Bussi-ilmaisimien kehityspoluilla

Liikennesuunnitteluosasto osallistui vuosina 1997-1999 EU:n kehittämishankkeeseen ENTIRE - European Network on Transport Innovation for the Rational Use of Energy (Eurooppalainen yhteistyö liikenteen kehittämiseksi kohti järkevää energiankäyttöä). Mukana oli seitseman eurooppalaista kaupunkia. Helsingin panos liittyi joukkoliikenteen kehittämiseen sekä kaupunkipyöräilyn edistämiseen.

Hankkeen alkaessa liikennesuunnitteluosaston bussi-ilmaisimiin liittyvät selvitykset olivat päättyneet. Perusteellisen selvityksen oli tehnyt liikennnesuunnitteluosastolla Lennart Långström. Hankkeessa julkaistiinkin syksyllä 1998 raportti erilaisista bussi-ilmaisimista ja niiden soveltuvuudesta liikennevaloetuuksiin. Seuraavassa raportin vapaamuotoinen suomennos. Kuvat ovat englanninkielisiä, mutta tuskin kaipaavat enää suomennosta.

Selvitys bussi-ilmaisimista joukkoliikenteen etuuksia varten

Joukkoliikenteen edistäminen on Helsingin kaupungin liikennesuunnittelun keskeisiä tavoitteita. Sama näkyy myös liikennevalojen kehittämisessä, jossa raitiovaunujen ja bussien liikennevaloetuudet tärkeä kehityskohde.

Ratikoilla aloitettiin

Ratikoilla liikennevaloetuuksien toteutus aloitettiin vuonna 1978. Ratikat ilmaistiin ajojohtoon asennetulla "kelkalla" eli kosketusanturilla. Se havaitsi ohi kulkevan ratikan virroittimen.

Virroittimessa kulkee 600 V tasavirta, joten tämä ilmaisintyyppi ei ole sovelias laajempaan käyttöön. Kelkan tilalle kehitettiin yksinkertainen lähestymiskytkin eli "nuppi", joka havaitsi virroittimen, mutta ilman kosketusta. Nykyään jo yli sadassa liikennevaloristeyksessä raitiovaunuilla liikennevaloetuuksia, joissa ilmaisimina käytetään ratikoiden lähestymiskytkimiä.

Bussietuudet olivat aluksi kiinteitä

Bussien liikennevaloetuuksia on myös ollut käytössä 1970-luvulta alkaen. Aluksi käytettiin kiinteitä etuuksia - liikennevalot oli ajoitettu siten, että bussi huolimatta pysäkillä käynnistä pysyy mukana vihreässä aallossa. Tällaisissa bussietuuksisa ei tarvittu ilmaisimia.

Kiinteillä bussietuuksilla oli kuitenkin varjopuolensa. Ne toteutuivat säännöllisesti jokaisen valokierron aikana riippumatta siitä oliko valoihin tulossa bussia vai ei. Tästä syystä ne aiheuttivat muulle liikenteelle ja pääkadun ylittävälle jalankululle usein turhaa ajanhukkaa erityisesti ruuhka-aikojen ulkopuolella.

Kiinteitä etuuksia ei siten voitu ajatella ensisijaiseksi liikennevalojen joukkoliikenteen etuuksien toteutustavaksi. Kiinteitä etuuksia käytetään enää muutamilla vilkkailla bussireiteillä ja silloinkin pysäkkien jälkeisissä liikennevaloissa.

Ensimmäiset bussi-ilmaisinkokeilut

Vasta 1990-luvun alussa ryhdyttiin etsimään keinoja bussien ilmaisemiseksi. Tavoitteena oli luoda busseille samanlaisia liikennevaloetuuksia kuin raitiovaunuilla. Lähtökohdaksi asetettiin ilmaisin, jolla voidaan havaita paitsi bussi myös sen linjanumero. Lisäksi oli eduksi, jos samalla saataisiin tieto bussin aikataulussa pysymisestä ja matkustajakuormituksesta.

