Liikenteen automaation taustaa ja näkymiä

Automaation kautta tavoiteltavat hyödyt

Liikenteen automaatiota hyödyntävä tulevaisuuden liikenne on nykyistä turvallisempaa, tehokkaampaa ja kestävämpää. Tämä visio on asetettu valtioneuvoston periaatepäätöksessä liikenteen automaation edistämisestä (2021). Lisäksi periaatepäätöksen (Ulkoinen linkki) ohjaavissa linjauksissa on korostettu automaation kehittämistä ihmiskeskeisesti, tiedonvaihdon tehokkuuden parantamista ja kokonaisvaltaista sääntelyä. Tarkemmin näitä linjauksia toteuttavia toimenpiteitä on käsitelty liikenteen automaation lainsäädäntö- ja avaintoimenpidesuunnitelmassa (Ulkoinen linkki), johon myös valtakunnallisessa liikennejärjestelmäsuunnitelmassa (Ulkoinen linkki) vuosille 2021-2032 viitataan. Edelleen hallitusohjelman vuosille 2024-2028 mukaan hallitus edistää liikenne- ja logistiikka-alan digitalisaatiota, automatisaatiota ja itseohjautuvien ajoneuvojen kehittämistä ja turvallista käyttöönottoa.

Varsinkin tieliikenteessä automaation kehittymisellä arvioidaan olevan suuri rooli liikenneturvallisuuden parantamisessa, kun automaattiset toiminnot korjaavat kuljettajan virheitä tai varmistavat sen, että kuljettaja toimii ajoissa ja turvallisesti. Automaation turvallisuusvaatimukset ovat yhä tärkeämpiä, kun siirrytään itsenäisesti toimiviin automaattisiin järjestelmiin, joissa ihmisen rooli on enemmän liikennevälineen käyttäjä tai sen toiminnan seuraaja kuin aktiivinen ohjaaja. Tällöin syntyy myös uusia kysymyksiä siitä, miten ihmiset luottavat automaattisten järjestelmien turvalliseen toimintaan ja ymmärtävät niiden toiminnan rajat. Turvallisuuden käsite laajenee myös kyberturvallisuuteen, tietosuojaan ja liikennejärjestelmän toimivuuden takaamiseen sekä jossain tapauksissa turvallisuuden kokemukseen, kun esimerkiksi kuljettaja tai ohjaaja ei ole enää fyysisesti läsnä liikennevälineessä.

Ajantasaiset luotettavat tiedot ympäristöstä ovat automaattisten liikennevälineiden toiminnan edellytys, jotta ne voivat turvallisesti liikkua. Automaattisten järjestelmien itsenäinen toiminta edellyttääkin liikennettä, muita liikennevälineitä, väyliä ja olosuhteita jne. koskevaa luotettavaa tietoa ja sen reaaliaikaista hyödyntämistä sekä usein myös näihin liittyvien liikenteen ohjaus- ja hallintapalveluiden kehittymistä. Näin verkottuneiden liikennevälineiden toimintaa voidaan optimoida, käyttää suurempi osa väylien kapasiteetista ja parantaa liikenteen tehokkuutta.

Mikäli liikenteen tehokkuuden parantamisessa onnistutaan, sillä voidaan osaltaan vähentää liikenteen päästöjä. Automaattisten liikennevälineiden kehityksen myötä voi syntyä myös uusia kestäviä liikkumispalveluita, jotka mahdollistavat tasapuolisemmat liikkumismahdollisuudet. Automaatiokehityksen odotetaan siis osaltaan toteuttavan laajempia yhteiskunnallisia tavoitteita, mutta periaatepäätöksessä tunnistetaan myös se, että automaatiokehitykseen voi liittyä riskejä, ellei niitä aktiivisesti oteta huomioon. Liikennejärjestelmätasolla nämä voivat liittyä esimerkiksi liikenteen energiatehokkuuden huononemiseen ja päästöjen lisääntymiseen, mikäli ajoneuvojen ja liikenteen määrä lisääntyy tai kestävien liikkumismuotojen osuus liikenteestä vähenee.

Eri liikennemuodoissa on lukuisia automaation käyttötapauksia ja niissä erilaisia automaatiotasoja ja -toimintoja. Näillä on edelleen monenlaisia käyttäjiä erilaisissa ympäristöissä ja tilanteissa. Automaation vaikutukset liikennejärjestelmässä riippuvat siis viime kädessä siitä, mitkä automaation käyttötapaukset yleistyvät – ei ole vain yhtä automaation kehityspolkua.

