Tuomo Eloranta Tielaitos Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen Tielaitoksen selvityksiä 46/1999 Helsinki 1999 TIEHALLINTO Uudenmaan tiepiiri VIKING
x
Tielaitoksen selvityksiä 46/1999 Tuomo Eloranta Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen matkanopeuden seuranta
ISBN 951-726-592-1 ISSN 0788-3722 TIEL 3200589 Oy Edita Ab Helsinki 1999 Julkaisua saatavana: Tielaitos, Uudenmaan tiepiiri Asiakaspalvelupiste Puh. 0204 44 2860 Telefax. 0204 44 2717 Tielaitos TIEHALLINTO Uudenmaan tiepiiri Opastinsilta 12A PL 70 00521 HELSINKI Puhelinvaihde 0204 44 151
Tuomo Eloranta: Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen matkanopeuden seuranta. Helsinki 1999, Tielaitos. Tielaitoksen selvityksiä 46/1999, 141 s. ISBN 951-726-592-1, ISSN 0788-3722 Asiasanat: Telematiikka, liikenteen seuranta, matkanopeus Aiheluokat: TIIVISTELMÄ Tässä työssä perehdyttiin rekisterikilpien tunnistukseen perustuvaan matkanopeuden automaattiseen seurantaan. Menetelmän soveltuvuutta tutkittiin Kehä I:lle asennetun järjestelmän avulla. Matkanopeuden seurantajärjestelmä on osa tielaitoksen Uudenmaan tiepiirin liikenteenseurantaverkostoa. Työssä selvitettiin tosiaikaisen matkanopeuden seurannan periaatteita ja pilottijärjestelmän soveltuvuutta suomalaiseen liikenneympäristöön. Automaattinen perustuu yleisimmin ajoneuvon tunnistamiseen kahdessa perättäisessä tieverkon pisteessä. Ajoneuvo voidaan tunnistaa rekisteritunnuksen lisäksi ajoneuvokohtaisella tunnisteella tai ajoneuvon muotoihin perustuvalla hahmontunnistuksella. Tunnistamisaikojen erotus on ajoneuvon matka-aika ja matkanopeus on matka-ajan käänteisarvo kerrottuna linkin pituudella. Matkanopeuksien seurantamenetelmiä on vertailtu kirjallisuusselvityksenä. Pilottikohteeksi valittiin Kehä I sen liikenteellisen tilanteen takia. Ruuhkaaikoina suuri osa länsipäästä on ylikuormittunut ja matka-aikojen oletettiin tällöin kasvavan huomattavasti. Taustatietona matka-aikoihin on käytetty YTV:n joka toinen vuosi tekemiä matka-aikamittauksia. Oleellinen osa työtä oli matkanopeusseurantajärjestelmän toiminnallinen suunnittelu. Järjestelmästä pyrittiin tekemään sellainen, että sen toimintaa kyettäisiin helposti hallitsemaan ja sen toimintaa kyettäisiin tosiaikaisesti seuraamaan. Osa ratkaisuista on tehty määrittelyvaiheessa, muutamia teknisiä ratkaisuja on suunniteltu järjestelmän pystyttämisen yhteydessä yhdessä laitetoimittajan (Golden River Traffic Ltd.) kanssa. Järjestelmän toimintaa arvioitiin sekä yksittäisten mittausasemien tunnuslukujen sekä linkkien matka-ajan kertymien avulla. Järjestelmän toimintaa tutkittiin myös poikkeusolosuhteissa. Kirkkaassa vastavalossa varjot aiheuttavat ongelmia tunnistukselle ja yöllä mittapisteiden tunnistusaste putosi hieman. Toiminnan arviointia laajemmassa mittakaavassa vaikeuttivat järjestelmään tehdyt muutokset, joiden vaikutusta ei kyetä erottelemaan olosuhteiden muutoksesta johtuvista vaikutuksista. Tämän selvityksen perusteella voidaan todeta rekisterikilpien tunnistukseen perustuvalla automaattisella järjestelmällä olevan mahdollista seurata tosiaikaisesti ja passiivisesti liikenteen matka-aikoja. Matka-aikoja saadaan laitteistolla kerättyä riittävän paljon luotettavaan matka-ajan ja sen tunnuslukujen laskentaan. Hanke on saanut Euroopan unionin liikenteen perusrakenteen kehittämiseen tarkoitettua TEN-T (Trans-European Networks Transport) -rahoitusta.
