Innostuin yleisestä mielenkiinnosta ja excel-harjoituksena tekemän mallinnusta tavoitteena laskea, kuinka paljon eri toimilla voisi ratikkaliikennettä nopeuttaa. Mallinnuksen kohteena toimi oma työmatkani kasilla Hauhonpuiston ja Itämerenkadun pysäkkien välillä. Alla on tiivistelmä siitä, miten mallin rakensin, käytetyt oletukset ja tulokset.
Disclaimer: en ole joukkoliikenteen ammattilainen, enkä sellaiseksi opiskeleva. Tein mallin ihan "yleisellä insinöörijärjellä". Olen siksi saattanut tehdä ammattilaisten näkökulmasta hullunkurisiakin virheitä. Olisin kitollinen kommenteista, vastaavatko oletukset, mallinnustapa ja tulokset sitä, miten liikennettä oikeasti mallinnetaan.
Mittaukset
Mittasin viisi kertaa sekunttikellolla matkan Itämerenkadulta Hauhonpuistoon kellottaen jokaisen pysähdyken ja liikkeellelähdön. Otin näistä mittauksista kolme keskimmäistä mukaan mallin rakentamiseen: yhdellä kerralla hidasteltiin lumitöiden takia paljon, ja yksi oli illalla niin että pysäkkejä ohiteltiin runsaasti. Lisäksi mittasin kokonaismatka-ajan 15 kertaa. Koko malli löytyy
tästä
Pieni datamäärä riittää mallin luomiseen, mutta ei vielä kertomaan, vastaako se oikeasti todellisuutta. Mittaaminen oli kuitenkin siksi rasittavaa puuhaa, ettei uvittanut tehdä sitä enempää.
Esimerkkimatkalle osuu 12 pysäkkiä, 27 liikennevalot, 13 vaihdetta ja 5 isompaa kaarretta. Kaiken kaikkiaan se on melko tyypillistä keskustan ulkopuolista rataa Helsingissä.
Oletukset ja mallinnus
Ratikan kiihtyvyys:
0,8m/s^2. Foorumilta löysin mainittuina arvot 0,8, 1,0 ja 1,2. Malli olettaa, että ratikka kiihdyttää aina tasaisella kiihtyvyydellä maksiminopeuteen ja hidastaa siitä tasaisesti taas. Koska todellisuudessa kiihdytys lopetetaan jo aiemmin, mikäli edessä on jarrutus, täytyy mallissa käytettävän kiihtyvyyden olla hiukan alle todellisen keskimääräisen kiihtyvyyden. Siksi otin alimman arvon. En tiedä, vastaako tämä reaalisesti Helsingin ratikoiden nykykäytöstä kuinka hyvin, mutta ainakin sain mallin suunnilleen täsmäämään mittauksiini.
Maksiminopeus:
40km/h. Osa reitistä on 50km/h, mutta yksinkertaistin vähän. Tämän vaikutus matka-aikaan on pieni.
Pysäkit: pysäkeillä pysähdytään aina. Normaaleilla pysäkeillä pysähdys kestää 15s, keskihajonta 3s. Suurilla pysäkeillä kestää 30s, keskihajonta 10s. Suuria pysäkkejä on tällä reitillä Ooppera ja Vilhonvuori. Mittauksissa joitakin pysäkkejä ohiteltiin, mutta en ottanut tätä mukaan malliin.
Liikennevalot: Liikennevaloissa pysähdytään 50% todennäköisyydellä, ja pysähdys kestää 0-40s tasaisella jakaumalla. Tämä vastaa melko hyvin empiirisiä mittauksiani, joskin joka matkalle osui yksi vielä pidempi odotus, ja todellinen pysähtymisprosentti oli 43. Tässä siis pysähtyminen tarkoittaa sitä, että ratikka hiljentää kävelynopeuteen tai pysähtyy, vaikka sitten jatkaisikin heti matkaa. Pienempi hiljennyksiä jotta valo ehtisi vaihtua malli ei huomioi. Excelin rajat alkoivat tulla vastaan liikennevaloja mallintaessa, ja oikaisin pari mutkaa hajonnan kanssa. Tulosten pitäisi kuitenkin olla tarkistuslaskentani mukaan likimain oikein.
Vaihteet: Ristikoissa hiljennetään nopeuteen
10km/h HKL:n ohjeen mukaisesti.
Kaarteet: Kaarteissa hiljennetään nopeuteen 20km/h. Luku on oma arvioni, en tiedä onko se oikein. Pieniä tai todella loivia kaarteita ja mutkitteluja ei ole laskettu ollenkaan, esimerkiksi Runeberginkadun vähittäistä kääntymistä.
Sekalainen häiriö: lisäsin keskihajontaa koko matkalle
2,4 sekunttia kilometriä kohden kuvaamaan muun liikenteen aiheuttamia häiriöitä. Luku valikoitui sillä perusteella, että sain sen avulla kokonaishajonnan vastaamaan koko matkan mittauksiani. Omia kastoja ja liikenteen seassa kulkemista ei tässä ole eroteltu.
