LIIKENNEVIRASTON T&K -LEHTI 3/2013 T&K Yhteisto iminnalliset järjestelmät to imittavat auto ilijalle varo ituksen lähestyvästä tilanteesta. Keskustelevat autot liikenteessä Yht eist oiminnalliset järjest elmät ovat kehit yksessä saavut t aneet vaiheen, jossa niiden vaikut uksia liikent een sujuvuut een, t urvallisuut een ja ympärist övaikut uksiin sekä ihmist en liikkumiseen yleensä voidaan alkaa arvioida laajamit t aisilla kent t äkokeilla eri puolilla Eurooppaa. Samanaikaisest i valmist ellaan niiden käyt t öönot t oa ja ensimmäisiä kaupallisest i hyödynnet t äviä palveluja sekä t ot eut uksia. Suomi on yksi seit semäst ä t est ialueest a, jossa järjest elmien vaikut uksia liikent eeseen t ut kit aan. Onko hopealuot i jo löyt ynyt? Kuinka tähän on tultu Liikenne on säilynyt pitkään low-tech-alueena huolimatta siitä, että ensimmäiset ideat automaattisesta moottoritiestä esitettiin jo 1960-luvulla, minkä jälkeen kehitettiin tienvarren järjestelmiä kuten muuttuvat opasteet. Viimeisen kahdenkymmenen vuoden ajanjaksolla ajoneuvoteollisuus on panostanut sisäisten järjestelmien kehittämiseen. Passiivisten turvajärjestelmien kehittymisen ohella on panostettu voimakkaasti auton aktiivisiin turvajärjestelmiin, ja lukkiutumattomien jarrujen esittely vuonna 1971 raotti ovea aivan uuteen kuljettajaa avustavien järjestelmien sovelluskenttään. Uusi aikakausi älykkäässä liikenteessä alkoi vasta kun ensimmäiset selkeästi turvallisuuteen suuntautuvat aktiiviset ajonhallintajärjestelmät tulivat markkinoille vuonna 1995. Ymmärrettiin, että auton tulee kerätä monipuolisesti tietoa ympäristöstään, jotta kuljettajaa tukevaa ajonhallintaa voidaan kehittää. Kun ajonvakautusjärjestelmän (ESC) kaltaiset ensimmäiset sovellukset keräsivät tietoa auton alta, kehittyneemmät sovellukset katsoivat ympärilleen ja käyttivät hyväkseen optisia antureita ja millimetriaaltoalueen radiotutkaa. Siten ne kykenivät keräämään tietoa lähes 200 metrin päästä mahdollistaen jo alkeellisen liikennetilanteiden ennakoinnin. 1/5 1
PReVENT-projekti loi 2000-luvun puolivälissä käsitteen elektroninen turvavyöhyke. Auto kykeni luomaan eräänlaisen turvaverkon ympärilleen lukuisten eri antureiden avulla. Kun anturitiedot yhdistettiin, saatiin lukuisia uusia sovelluksia, jotka mahdollistivat myös auton katvealueiden eli sivusuunnan ja taka-alueen monitoroinnin. Tämän työn ideoihin perustuvia sovelluksia tulee nyt kiihtyvällä vauhdilla markkinoille. Autoon tarjotaankin tällä hetkellä kaistavahtia, törmäyksen estoa ja hätäjarrutusavustajia, eli suojaa tavallisimpien onnettomuustilanteiden varalle. Rajoitteena näissä uusissakin turvajärjestelmissä on ollut se, etteivät ne anna kuljettajalle tietoa ajoneuvon antureiden näköaluetta kauempaa. Usein olisi tärkeämpää saada tieto sieltä, minne ei vielä nähdä. Tähän tarpeeseen alkoi kehittyä käsite yhteistoiminnallisista järjestelmistä (cooperative systems). Yhteistoiminnallisissa järjestelmissä auto kerää ja lähettää tietoa toisiin ajoneuvoihin ja taustajärjestelmiin sekä vastaanottaa tietoa toisilta ajoneuvoilta ja taustajärjestelmistä. Tästä käytetään lyhennettä C2X, jolloin ajoneuvo on sekä tiedonvälityksen alkupiste, linkki että pääteasema. Juuri päättynyttä Teknologian Tutkimuskeskus VTT:n koordinoimaa TeleFOT-projektia voidaan pitää esiyhteistoiminnallisten järjestelmien tutkimusalustana. Se arvioi miten