x
Tuomo Eloranta: Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen matkanopeuden seuranta. [Automatic journey time meausurement based on licence plate recognition] Helsinki 1999, Finnish National Road Administration. Tielaitoksen selvityksiä 46/1999, 141 p. ISBN 951-726-592-1, ISSN 0788-3722 Keywords: Intelligent transportation systems, traffic monitoring, journey time ABSTRACT The goal of this study was to examine possibilities of measuring vehicle journey times automatically using automatic number plate recognition. The suitability of automatic measurement was evaluated by installing journey time monitoring pilot installation on Ring Road I around Helsinki. The automatic journey time measurement system is part of Finnra Uusimaa region automatic traffic measurement network. Studies on the principles of real-time journey time monitoring were conducted as well as studies on the suitability of such a system in the Finnish envirnomnent. An automatic journey time measurement system is usually based on recognising vehicles on two consecutive points on a road section. Apart from using licence plate recognition, the vehicle can be recognised via an onboard vehicle identificator (tag) or by analysing vehicle shapes. The difference in the recognition time stamps between the two sites is the journey time of the vehicle. Journey speed is the inverse of journey time multiplied by the link length. The Ring Road I was chosen for the pilot study due to its traffic environment. During the rush hours especially the western parts of the Ring Road I are severely congested and journey times were expected to be increasing significantly. As background information for this study, semi-annual journey time measurements by the Helsinki Metropolitan Area Council were used. Significant part of this study was to define the journey time measurement system functionally. Initial intention was to define a system, that would be easy to operate and monitor. Some of the technical solutions were defined during the system definition, some were defined in co-operation with the system provider (Golden River Traffic Ltd.) during the system installation. The system was evaluated with both site-based (e.g. recognition rates) and link-based (e.g. journey times) statistics. Evaluation on the capabilities of the system operation during exceptional conditions was conducted. During bright sunlight shadows did create some problems for the system and the recognition was not as good during the night time as it is during day time. Larger-scale evaluation was hampered by various system modifications during the evaluation period, the effect of which could not be distinguished from alterations in the system operation. According to this study, using automatic license plate recognition can be used for real-time passive journey time monitoring. The system is capable of collecting large enough sample of traffic to be reliable for journey time monitoring. The project has been granted European Community financial support in the field of Trans-European Networks Transport.
x
ESIPUHE Tämän selvityksen on Uudenmaan tiepiirin toimeksiannosta tehnyt Traficon Oy. Järjestelmän toiminnan arvioinnin ja työhön liittyvät kirjallisuusselvitykset on tehnyt osana diplomityötään tekn. yo Tuomo Eloranta. Raportin on laatinut tekn. yo Tuomo Eloranta ja työn koordinaattorina toimi diplomi-insinööri Matti Kokkinen (Traficon Oy). Työn valvojana toimi tekn. lis. Matti Pursula (TKK). Erillisenä liitteenä tässä raportissa on kuvaus englantilaisesta Trafficmasterjärjestelmästä. Liite on laadittu matkakertomuksena toukokuusa 1999 tehdyn vierailusta ja sen tiedot on saatu käynnin aikana pääosin Dr. Peter Billingtonilta (Telematica Ltd). Arvokasta tietoa ja palautetta työn aikana antoivat diplomi-insinöörit Satu Innamaa (TKK) ja Pekka Rajala (Tielaitos) sekä Dr. Mark Charter (Non- Cooperative Target Recognition Systems). Helsinki, joulukuu 1999 Uudenmaan tiepiiri
x