Automaation yhteisiä tekijöitä eri liikennemuodoissa

Kaikkien liikennemuotojen automaatiokehitykseen liittyy yhteisiä tekijöitä, jotka kytkeytyvät liikennejärjestelmään monilla eri tavoin. Seuraava tarkastelu tehdään ymmärrettävyyden vuoksi automaattisten liikennevälineiden näkökulmasta, mikä tuo liikennejärjestelmäkytkennät monipuolisesti esille.

Automaattisilla liikennevälineillä on erilaisia omia sensoreita ja tiedonkeruumenetelmiä, joiden avulla ne pyrkivät saamaan mahdollisimman tarkan kuvan siitä, missä ovat ja mitä ympärillä tapahtuu, sekä ymmärtämään, mitä kerätyn tiedon perusteella pitäisi tehdä, ja lopulta päättämään, miten tulee toimia, sekä toimimaan päätöksen mukaisesti. Tätä prosessia voivat tukea viranomaisten ja muiden toimijoiden liikennevälineille tarjoamat ajantasaiset standardoidut maasto-, infrastruktuuri-, olosuhde- ym. tiedot. Kaiken kaikkiaan prosessissa on mukana automaattisia ohjelmistoalgoritmeja ja tekoälyä. Automaattiset liikennevälineet pystyvät joissakin tapauksissa ja tietyissä, usein ennalta tarkkaan kartoitetuissa ympäristöissä toimimaan itsenäisesti ja voidaan puhua autonomisesta toiminnasta, mutta varsinkin liikenteellisesti monimutkaisissa ympäristöissä automaattiset liikennevälineet voivat tarvita toimintansa tueksi ulkopuolelta saatuja tietoja infrastruktuurista, muusta liikenteestä ja olosuhteista tai etähallintaa tai etävalvontaa. Ympäristöä koskevat tiedot ovat erittäin tärkeitä automaation jatkuvan, luotettavan ja ennakoitavan toiminnan näkökulmasta, jottei mikään tilanne tulisi täytenä yllätyksenä.

Ympäristöä kuvaavat tiedot voivat olla joko staattisia tai dynaamisia. Staattisella tiedolla tarkoitetaan tietoa, joka pysyy muuttumattomana tai muuttuu vain hitaasti. Tyypillisesti staattinen tieto liittyy etenkin fyysiseen liikenneinfrastruktuuriin. Dynaamisella tiedolla tarkoitetaan tietoja, jotka päivittyvät jatkuvasti, kuten sää- ja olosuhdetiedot sekä tiedot muista liikkujista.

Tietojen välittämiseen tarvitaan digitaalista infrastruktuuria, kuten digitaalisia paikkatietoaineistoja, radiojärjestelmiä ja tietoliikenneyhteyksiä ja niiden vaatimia laitteistoja. Tiedonvaihtoon liittyy myös aina kysymyksiä siitä, missä automaattisten liikennevälineiden ymmärtämässä koneluettavassa muodossa ne välitetään, ketkä vastaavat niiden välittämisestä ja kuinka varmistetaan tiedon vaihdon luotettavuus. Tiedon jakelu, vaihto ja hyödyntäminen edellyttävät kansainvälisten tiedonsiirto- ja tietotuotestandardien kehittämistä sekä käyttöönottoa. Lisäksi tiedon laatu, eheys, saatavuus ja luottamuksellisuus ovat keskiössä niin liikenteessä kuin automaatiossa.

Kyberturvallisuus, joka linkittää reaalimaailman ja (tieto)tekniikan, onkin olennainen osa automaation kehitystä. Alan kyberturvallisuus- ja tietoturvasääntelyn ja standardointityön tulee kulkea käsi kädessä. On tärkeää ottaa kyberturvallisuusaspekti huomioon jo tutkimus- ja kehitysprosessien alkumetreillä, jotta voidaan varmistaa, että lopputuotteet täyttävät turvallisuus- ja toimintavarmuusvaatimukset. Tämä edellyttää kuitenkin, että alan sääntely ja/tai standardit ovat olemassa. Ne syntyvät alan toimijoiden, järjestöjen, viranomaisten ja muiden sidosryhmien yhteistyön tuloksena. Tähän asti eri liikennemuodoissa ja teknologian kehityssektoreilla sääntely- ja standardointityöt ovat edenneet eri vauhtia, ja paikka paikoin niistä on jo pulaa. Vaarana tässä tapauksessa on se, että syntyy keskenään kyberturvallisuus- ja muilta ominaisuuksiltaan yhteensopimattomia teknologioita. Jos tulevaisuudessa nouseekin tarve saada nämä teknologiat toimimaan yhteen, voi tehtävä osoittautua erittäin kalliiksi, haastavaksi tai jopa mahdottomaksi.

