VLANG Liikennetilanne
VLANG -valo-ohjauksen liikennetilanteet ja siirtymismahdollisuudet eri
tilanteiden välillä (huomaa kiertoajan silloinen nimitys 'jakso').

Liikennevalojen kehittämisajatuksia 1974

Seuraava muistio on kirjoitettu 2.4.1974 eli vajaan kolmen kuukauden kuluttua siitä, kun aloitin työni Helsingin liikennevalojen kehittäjänä. Muistiossa on sen hetkinen käsitykseni lähivuosien tavoitteista, mutta tuskin osasin kuvitella, että samat asiat tulisivat olemaan esillä koko työurani ajan

Muistion teksti on alkuperäinen kaikkine virheineen ja tyylikömmähdyksineen. Kuvat ovat samalta ajalta, joskaan ne eivät silloin sisältyneet muistioon. Kommentit ovat vuodelta 2013, lähes 40 vuotta myöhemmin.

Eräitä ajatuksia Helsingin keskusohjatun liikennevalojarjestelmän kehitystavoitteista

Helsingin keskusohjattu liikennevalojärjestelmä, joka otettiin käyttöön vuonna 1968, käsittää tällä hetkella 95 valo-ohjattua risteystä. Vuosittain järjestelmää laajennetaan 2...3 uudella risteyksellä.

Järjestelma toimii puhtaasti aikaohjattuna. Tietokoneen muistiin on talletettu useita kiinteitä liikennevalo-ohjelmia, joiden toiminta-ajat on määritelty viikkoaikataulussa. Jokapäiväisessä käytössä on nykyisin 10 ohjelmaa muiden 6 ohjelman ollessa tarkoitettu erikoistilanteisiin.

Järjestelmän kehittäminen voidaan karkeasti jakaa kahteen osaan, liikenneohjauksen sekä aikaohjauksen kehittämiseen. Tämä jaottelu on kuitenkin jossain määrin harhaanjohtava, sillä kumpikaan osa ei ole itsenäinen kokonaisuus vaan muodostuu useista erillisistä kehittämismahdollisuuksista.

Muistiossa näkyy vielä 1970-luvun alussa vallinnut kuvitelma siitä, että keskustietokone hoitaa kaiken. Hajautetun tietojenkäsittelyn aika oli vielä kaukana edessä. Tästä syystä keskusohjausta ajateltiin kehitettävän sekä ajantasaiseen (liikenneohjauksiseen) että kiinteäaikaiseen (aikaohjauksiseen) suuntaan.

Itse keskusohjauksen osalta tilanne ei ole neljässäkymmenessä juuri muuttunut. Keskusohjaus on käytännössä yhä täysin aikaohjattu, mitään ajantasaisia ohjaustoimintoja ei ole. Sen sijaan nykyään kaikki ajantasaiset ohjaustoiminnot ovat risteyskohtaisia ja jokaisessa risteyksessä on oma tietokone. Sellainen tuskin oli kuviteltavissa vielä vuonna 1974.

Liikenneohjauksen kehittäminen

Liikenneohjauksen periaatteena on sovittaa liikennevalojen toiminta vallitsevien liikenneolosuhteiden mukaisesti. Tarkoituksena on, että tietokone jatkuvasti tutkii ajoneuvoilmaisimista saatavia tietoja ja automaattisesti valitsee käyttöön tilanteeseen parhaiten soveltuvan ohjelman. Valinta tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensin määritetään koko alueelle yleinen liikennetilanne ja vasta tämän jälkeen eri risteysryhmiin (osa-alueille) soveltuvat ohjelmat.

Ohjelmanvalintajärjestelmän edellyttämät ajoneuvoilmaisimet on asennettu paikoilleen, mutta niitä ei vielä toistaiseksi ole kytketty toimintaan. Ilmaisimia on kaikkiaan 20 kpl, joista 14 mittaa liikennemääriä ja 6 jonojen pituutta. Tiedot voidaan kerätä 90 sekunnin tai 15 minuutin jaksoissa. Tulostus voi tarvittaessa tapahtua myös reikänauhalle. Koska näin muodostuva tietoaineisto kasvaa huomattavan suureksi, tulisi se käsitellä ATK-menetelmin esim. Tietokeskuksessa. Samalla myös liikennemäärien seuranta tehostuisi olennaisesti.

