Valo-ohjauksen periaatteita

Liikennevalo-ohjaus perustuu Suomessa opastinryhmäohjaukseen. Opastinryhmällä ohjataan tietyn ajoneuvojen tulosuunnan tai suojatien liikennettä. Liikennevalojen ohjausperiaatteet ovat erillisohjaus, yhteenkytkentä, linkitys ja aikaohjaus.

Erillisohjauksessa liittymän liikennevalojen toimintaa ei ole kytketty muiden liikennevalojen toimintaan. Erillisohjauksessa kiertoaika on yleensä muuttuva. Itsenäisesti toimivilla liikennevaloilla pyritään yksittäisen liittymän kannalta mahdollisimman joustavaan valo-ohjaukseen.

Yhteenkytkennässä
liittymän liikennevalojen toiminta ajoitetaan viereisten liittymien liikennevalojen toimintaan sopivaksi. Yhteenkytkennän kiertoaika on kiinteä. Liikennevalojen yhteenkytkennällä pyritään muodostamaan liittymien välisille liikennevirroille ns. vihreitä aaltoja ja näin parantamaan liikenteen sujuvuutta liittymästä toiseen ajettaessa.

Linkitys
on erillisohjauksen ja yhteenkytkennän yhdistelmä. Pääosin liikennevalot toimivat itsenäisesti, mutta tietyiltä osin toimintaan vaikuttaa viereisen liittymän toiminta. Liittymän toimintaan saattaa vaikuttaa esimerkiksi edellisestä liittymästä saatu tieto saapuvasta autojonosta. Linkitetyssä liittymässä kiertoaika on muuttuva.

Aikaohjatuissa
liittymissä liikennevalot toimivat ennalta laaditun aikataulun mukaan ilman tietoa liittymässä olevasta ja sinne tulevasta liikenteestä. Aikaohjattuja liikennevaloja on Tampereella käytössä enää hyvin vähän.

Liikennetieto-ohjaus

Liikennetieto-ohjatuissa liikennevaloissa valojen toimintaa säädetään jatkuvasti liittymään saapumassa olevan liikenteen mukaan. Liikennetieto-ohjatuissa liittymissä saapuvaa liikennettä havaitaan liikenneilmaisimilla, kuten kulku- ja läsnäoloilmaisimilla, sekä painonapeilla. Liikenneilmaisimet ilmoittavat valo-ohjauskojeelle onko punaisena olevilla ajosuunnilla liikennettä odottamassa tai onko vihreänä olevilla ajosuunnilla vielä liikennettä. Liikennetieto-ohjaus parantaa liikennevalo-ohjauksen joustavuutta ja vähentää turhaa punaisissa seisoskelua.

Alueellinen ohjaus

Liikennevalojen alueellisella ohjauksella tarkoitetaan ohjaustapaa, jossa usean liikennevaloliittymän kattavaa aluetta ohjataan siten, että yksittäisen liittymän liikennevalojen toimintaan vaikuttaa lähialueen muiden liikennevaloliittymien toiminta. Toteuttamistapoja tähän on kehitteillä useita. Tampereella on kerätty kokemuksia SPOT-ohjauksesta. Alueellisen ohjauksen avulla voidaan pyrkiä esimerkiksi odotusaikojen minimointiin tai moottoriajoneuvojen pysähdysten ja tätä kautta liikenteestä aiheutuvien päästöjen mininimointiin. Ohjaus voi seurata joukkoliikenteen aikataulussa pysymistä ja suosia ohjauksessa aikataulustaan myöhässä olevaa bussia. Kuten liikennevalosuunnittelussa yleensäkin, tavoitteet ovat usein keskenään ristiriitaisia ja niiden valinnassa joudutaan tyytymään kompromisseihin. Suunnittelupöydällä luodusta yhteenkytkennästä älykäs alueellinen liikenteen ohjaaminen poikkeaa monella tavalla. Jatkuvaan liikennevaloliittymien väliseen tiedonsiirtoon perustuva järjestelmä osaa joustaa, toisin kuin kiinteään kiertoaikaan sidottu yhteenkytkentä. Alueellinen ohjaus ottaa huomioon liikenteen muutokset ja pyrkii ohjaamaan liikennettä sille asetettujen tavoitteiden kannalta parhaalla mahdollisella tavalla. Tästä johtuu, ettei aluellisen liikenteenohjauksen aluella ole säännönmukaisuuksia, joita kiinteällä kiertoajalla toimivissa yhteenkytkentäjaksoissa säännöllinen liikkuja saattaa huomata.