Automaattiset liikennevälineet asettavat myös uuden haasteen liikenteen hallinnalle ja ohjaukselle; miten varmistetaan liikennejärjestelmän sujuva ja turvallinen toiminta varsinkin niissä tilanteissa joissa automaattisia ja perinteisiä liikennevälineitä kulkee samassa tilassa.

Automaattisten liikennevälineiden käyttöönotto perustuu monien teknologioiden kehitykseen, joiden ymmärtäminen on käyttäjän näkökulmasta usein vaikeaa. Tämä asettaa suuria vaatimuksia ihmisen ja koneen välisen vuorovaikutuksen toteuttamiselle siten, että ihminen voi luottaa järjestelmien turvallisuuteen ja ymmärtää kulloinkin, mitä liikenneväline tekee itse ja mitä ihmisen pitää tehdä. Yksi keskeinen kysymys on myös, miten liikennevälineen hallinta siirretään automaattisesta tilasta turvallisesti ihmiselle. Automaattisten liikennevälineiden kehitykseen liittyy myös tärkeitä sosiaalisia näkökulmia, kuten lisäävätkö ne liikkumisen tasa-arvoisuutta vai johtavatko ne liikkumismahdollisuuksien eriarvoistumiseen. Viime kädessä kyse on siitä, vastaavatko automaattisia liikennevälineitä hyödyntävät palvelut käyttäjien tarpeisiin.

Automaatiokehityksen ennakointia eri liikennemuodoissa

Automaattisten liikennevälineiden laajamittainen käyttöönotto voi vaikuttaa liikennemuotojakaumaan ja liikenteen määrään ja sitä kautta koko liikennejärjestelmän turvallisuuteen, kestävyyteen, tehokkuuteen ja tilankäyttöön. Automaatiokehityksen ennakointi on tietenkin haastava tehtävä, koska jo pelkästään teknologisten muutosten tai niiden käyttöönoton vauhtia on vaikea ennustaa. Alustavasti voidaan kuitenkin tunnistaa joitakin todennäköisiä muutoksia eri liikennemuodoissa. Automaation nykytilaa on kuvattu liikennemuotokohtaisissa osioissa ja seuraavassa on kootusti arvioitu, miltä tulevaisuus näyttää seuraavan noin kymmenen vuoden aikana eri liikennemuodoissa

Rautatieliikenne

Automaatiolla on hyvin keskeinen rooli rautatieliikenteen toiminnassa, sillä junat kulkevat paikasta toiseen automatisoitujen turvalaitejärjestelmien ohjaamana ja liikenteenohjaajien valvomina. Kehittyneimmätkin liikenteen hallinnan ja ohjauksen järjestelmät perustuvat tällä hetkellä kuitenkin vielä siihen, että yksikköä ajaa kuljettaja.

Suomen rataverkko on osa eurooppalaista rautatiealuetta ja sillä tapahtuva toiminta kuuluu EU:n sääntelyyn piiriin. EU:n yhteentoimivuuden tekniset eritelmät kehittyvät lähivuosien aikana ottamaan automaation paremmin huomioon. Ne sisältävät komission päätöksinä ja asetuksina annettua yksityiskohtaisempaa teknistä sääntelyä rautatiejärjestelmän eri osajärjestelmistä - esimerkiksi turvalaitteista, kalustosta ja infrastruktuurista.

Suomen rautatieliikenteen automaation kannalta keskeistä työtä tehdään Digirata-hankkeessa, jossa korvataan nykyisin käytössä oleva junien kulunvalvonta (JKV) -järjestelmä eurooppalaisella junakulunvalvontajärjestelmällä (ETCS). ETCS:n myötä rataverkolla voidaan mm. siirtyä pistemäisestä junankulunvalvonnasta ns. liikkuvan suojastuksen periaatteeseen ja luopua opastimista. ETCS:n myötä rataverkolle saadaan lisää kapasiteettia, sekä pyritään saamaan lisää matkustajia ja tavaraa raiteille, parannetaan palveluita ja vähennetään häiriöitä.

Tavoitteena on, että kulunvalvonta on täysin uudistettu vuoteen 2040 mennessä Suomessa. Lisäksi tarkoituksena on toteuttaa matkaviestinyhteyksillä eurooppalaisen rautatieliikenteen ohjausjärjestelmän vaatimukset.