VLANG Liikennetilanne
VLANG -valo-ohjauksen osa-aluejako.

Tekstissä kuvattu automaattinen liikennevalo-ohjelman valintatapa Langfristige Vehrkehrabhängige Signalplan Auswahl VLANG otettiinkin sitten käyttöön Etu-Töölössä ja Kampissa.

Alue oli jaettu viiteen osa-alueeseen, joille ensin valittiin yhteinen liikennetilanne (kts yläkuva) kuten aamuruuhka tai päiväliikenne. Valinta perustui puolentoista minuutin pituisiin liikennemittauksiin ja niiden liukuviin keskiarvoihin. Liikennetilanteen valinnan jälkeen kullekin osa-alueelle valittiin valo-ohjelma tiettyjen samankiertoisten ohjelmien kokoelmasta

Ajoittain VLANG toimi mukavasti, mutta poikkeuksellisissa liikennetilanteissa se meni joskus pahasti metsään - aamuruuhkan aikana ajettiin iltaruuhkaa tms. Ongelmia syntyi myös ilmaisimien vikaantumisesta ja ennen kaikkea ohjelman jäykkyydestä - kaikki muutokset oli tehtävä reikänauhalla ja binäärikoodilla. Muutosten ja korjausten teko oli hidasta ja hankalaa - ongelma, joka sittemmin vaivasi liikennevaloja aina 2000-luvulle asti.

Nykyisen laitteiston puitteissa on mahdollisuus käyttäa hienojakoisempaa liikenneohjausta, ns. vihreän ajan säätöä. Menettelyä ei kuitenkaan ole tarkoituksenmukaista laajentaa kaikkiin risteyksiin vaan eräisiin "avainristeyksiin", joissa ruuhkautuminen on yleistä. Vihreän ajan säädöllä voidaan risteyksen välityskykyä lisätä, sillä vihreä aika tulee tehokkaainmin jaettua eri tulosuunnille.

Toinen ja mahdollisesti viela tärkeämpi vihreän ajan säädön sovellutus on joukkoliikenteen risteyskohtainen suosiminen liikennevalojen avulla.

Vihreän ajan säätö oli taikasana - sen avulla keskustietokone pystyi säätämään sekuntitahdissa risteyksen valojen ajoituksia ilmaisintietojen mukaan. Ja kun säädettäviä suuntia oli tavallisessakin risteyksessä puolen toistakymmentä - jokainen ajosuunta, ratikkasuunta ja suojatie erikseen, niin oli siinä tietokoneella tekemistä. Ajatus siitä, että vihreän ajan säätö on vain avainristeyksiä varten, perustuu siihen, että tietokoneen teho ei olisi riittänyt säätämään vihreää aikaa kaikissa risteysksissä

Myös joukkoliikenteen etuuksiin eli "suosintaan", kuten siihen aikaan vielä oli tapana sanoa, käytettiin vihreän ajan säätöä. Sanan joukkoliikenne-etuus ja sen edeltäjän joukkoliikenne-etuisuus otin käyttöön kun huomasin, että sana suosinta tuntui närästävän monia autoilijoita. Sana 'etuuus' saattoi tuntua jotenkin siedettävämmältä.

Vihrean ajan säädön käyttöönotto edellyttää risteykseen useita ajoneuvoilmaisimia. Risteyksessä tulee myös suorittaa yksityiskohtaisia liikennelaskentoja sekä aikavälimittauksia. Lisäksi seurannan tulee olla jatkuvaa, jotta prosessi toimisi parhaalla mahdollisella tavalla.