jälkiasennettavien laitteiden avulla kuljettajalle tuotettava informaatio voi tukea ajotehtävää. Suuri, yli 3000 testikuljettajaa käsittävä Euroopan laajuinen kenttätutkimus osoitti, että autoon ajon aikana kuljettajalle tuotettavalla tiedolla voidaan auttaa reitin valinnassa, vähentää ylinopeuksia ja muuttaa ajamista taloudellisemmaksi. Nyt yhteistoiminnallisten järjestelmien kehityksessä on menossa vaihe, jossa erilaiset kuljettajaa tukevat sovellukset ovat laajojen käyttäjätestien kohteina. Euroopassa Daimler AG:n koordinoima DRIVE C2X projekti on lopettelemassa kenttätestivaihetta kokeilussa, jonka testialue käsittää seitsemän Euroopan maata. Hankkeen tavoitteena on muodostaa yhtenäinen ja yhteentoimiva kooperatiivisten järjestelmien testiverkosto Eurooppaan, tutkia järjestelmien vaikutuksia liikenteeseen, edistää ja lisätä tietoisuutta järjestelmien mahdollisuuksista sekä valmistella järjestelmien käyttöönottoa. Vastaavia hankkeita on käynnissä myös Pohjois-Amerikassa ja Japanissa. Kuinka se toimii, onko se jo täällä? Teknisesti yhteistoiminnallisten järjestelmien tiedonvaihto voidaan toteuttaa käyttäen esimerkiksi lyhyen kantaman radiolaitteita (WAVE taajuus 5,9 Ghz) ja standardeja viestirakenteita, tai käyttäen matkapuhelinverkkoa tiedonsiirtoon. Suuri osa suunnitelluista toiminnoista voidaan toteuttaa käyttäen kumpaa tahansa radiotekniikkaa. Lyhyen kantaman radion etuna on ajoneuvojen tai ajoneuvon ja tienvarsilaitteiden välinen suora tiedonvaihto kohdatessa. Lisäksi tällaisen laitteiston etuna on tiedonsiirron nopeus. Matkapuhelinverkon etuina taas ovat sen laaja levinneisyys, olemassa oleva laitekanta ja laitteiden edullisuus. Lisäksi tyypillisesti järjestelmä (lyhyen kantaman radioon tai matkapuhelinverkkoon pohjautuva) vaatii paikkatiedon, jotta tieto tai varoitus voidaan antaa tarkasti paikkaan tai alueeseen sidottuna. Lyhyen kantaman radiotekniikan (DSRC, Dedicated Short Range Communication) laitteita on vielä saatavilla erittäin rajoitetusti, niiden hinnat ovat korkeat ja huolimatta valmistuneista viestiliikenteen standardeista saatavilla olevat sovellusalustat puuttuvat. Autoteollisuus odottaa osittain Pohjois- Amerikassa käynnissä olevien kenttäkokeiden tuloksia ja erityisesti mahdollisia päätöksiä tulevatko laitteet siellä lain määräämäksi pakoksi. Samalla etsitään toimintoja tai sovelluksia, joiden avulla autoteollisuus tai jokin muu toimiala voisi saada lisätuloja ja siten taloudellisesti tukea laitteiden 2/5 2
yleistymistä. Laitteet eivät yleisty, ellei niiden tarjoamista hyödyistä maksavaa tahoa löydy. Vaihtoehtona lyhyen kantaman radiotekniikalle on toteuttaa useat sovellukset käyttäen olemassa olevaa matkapuhelinverkkoa. Haasteina tässä vaihtoehdossa on taustajärjestelmien ja palvelimien tarve tiedon jakelussa, sekä hajaantunut tiedon tarjoajien kenttä. Matkapuhelinverkkoon pohjautuvien tietojen liittäminen osaksi ajoneuvoa, erityisesti jälkiasennettavissa laitteissa, on hyvin haasteellista vielä nykytilanteessa. Lisäksi lähinnä kohtaustilanteissa, joissa vaaditaan nopeaa viestiliikennettä, haasteen asettaa matkapuhelinverkon kattavuus. Toteutus on siis mahdollista useallakin tavalla, mutta kaupalliset ratkaisut ovat vielä harvinaisia. Arvioiden mukaan ensimmäiset palvelut alkavat kuitenkin saapua markkinoille vuosien 2014 2015 aikana. Kuva 1. Yhteistoiminnallisten