Jo aiemmin oli selvitelty pitkäsilmukan long loop detector soveltuvuutta bussi-ilmaisimeksi liikenneministeriön TETRA-hankkeen yhteydessä. Vaikka hankkeen tulokset osoittivat, että pitkäsilmukka voisi tarjota nopean oikotien bussi-ilmaisimien lisäämiseen, niin ilmaisimen varjopuolet - virheelliset ilmaisut, bussin miniminopeus ja ilmaisimen säätötarve sulkivat tämän ilmaisintyypin pois jatkosta. Ilmaisimella ei myöskään ollut mahdollista tunnistaa bussin linjanumeroa.

Bussi-ilmaisin Long loop — Bussin pitkäsilmukkailmaisin. Ilmaisu syntyy, kun liikennevalojen ohjauskojeessa oleva ilmaisuvahvistin havaitsee silmukan sähköisessä kentässä ison auton kuten bussin aiheuttaman tavallista voimakkaamman induktiomuutoksen. Itse bussissa ei ole mitään tunnistinta tai muuta ilmaisulaitetta.

Paikkailmaisimen periaate

Bussin paikkailmaisin koostuu tienvarsilaitteesta ja bussilaitteesta. Tienvarsilaite kuten majakka tai induktiosilmukka tunnistaa bussissa olevan laitteen ja välittää tiedon läheiselle liikennevalojen ohjauskojeelle. Samalla tienvarsilaite voi tunnistaa myös bussin liikennöintiin liittyviä ominaisuuksia kuten linjanumeron.

Paikkailmaisimien varjopuoli on kaapelointi ja sen kustannukset: tienvarsilaite on kaapeloitava lähimmälle liikennevalojen ohjauskojeelle tai keskukseen. Tästä seuraa, että järjestelmä on jäykkä: bussireittien muutokset voivat vaatia lukuisien uusien ilmaisimien rakentamista. Sen sijaan bussiin sijoitetuista laitteista ei aiheudu olennaisia kustannuksia sen jälkeen kun ne on kertaalleen asennettu.

Bussi-ilmaisin Paikkailmaisin — Bussin paikkailmaisimen periaate. Tienvarsilaite havaitsee bussissa olevan tunnistimen ja välittää tiedon joko liikennevalokojeelle tai keskukseen. Ilmaisimia voi olla 1-3 kappaletta, etuuden ennakko-, pyyntö- ja kuittausilmaisin

Infrapunailmaisin

Ruotsalaisen Identicin bussi-ilmaisin on alunperin kehitetty bussien varikkoliikenteen hallintaan. Se perustuu bussin ja tienvarsilaitteen väliseen infrapuna-alueella tapahtuvaan tiedonsiirtoon. Laitteisto koostuu ajoradan yläpuolella olevasta tunnistimesta ja bussin katolla olevasta lähetimestä.

Bussi-ilmaisin Identic — Identicin bussi-ilmaisin. Bussin katolla on lähetin ja ajoradan yläpuolella olevassa vaijerissa on tunnistin. Tiedonsiirto perustuu infrapunasäteeseen.

Liikennelaitoksen busseissa on Identicin ilmaisin varikkotoimintoja varten. Tästä syystä mahdollisuus käyttää Indeticin bussilaitteita myös liikennevalojen bussi-ilmaisimena oli hyvin houkutteleva. Identicin ilmaisimia kokeiltiin Helsingissä yli kymmenessä risteyksessä usean vuoden ajan.

Kokeilu oli kuitenkin pettymys. Vaikka tunnistustekniikka toimi hyvin, niin ilmaisimien tarkkuus ja luotettavuus eivät olleet riittävät. Eniten virheitä aiheutui siitä, että bussi ajoi väärällä kaistalla tai sen verran sivussa, ettei tunnistin havainnut bussia. Kokeiltavana ollut ilmaisintyyppi ei antanut mahdollisuutta tunnistaa bussin linjanumeroa. Sittemmin tämä puute on korjattu. Laitteiden asennus busseihin on yksinkertaista kun taas risteyksiin asennus edellytti mittavia kaapelointeja.<(p>

Mikroaaltoilmaisin

Ranskalaisen S.L.E. bussi-ilmaisin perustuu bussin ja tienvarsilaitteiden mikroaaltoalueella tapahtuvaan viestiliikenteeseen. Laitteistoon kuuluu bussin oikealla sivulla olevat tunnistimet ja risteyksissä liikennemerkkipylväissä sijaitsevat 2.4 GH:n mikroaaltoalueella toimivat majakat.

