Äärisääilmiöt ja ilmastonmuutos haastavat liikennejärjestelmämme

Säähän on vaikea vaikuttaa, mutta sen ääri-ilmiöihin voi varautua. Johtava tutkija Pekka Leviäkangas esittelee OECD:n varautumissuositukset kevään aikana blogissamme – tässä kolme ensimmäistä.

Taloudellisen yhteistyöjärjestö OECD International Transport Forum (ITF) julkaisi vuodenvaihteessa tutkimusraportin äärisääilmiöiden ja ilmastonmuutoksen aiheuttamista haasteista liikennejärjestelmälle, erityisesti liikenteen infrastruktuurille. Raportti Adapting Transport to Climate Change and Extreme Weather: Implications for Infrastructure Owners and Network Managers listaa yhdeksän toimenpidesuositusta OECD-maille, jotta haitalliset vaikutukset voidaan minimoida ja jopa neutraloida.

VTT on pääkirjoittajana raportin useassa luvussa, ja muutama vuosi sitten VTT:n koordinoiman EWENT-hankkeen tulokset ovat raportin tärkeä tietolähde.

EWENT-hankkeen tulokset osoittavat, että äärisäiden aiheuttamat vahingot voivat olla jopa 0,15% EU-maiden bruttokansantuotteesta. Joka vuosi!

Ensimmäinen asia, joka on tehtävä, on välitön reagointi: Act now!

Haasteet on tiedostettava nyt, ja on aika aloittaa välittömästi niiden pitkäjänteinen prosessointi. Pelkillä selvityksillä ja seminaareilla asiat eivät etene riittävän konkreettisesti.

Se, miten olemme liikennejärjestelmämme (samoin kuin monet muutkin infrastruktuurijärjestelmämme) suunnitelleet ja rakentaneet, perustuu vanhaan tietoon. Infrastruktuurit ovat elinkaareltaan sukupolvien yli ulottuvia perusrakenteita, joiden tulee kestää isältä pojanpojalle, jopa pojanpojanpojalle.

Liikenteen infrastruktuurit – satamat, rautatiet, lentokentät, tiet, kadut – tulee mitoittaa varautuen aiempaa voimakkaampien sääilmiöiden rasitukseen. Mitoituksen tärkein lähtökohta on perusrakenteiden sijoittelu. Tulvauhat ovat tyypillinen esimerkki. Jos liikenne katkeaa joka vuosi tai muutaman vuoden välein tulvivien vesien takia, jokin on pielessä. Samaan päänsärkyyn voi varautua tulevinakin vuosina ja vieläpä enenevässä määrin.

Ennakoivaan kunnossapitoon panostaminen on ehdoton edellytys osana varautumista: niitä rakenteita, jotka nyt ovat olemassa, on pidettävä kunnossa siten, etteivät säärasitukset vahingoita niitä ennen niiden luonnollisen elinkaaren päättymistä. Kunnossapito on yleensä halvempaa kuin uuden rakentaminen. Joskus saattaa olla paikallaan uusia kalliisti kunnossapidettävä ja uhanalainen perusrakenne.

Infrastruktuuribudjetit ovat niukat lähes kaikkialla maailmassa ja niinhän se on meillä Suomessakin. Niiden ylläpito toimintavarmassa kunnossa nielee yhä enemmän resurssejamme. Ellemme investoi ja ylläpidä nyt, lasku on tulevien sukupolvien kannettavana.

Toinen suositus: Varaudu entistä useammin toistuviin säiden aiheuttamiin ongelmiin ja paikoin koko infrastruktuurin pettämiseen

Jos kaupungin liikenne suuntautuu pääosin kokonaisuudessaan yhden käytävän tai sillan läpi, voi tuo pullonkaula osoittautua strategiseksi ongelmaksi. On syytä varmistaa, etteivät kaikki munat ole samassa korissa, vaan että vaihtoehtoiset reitit tai kulkumuodot ovat käytettävissä vakavienkin ilmiöiden osuessa kohdalle.

Tämä strategia ei päde pelkästään äärisääilmiöille, vaan myös muille uhkille, esimerkiksi terrorismiin tai vandalismiin.