Varmuusvara: Matkustaja haluaa mallissa olla perillä
85% todennäköisyydellä haluamaansa aikaan. Eli matka-aikoihin lisätään yksi keskihajonta. Luotettavuustarpeet vaihtelevat paljon tilanteen mukaan, ja poimin tuon luvun oikeastaan ihan hatusta. Lähtöajan epäluotettavuuteen varautumista ei ole huomioitu, lähinnä koska esimerkkimatkallani siihen ei ole ollut tarvetta.
Ajattelin käyttää tuota samaa 85% luotettavuutta myös vaunujen osalta, eli vaunun pitää ehtiä 85% tn lähtemään seuraavalle sivulle ajoissa. Jos joku osaa kertoa, milnkä prosentin HKL edellyttää niin olisin kiinnostunut
Matka-ajan odotusarvo mallissa on 20:34, kun reittioppaassa se on 20:00 ja mittauksissani keskiarvo on 22:23. Kokonaisaika sisältäen varomarginaalin on mallissa
23:09 ja mittauksissa 25 minuuttia. Reittiopas ei marginaalejaan kerro.
Matka-ajasta 3:45 vietetään pysäkillä seisten (mittaus: 3:05) ja 4:30 liikennevaloissa seisten (mittaus: 4:20). Yhteensä liikennevalot aiheuttava 7min 59s viivettä kokonaismatka-aikaan.
Nopeutuskeinot ja tulokset
Vertailin kuutta eri tapaa nopeuttaa raitioliikennettä: "helppojen" liikennevalojen ohitusta, hiljaisempien pysäkkien poistoa, "reippaampaa" ajotapaa, syväuraisia ristikoita, maksiminopeuden nostoa 50km/h tasolle ja kaikkien liikennevalojen pysähtymättä ohitusta.
Kuljettajarahastuksen lopettamista en mallintanut, koska sitä ei oikeastaan mallissa ole. Yhdelläkään mittaamistani matkoista kukaan ei ostanut lippua. Kasi ei ole turistiratikka. Ylipäänsä kuljettajarahastuksen lopettamisen hyöty on lähinnä siinä, että parempi ennakoitavuus tekee liikennevaloetuuksien ohjelmoinnista helpompaa, ei siinä että se itsessään nopeuttaisi juurikaan.
"Helpot" liikennevalot
Varova-valot kaikkialle missä ei ole risteävää autoliikennettä (3 kpl). Lisäksi Varova-tyyppinen ratkaisu risteyksiin, joissa risteävä autoliikenne on vähäistä ja siltä voidaan lyödä vuoro poikki aina tarvittaessa ilman mainittavia haittoja (5kpl). Lisäksi Kustankatu-Kustaankuja-Flemari-valot poistetaan kokonaan (3kpl), koska liikenne toimi selvästi paremmin kun ne eivät vielä olleet päällä. Yhteensä 11 valot poistuvat ratikan kannalta katsottuna. Nämä ovat siis periaatteessa tehtävissä liikennevalo-ohjelmoinnilla, joskin käytännössä pieniä katutöitä kannattaa ehkä tehdä samalla.
Nopeutus: kokonaisaika väheni 3 minuttia, eli
13%. Malli olettaa pysähtymistodennäköisyyden olevan kaikissa valoissa sama, mikä ei ihan pidä paikkaansa. Siksi todellinen nopeutus lienee jonkin verran pienempi.
Pysäkkien poisto
Poistetaan pysäkit, jotka usien ohitetaan, ja joista järkevän matkan päässä on toinenkin pysäkki. Näitä oli reitillä 3kpl: Marian sairaala pohjoiseen päin, Kaupunginpuutarha ja Lautatarhankatu. Kustaankadun pysäkki länteen päin olisi samaa joukkoa, mutta mallissa on mukana vain suunta itään. Pysäkkien poisto aiheuttaa aina myös palvelutason laskua ja paljon valitusta. Etenkin Kaupunginpuutarhan suhteen en itse sitä poistaisi, vaikka Oopperalle on vain 320m.
Nopeutus: kokonaisaika väheni 1:36 minuttia eli
7%. Pysäkkiä kohden kiihdytyksineen kuluu siis noin puoli minuuttia reaalisissa liikenneoloissa.
"Reipas" ajotapa
Kuskeilta vaaditaan aina välillä reippaampaa otetta ajamiseen. En ole varma, missä määrin tämä onnistuu vaarantamatta liikenneturvallisuutta tai heikentämättä matkustusmukavuutta (ainakaan liikaa). Muutin mallissa kiihtyvyyden 0,8m/s^2:sta 1,0:aan, eli neljänneksen suuremmaksi. Tuo tarkoittaisi siis todellisen kiihtyvyyden nousemista 1,0 - 1,2 m/s^2 välille, koska malli vaatii arvion alakanttiin. Ainakaan tämän suurempaa kirimistä ei voi tehdä.
Nopeutus: matka nopeutui minuutilla, eli
4,4%.