Järjestelmä oli koekäytössä matkustajainformaatiojärjestelmän (INFO-18) yhteydessä yhdellä bussireitillä. Järjestelmää ei koskaan laajennettu siinä olevien vakavien teknisten ongelmien takia. Hanke sinänsä oli kuitenkin hyvin hyödyllinen. Se osoitti, miten tärkeää on integroida linja -autojen tunnistus joukkoliikenteen muuhun telematiikkaan.

Tunnistusjärjestelmä on edelleen käytössä noin 10-15 bussissa ja 6 risteyksessä. Teknisesti se toimii tyydyttävästi. Bussilaitteiston sekä kaapeloinnin kustannukset ovat korkeat. Väärin pysäköidyt autot voivat estää ilmaisuin, koska ne varjostavat bussin ja tienvarsilaitteen välistä näköyhteyttä. Ilmaisu saattoi myös estyä, jos bussin nopeus on ei ollut oikealla välillä.

Suotuisissa olosuhteissa S.L.E.n ilmaisintyypilla voidaan saavuttaa yli 99% luotettavuus mutta epäedullisissa tilanteissa se voi jäädä jopa 50%:iin. Linjakoodin lähetystä ei testattu.

Mikroaaltoilmaisin tunnisteella

Ruotsalaisen Combitechin bussi-ilmaisin on tarkoitettu alunperin tietullijärjestelmiin. Laitteistoon kuului yksinkertainen bussin etuikkunassa oleva ajoneuvotunniste sekä 2,45 GHz:n mikroaaltoalueella toimivat tienvarsiantennit.

Bussi-ilmaisin Combitech — Combitechin bussi-ilmaisin. Bussin etuikkunassa on yksikertainen tunnistin ja pylväässä on majakka. Tiedonsiirto perustuu mikroaaltoihin.

Järjestelmää testattiin yhdessä risteyksessä ja kymmenessä bussissa. Teknisesti se toimi erinomaisesti. Laitteiden asentaminen ja käyttö olivat yksinkertaista. Luotettavuus ylitti 99%. Varjopuolena olivat kustannukset.

Tienvarsiantennin kustannukset olivat erittäin korkeat. Sensijaan ajoneuvoon asennettava laite oli hyvin edullinen - niin edullinen, että se voitaisiin asentaa tunnisteet pääkaupunkiseudun kaikkiin busseihin.

Bussin linjakoodin vaihtaminen oli helppoa käyttämällä kullekin linjalla omaa tunnistetta. Kuljettaja saattoi vaihtaa tunnuksen siirtyessään ajamaan uutta. Tätä mahdollisuutta ei testattu.

Induktiivinen silmukka lähettimellä

Ruotsalaisen Trafikdatan bussi-ilmaisin perustuu induktiiviseen tiedonsiirtoon bussin alustarakenteessa olevan laitteen ja kadun pinnan alla olevan silmukan välillä. Tiedonsiirtoalue on 40-50 kHz.

Bussi-ilmaisin Trafficdata — Trafficdatan bussi-ilmaisin. Bussin alustassa on tunnistin ja ajoradassa silmukka. Tiedonsiirto perustuu 40-50 kHz:n mikroaaltoihin.

Tunnistustekniikka edellyttää, että katuun on asennettu ilmaisinsilmukoita. Ne aiheuttavat kustannuksia, mutta toisaalta esikaupunkialueilla useimmissa liikennevaloristeyksissä on silmukoita jo valmiina. Siten ne ovat käytettävissä bussien ilmaisemiseen.

Järjestelmän luotettavuudeksi mitattiin noin 98%. Epätarkkuus aiheutui pääasiassa siitä, että bussit ajoivat väärällä kaistalla, jolla ei ollut ilmaisinta. Lisäksi kahden eri silmukan on oltava vähintään 5 metrin etäisyydellä toisistaan, jotta ne eivät häiritse toisiaan. Tämä on vältettävissä yksinkertaisesti siten, että silmukat asennetaan riittävän etäälle toisistaan. Järjestelmään sisätyi myös bussin linjakoodi, jonka kuljettaja pystyi asettamaan yksinkertaisella peukalokytkimellä.