Kolmas suositus: Tee valmiussuunnitelmat (business continuity planning)

Kun liikennejärjestelmä pettää, pitää tietää, mitä tehdä heti seuraavaksi, keitä kaikkia informoida ja mitä toimintaketjuja käynnistää. Kun Pohjanmaalla tulvii, tarvitaan pioneerit räjäyttämään jääpatoja. Suomalaisilla viranomaisilla on pääsääntöisesti hyvät valmiussuunnitelmat, ja paikalliset palo- ja pelastuslaitokset ovat hyvin tehtäviensä tasalla.

Mutta ovatko resurssit mitoitettu niin, että varaudutaan myös aiempaa useammin toistuviin ja intensiivisempiin ongelmiin?

Äärisääilmiöiden riski-indikaattori EU-27 alueella, ilmastoalueittain; kaikki liikennemuodot ja liikenteen infrastruktuurit kattava komposiitti-indikaattori. Suomi kuuluu vain yhteen ilmastoalueeseen, mutta esimerkiksi Puolassa on kaksi ilmastoaluetta, samoin kuin Ranskassa. Suomen riskitaso on matala. Indikaattoriin vaikuttavat muun muassa sääilmiöiden luonne ja tyyppi, äärisäiden todennäköisyys, liikennejärjestelmän ja infrastruktuurin laatutaso sekä maan tulotaso. Lähde: Leviäkangas, P. & Michaelides, S. Nat Hazards (2014) 72: 263. doi:10.1007/s11069-013-0970-x

Teknologia ja sen hyödyntäminen tärkeässä roolissa

Teknologian merkitys kaikissa yllämainituissa kolmessa strategisessa toimenpiteessä on suuri.

  • Tiedon välittämisen ja jakamisen teknologiat sekä arkkitehtuurit palvelevat koordinoitua yhteistyötä, jota tarvitaan äärisääilmiöitä kohdattaessa.
  • Perusrakenteiden ja ympäristön sensorointi sekä reaaliaikainen seuranta mahdollistavat aikaisen reagoinnin ja vahinkojen minimoimisen.
  • Riskienhallinnan menetelmät, systeemianalyysit ja skenaariotekniikat ovat työkaluja, joilla saadaan otetta resilienssin eli sietokyvyn ja toimintavarmuuden hallintaan.

Uskaltaisin sanoa, että tästä saisi hyvän suomalaisen vientituotteen, koska meiltä löytyy oikeanlaista teknologiaa ja osaamista.

Lisätietoja

Pekka Leviäkangas VTT

Pekka Leviäkangas, johtava tutkija

Esittelen OECD-julkaisun yhdeksän keskeistä toimenpidesuositusta kolmen blogikirjoituksen sarjana kevään aikana. Jokaisessa blogissa käyn läpi yksin tai yhdessä kollegojeni kanssa suositukset.

Extreme weather phenomena and climate change challenge our transport system

At the turn of the year, the Organisation for Economic Co-operation and Development’s (OECD) International Transport Forum (ITF) published a research report on the challenges posed by extreme weather phenomena and climate change to the transport system, the transport infrastructure in particular. The report Adapting Transport to Climate Change and Extreme Weather: Implications for Infrastructure Owners and Network Managers lists nine recommendations for OECD Member Countries for mitigating and reducing the adverse effects.

VTT Technical Research Centre of Finland Ltd was one of the main authors of several chapters of the report, and the EWENT project that VTT coordinated a few years ago served as an important source of information for the report.

The results of the EWENT project showed that the damage caused by extreme weather could account for up to 0.15% of the EU Member States’ GDP. Every year!

The first step to take is to react immediately: Act now!

The challenges must be acknowledged now, and it is time to start processing them in the long term at once. By means of reports and seminars alone the matters will not advance as concretely as they should.

The way we have designed and built our transport system (as well as many other infrastructure systems) is based on old information. Infrastructure refers to the basic structures with life cycles extending across generations that must pass from father to son, grandson, and even great-grandson.

The transport infrastructure – ports, railways, airports, roads, streets – must be designed preparing for strain caused by increasingly stronger weather phenomena. The most important starting point for such design is the location. For example, if there is hint of risk of flooding, seek for higher ground. If flooding waters stop traffic every year or a few years apart, something is wrong. One can be prepared to face the same headache in the coming years, and even in an increasing extent.

Investing in preventive maintenance is an absolute requirement as part of preparedness: the existing structures must be maintained in such a way that the stress of weather will not damage them before the end of their natural life cycle. Maintenance usually costs less than building new structures. Sometimes, however, it may be necessary to renew the threatened basic structures that require expensive maintenance. Searching and operationalising the optimal strategy is a complex process, where research will help.

