VOH 2.10 Ajokustannusten kuntoriippuvuus päällystetyillä teillä ja sorateillä

Transkriptio

1 VOH 2.10 Ajokustannusten kuntoriippuvuus päällystetyillä teillä ja sorateillä Arto Ahonen, Tieliikelaitos Jukka Ristikartano, Tieliikelaitos Ari Kalliokoski, Tieliikelaitos Markku Knuuti, Tieliikelaitos Harri Spoof, VTT Jukka Räsänen, VTT Mikko Malmivuo, VTT

2 Tavoitteet Työn tavoitteena oli kehittää Suomen olosuhteisiin parhaiten sopivat tien kunnon vaikutuksia koskevat ajokustannusmallit. Selvittää ja analysoida nykyisin käytössä olevat ajokustannusmallit. Mukauttaa kyseiset mallit käytettävissä oleviin lähtötietoihin, laskentajärjestelmiin ja tulostetarpeisiin soveltuviksi. Kuvata mallit riittävällä tarkkuudella, jolloin niiden esittely ja arviointi on mahdollista. Määritellä käyttöönottoprosessi eri tienpidon hallintajärjestelmissä ja hankkeiden arvioinnissa. Analysoida valittujen ajokustannusmallien soveltuvuus nykyisin tieverkolta mitattaviin kunto- yms. tekijöihin ja parannusehdotusten tekeminen. Analysoida ulkomaisten ajomukavuusmallien soveltuvuutta Suomeen ja pyrkiä löytämään tai rakentamaan Suomen olosuhteisiin sopiva malli ajomukavuudelle. Muodostettava suunnitelma mallien jatkokehittämiselle.

3 Ajokustannusten vaikutusmekanismit Esimerkkinä ajoneuvokustannusten vaikutusmekanismit Tiepituus Liikenne Tiegeometria ja päällystelaji Tien kunto Liikennesuorite Liikenteen vaihtelumuodot Keskinopeus Nopeuden vaihtelut Matka-aika Polttoaineenkulutus Onnettomuusriski Päästömäärät Meluhaitat Aikakustannukset Ajoneuvokustannukset Onnettomuuskustannukset Ympäristökustannukset Ajokustannukset

4 Tieverkon kunto Tieverkon kuntoa kuvaavat kuntomuuttuja ovat: tasaisuus, urasyvyys ja vauriot Frequency (%) kvl < <= kvl < <= kvl< 6000 kvl > Tasaisuus, IRI (mm/m) ~ 95% kuntojakaumat: IRI < 4 mm/m urasyvyys < 16 mm vauriosumma < 200 m 2

5 Yhdistetyn kuntoarvon määrittäminen Tasaisuuteen lisätään uran ja vaurioiden vaikutus seuraavasti: Yhdistetty kuntoarvo = IRI + U IRI + V IRI U IRI V IRI = maksimi (0 ; Ura - 10) / 100 * maksimi (0 ; 6 - IRI) = maksimi (0 ; Vau - 30) / 600 * maksimi (0 ; 6 - IRI) Urasyvyyden muunto kuntoarvotekijäksi Vauriosumman muunto kuntoarvotekijäksi 0,8 1,4 0,7 1,2 Lisätekijä kuntoarvoon 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Lisätekijä kuntoarvoon 1,0 0,8 0,6 0,4 0, , , IRI IRI

6 Nopeusmallit Keskinopeus V K lasketaan kaavalla V K = V T V 1 V 2 V 3, jossa V T on tavoitenopeus, (mm. tien poikkileikkaus ja nopeusrajoitus) V 1 kuvaa pitkäkestoisia ominaisuuksia (mäkisyys, kaarteisuus, liittymät jne.) V 2 kuvaa tien kunnon vaikutuksia V 3 kuvaa lyhytaikaisista ominaisuuksia (esim. liikennemäärä, ajoneuvokoostumus, sää ja keli). Nopeusmallin periaate Myös nopeuden keskihajonta muuttuu keskinopeuden, tavoitenopeuden ja nopeusaleneman mukana Nopeus km/h Liikennemäärä ajon/h

7 Kunnon vaikutus nopeuteen V 2 = V 1-1 / (1 / (V 1 ) 1/k1 + (KA / k 2 ) 1/k1 ) k1 V 1 = nopeustaso pitkävaikutteisten tekijöiden jälkeen (V T V 1 ) k 1 = kevyet ajoneuvot 0,35, raskaat ja yhdistelmäajoneuvot 0,40 k 2 = kevyet ajoneuvot 700, raskaat ja yhdistelmäajoneuvot 680 KA = yhdistetty kuntoarvo Kunnon vaikutus nopeuteen, kevyet autot Nopeus km/h Tavoitenopeus (100 km/h) Keskinopeus (100 km/h) Keskinopeus (80 km/h) Keskinopeus (60 km/h) Hajonta (100 km/h) Alenema (100 km/h) Nopeusmallissa käytettävä kuntoarvo