Autonomisen junaliikenteen kokeilut ja hankkeet voivat synnyttää uudenlaista raidelogistiikkaa teollisuuslaitosten tai terminaalien sisäiseen liikenteeseen.

Merenkulku

Merenkulussa on jo nyt monia automaattisia ratkaisuja, kuten aluksen reittisuunnitelmaa seuraavat autopilotit, ajoittain miehittämättömät konehuoneet, stabilisaattorit ja dynaaminen aluksen paikallaanpito (Dynamic Positioning). Suunnitteilla on myös monia uusia korkean teknologian toimintoja, jotka mahdollistavat esimerkiksi alusten etäohjauksen tai autonomisen aluksen operoinnin. Tällä hetkellä kehityksen pääpainopiste on kuitenkin automatiikassa, joka tukee ihmisen toimintaa. Tällaisia ovat mm. alusten yhteentörmäyksen estoon kehitetyt järjestelmät, dronejen käyttö kemikaalisäiliöalusonnettomuuksissa ja merenkulun kuljetusketjujen optimointiin ja polttoaineen kulutuksen vähentämiseen tähtäävät tiedonsiirtojärjestelmät, joilla pyritään siihen, että alukset saapuvat satamaan mahdollisimman oikea-aikaisesti ja teollisuudessa on mahdollista minimoida varastot (JIT ja JOT konseptit). Automatiikassa nähdään myös paljon potentiaalia merenkulun ilmastotavoitteiden edistämiseksi.

Miehittämätön ilmailu

Ilmailussa lentämisen automatisointi on jo viety varsin pitkälle. Seuraavana askeleena miehittämättömän ilmailun kehittymisessä on automatisoitu liikenteenohjaus U-Space ilmatiloissa. U-space mahdollistaa alueellisesti tiheämmän droneliikenteen yhteensovittamisen sekä näköyhteyden ulkopuolella tapahtuvan miehittämättömän ilmailun ja perinteisen miehitetyn ilmailun sujuvamman yhteensovittamisen. Lisäksi se luo mahdollisuudet vaativammille operaatioille kaupunkiympäristössä. Kokonaisuutena mahdollistuu siis ilmatilan tehokkaampi hyödyntäminen.

Seuraavassa vaiheessa ovat vuorossa lyhyiden matkojen dronetaksit (arvio lainsäädäntökehyksen valmistumisesta 2026-2030). Nämä kehittyvät ensin pilotin lentämänä, sitten pilotin etälentämänä ja viimeisessä vaiheessa autonomisina laitteina. Tämän jälkeen kehittynevät pitkän matkan rahtilennot etäohjattuina ja sen jälkeen autonomisina (arvio lainsäädäntökehyksen valmistumisesta 2026-2035).

Tieliikenne

Tieliikenteessä automaation ''esiastetta'' ovat kuljettajan toimintaa avustavat järjestelmät, jotka eivät vielä itsenäisesti vastaa kaikista ajamiseen liittyvistä tehtävistä vaan tavallaan korjaavat kuljettajan virheitä tai varmistavat, että kuljettaja toimii ajoissa ja turvallisesti. Jos kuljettaja ei reagoi tilanteeseen ajoissa, järjestelmät voivat toimia jollakin ajamisen osa-alueella itsenäisestikin. Esimerkkejä tällaisista järjestelmistä ovat automaattinen hätäjarrutus tai kaistalla pysymisen avustaja. Monet kuljettajan toimintaa tukevat järjestelmät ovat yleistyneet vauhdilla viime vuosina Suomessa. Erilaisilla tukijärjestelmillä varustettujen ajoneuvojen osuus henkilöautokannasta on jo 20 - 40 % riippuen tukijärjestelmästä (vuonna 2022). Tämä kehitys jatkuu edelleen voimakkaana, koska uusissa ajoneuvoissa tukijärjestelmät ovat entistä useammin vakiovarusteena tai vähintään ajoneuvon ostohetkellä valittavissa olevana lisävarusteena. Kuljettajaa avustavien järjestelmien määrä uusissa henkilö-, linja-, paketti- ja kuorma-autoissa tulee lähivuosina lisääntymään voimakkaasti niiden tullessa pakollisiksi varusteiksi ensin uusissa ajoneuvotyypeissä ja sen jälkeen kaikissa käyttöönotettavissa ajoneuvoissa.