The infrastructure budgets are scarce almost everywhere in the world, and Finland is no exception. Keeping infrastructure safe and functional is swallowing an increasing share of our resources. If we do not make the necessary investments and take care of the maintenance, the future generations will need to pick up the tab.

Second recommendation: Prepare for more frequent problems caused by weather, and even failure of transport infrastructure in certain places

If all traffic into and out of a city mainly takes place through one passage or bridge, that bottleneck may turn out to be a strategic problem. All eggs should not be put in one basket, but there should be alternative routes or modes of transport available even if serious phenomena hit the area.

This strategy does not apply to extreme weather phenomena only, but also to other threats, such as terrorism or vandalism. Also it is wise to have modal options – when rails fail, the roads must offer the alternative, and vice versa.

Third recommendation: Make business continuity plans

When the transport system fails, one must know what to do next, who needs to be informed, and which chains of action to launch. When there are floods in Ostrobothnia, army engineers are needed to blow up the ice dykes. As a rule, Finnish authorities have good business continuity plans, and the local fire brigades and rescue services are on the ball together with other actors.

But are the resources scaled in such a way that preparations have also been made for more frequently occurring and intensive problems?

Technology and its use plays an important role

Technology plays a major role in all the three strategic activities described above.

  • The technologies and architectures for disseminating and sharing information serve the needs of coordinated co-operation, which is needed when dealing with extreme weather phenomena. In some contexts, novel ideas such as block chains could turn out to offer new possibilities for information exchange.
  • Sensorization and real-time monitoring of the basic structures and environment enable early reaction and minimisation of damage. New asset management philosophies and tools are needed to make use of modern technology, old ways of thinking might not work.
  • Risk management methods, system analyses and scenario techniques are tools that provide means for managing resilience, or resistance and operational reliability. Decision-makers and analysts need to start using these tools for real, and not only for academic exercises.

I would dare to say that even if the threat of adverse effects sounds bad, the challenges ahead could provide Finnish know-how a new stepping stone – we have the right mix of technological and organisational competence.

More information

Pekka Leviäkangas VTT

Pekka Leviäkangas, Principal Scientist

I will present the nine key recommendations for action made in the OECD publication in a series of three blog articles during this spring. In each of the articles, I will discuss the recommendations personally or in collaboration with my colleagues.

Special conditions have laid the foundation for road weather know-how in Finland

Heikki MantsinenAki_Aapaoja

Pekka LeviäkangasRanko

Roads in Finland must be kept in a safe condition to allow smooth traffic flows under all conditions, including challenging winter conditions and sudden changes in the weather. Finland’s northern location with its challenging conditions has provided a needs-based foundation for robust know-how regarding road weather and winter maintenance.

Finland has a lot of high-level competence related to these fields. While internationally recognized, this versatile know-how has been dispersed between many companies, authorities, communities, experts and research institutions. This has hindered the development of comprehensive systems and services. Bringing together the strengths of these parties to build a competitive and comprehensive service package that includes all support functions would help promote the development of more comprehensive systems and services for winter maintenance, as well as the creation of useful and commercially viable entities.

Notable benefits to society

Several studies have illustrated that road weather and road condition services can provide notable cost savings and other benefits to society and various stakeholders, including road users. Investments in winter maintenance and road weather systems will pay for themselves many times over, once the systems are in place and the services distributed effectively. Advanced services make it possible to both cut the number of accidents and optimise winter maintenance. VTT has estimated that Finland achieved savings of some EUR 30 million in 2007 [1].

The number and severity of road accidents can be reduced by making road users better aware of current road conditions and by improving the efficiency of winter maintenance. Winter maintenance costs can be reduced without compromising the quality by timely maintenance and optimised levels of de-icing (mainly road salt). The latter not only saves money but is also better for the environment.

Preventive and timely action is the key for effective winter maintenance. This requires reliable, high-quality data on current conditions, maintenance activities, traffic conditions and future weather conditions. Mobile measurements and other new observation methods alongside new technologies allow the collection of more detailed and comprehensive raw data. However, timely road maintenance requires more than high-quality measurement and observation data. The data must first be refined with forecasting methods to suggest necessary actions, and these actions need to be carried out where and when required.