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 9 SISÄLTÖ TIIVISTELMÄ 3 ABSTRACT 5 ESIPUHE 7 1 JOHDANTO 13 2 LIIKENTEEN SEURANTA 15 2.1 Liikenteen seuranta osana liikenteen hallintaa 15 2.2 Liikenteen seurannan periaate 17 3 MATKA-AIKA 19 3.1 Matka-aika käsitteenä 19 3.2 Matka-ajan käyttö liikenteen hallinnassa 20 3.3 Matka-ajan merkitys tienkäyttäjälle 21 3.4 Matka-ajan ongelmat 22 4 MATKA-AJAN SEURANTA 23 4.1 Seurannan peruskäsitteet 23 4.2 Kelluvat ajoneuvot 24 4.3 Anturiajoneuvot 26 4.4 Rekisterikilpimenetelmät 27 4.5 Pistetiedon laajentaminen 29 4.6 Muut menetelmät 29 5 LIIKENTEEN KAMERASEURANTA 30 5.1 Johdatus nykyiseen tekniikkaan 30 5.2 Liikenteen seurannan vaatimukset kameroille 31 5.3 Videokuvan tulkintasovelluksia 31 6 AUTOMAATTINEN REKISTERIKILPITUNNISTUS 35 6.1 Automaattitunnistuksen edut 35 6.2 Automaattinen tunnistusprosessi 35 6.3 Tunnistukseen liittyvät ongelmat 38 6.4 Rekisterikilpitunnistuksen käyttömahdollisuudet 41 7 KEHÄ I PILOTTIKOHDE 43 7.1 Järjestelmän tarkoitus 43 7.2 Järjestelmän toimintaperiaate 43 7.3 Sijainti 44 7.4 Pilottialueen liikenteelliset ominaisuudet 45 7.5 Järjestelmän hinta 47
10 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 8 PILOTIN TEKNINEN KUVAUS 49 8.1 Järjestelmän periaate 49 8.2 Tienvarsilaitteisto 50 8.3 Liikennekeskuksen laitteisto 54 8.4 Tietoliikenneverkko 55 9 PILOTIN TOIMINNALLINEN KUVAUS 57 9.1 Yleiskuva 57 9.2 Videokuvaus 57 9.3 Automaattinen rekisterikilpitunnistus 58 9.3.1 Tunnistusprosessien yleiskuvaus 58 9.3.2 Liikeanalyysiin perustuva ajoneuvojen havaitseminen 59 9.3.3 Rekisterikilpien tunnistus ja tallennus 60 9.4 Tiedonsiirto 62 9.4.1 Mittauspisteiden sisäinen tiedonsiirto 62 9.4.2 Tiedonsiirto mittausasemilta liikennekeskukseen 63 9.4.3 Käytettävät Internet-palvelut 63 9.5 Matkanopeuksien laskenta 64 9.6 Järjestelmän ohjaus 65 9.6.1 Painotuskertoimien asetus 65 9.6.2 Raja-arvojen asetus 66 9.6.3 Tietoliikenneasetukset 66 9.6.4 Kelluvien ajoneuvojen määrittäminen 66 9.7 Tiedon esittäminen 66 9.7.1 Matka-aikatiedon esittäminen 67 9.7.2 Mittausasemien ja linkkien tilatietojen esittäminen 68 9.7.3 Tietoliikennetietojen esittäminen 69 9.8 Tiedonsiirto muihin järjestelmiin 69 10 KOEMITTAUKSET 70 10.1 Järjestelmän antamat mittaustulokset 70 10.2 Havaitsemis- ja tunnistuskyky 70 10.2.1 Mittausmenetelmä 70 10.3 Tunnistusvarmuus 74 10.4 Matka-aikojen kertymä 78 10.5 Mitatut matka-ajat 80 11 JÄRJESTELMÄN TOIMINNAN ARVIOINTI 83 11.1 Toiminnan arvioinnin menetelmät 83 11.2 Toimivuus ja hyödynnettävyys eri liikennetilanteissa 83 11.3 Toimivuus ja hyödynnettävyys eri ympäristöolosuhteissa 84 11.4 Järjestelmän heikkoudet 87 11.4.1 Poikkeamat matka-ajoissa 87 11.4.2 Likaantumisen aiheuttamat ongelmat 89 11.4.3 Linkkitiedon viivästymä 92 11.5 Järjestelmän edut 93 11.6 Toimintakyvyn vastaavuus asetettuihin tarpeisiin 94
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 11 12 MITTAUSJÄRJESTELMÄN YLLÄPITO 95 12.1 Oletus 95 12.2 Ylläpitotarpeen havaitseminen 95 12.2.1 Keskuslaitteisto 95 12.2.2 Ulkoasema 95 12.3 Laitteiston ylläpito ja huoltotoimet 96 12.3.1 Kamerat 96 12.3.2 Tienvarsilaitteet 99 12.3.3 Varaosahallinta ja ulkoaseman uudelleenperustaminen 100 12.4 Ohjelmistojen ylläpito 100 12.4.1 Mittatiedon varmistus 100 12.4.2 Ohjelmistopäivittäminen 101 12.5 Ylläpitokustannukset 101 13 YHTEENVETO 102 LÄHDELUETTELO 105 LIITE 1 - TRAFFICMASTER 111 Johdanto 111 Mittausasemien sijoitus 112 Tiedonsiirto 114 Näytemenetelmä 114 Diagnostiikka ja ylläpito 114 Tiedon hyödyntäminen 115 Käytännön ratkaisut 116 Keskusjärjestelmä ja ohjaushuone 117 Organisaatio 118 LIITE 2 LIIKENNTILANNEKUVAUS 120 LIITE 3 MATKA-AIKAKUVAAJAT 125 x
