordert einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise, wie sie wahrgenommen und in die städtische Verkehrsplanung integriert werden.

Studientitel: Efficient self-organization of informal public transport networks
DOI: 10.1038/s41467-024-49193-1
Autoren: Kush Mohan Mittal, Marc Timme, Malte Schröder
Veröffentlicht: Nature Communications, 8. Juni 2024
Blogpost auf ‘Springer Nature Research Communities’:

Bildunterschrift: Überfülltes Trotro in Accra, Ghana
Bildautor: @lucianf auf flickr, Creative Commons Attribution 2.0 Generic


TU Dresden, Center for Advancing Electronics Dresden:

Dr. Malte Schröder, Chair of Network Dynamics
Tel.: +49 (0)351 463 43976

Matthias Hahndorf
Tel.: +49 (0)351 463 42847


Über die Professur für Netzwerk-Dynamik

Die Professur für Netzwerk-Dynamik unter der Leitung von Prof. Marc Timme wurde im Jahr 2017 eingerichtet. Ziel dieser strategischen Professur der TU Dresden, die sowohl dem Forschungscluster "Center for Advancing Electronics Dresden" (cfaed) als auch dem Institut für Theoretische Physik angegliedert ist, ist es, eine Brücke von Methoden aus Angewandter Mathematik und Theoretischer Physik zu Anwendungen in Biologie und Ingenieurwissenschaften zu schlagen. Es ist die erste Professur für Netzwerk-Dynamik in dieser disziplinübergreifenden Ausprägung in Mitteleuropa. Da Netzwerke fast überall um uns herum sind, strebt das Forschungsteam ein vereinheitlichendes Verständnis der grundlegenden Mechanismen an, die der kollektiven Dynamik großer, nichtlinearer, miteinander verbundener Systeme zugrunde liegen, indem es fundamentale theoretische Beschreibungen mit datengetriebener Analyse und Modellierung verbindet. Ein wesentlicher Teil ihrer Arbeit liegt darin, selbst-organisierte systemische Effekte zu untersuchen und neue konzeptionelle Perspektiven für theoretische sowie rechnerische Werkzeuge zu entwickeln, die notwendig sind, um diese Dynamiken zu verstehen. Dieses Verständnis ist die Grundlage, um das Verhalten von komplexen vernetzten Systemen vorherzusagen und schließlich auch kontrollieren zu können.
Weitere Informationen:


Über das cfaed - Center for Advancing Electronics Dresden

Das cfaed ist ein Forschungscluster an der Technischen Universität Dresden (TUD). Als interdisziplinäres Forschungszentrum für Perspektiven der Elektronik ist es an der TUD als Zentrale Wissenschaftliche Einrichtung angesiedelt und integriert Mitglieder von der TU Chemnitz sowie aus außeruniversitären Forschungseinrichtungen in Sachsen und Sachsen-Anhalt. Der Cluster widmet sich den Grundlagen zukunftsfähiger Informationstechnologien, die mit den heutigen siliziumbasierten Bauelementen nicht möglich wären. Um seine Ziele zu erreichen, verbindet der cfaed den Wissensdurst der Naturwissenschaften mit der Innovationskraft der Ingenieurwissenschaften.

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