Todettakoon kuitenkin, että kumpaakan edellä esitettyä, ohjelman valintaa tai vihreän ajan säätöä, ei varsinaisesti voi pitää liikenneohjausmenetelmänä. Helsingin liikennevalojärjestelmä säilyy siis yhä aikaohjattuna, mutta siihen voidaan lisätä eräitä liikenneohjattujen jarjestelmien hyviä puolia.

Liikennelaskentojen ja aikavälimittausten korostamisessa olin pahasti pihalla. Sen sijaan ilmaisimien toiminnan jatkuva seuranta on aina tärkeää - jos ilmaisimet antavat vääriä tietoja, niin ohjaus on pielessä. Tältä osin maailma ei ole mitenkään muuttunut.

Aikaohjauksen kehittäminen

Helsingin liikennevalo-ohjelmat on alunperin laadittu lähinnä matka-aika-diagrammien perusteella siten, että tärkeimmille reiteille on varmistettu vihreä aalto. Ajoituksia on myöhemmin korjattu kokemusten sekä kentällä tehtyjen havaintojen perusteella. Mitään varsinaista optimointia ei ole suoritettu, joten ajoitusten "hyvyydestä" eri liikenneolosuhteissa ei ole käsitystä. Ilmeisesti valojen ajoitus ainakin tärkeimmillä reiteillä on tyydyttävä.

Useat tutkimustulokset ovat osoittaneet, että optimoiduilla liikennevalo-ohjelmilla on saavutettavissa olennaisia parannuksia sekä matka-ajoissa että katuverkon väiityskyvyssä (1).

Optimoinnin tarkoituksena on etsiä liikennevaloille sellainen ajoitus, jolla ajoneuvojen viivytykset tai pysähdykset ovat minimissään. Vaihtoehtoisesti voidaan minimoinnin kohteeksi ottaa myös matkustajien matka-ajat ts. suosia joukkoliikennettä yksilöllisen liikenteen kustannuksella.

Euroopassa oli virinnyt vilkas tutkimustoiminta alueellisten liikennevalojärjestelmien hyvyydestä. Kehityksen kärjessä kulki brittien TRRL Transportation and Road Reareach Laboratory. Sen legendaarinen liikennevaloasiantuntija Dennis I Robertson oli tutkimustensa perusteella tullut siihen tulokseen, että hyvin optimoiduilla kiinteillä ajoituksilla päästään vähintäänkin yhtä hyvään tulokseen kuin laajoilla paljon ilmaisimia sisältävillä ajantasaiseen liikennetietoon pohjautuvilla liikennevalojärjestelmillä.

Robertsonin tutkimukset olivat poikkeuksellisen laajoja. Mitatuksia tehtiin useissa Euroopan kaupungeissa ja yksi mittaus tehtiin Yhdysvalloissa. Kaikki perustui liikenteessä mukana ajamiseen ("kelluvan auton menetelmä"). Mittaukset kestivät yleensä useita viikkoja. Simulointitutkimuksista ei vielä tuolloin osattu nähdä edes unta.

Ilmeisesti myös Helsingissä voitaisiin liikennevalojen ajoituksen optimoinnilla saavuttaa myönteisiä tuloksia. Optimointimenetelmien käyttöönottoa puoltaa myös tosiasia, että lähivuosina, jolloin Vaililan ja Ruoholahden ala-alueet liitetään keskusohjattuun jarjestelmän, joudutaan laatimaan runsaasti uusia valo-ohjelmia. Mikäli käytettävissä on sopivia tietokoneohjelmia, voidaan helposti tutkia erilaisia ajoitusvaihtoehtoja ja näin päätyä optimiratkaisuun.

Optimointi voidaan suorittaa joko valmiiksi kehitetyillä ohjelmilla tai laatimalla omia, huomattavasti suppeampia ohjelmia. Valmiista ohjelmista tunnetuimpia ovat brittiläiset TRANSYT ja CLC Combination, amerikkalainen SIGOP sekä saksalainen PROST (1,2).

TRANSYT on Transportation amd Road Research Laboratory'n kehittämä optimointiohjelma, joka on monessa suhteessa osoittautunut käyttökelpoisimmaksi. Erikoisesti TRANSYT'issa voidaan muista menetelmista poiketen ottaa myös joukkoliikenteen vaatimukset huomioon.