12 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 13 JOHDANTO 1 JOHDANTO Liikenteen seurannan tarkoituksena on kerätä liikennetietoa liikenteen hallinnan tarkoituksiin liikenteen ohjaukseen ja liikennetiedotukseen. Mitä kattavammin liikenneverkolta saadaan liikennetietoa kerätyksi, sitä paremmin todellista liikennetilannetta voidaan hahmottaa ja hallita. Tosiaikainen liikenteen hallinta tähtää tieverkon mahdollisimman tehokkaaseen käyttöön. Liikennetietoa voidaan automaattisesti kerätä tienvarsilaitteilla ja siirtää se reaaliaikaisesti liikennekeskukseen. Jatkuvasti kehittyvä tietojenkäsittely- ja tietoliikennetekniikka mahdollistavat laskentamenetelmien automatisoinnin, tiedon nopean välittämisen ja tiedon jatkokäsittelyn tienkäyttäjille jaettavaan muotoon. Oleellisena automaattista liikenteen seurantaa täydentävänä osana on kameraseuranta. Perinteisesti liikennettä seurataan pistekohtaista tietoa keräävillä silmukkailmaisimilla tai kamerajärjestelmillä, jotka laskevat ja luokittelevat liikennettä sekä seuraavat liikenteen pistekohtaisia ajonopeuksia. Pistekohtaisten järjestelmien etuna on ollut niiden edullisuus, toimintavarmuus ja kerätyn tiedon käytön monipuolisuus. Pistekohtainen tieto on kuitenkin aina yhden ennalta valitun pisteen tilanne ja kokonaisen liikenneverkon tai sen oleellisten osien kattaminen pistekohtaisilla järjestelmillä voi olla hyvinkin kallista ja pisteiden onnistunut valinta voi olla työlästä. Pistekohtaisen tiedon lisäksi liikenteen sujuvuutta voidaan seurata linkkikohtaisilla liikennetiedoilla. Verkko voidaan tällöin jakaa linkkeihin, joiden liikennetilannetta seurataan kokonaisuuksina. Pistetietoon verrattuna linkkitieto kattaa laajemman alueen ja kuvaa liikennetilanteen koko linkin pituudella. Yleisin linkeittäin seurattava liikenteellinen suure on ajoaika linkin alkupisteestä päätepisteeseen ajoneuvon matka-aika tai tästä johdettu ajoneuvon matkanopeus. Linkkikohtaisten parametrien reaaliaikainen seuranta on perinteisesti ollut vähäistä. Seurantaan ei ole ollut luotettavaa ja kustannustehokasta sovellusta, joka kykenisi itsenäisesti seuraamaan liikennettä passiivisesti. Yleensä linkkikohtaisia parametrejä on kerätty tilastollisiin tarkoituksiin ajamalla muun liikenteen seassa kelluvilla ajoneuvoilla ja kirjaamalla näiden matka-ajat linkeillä. Tutkimus- ja tilastointikäyttöön kelluvat ajoneuvot ovat edullinen ja varma menetelmä, mutta reaaliaikaiseen laajamittaiseen liikenteen seurantaan ne eivät sovellu.
14 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen JOHDANTO Tässä selvityksessä on perehdytty reaaliaikaiseen an rekisterikilpiä automaattisesti tunnistavalla järjestelmällä. Uudenmaan tiepiirissä on Kehä I:lle asennettu kolme mittauspistettä käsittävä matkanopeusseurantalaitteisto. Selvityksessä tutkitaan, toimiiko järjestelmä oletetun kaltaisesti ja kykeneekö se matkanopeuksien seurantaan. Selvityksen tarkoituksena on myös tutkia, kuinka luotettavasti matkanopeusseurantajärjestelmä voi toimia vaativissa suomalaisissa olosuhteissa. Kuva 1: Eräs selvityksen tarkoituksista on tutkia, soveltuuko rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen matkanopeuksien seurantajärjestelmä vaativiin suomalaisiin olosuhteisiin (Golden River Traffic 1998)
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 15 LIIKENTEEN SEURANTA 2 LIIKENTEEN SEURANTA 2.1 Liikenteen seuranta osana liikenteen hallintaa Liikenteen seurannan tarkoituksena on tuottaa mahdollisimman edullisesti luotettavaa ajantasaista tietoa liikenneverkon tilasta liikenteen hallinnan tarkoituksiin. Liikenteen hallinnassa kerättyä liikenneinformaatiota käytetään liikenneinfrastruktuurin käytön optimointiin, liikenneinformaation tuottamiseen, häiriöiden seurantavaikutusten minimointiin ja strategisten ohjauspäätösten tekoon. Tämän lisäksi kerättyä tietoa voidaan tallentaa tilastoitavaksi tutkimustyön ja liikennesuunnittelun käsiteltäväksi. (Tielaitos 1996) Kuva 2: Liikenteen hallintaan kuuluu liikenteen ohjaus, liikenteen seuranta sekä liikenteen tiedotus Liikenteen hallinta on liikenteen avustamisen keskeisin toiminto ja se jakautuu liikenteen seurantaan, liikenteen ohjaukseen sekä liikenteen tiedotukseen (kuva 2). Liikenteen hallinta on muodostumassa tärkeäksi toiminnoksi perinteisen liikenneverkon ylläpidon rinnalla. Kun tieverkon kapasiteettia ei voida enää lisätä, sen käyttöastetta voidaan parantaa liikenteen ohjauksen ja informaation avulla. (Liikenneministeriö 1997)