järjestelmien avulla voidaan toimittaa ajamiseen vaikuttavia turvatietoja suoraan kuljettajalle. Vaikutuksia ja mahdollisuuksia tutkitaan DRIVE C2X -hankkeessa kooperatiivisia kuljettajan tukijärjestelmiä tutkitaan koekuljettajien avulla. Testialueet sijaitsevat Suomen lisäksi Alankomaissa, jossa sijaitsee järjestelmän tekninen testialue, sekä Saksassa, Ranskassa, Italiassa, Ruotsissa ja Espanjassa. Suomen testialueen erityispiirteenä on mahdollisuus testata järjestelmiä myös talviolosuhteissa. Testialueet sijaitsevat tavallisilla teillä ja kokeet tehdään muun liikenteen seassa ajaen. Hankkeessa testattavia toimintoja ovat muun muassa hajonneesta ajoneuvosta varoittaminen, lähestyvästä hälytysajoneuvosta tai hitaasta ajoneuvosta varoittaminen sekä liikennevalojen vihreän aallon seurannan mahdollistaminen. Eri testialueet ovat testanneet eri toimintoja kuitenkin siten, että jokaista testattavaa toimintoa on testattu vähintään kahdella eri testialueella. Suomessa testataan ajoneuvoon tuodun liikennemerkkitiedon vaikutuksia ajamiseen sekä varoituksia tietyömaasta, hajonneesta ajoneuvosta ja liukkaasta kelistä. Liikennemerkkitieto on voinut olla esimerkiksi poikkeavasta syystä alentuneen nopeusrajoitustiedon tuominen kuljettajalle tai koulun läheisyydestä lapsimerkillä varoittaminen siten, että varoitustieto on sidottu aikaan ja paikkaan. Tällöin erillistä varoitusta ei anneta, mikäli ei ole kouluaika. Tieto on tuotettu kuljettajalle eritasoisina. Se on voinut olla informatiivinen (visuaalinen, ei äänimerkkiä) tai varoittava (visuaalinen äänimerkin kanssa). Testien ensimmäinen vaihe saatiin valmiiksi keväällä 2013. Talviolosuhteiden osalta testit viimeistellään 3/5 3
vuoden 2013 lopussa. Yhteistoiminnallisten järjestelmien vaikutusten arviointi lähtee liikkeelle ajatuksesta, että kuljettajan ajotapaan tai käyttäytymiseen täytyy tulla muutos, jotta järjestelmällä voisi olla vaikutusta liikenteen turvallisuuteen, sujuvuuteen tai ympäristövaikutuksiin koko liikennevirran tasolla. Kuljettajan käyttäytymistä arvioidaankin hankkeessa kuljettajan päätöksenteon eri tasoilla, joita ovat maksuhalukkuus, järjestelmän käyttöaikeet ja matkustuskäyttäytyminen (strateginen taso), ajotapa, huomion kiinnittymisen kohteet, järjestelmien käyttö jne. (taktinen taso) ja auton ratin ja polkimien käyttö (operationaalinen taso). Kun muutokset kuljettajan käyttäytymisessä, ajotavassa ja matkustustottumuksissa on selvitetty, määritetään näiden vaikutukset liikenneturvallisuuteen, liikennevirran sujuvuuteen ja liikenteen päästöihin. Lopulta tuloksia yleistetään Euroopan Unionin tasolle ja ennustetaan vuosille 2020 ja 2030, jotta nähdään suuren mittakaavan vaikutukset. Myös tutkittavien järjestelmien hyöty- ja kustannussuhteita arvioidaan. Monet DRIVE C2X hankkeessa tutkittavat kooperatiiviset kuljettajan tukijärjestelmät liittyvät yllättäviin tilanteisiin, jotka helposti johtavat onnettomuuksiin, kuten moottoritiellä seisovaan ruuhkaan tai paikalliseen liukkauteen. Kooperatiiviset järjestelmät nähdäänkin mahdollisuutena parantaa turvallisuutta tilanteissa, joita perinteiset järjestelmät eivät kata, tai joissa ne eivät ehdi välittää tietoa riittävän nopeasti tai oikeaan paikkaan. Tutkimuksen jälkeen kaupalliseen toimintaan Euroopan komissio on eri tutkimusohjelmissaan rahoittanut ja tukenut yhteistoiminnallisten järjestelmien