Ilmaisintyyppiä on käytetty vuosien ajan 80 linja-autossa ja noin 15-20 risteyksessä Helsingin itäisissä esikaupungeissa. Se on ainoa tutkittu ilmaisin, joka tulevaisuudessa näyttäisi soveltuvan bussien ensisijaiseksi ilmaisinjärjestelmäksi Helsingin esikaupunkialueilla.

Uutta tunnistintyyppiä tarvitaan

Yksikään kokeilluista kiinteän paikan ilmaisintyyppeistä ei ollut sovelias bussien havaitsemiseen kaupunkiympäristössä. Keskeiset syyt nimenomaan bussien liikennevaloetuuksien toteuttamisen kannalta olivat seuraavat:

Ilmaisimen toiminta
Ilmaisin ei toimi aina täydellisesti. Poikkeukselliset liikenneolosuhteet vähentävät ilmaisimen tarkkuutta. Virhellinen pysäköinti (S.L.E) tai pitkä kuorma-auto (longloop) saattaa estää bussin havaitsemisen kokonaan.

Bussi-ilmaisimien ongelmia. Vasemmalla iso auto estää infrapunasädettä osumasta bussissa olevaan tunnistimeen ja oikealla väärin pysäköity auto estää bussia pääsemästä tunnistusmajakan alapuolelle.

Kaapelointia tarvitaan
Tienvarsilaitteet kaapeloidaan liikennevalojen ohjauskojeeseen. Kustannukset voivat olla korkeat, koska kauimmaisen ilmaisimen tulisi olla 200-300 metrin päässä risteyksestä.
Ilmaisimien siirto on jäykkää
Jos bussireitit tai liikennejärjestelyt muuttuvat, ilmaisimia joudutaan siirtämään. Siirrot voivat aiheuttaa merkittäviä lisäkaapelointeja tai muita rakennustöitä
Tienvarren laitteita tarvitaan paljon
Bussien ilmaisupaikkoja on paljon - jokaisessa liikennevaloristeyksessä vähintään kaksi tai kolme ilmaisinta jokaista bussin tulosuuntaa kohden. Suuri laitemäärä kasvattaa järjestelmän ylläpitokustannuksia.
"Paras sijainti ei ole aina mahdollista
Bussi-ilmaisinta ei aina ole mahdollista sijoittaa liikennevaloetuuksien kannalta "parhaalle paikalle". Kadun vierustalla ei ole sopivia valaisinpylväitä, ajoradan yläpuolelle ilmaisimen asentaminen voi olla ympäristösyistä rajoitettua tai silmukan asentaminen ajorataan ei ole teknisesti mahdollista

Ainoa toimiva ilmaisintyyppi näyttää olevan radioviestintään perustuva ilmaisin (Low Power Radio Communication Detector). Sen periaate on kuvattu alla olevassa kuvassa.

Radioviestiin perustuva ilmaisin — Radioviestijärjestelmään perustuvan ilmaisinjärjestelmän periaate

Tällaisen ilmaisintyypin käyttöä on tutkittu Helsingissä vuosina 1996-1997. Neljän valmistajan ilmaisinlaitteita on testattu risteyksissä. Testien tulokset raportoidaan myöhemmin.

Jälkiarviointia 2013

ENTIRE-hankkeen raportti osoitti hyvin, kuinka monenlaisia bussi-ilmaisinjärjestelmiä 1990-luvulla testattiin. Vain yksi läpäisi seulan ja sekin vain esikaupunkialueella, jossa liikennevaloissa oli tuolloin paljon enemmän ilmaisimia kuin keskusta-alueella.

Bussi-ilmaisimien testaus osui ajankohtaan, jolloin radioviestintä - esimerkiksi matkapuhelimet - alkoi kaikkialla syrjayttää "lankaliittymiä" eli kaapelipohjaisia tiedonsiirtojärjestelmiä. Niinpa ei ollut ihme, että hankkeen lopussa syntyi vankka käsitys siitä, että vain radioviestintään perustuvat bussien ilmaisujärjestelmät ovat oikea tie eteenpäin.

Seuraava askel olikin sitten testata risteyksissä muutamia radioviestintään pohjautuvia bussi-ilmaisinjärjestelmiä. Testien perusteella päädyttiin - tosin mutkien kautta - hankkimaan ruotsalaiselta Thorebilta järjestelmä, joka myöhemmin kantoi nimeä HeLMi eli Helsingin liikennevaloetuudet ja matkustajainformaatio.