Consortium to develop and promote road weather know-how

VTT has participated in the FIRWE project (2012–2014) funded by the Finnish Funding Agency for Innovation (Tekes), where a consortium of companies developed their winter maintenance projects together. Participants included Arctic Machine, Foreca, Teconer and Vaisala. VTT and the University of Oulu acted as the research partners in the project. Other partners included the Finnish Transport Agency, Centres for Economic Development, Transport and the Environment (ELY Centres), the cities of Helsinki and Tampere, Ministry of Transport and Communications, the Finnish Transport Safety Agency Trafi, road maintenance companies as well as SMEs specialising in IT and communications.

The aim of the project was to develop a product and service package by combining the participants’ expertise and utilising it on a flexible and standardised platform, and to make it export-ready. To ensure customer and user-centred design, service package testing and development was part of normal company operations. Development needs and the benefits of the service package and its modules were verified with research. In the target situation, different customer groups can procure the product, or service package, from one place without making costly investments or developing their own standalone systems.

The project provided promising results. The system was tested in practice in the winter of 2013–2014 in Southern Karelia on roads maintained by NCC Roads. From the point of view of the road maintenance contractor, the new services and products worked well, in particular automatic data collection. Practical tests continued in the winter of 2014–2015 in Vantaa on roads where Destia is the principal maintenance contractor.

The companies that participated in FIRWE were satisfied with the new method of cooperation. The work will continue in some form. This operating model could be easily replicated in different environments and sectors. All it requires is that companies working but not competing in the same industry would be willing and able to invest in product development. When the companies develop their products together, they not only act as sparring partners but also gain new viewpoints about the operating environment of their respective products. Cooperation in the consortium does not require major commitment, but does not exclude the possibility of cooperation, for example, to establish an export network.

 

Heikki Mantsinen, Research Scientist
Raine Hautala, Senior Scientist
Pekka Leviäkangas, Principal Scientist
Aki Aapaoja, Research Scientist

 

Sources:

  1. Hautala, R. & Leviäkangas, P. (2007) Ilmatieteen laitoksen palveluiden vaikuttavuus: hyötyjen arviointi ja arvottaminen eri hyödyntäjätoimialoilla [Effectiveness of Finnish Meteorological Institute (FMI) services]. VTT Publications 665, Espoo, VTT. http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/2007/P665.pdf.

  2. Nokkala, M., Leviäkangas, P. & Oiva, K. (eds.), Hietajärvi, A-M., Schweighofer, J., Siedl, N., Vajda, A., Athanasatos, S., Michaelides, S., Papadakis, M., Kreuz, M., Mühlhausen, T., Ludvigsen, J. & Klæboe, R. (2012) The costs of extreme weather for the European transport system. EWENT project deliverable D4. http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2012/T36.pdf.

Erityisolosuhteet luoneet pohjan suomalaiselle tiesääosaamiselle

Heikki Mantsinen Aki_Aapaoja

Pekka Leviäkangas  Ranko

Suomen tiet on pidettävä turvallisessa kunnossa ja liikenteen sujuvuudesta huolehdittava kaikissa olosuhteissa, vaikeat talvikelit ja nopeastikin vaihtelevat sääolosuhteet mukaan lukien. Pohjoinen sijaintimme haastavine olosuhteineen ovat luoneet tarpeeseen perustuvan pohjan suomalaiselle tiesää- ja talvihoidon osaamiselle.

Suomessa on paljon talvihoitoon ja tiesääpalveluihin kytkeytyvää korkeatasoista osaamista. Tämä kansainvälisestikin tunnettu monipuolinen osaaminen on jakautunut kuitenkin moniin yrityksiin, viranomaistahoihin, yhteisöihin, henkilöihin ja tutkimuslaitoksiin. Pirstaloitunut osaaminen hidastaa osaltaan yhtenäistä järjestelmä- ja palvelukehitystä. Eri toimijoiden vahvuuksien yhteensovittaminen ja muokkaaminen kilpailukykyiseksi, koko palvelun ja tukitoiminnot kattavaksi paketiksi, edistäisi osaltaan talvihoidon yhtenäistä järjestelmä- ja palvelukehitystä sekä hyödyllisten ja kaupallisesti mielekkäiden kokonaisuuksien luomista.