16 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen LIIKENTEEN SEURANTA VALTAKUNNALLINEN LIIKENTEEN TIEDOTUS Tiedonvaihto ulkomaille Tiedotuspalvelujen koordinointi Tiedon jakelu valtakunnallisella tasolla Valtakunnallinen taso LIIKENTEEN OHJAUS Toimenpiteiden vaikutusten arviointi Alueellinen ohjaus ja häiriöiden hall. Tiedon arviointi, käsittely ja hallinta LIIKENTEEN TIEDOTUS Tiedon jakelu alueellisella tasolla Tiedon arviointi ja käsittely Alueellinen taso Liikenteen seuranta- ja ohjausjärjestelmät tienvarsilaitteineen Ohjausjärjestelmät Seurantajärjestelmät Ohjaus Muuttuvat ohjauslaitteet Liikennevalot Ohjaus Muuttuvat nopeusrajoitukset Varoitusmerkit ja tiedotustaulut Seuranta Seuranta Liikenteen seurantalaitteet Ilmaisimet Kamerat Ajo-olosuhteiden ja ympäristön seurantalaitteet INFO Kaistaopasteet Tiesääasemat Päästöjen mittaus Paikallinen taso Kuva 3: Tielaitoksen liikenteen hallintajärjestelmän alueelliset tasot ja niiden tehtävät (Tielaitos 1998)
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 17 LIIKENTEEN SEURANTA Liikenteen hallinnan tavoitteena on parantaa liikenteen tehokkuutta, turvallisuutta ja taloudellisuutta ja vähentää ympäristöhaittoja (Liikenneministeriö 1997). Liikenteen ohjauksen, tiedotuksen ja kysynnän hallinnan avulla pyritään vaikuttamaan kysyntään, kulkutapajakaumaan, matkan reitin ja ajankohdan valintaan sekä liikkujan käyttäytymiseen. (Tielaitos 1996) Tielaitoksen liikenteen hallinta- ja seurantajärjestelmä muodostuu paikallisesta, alueellisesta ja valtakunnallisesta tasosta sekä yhteistyötahoista (Kuva 3). Paikalliseen tasoon kuuluvat liikenteen, ajo-olojen ja ympäristön seurantalaitteet sekä liittymien ja tiejaksojen ohjausjärjestelmät. Alueellinen taso suorittaa liikenne- ja kelitietojen keruun sekä alueelliset liikenteen ohjaus- ja tiedotustoiminnot. Valtakunnallisella tasolla tielaitoksen liikenteen tiedotuskeskus hoitaa liikennetiedotuksen valtakunnallisille viestimille ja kansainvälisen tiedonvaihdon sekä ylläpitää liikenteen hallinnan tietojärjestelmiä. (Tielaitos 1998) 2.2 Liikenteen seurannan periaate Tiedon keruu vallitsevista tie- ja liikenneoloista liikennekeskusten omat järjestelmät yhteiset järjestelmät ja sovitut raportointimenetelmät yhteistyötahojen kanssa Tietojen käsittely ja ylläpito Liikenteen ohjaus muuttuvat nopeusrajoitukset muuttuvat varoitusjärjestelmät kaista- ja reittiohjaus liikennevalot Häiriöiden poisto toimenpiteiden koordinointi ajoneuvojen ja ajoradan raivaus ohjauslaitteiden korjaus Liikennesektorin yhteistoiminta Tielaitoksen organisaatiot kunnat ja muut viranomaiset Tiedon jakelu Tiedotus Tiedotus sisäisille ja tienkäyttäjille ulkoisille yhteistyötahoille Tielaitoksen organisaatio muut viranomaiset Tiedonvaihto kansainvälinen tiedonvaihto palvelujen tuottajat ja yritykset toiset liikennemuodot Kysynnän hallinta järjestelmien käyttö ja ylläpito toteutuu v. 2000 jälkeen Tukitoiminnot seuranta- ja ohjausjärjestelmien toimivuuden valvonta ja toimenpiteiden tarpeen arviointi tietojärjestelmien ylläpito käsittäen mm. viestilistat, tapahtuma- ja paikannusluettelot toiminnan tilastointi ja raportointi sopimusten hallinta ja ylläpito toiminnan laadunvalvonta ja -varmistus Kuva 4:Liikennekeskuksen päätoiminnot (Tielaitos 1998) Liikennekeskuksissa kerätään tie- ja liikenneoloja kuvaavia tietoja ja ennakoidaan olojen muutoksia sekä niiden vaikutusta liikenteeseen (kuva 4). Tietoa kerätään (Tielaitos 1998) Liikennekeskuksen automaattisin seurantajärjestelmin Tielaitoksen automaattisin seurantajärjestelmin Tielaitoksen ulkopuoliseen yhteistyöverkostoon ja vaihtosopimuksiin perustuen Tielaitoksen tuotannon ja urakoitsijoiden raportointiin tai tietojärjestelmiin perustuen Käyttäen hyväksi tielaitoksen muissa toiminnoissa syntyviä tietoja ja tietojärjestelmiä Muilta yrityksiltä ja organisaatioilta ostettavien palvelujen avulla