8 Aikakustannukset Aikakustannukset lasketaan ajoneuvotyyppikohtaisten keskinopeuksien avulla Aik = Aa / Vk * 100, missä Aik Aa Vk = Aikakustannus (senttiä/km) = Ajan arvo ( /h) = Keskinopeus (km/h) Ajan arvona käytetään LVM:n vahvistamia ajoneuvotyyppikohtaisia keskiarvoja.

9 Polttoaineenkulutuksen arviointi PK = PV + P1 + P2, missä PK = Polttoaineenkulutus PV = tasaisen nopeuden kulutus P1 = nopeuden alenemisen vaikutus P2 = vierintävastuksen vaikutus

10 Kulutusmuutos l/100 km 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,0 Polttoaineenkulutus, tulokset Kuntoarvon yhteisvaikutus kulutusmuutokseen, kevyet autot Yhdistetty kuntoarvo Varsinkin raskailla autoilla tien kunnon huononeminen lisää polttoaineenkulutusta jyrkästi. Kevyillä autoilla ylemmällä verkolla vaikutus ei ole yhtä suuri. Hiilidioksidi- (CO 2 ) päästöt muuttuvat polttoaineenkulutuksen mukana. Kuntoarvon yhteisvaikutus kulutusmuutokseen, raskaat autot Kuntoarvon yhteisvaikutus kulutusmuutokseen, raskaat ajoneuvoyhdistelmät 2,5 4,5 Kulutusmuutos l/100 km 2,0 1,5 1,0 0, Kulutusmuutos l/100 km 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, , , Yhdistetty kuntoarvo Yhdistetty kuntoarvo

11 Ajoneuvokustannukset Tien kunto vaikuttaa mm. polttoaineenkulutukseen, rengas- ja korjauskustannuksiin. Kaikkien muuttuvien kustannusten oletetaan riippuvan polttoaineenkulutuksen suhteellisista muutoksista, joten mallien muoto noudattaa edellisiä kuvaajia.

12 Onnettomuuskustannukset Onnettomuusmallissa henkilövahinko-onnettomuusaste muuttuu keskinopeuden suhteellisen muutoksen neliössä: R = ( V / V0) 2 ja nopeushajonta vaikuttaa erityisesti ohitusonnettomuuksiin R = 2 * (H / 10-1) * (0, * V2-0,00052 * V + 0,012), missä R = Suhteellisen onnettomuusriskin muutos V = Ajoneuvovirran keskinopeus (km/h) H = Ajoneuvovirran nopeuden keskihajonta (km/h) 2,0 Keskinopeuden ja hajonnan vaikutus onnettomuusasteeseen Suhteellinen onnettomuusaste 1,5 1,0 0,5 Hajonta 30 km/h Hajonta 20 km/h Hajonta 10 km/h Hajonta 0 km/h 0, Keskinopeus km/h

13 Ympäristökustannukset, päästöt p t = k v * ( a t + b t * V + c t * V 2 + d t * V + e t * V 2 ), missä p t = päästökomponentin p määrä g/ajon.km ajoneuvotyypillä t k v = tien kunnosta riippuva vierintävastusta kuvaava kerroin V = tavoitenopeus km/h V = nopeusalenema tavoitenopeudesta km/h a t e t = mallin kertoimet Kuntoarvon vaikutus pakokaasupäästökustannuksiin c/ajon-km 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 kevyet raskaat yhdistelmät Päästökustannusmalli kattaa hiilidioksidin (CO 2 ) lisäksi häkä- (CO), typen oksidi- (NO x ), hiilivety- (HC) ja hiukkaspäästöt 0, Yhdistetty kuntoarvo

14 Muut ympäristökustannukset Pakokaasupäästöjen lisäksi arvioitiin mahdollisuudet ottaa melu- ja likaantumisvaikutukset mukaan ajokustannusmalleihin. Melun osalta päädyttiin käyttämään vaikutusalueena tien molemmin puolin sitä pinta-alaa, joka on yli 55 db(a) melukäyrän sisällä, mutta vähintään 15 m tien keskilinjasta. Melualue arvioidaan pohjoismaisella melumallilla. Maankäyttöpotentiaali arvioitiin keskimäärin ottaen huomioon asuttujen alueiden keskimääräinen asukastiheys. Meluhaitan kustannus arvioidaan liikenne- ja viestintäministeriön vahvistamia hintoja käyttäen. Pölyäminen otetaan huomioon vain sorateillä. Koska käytettävissä ei ole tarkempia tutkimustuloksia, päätettiin malleissa tässä vaiheessa käyttää vakiokilometrikustannusta.