Syväuraiset ristikot
HKL suunnittelee ristikoiden vaihtamista syväuraisiksi niin, että niistä voisi ajaa suoraan läpi hidastamatta, ja kääntyäkin nykyistä lujempaa. Varsinainen tarkoitus on vähentää kiskojen ja vaunujen kulumista, mutta kyllähän tuo vähän myös nopeuttaa. Mallinsin muutoksen niin, että vaihteista saisi ajaa 20km/h kymmenen sijaan.
Nopeutus: 17 sekunttia eli
1,2%. Malli arvioi tämän alakanttiin, todellinen vaikutus lienee jonkin verran suurempi. Lisäksi lähes kaikkien vaihteiden vieressä on myös liikennevalot, ja niin kauan kun niissä pysähdellään, ei ristikoiden nopeuttaminen vaikuta paljoa.
Maksiminopeus 50km/h
Tämä on mukana lähinnä koska halusin katsoa, oliko käyttämäni 40km/h maksiminopues ongelma. Ei se ollut: jos koko reitti ajettaisiin 50km/h, nopeutuisi matka 17 sekunttia eli
1,2%. Vasta jos pysähtelyjä on vähennetty reippaasti, alkaa maksiminopeudella olla jotain väliä. Mallintamallani välillä ratikka kulkee 40km/h yhteensä 950m matkan, ja 50km/h matkaa olisi 408m
Häiriöiden puolitus
Liikennehäiriöiden mallintamiseen malli ei ole kauehan hyvä, koska se perustuu toimintaannormaaleissa olosuhteissa. Mittasin kokonaismatka-ajan 15 kertaa saadakseni vähän enemmän dataa sen hajonnasta ja lisäsin sen pohjalta 2,4sekunnin hajonnan per kilometri sekalaisille häiriöille (lähinnä autoliikenteelle). Mallilla tein vertailun, jossa puolitin tuon luvun.
Nopeutus: kokonaisaika nopeutuu 40s, eli
2,9%, kun oletetaan, että 85% todennäköisyydellä pitää olla ajoissa perillä. Tätä lukua en pitäisi kauhean luotettavana, koska se perustuu maagiseen kertoimeen jonka taustalla on aivan liian vähän mittauksia.
Kaikkien liikennevalojen ohitus
Vertailun vuoksi katsoin, mitä käy jos kaikki liikennevalot voi ohittaa. Se vaatisi vähän suurempiakin muutoksia Helsingin liikennejärjestelyihin, joten tämä malli on mukana lähinnä vertailukohtana.
Nopeutus: kokonaismatka-aika lyheni 7 minuuttia eli
30%. Näin suuret parannukset eivät helpolla onnistu, mutta jonnekin tämän ja yllä esiteltyjen "helppojen" nopeutusten välimaastoon pääsisi kohtuullisin muutoksin
Yhteenveto
Eri nopeutustapojen vaikutuksen kokonaismatka-aikaan (odotusarvo + 1 keksihajonta, eli 85% tn perillä odotettuun aikaan mennessä)
- "Helpot" valomuutokset 13%
- Pysäkkien vähentäminen 7%
- "Reipas" ajotapa 4,4%
- Syvät ristikot 1,2%
- Maksiminopeus 50km/h 1,2%
- Häiriöiden puolitus 2,9%
- Kaikki valot ohitetaan 30%
Tärkein keino nopeuttaa ratikoita on sellaisten liikennevalojen vähentäminen, joissa joutuu pysähtymään. Vain puolet liikennevalojen aiheuttamasta viiveestä on niissä seisomista, joten "nollaviive-etuus", jossa kuitenkin juotuu ensin pysähtymään, vaikka vain 0 sekunniksi, ei vastaa tarkoitustaan. Merkittävä parannus olisi tehtävissä jo melko yksinkertaisilla keinoilla.
Pysäkkien vähentäminen nopeuttaa matkaa puolisen minuttia per kappale. Sillä on kuitenkin myös selvä haitta palvelutasoon, joten sen kanssa kannattaa olla varovainen.
Syväuraisten ristikoiden ja maksiminopeuden noston vaikutus on vähäinen. Myöskään häiriöiden vähentäminen tai ajotavan muuttaminen agressiivisemmaksi eivät vaikuta kovin paljoa.
Kaikki arviot ovat korkeintaan suuntaa antavia. Mallia ei ole validoitu riittävällä empiirisellä datalla, ja siinä voi tunnettujen virhelähteiden lisäksi olla laskuvirheitä.
Lopuksi
Huomaatteko jotain virheitä tai epäselvyyksiä? Entä tuleeko mieleen muita nopeutuskeinoja, joita voisi yrittää laskea tällä mallilla?
Kiinnostaisi myös kuulla, missä lähestymistapani poikkeaa siitä miten mallinnusta oikeasti tehdään. Siis muutoin kuin siinä, ettei sitä oikeasti tehdä excelillä.
Ajattelin laskea jossain vaiheessa, mitkä olisivat nopeutustapojen vaikutukset koko kaupungin alueella, jos oletetaan liikenneolojen olevan vastaavia. Odotan kuitenkin ensin, jos joku huomaa korjattavaa mallissa tähän asti.