SPOT

SPOT-ohjauksessa alueen liittymät "keskustelevat" keskenään ja toisiltaan saamaan tiedon avulla ne pyrkivät minimoimaan viivytyksiä alueella. Optimointi tapahtuu jatkuvana, kolmen sekunnin välein laaditaan uusi ennuste seuraavaksi kahdeksi minuutiksi. Reaaliaikaisen liikennemäärätiedon lisäksi järjestelmä käyttää keräämäänsä historiatietoa ennusteen laatimiseen. Ennusteen perusteella liittymät päättävät valojen vaihtumisajankohdista. Optimointi tapahtuu muuttamalla odotusajat liittymissä kustannuksiksi, joiden summaa pyritään minimoimaan. SPOT-ohjauksen avulla voidaan toteuttaa joukkoliikenne-etuuksia asettamalla aikataulustaan myöhässä olevan bussin viivytykset muuta liikennettä "kalliimmaksi".

Tampereella kokemuksia ohjauksesta on kerätty Pirkankadun ja Paasikiventien ympäristöstä. Ensimmäinen SPOT-ohjauksen kokeilu Pirkankadulla syksyllä 1998 jätti vielä toivomisen varaa, mutta järjestelmä on kehittynyt myönteiseen suuntaan. SPOT-ohjaus kykenee reagoimaan liikenteen muutoksiin sangen joustavasti. Samasta syystä vihreän ajat eri risteyksissä ja mm. suojateillä vaihtelevat eri aikoina niin etteivät valot vaihdu samalla tavoin joka kerta autoilijan tai jalankulkijan näkökulmasta. SPOT-ohjauksen toiminnasta on kerätty tietoa ja verrattu sitä kelluvan auton tutkimuksilla normaaliin yhteenkytkentäohjaukseen. Tulokset olivat vielä tässä vaiheessa kuitenkin paremmat perinteisessä yhteenkytketyssä liikennevalo-ohjauksessa. Samoin SPOT-ohjauksen ylläpito on huomattavasti työläämpää kuin normaalissa valo-ohjauksessa. Näillä perusteilla SPOT-ohjausta ei Tampereella ole tällä hetkellä käytössä.

Sumea liikennevalo-ohjaus (Fuzzy logic)

Sumea logiikka on matemaattinen apuväline, jolla voidaan matkia asiantuntijan tekemiä päätöksiä. Liikennevalo-ohjauksessa sumea logiikka pyrkii toimimaan kuten liikennettä ohjaava kokenut poliisi, joka näkee liikenteen määrän kaikilla suunnilla ja ottaa sen huomioon yksittäisen suunnan liikennettä ohjatessaan.

Perinteinen liikennevalokoje saa ilmaisimien avulla täsmällistä tietoa liikenteestä. Liikennetieto-ohjatut liikennevalot toimivat niille ohjelmoitujen yksinkertaisten sääntöjen mukaan pyrkien mahdollisimman hyvin ohjaamaan liikennettä. Pääasiassa ilmaisimilla tehdään kahdenlaisia toimintoja:

- Vihreää pyydetään suunnalle, jolla on liikennettä havaittu.

- Vihreän kestoa pidennetään saatujen ilmaisujen mukaisesti.

Ilmaisimilta saatu tieto on hyvin täsmällistä, mutta koska ilmaisimia on rajallinen määrä, ei liikennevalokojeen päätöksenteon taustalla ole kovin suurta tietomäärää.

Sumea liikennevalo-ohjaus toimii epätäsmällisempien sääntöjen avulla. Ohjauskoje tekee päätöksensä enemmän ihmisen päätöksentekoa muistuttavien sääntöjen avulla.

- Jos vihreää vaihetta lähestyy monta autoa ja punaisissa odottaa vain muutama auto, jatketaan vihreää vaihetta.

Koska sumeassa ohjauksessa on mahdollisuus käyttää epätäsmällistä tietoa, voidaan ilmaisimilta kerättyä tietoa laajentaa simuloimalla liikennettä ja arvioida esimerkiksi kääntyvien ajoneuvojen osuuksia. Ero tosi-epätosi -päätöksiin perustuvaan perinteiseen logiikaan on se, että tietty asia voi olla osittain yhtä aikaa tosi ja epätosi; kun liittymää lähestyy 10 autoa, saapuvien autojen määrä voi olla yhtä aikaa "monta" tai "jonkin verran".

Sumeaa logiikkaa voidaan käyttää yksittäisen liittymän ohjaamiseen tai alueelliseen liikennevalo-ohjaukseen.