15 Ajomukavuuden vaikutusmekanismit Tiepituus Liikenne Tiegeometria Tien kunto Liikennesuorite Liikenteen vaihtelumuodot Keskinopeus Nopeuden vaihtelut Koettu riski Tärinä Matka-aika Polttoaineenkulutus Onnettomuusriski Päästömäärät Meluhaitat Ajomukavuus Aikakustannukset Ajoneuvokustannukset Onnettomuuskustannukset Ympäristökustannukset Ajokustannukset Ajomukavuuden kannalta merkityksellisimmät tekijät ovat yksittäiset suuret heitot, kuten reiät, töyssyt ja heikkolaatuiset urien paikkaukset. Ajomukavuudelle haittaa aiheuttava vaurio (halkeama) edellyttää vaurioituneen kohdan selvää pykälällä olemista. Tienkäyttäjän parempi huomioon ottaminen ajomukavuuden muodossa, edellyttäisi vauriosummakertoimien muuttamista.

16 Ajomukavuus Ajomukavuus, asteikko 1-5 Tasaisuuden ja urien yhdysvaikutus koettuun ajomukavuuteen 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 y = 6,37x -0,28 R 2 = 0, IRI * URA Ruotsissa tehdyn ajomukavuusluokituksen ja tien tasaisuuden sekä urasyvyyden välille saatiin hyvä yhteys, josta kuitenkin puuttuu muiden tekijöiden vaikutukset. Ajomukavuutta ei nykytietämyksellä ole mielekästä lisätä ajokustannustarkasteluun. Ajomukavuustutkimus tulisi käynnistää tavoitteena ajomukavuuden mallintaminen ja hinnoittelu.

17 Ajokustannusmallien testaus, esim. 1 Moottoritie 120 km/h, hyvä geometria, ajon/vrk Kunnon aiheuttamat lisäajokustannukset Lisäkustannus / v Ajokustannukset yht. Aikakustannukset Ajoneuvokustannukset Onnettomuuskustannukset Päästökustannukset Kuntoarvo

18 Ajokustannusmallien testaus, esim. 2 Seudullinen tie 80 km/h, keskinkertainen geometria, 3000 ajon/vrk Kunnon aiheuttamat lisäajokustannukset Lisäkustannus / v Ajokustannukset yht. Aikakustannukset Ajoneuvokustannukset Onnettomuuskustannukset Päästökustannukset Kuntoarvo

19 Tutkimustarpeet Kuntomuuttujien yhdistämisen merkitystä ajokustannuksiin tulisi ja niiden keskinäisiä riippuvuuksia tulisi selvittä ja täydentää mallistoa esimerkiksi ajosimulointien avulla. Tutkimuksessa pitäisi huomioida myös ajomukavuusvaikutukset, jotka ainakaan nykynäkemyksen mukaan eivät ole suoraan verrannollisia ajokustannusvaikutuksiin. Nopeuksien hajontaan liittyvää selvitystä olisi välttämätöntä lisätä, koska nopeushajonta on tässä yhteydessä arvioitu tärkeäksi eri laskentamallien ristiriitaisuuksia ratkaisevaksi tekijäksi, on tehtyjä olettamuksia testattava myös laajemmalla käytännön selvityksellä. Polttoaineenkulutusmalleja koskevassa työssä pitäisi selvittää tiegeometrian ja nopeushajonnan vaikutuksia.

20 Tutkimustarpeet, jatkuu Onnettomuuksien ja tien kunnon välistä yhteyttä tulisi tarkastella sekä arvioimalla uudestaan aikaisempia tutkimustuloksia tältä kannalta että erityisesti pohtimalla nopeushajonnan vaikutuksia. Tämä voi vaatia tutkimusasetelmia, joissa kuntomuuttujat otetaan huomioon tutkimusta suunniteltaessa. Ympäristökustannusmalleja ei VOH-teeman puitteissa kannattane kehittää nykyistä pidemmälle, mutta jos niitä muissa yhteyksissä tutkitaan, olisi hyvä tuoda VOH-ohjelman tarpeet ja muuttujat esille tutkimuksia suunniteltaessa. Myös ajomukavuuskysymyksiä pohditaan muissakin tutkimusohjelmissa. Niiden tuloksista voi olla hyötyä ajokustannusmallejakin kehitettäessä.