Robertson oli itse kehittänyt Transytin. Sen avulla hän optimoi liikennevalojen ajoitukset, joita sitten kenttäkokeissa verrattiin muiden liikennevalojärjestelmien ajoituksiin. Ja Transyt voitti kaikki. Myöhemmin Robertson kehitti Transyt'ia eteenpäin, esimerkiksi versiolla Bus-Transyt voitiin joukkoliikennettä painottaa ja ottaa bussit paremmin huomioon liikennevalojen ajoituksessa.

Sittemmin Robertson kehitti vielä Transyt'ia ajantasaiseen suuntaan, jolloin tuloksena syntyi liikennevalo-ohjelmisto SCOOT. Se lienee laajimmin maailmalla käytössä oleva alueellinen liikennevalojärjestelmä. On siinä ollut yhdelle miehelle elämäntyötä. Lue lisää tästä elämämtyöstä.

TRANSYT kykenee käsittelemään yhdellä kertaa 50 risteystä ja 150 linkkiä. Laskenta-aika suurimmalla risteys- ja linkkimäärällä on 72 minuuttia, mutta jakamalla alue esimerkiksi 4 osa-alueeseen kestää laskenta vain 20 minuuttia. Jos optimointi kohdistuu vain vaihesiirtoihin, vähenee tarvittava laskenta-aika 30...40 % (3).

Tietokoneiden suorituskyky rajoitti silloin laskentaa. Tänä päivänä vastaavansuuruisten liikenneverkkojen optimointiin tuskin kuluisi sekuntia enempää.

Kirje TRRL
Robertsonin lähettämä kirje, joka koski Transytin hankkimista Suomeen.

TRANSYT on vapaasti saatavissa TRRL:ltä hintaan $ 250 (930 mk, prof Adolf May'ltä saatu tieto 20.03.1974). Kustannus on erittäin vaatimaton, jos otetaan huomioon liikennevalojen käyttöön ja hankintaan vuosittain uhrattavat varat.

Helsinki hankkikin myöhemmin käyttöönsä Transyt'in, ei kuitenkaan TRRL:n kautta vaan suoraan Yhdysvaltojen liikennevirastosta, josta saatiin Transyt 7F. Se oli käyttöliitynnältään kehittyneempi kuin silloinen brittien versio. Ohjelmaa käytettiin runsaasti; sillä ajoitettiin esimerkiksi Mechelininkadun, Mannerheimintien ja Vihdintien liikenneympyrän liikennevalot.

Muita ohjelmia, joita valojen ajoituksen optimoinnissa voitaisiin käyttää, ovat esimerkiksi prof May'n teknillisen korkeakoulun liikennelaboratoriolla lahjoittamat AARK ja RDDOFF. Molemmat ohjelmat ovat korvauksetta käytettävissä. AARK on tarkoitettu erillisen risteysksen ja RDDOFF korkeintaan viiden perättäisen risteyksen valojen ajoituksen optimointiin.

Valitettavasti molemmat ohjelmat ovat verraten yksinkertaisia, mm. sallivat vain kaksivaiheiset vaihekaaviot, eivätkä siis sellaisinaan ole käyttökelpoisia. Kuitenkin ohjelmia kehittämällä voitaneen ainakin osa rajoituksista poistaa, jolloin ohjelmat soveltuvat pienehköjen osa-alueiden liikennevalojen optimointiin.

Professori Adolf May oli luennoinut keväällä 1974 Teknillisessä korkeakoulussa ja suositellut erilaisten numeeristen menetelmien käyttöä liikennevalojen ajoituksessa. Ohjelmat AARK ja ja RDDOFF olivat yksinkertaisia ja osoittivat, että liikennevalojen ohjelmointi on hyvä oikotie liikennevalojen ajoitusten kehittämiseen.

Yleiset toteamukset

Lopuksi todettakoon kaksi seikkaa, joilla on huomattava merkitys liikennnevalojärjestelmiä kehitettäessä.