kehitystä ja viimeisimpänä valmistelua niiden käyttöönottoa varten. Teknisiä kehityshankkeita olivat 6. puiteohjelmassa muun muassa SafeSpot ja CVIS. Näistä SafeSpot -hanke kehitti antureita ja menetelmiä sellaisten tilanteiden tunnistamiseksi, joihin kuljettajalla ei ollut vielä näköyhteyttä. CVIShanke puolestaan kehitti viestiteknologiaa. Komission 7. puiteohjelma rahoitti kenttätestien toteuttamista, ja parhaillaan rahoituksen kohteena ovat jakeluun ja käyttöönottoon tähtäävät hankkeet. DRIVE C2X - hankkeessa Suomesta mukana ovat Teknologian tutkimuskeskus VTT, sekä liitännäistahoina Tampereen kaupunki ja Nokian renkaat. Aihepiirissä on ollut ja on käynnissä myös muita hankkeita, joissa on suomalaisia tahoja mukana. Tällaisina voidaan mainita muun muassa Mobisoftin koordinoima ja useita suomalaisia partnereita omaava CoMoSeF-hanke, sekä DRIVE C2X-hankkeen kanssa samassa haussa rahoituksen saanut FOTsis, jossa mukana on Ilmatieteen laitos ja Aalto-yliopisto. Suuri mahdollisuus suomalaisille toimijoille on myös pohjoisen kasvukäytävän hyödyntäminen yhdessä venäläisten osapuolten kanssa. Suomi voi tarjota ja kehittää palveluita käyttäen omia erityispiirteitään, eli talviolosuhteita ja Euroopan unionin rajaa Venäjän kanssa. Autoteollisuutta varmasti kiinnostaa järjestelmien yhteistoiminta myös Venäjällä. FITSRUS-hankkeessa kehitettävät ja pilotoitavat palvelut ovat laajennettavissa ja vietävissä myös yhteistoiminnallisiksi palveluiksi siten, että tieto tulee aikaan ja paikkaan sidottuna. Alue voi toimia näyteikkunana, jonka mahdollisuuksia ei kannata vähätellä tai unohtaa. Huomiota se tulee saamaan ainakin jo osana Helsingissä pidettävää Euroopan ITS-kongressia kesällä 2014. Yhteistoiminnalliset järjestelmät toimivat siltana vielä kehittyneempään liikenteen turvallisuuden ja hallinnan maailmaan, joka alkaa vähitellen avautua samaan tapaan kuin aiemmin lentoliikenteessä. 4/5 4
Automaatio on ottamassa ensimmäisiä askeleitaan autosovelluksissa. STOP&GO-järjestelmät, joissa auto jarruttaa, pysähtyy ja lähtee liikkeelle automaattisesti hitaassa ruuhkaliikenteessä, ovat jo saatavilla. Automaattinen taskupysäköinti on niin ikään saatavilla useaan automerkkiin. Autot kytkeytyvät vähitellen internetiin ja ovat osa laajaa maailmanlaajuista tietoverkkoa. Tällä hetkellä ponnistelut autonomisen ajamisen toteuttamiseksi ovat kiihkeimmillään. Hyvissä olosuhteissa robottiautot kykenevät liikkumaan vaivattomasti ja luotettavasti. Haasteena ovat kuitenkin vaikeat näkyvyysolosuhteet, joissa kuljettajan tukijärjestelmiä eniten tarvitaan. Niissä nykyinen anturitekniikka toimii epäluotettavasti tai ei lainkaan. Ympäristöhavainnoinnin kehittäminen kaikkiin olosuhteisiin on suurimpia haasteita tällä hetkellä, mukaan lukien täsmällinen paikannus. Ihmisen toiminnan mallintaminen sekä käyttäjien hyväksyntä ja reagointi järjestelmiin tulee olemaan suuri haaste kehittämistyössä. Kun näihin haasteisiin onnistutaan vastaamaan seuraavan kymmenen vuoden aikana, täysin automaattinen liikkuminen toteutuu vuoden 2030 tienoilla. Sitä ennen tullaan jo näkemään rajoitetussa määrin automaattista ajamista esimerkiksi suljetuilla alueilla tai vaikkapa autonomiselle liikenteelle omistetuilla ajokaistoilla. Teksti: Jukka Laitinen, Tapani Mäkinen, Satu Innamaa ja Merja Penttinen, VTT, Kuva: VTT Lue lisää DRIVE C2X projekti TeleFOT projekti 5/5 5