18 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen LIIKENTEEN SEURANTA Liikennekeskus seuraa vallitsevia liikenneoloja piste-, tiejakso- ja aluekohtaisesti. Tiedot kerätään käyttötarkoituksen mukaan eri mittausjaksoissa. Liikennetiedot ylläpidetään pääasiassa seurantajärjestelmän tietokannoissa mutta tiedot ovat hyödynnettävissä ja tarvittaessa siirrettävissä myös liikenteen hallinnan tietojärjestelmään. (Tielaitos 1998) Liikennetilannekuvaus määritetään tärkeimmillä tiejaksoilla ajosuunnittain. Liikennetilanteen kuvauksessa on tielaitoksessa ja muissa EU-maissa käytössä viisiportainen luokitus: (Tielaitos 1998) Sujuvaa Jonoutunut Hidasta Pysähtelee Seisoo Liikenteen seuranta voi olla automaattista tai ihmisten tekemiin havaintoihin perustuvaa manuaalista seurantaa. Vähäliikenteisellä tieverkolla riittää manuaalinen seuranta ja automaattiseuranta verkon ongelmakohdissa, pääkaupunkiseudulla, suurimmissa kaupungeissa ja vilkkaasti liikennöidyllä päätieverkolla käytetään yleensä kattavampaa automaattista liikenteen seurantajärjestelmää. (Johansson 1996)
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 19 MATKA-AIKA 3 MATKA-AIKA 3.1 Matka-aika käsitteenä Matka-aika, matkan alku- ja päätepisteen välisen matkan kulkemiseen käytetty aika, on eräs liikennetekniikan perussuureista. Matka-aika on helposti ymmärrettävä suure sekä liikennetekniikan ammattilaisille, tiedotusvälineiden edustajille, suunnittelijoille ja tienkäyttäjille. Yleinen käsite jo yhdyskuntasuunnittelussakin on noin 30 minuutin matka-aika, jota kauemmas työpaikasta / palveluista ei haluta muuttaa. (FHWA 1988). Matka-aika on yhteinen suure kaikille eri kulkumuodoille ja sen lopputulos on valitusta reitistä riippumatta vertailukelpoinen (FHWA 1998). Yksinkertaisuudestaan huolimatta matka-aika kuvaa myös liikenteen sujuvuutta hyvin (Luoma 1998). Liikenteen sujumattomuus ilmenee mm. ajonopeuksien alenemisella. Ajonopeuksien alenema taas aiheuttaa kokonaismatka-ajan kasvua. Erilaiset matka-ajan mittausmenetelmät tarjoavat hyvän mahdollisuusen liikenteen sujuvuuden mittaamiseksi. (Luoma 1998) Matka-aika on aina linkkikohtainen suure ja kertoo liikennetilanteesta kattavammin kuin yksittäiset linkin sisäiset pistenopeudet. Matka-aikaan kuuluu ajoaika (running time) ja pysähdyksissäoloaika (stopped delay) kuvan 5 mukaisesti. (FHWA 1998) Kuva 5: Matka-ajan muodostuminen ajoajasta (running time) ja pysähdyksissäoloajasta (stopped delay time) (FHWA 1998)
20 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen LIIKENTEEN SEURANTA Kuvasta 6 nähdään liikennemäärän ja matka-ajan välinen riippuvuus. Kun liikennemäärä kasvaa, kasvaa myös matka-aika ja liikenne ruuhkautuu. Liikenne linkillä jonoutuu, kun linkille saapuu enemmän autoja kuin linkki kykenee välittämään (Q c ). Jonoutumisen seurauksena liikennemäärät linkin poistumispäässä vähenevät. Samaan aikaan liikenteen matka-ajat kasvavat nopeasti. (Keränen 1990) Kuva 6:Liikennemäärästä riippuvat viivytykset ja matka-ajan kasvu (Keränen 1990). Matka-aikaa ja sen muutoksia seurataan kahdella suureella. Oletettu saapumisaika matkan päätepisteeseen sekä oletetun matka-ajan hajonta. Ensimmäinen palvelee matkan suunnittelua ja jälkimmäinen riskinhallintaa kuinka paljon matka saattaa viivästyä. (Piarc 1999) 3.2 Matka-ajan käyttö liikenteen hallinnassa Tielaitoksen mukaan liikenteen sujuvuutta kuvaaviksi päämittareiksi on ehdotettu seuraavia (Tielaitos 1996): 1. Liikenteen kokonaismatka-aika 2. Luotettavuus (toimintavarmuus, häiriöttömyys) 3. Tiestön käyttökelpoisuus (tekninen laatu, kunto, hoitotaso) Liikenneministeriön toivomuksesta liikenteen sujuvuus tavoitteeseen on sisällytetty uutena tekijänä liikenteen kokonaismatka-aika ja liikenneministeriön asettama alustaa tulostavoite on muotoiltu seuraavasti (Tielaitos 1996): Liikenteen sujuvuus taataan säilyttämällä pääteiden kunto ja hoitotaso nykyisellään sekä vähentämällä ajoneuvoliikenteen päätieverkolla käyttämää kokonaismatka-aikaa.