Mitä yksityiskohtaisempaa ja monipuolisempaa ohjausmenetelmää käytetään, sitä luotettavampia tulisi liikennemäärätietojen olla. Jos kokemukset osoittavat, että tietyllä ohjausmenetelmällä saavutettavat tulokset eivät kaikissa suhteissa ole tyydyttäviä, ei syy välttämättä ole itse menetelmässä, vaan virhe saattaa olla liikennemäärätiedoissa. Erityisesti vihreän ajan säätö tms. hienojakoiset ohjausperiaatteet ovat herkkiä virheellisille lähtötiedoille.

Toinen huomioarvoinen seikka on tutkimukset tarve. Eri menetelmiä käyttöönotettaessa tulisi samalla suorittaa pienehkö ennen-jälkeen tutkimus. Näin saataisiin käsitys menetelmän eduista ja haitoista sekä kokemuksia seuraavia suunnitteluvaiheita varten.

Liikennemäärätietojen korostamisessa taisin olla aika pahasti kadoksissa. Toki oikea tieto on tärkeää, mutta yleensä riittäviin tuloksiin päästää jo likimääräisillä tiedoilla. Ja sitäpaisi hyvin toimivat ajantasaiset liikennevalojärjestelmät - kun ne on säädetty hyvin - pystyvät varsin hyvin ottamaan huomioon liikenteen vaihtelut.

Sen sijaan jälkimmäinen seikka on korostamisen arvoinen. Vaatimattomatkin tutkimukset vahvistavat kokemuksia ja saattavat osoittaa sellaista, jota ei välttämättä aina ole itsekään havainnut. Tutkimus voi olla myös pelkistetty, kirjaus muistiin siitä, mitä todella tapahtui. Tästä tutkimusmyönteisestä asenteesta oli sittemmin paljon hyötyä esimerkiksi liikennevalopäätökseen liittyvien muutosten valmistelussa.

Yhteenveto

Keskusohjatun liikennevalojärjestelmän kehittämisessä voidaan erottaa liikenneohjauksen sekä aikaohjauksen kehittäminen

Liikenneohjauksen kehittäminen:

  • ajoneuvoilmaisimien käyttöönotto sekä liikennemäärätietojen käsittely ATK-menetelmin
  • liikennemäärätietojen perusteella tapahtuva ohjelman valinta
  • vihreän ajan säätö (lähinnä joukkoliikenteemn tarpeisiin)

Aikaohjauksen kehittäminen

  • liikennevalojen ajoituksen optimointiin soveltuvien tietokoneohjelmien hankinta ja/tai kehittäminen
  • olemassaolevien sekä uusien valojen ajoituksen optimointi em ohjelmia käyttäen

Viitteet

  1. PM. Alueellisista liikenteenohjausmenetelmistä ja uusimmista tutkimustuloksista, 16/03 1974/KJS
  2. Pavel: Programm zum Entwerfen der Signalpläne und der Koordinierung von Signalanlagen in Strassennetz (PROST), Strassenvehrkehrstechnik, Heft 1/1974
  3. PM. Lyhyt johdatus TRANSYT ja COMBINATION menetelmien käyttöön alueellisessa liikenteenohjauksessa, 17/03 1974/KJS

Kun muistiota katselee näin 40 vuoden takaa, huomaa, että alan tekninen kehitys on ollut suunnatonta - laitteet ovat nopeutuneet, yksinkertaistuneet ja monipuolistuneet valtavasti. Mutta liikennevalojen ajoitus ei ole edennyt samassa suhteessa. Toki ajantasaisuus on syrjäyttänyt kiinteäaikaisuuden, mutta liikennevalo-ohjauksen teoria - kiertoajan (cycle), tahdistuksen (offset) ja vihreän ajan (split) geometrinen "luonnonlaki" on yhä ennallaan. Onhan sen murtaminen yhtä mahdotonta kuin näyttää joka tilanteessa kaikille vihreää valoa.