Ajoneuvojen automaattisten ajojärjestelmien käyttöönotto tulee myös mahdolliseksi. Nämä järjestelmät pystyvät suotuisissa olosuhteissa itsenäiseen toimintaan osalla matkaa eli hoitamaan

kaikkia ajamiseen liittyviä tehtäviä ilman kuljettajan puuttumista. Ensimmäinen tällainen käyttöön hyväksytty järjestelmä on henkilö- ja pakettiautojen automaattinen kaistalla pysymisjärjestelmä (ALKS=Automated Lane Keeping System, E-sääntö 157). Sen toiminta on sallittu moottoriteillä 130 km/h nopeuteen saakka, ja se saa suorittaa myös kaistanvaihdot itsenäisesti. Kuljettajan ei tarvitse tehdä mitään järjestelmän ohjatessa ja pitäessä etäisyyden edellä ajaviin, mutta kuljettajan on kuitenkin koko ajan oltava valmiina ottamaan auto hallintaansa. Jos kuljettaja ei ota autoa hallintaansa järjestelmän pyynnöstä huolimatta, niin järjestelmän on kyettävä pysäyttämään auto turvallisesti. ALKS-järjestelmiä on tulossa saataville lähivuosina uusiin autoihin.

Myös muita automaattisia ajojärjestelmiä voidaan periaatteessa alkaa tuomaan markkinoille Euroopassa, jos ne täyttävät Euroopan Komission täytäntöönpanoasetuksen (EU) 2022/1426 mukaiset tyyppihyväksyntävaatimukset. Asetuksen soveltamisalaan kuuluvat autot, jotka voivat toimia vain ennalta määritellyillä alueilla, ennalta määritellyillä reiteillä ja ennalta määritellyissä pysäköintilaitoksissa. Se, että kuljettaja saa ajon aikana keskittyä muuhun kuin ajoneuvon kuljettamiseen edellyttää muutoksia myös kansalliseen lainsäädäntöön. Joka tapauksessa näyttää siltä, että henkilöautojen automaattiajaminen etenee ensi sijassa moottoriteillä tai vastaavilla teillä, joilla on eritasoliittymät sekä toisistaan erotetut vastakkaiset ajosuunnat.

Euroopan komission delegoitu asetus täysin automaattisten ajoneuvojen piensarjatyyppihyväksynnästä valmistui vuoden 2022 lopussa, mikä mahdollistaa mm. automaattiset pienlinja-autot. Automaattisia pienlinja-autoja onkin kokeiltu jo monta vuotta. Liikennejärjestelmänäkökulmasta automaattiset bussit ovatkin ehkä keskeisin muutostekijä tieliikenteessä jo 2020-luvun jälkipuoliskolla, jos ne saadaan toimimaan osana joukkoliikennejärjestelmää. Tähän liittyen on tullut esille tarve joko luoda uusi ajoneuvoluokka henkilöautojen ja bussien väliin tai määritellä vanhoja ajoneuvoluokkia uudelleen. Automaattiset bussit voivat tuoda uusia näkökulmia myös joukkoliikenteen toiminnan ja katutilan suunnittelulle. Joukkoliikenteen suosioon voivat tulevaisuudessa vaikuttaa myös ilman kuljettajaa toimivat robottitaksit, joita on testattu ja otettu jo kaupalliseenkin käyttöön mm. Yhdysvalloissa ja Kiinassa. Euroopan komission visiossa automaattibussit ja robottitaksit voisivat olla jo laajasti kaupallisessa toiminnassa kaupungeissa vuoden 2030 tietämillä tai siitä alkaen (Galassi & Lagrange 2021). Sekä automaattibussien että robottitaksien toimintaan liittyy olennaisesti niiden etävalvonta, etähallinta tai etäohjausmahdollisuus.

Etävalvontaa tai etähallintaa tarvitsevat myös Suomessa kokeillut tavarankuljetusrobotit, jotka voivat muuttaa kaupungeissa niin sanotun viimeisen kilometrin jakelua, kun esimerkiksi lähikaupasta voi tilata ostokset kotiin. Tällä hetkellä nämä laitteet toimivat pääosin jalkakäytävillä.

Raskaassa liikenteessä automaatiota hyödynnetään saattueajossa eli niin sanotussa letka-ajossa, jossa ensimmäisen rekan perässä olevat rekat seuraavat sen liikkeitä automaattisesti erilaisten antureiden kautta ja edistyneemmissä järjestelmissä langattoman yhteyden kautta, jolloin esimerkiksi tieto jarrutuksesta saadaan välittömästi koko letkalle. Täysin itsenäisesti kulkevia rekkoja on testattu erityisesti Yhdysvalloissa osavaltioiden välisillä pitkillä moottoritieosuuksilla jopa ilman turvakuljettajaa.