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 21 MATKA-AIKA Sujuvuustavoitteen painoarvo on koko tielaitoksen tavoitteista 35%, josta matka-ajan vähentämistavoitteen osuus on tiepiirikohtaisesti 40-60%. (Luoma 1998) Tielaitoksen oletetaan tuottavan luotettavia matka-aikaennusteita, reittiehdotuksia sekä tietoa kohteiden välisistä etäisyyksistä. Ennusteiden ja ehdotusten pitää perustua luotettaviin ajo-olosuhteet, liikennemäärän, tietyöt ja nopeusrajoitukset huomioon ottaviin järjestelmiin. (Tielaitos 1998) Matka-aikakuvaus voisi sisältää esim. seuraavaa (Tielaitos 1998) Ajanjakso Tiejakson nimi sekä alku ja loppupiste tiestötietokannasta Keskimääräinen nopeus tiejaksolla Poikkeama normaalin liikennetilanteen keskinopeudesta Tieosan matka-aika tai matka-aikaindeksi Poikkeama normaalin liikennetilanteen matka-ajasta Eri liikennetilaluokkia vastaava matka-aika eri väreillä esitetynä Nykyisin liikennetilannetta ennustetaan kaupunkiseudun tärkeimmillä pääväylillä lähimmän tunnin ajanjaksolle. Viikonlopun meno- ja paluuliikennettä ennustetaan kaupunkiseutujen sisäänajo- ja ulosajoteillä ja tärkeimmillä valta- ja kantatiejaksoilla. (Tielaitos 1998) Lyhyen aikavälin ennusteet tulisi laatia (Tielaitos 1998) Liikennemäärän ja keskinopeuden muuttumisesta: nousee, laskee, ennallaan Liikennetilanneluokasta Matka-ajasta Ennuste laaditaan sekä nykyisten mittaustietojen että aikaisempien historiatietojen avulla. Ennusteen laadinnassa tulee huomioida tiedossa olevat häiriöt ja tapahtumat (onnettomuudet, ohjauslaitteiden viat, tietyöt jne.) sekä historiatiedot (liikennetilanteen kehitys viimeisimmän tunnin aikana, ennustejaksoa vastaavan ajankohdan aikaisemmin toteutunut tilanne jne.). (Tielaitos 1998) 3.3 Matka-ajan merkitys tienkäyttäjälle Matka-ajan reaaliaikainen seuranta muodostuu oleelliseksi, kun tienkäyttäjille halutaan jakaa tietoa tämänhetkisestä liikennetilanteesta. Kuljettajia kiinnostaa reitinvalinnan yhteydessä tieto eri reittien kokonaismatka-ajoista. Nykyisin pääosin kerättävän pistekohtaisen liikennetiedon luotettavuus vähenee, kun liikennemäärät mittapisteen ympäristössä kasvavat ja liikennevirta muuttuu epävakaaksi. (Luoma 1998) Pistetieto pitää muuttaa tai se pitää korvata tiedoksi, joka kuvaa pidemmän jakson liikennetilannetta. Sopiva parametri tähän on sekä suunnittelijoiden että tienkäyttäjien kannalta keskimääräinen matka-aika ja ruuhkista johtuva viivytys kahden pisteen välillä (Luoma 1998). Ranskassa 1994 tehdyn tutki-
22 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen LIIKENTEEN SEURANTA muksen mukaan kuljettajat olivat yllättävän yksimielisiä siitä, että liikennetietoa haluttiin saada nimenomaan matka-aikojen muodossa (Orselli, Durdand-Raucher 1995). 3.4 Matka-ajan ongelmat Linkkitietoisessa matka-aika-analyysissa on ongelmana se, että linkkien alku- ja päätepisteen välillä vallitsevista ongelmista ei tarkalleen tiedetä. Vaikka kuljettajan matkanopeus pitkällä linkillä olisi lähes vapaan liikennevirran matkanopeutta, voidaan pieni osa matkasta ajaa hitaan ajoneuvon perässä tai jonoutuneena. Kun hidastuksesta on päästy ohi, saatetaan loppumatka ajaa keskimääräistä liikenteen matkanopeutta lujempaa ja kokonaismatkaaika voi olla hyvin lähellä keskimääräistä liikenteen matkanopeutta. (Luoma 1998) Samaan ongelmaan liittyy myös se, että passiivisessa matka-ajan seurannassa ajoneuvon reittiä alku- ja päätepisteen välillä ei tiedetä. Jos linkin sisällä on mahdollisuus poiketa vaihtoehtoisille reiteille ja palata linkille ennen päätepistettä, kirjatuvat nämäkin linkin matka-aikahavainnoiksi. Myös linkin sisällä pitkäksi aikaakin pysähtyvät ajoneuvot tuottavat vielä matkaaikahavainnon (esim. huoltoasemakäynnit). Jos matka-aikahavaintoja linkillä on vähän, yksittäiset poikkeukselliset havainnot voivat vaikuttaa matka-ajan keskimääräisarvoon merkittävästi.
Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen 23 MATKA-AJAN SEURANTA 4 MATKA-AJAN SEURANTA 4.1 Seurannan peruskäsitteet Matka-aikaa voidaan seurata usein eri menetelmin, sekä tosiaikaisesti että viiveellä, aktiivisesti tai passiivisesti (kuva 7). Liikenteen matka-aikoja voidaan seurata joko täysin manuaalisesti tai prosessia voidaan automatisoida soveltuvin osin. Nykyisin olemassa olevin tekniikoin matka-ajan seuranta voidaan jopa täysin automatisoida. (FHWA 1998) Kuva 7: Matka-ajan seuranta jakautuu aktiivisiin (testiajoneuvot) ja passiivisiin menetelmiin (anturiajoneuvot, rekisterikilpimenetelmät ja muut menetelmät) Aktiivisissa menetelmissä seurattavaa reittiä pitkin ajetaan mittausajoneuvoilla, joiden matka-ajat kirjataan joko käsin, puoliautomaattisesti tai täysin automaattisesti. Passiivisissa menetelmissä seurataan liikenteessä normaalisti liikkuvia ajoneuvoja. (FHWA 1998) Täysin tosiaikaisessa matka-ajan seurannassa yksittäisiä liikennevirrassa eteneviä ajoneuvoja seurataan koko ajan paikannustiedon avulla. Ajoneuvo lähettää määrävälein keskusjärjestelmään tiedon sijainnistaan. Sijainnin muutoksesta lasketaan ajoneuvon matka-aika. Viiveellä tapahtuvassa matka-ajan seurannassa ajoneuvo tunnistetaan kahdessa tai useammassa tieverkon pisteessä. Matkaan käytetty matka-aika voidaan laskea tunnistushetkien perusteella. (FHWA 1998) (Westerman 1995) Ajoneuvot voidaan tunnistaa joko niihin asennettujen tunnisteiden, rekisteritunnusten tai induktioilmaisimella saatavan ajoneuvon fyysisten ominaisuuksien perusteella (FHWA 1998). Yksittäisten ajoneuvojen sijasta voidaan
24 Rekisterikilpien tunnistukseen perustuva liikenteen automaattinen MATKA-AJAN SEURANTA käyttää ajoneuvojonojen tunnistamista ja näin saada niiden keskimääräinen matka-aika (Innamaa 1999). 4.2 Kelluvat ajoneuvot Eräs yleisimmistä matka-ajan tutkimusmenetelmistä on kelluvien ajoneuvojen käyttäminen linkin matka-ajan selvittämiseksi (FHWA 1998). YTV:n kahden vuoden välein ajettavat pääkaupunkiseudun matka-aikamittaukset ovat eräs suomalaisittain tunnetuin sovellus (YTV 1998). Tutkimukseen käytetään yhtä tai useampaa ajoneuvoa, joilla ajetaan tutkittava linkki läpi tilastollisen luotettavuuden saavuttamiseksi edellytettävät ajokerrat (Quiroga, Bullock 1998a). Käsitteenä kelluvalla ajoneuvolla tarkoitetaan liikennevirran mukana yksinomaan liikenteen seurantatarkoituksessa ajavaa testiajoneuvoa. Ajoneuvoa pyritään kuljettamaan virrassa siten, että se edustaa mahdollisimman hyvin koko liikennevirran käyttäytymistä. Ajoneuvon pitää kellua virran mukana niin, että se ohittaa yhtä monta ajoneuvoa kuin sen on ohittanut eli se ei jää virrassa jälkeen eikä kulje virtaa nopeammin. (FHWA 1998), (Gorys, Keen 1999) Ajoneuvon lähtöaika ja linkkien solmukohtien ylitysajat kirjataan joko käsin tai automaattisin apuvälinein tietorakenteeseen. Yksinkertaisimmillaan mittaus voidaan toteuttaa kirjaamalla ajoneuvossa käsin jokainen linkille saapuminen ja linkiltä poistuminen (FHWA 1998). Nykyisissä YTV:n matkaaikamittauksissa on suurimmaksi osin käytetty käsinkirjausta siten, että ajoneuvossa on aina kuljettajan lisäksi tiedon kirjaaja (YTV 1998). Prosessia voidaan automatisoida käyttämällä autossa elektronista matkamittaria, joka automaattisesti kirjaa ennalta ohjelmoitujen ajomatkojen jälkeen tietorakenteeseen ajomatkaan käytetyn ajan. Sovellus edellyttää tarkkaa linkkien pituuksien tuntemista ja ajoreitin pysymistä muuttumattomana (FHWA 1998) Kelluvat ajoneuvot voidaan varustaa myös tarkoilla paikannuslaitteilla, joista yleisimmin käytössä oleva sovellus on differentiaali-gps (D-GPS) (kuva 8). Ajoneuvo määrittää paikkansa tunnetussa koordinaatistossa tietyn yleensä hyvin lyhyen ajanjakson välein. Ajoneuvon antamat koordinaatit yhdistetään sähköiseen tiekarttaan, minkä jälkeen ajoneuvon etenemä reitti ja reitillä käytetty matkanopeus voidaan laskea. Satelliittilinkkeihin perustuvien paikannuslaitteiden ongelmana on urbaanissa infrastruktuurissa katvealueet järjestelmä ei anna sijaintitietoa esimerkiksi tietunneleissa. (FHWA 1998, YTV 1998, Quiroga, Bullock 1998b)