Merkittäviä hyötyjä yhteiskunnalle

Useat tutkimukset ovat osoittaneet tiesää- ja kelipalveluiden tuottavan merkittäviä kustannussäästöjä ja muita hyötyjä yhteiskunnalle sekä sen eri toimijoille loppukäyttäjät mukaan lukien. Talvihoitoon ja tiesääjärjestelmiin tehdyt investoinnit maksavat itsensä moninkertaisesti takaisin, kun järjestelmiä hyödynnetään ja palveluita jaetaan tehokkaasti. Kehittyneillä palveluilla pystytään vähentämään onnettomuuksia ja optimoimaan talvihoitoa. VTT:n laatiman arvion mukaan Suomen tieliikenteessä saavutettiin noin 30 miljoonan euron vuotuiset kustannussäästöt vuonna 2007 [1].

Onnettomuuksien määrään ja vakavuuteen voidaan vaikuttaa parantamalla liikkujien tietoisuutta keliolosuhteista ja tehostamalla talvihoitoa. Talvihoidon kustannuksia voidaan vähentää hoitotoimenpiteiden oikea-aikaisuudella ja optimoimalla liukkaudentorjunta-aineen määrää (pääsääntöisesti suola) hoidon laadusta tinkimättä. Viimeksi mainittu säästää paitsi kustannuksia myös ympäristöä.

Tehokkaan talvihoidon avain on kyky ennakoivaan ja oikea-aikaiseen toimintaan. Tämä edellyttää hyvälaatuista ja luotettavaa tietoa vallitsevasta kelistä, kunnossapidosta, liikennetilanteesta ja tulevista sääolosuhteista. Mobiilimittaukset ja muut uudet havaintomenetelmät yhdessä kehittyneen teknologian kanssa mahdollistavat entistä tarkemman ja kattavamman raakadatan keräämisen. Hyvälaatuinenkaan mittaus- ja havaintotieto ei vielä riitä takaamaan oikein ajoitettuja hoitotoimenpiteitä, vaan tieto pitää jalostaa ennusteiden avulla oikeansisältöiseksi toimenpide-ehdotuksiksi ja toimenpiteet tulee toteuttaa oikea-aikaisesti.

Tiesääosaamista viedään ja kehitetään yhteisvoimin

VTT on osallistunut Tekes-rahoitteiseen FIRWE-hankkeeseen (2012-2014), jossa yritykset kehittivät yhdessä omia talvihoidon tuotteitaan. Hankkeeseen osallistuivat Arctic Machine, Foreca, Teconer ja Vaisala. VTT:n lisäksi hankkeen tutkimuksellisesta osuudesta vastasi Oulun yliopisto. Yhteistyöverkostoon kuuluivat myös Liikennevirasto, ELY-keskukset, Helsingin ja Tampereen kaupungit, Liikenne- ja viestintäministeriö, Liikenteen turvallisuusvirasto Trafi, kunnossapidosta vastaavia toimijoita sekä tieto- ja viestintäalan pk-yrityksiä.

Hankkeen tavoitteena oli luoda vientikelpoinen tuote- ja palvelukokonaisuus yhdistämällä toimijoiden osaamista yhteiseen joustavaan ja standardoituun alustaan. Asiakas- ja käyttäjäkeskeisyyden varmistamiseksi palvelukokonaisuutta testattiin ja kehitettiin osana operatiivista toimintaa. Kehittämistarpeet sekä palvelukokonaisuuden ja sen osien hyödyt todennettiin tutkimuksen avulla. Tavoitetilanteessa eri asiakasryhmät saavat tuotteistetun palvelukokonaisuuden yhden luukun kautta ilman kalliita investointeja ja erillisjärjestelmien kehittämistä.

Hankkeessa saadut kokemukset olivat rohkaisevia, vaikka yhden luukun kokonaisuus ei täysin hankkeen puitteissa valmistunutkaan. Käytännön kokeiluja tehtiin talvella 2013-2014 Etelä-Karjalassa NCC Roadsin urakka-alueella. Urakoijan näkökulmasta uudet palvelut ja tuotteet toimivat, erityisesti automatisoitu tiedonkeruu. Käytännön kokeiluja jatkettiin talvella 2014-2015 Vantaan urakka-alueella, jossa pääurakoijana on Destia.

Firwe-hankkeen yritykset ovat olleet tyytyväisiä uudenlaiseen yhdessä tekemisen tapaan. Työ tulee jatkumaan jossain muodossa. Tämä toimintamalli voisi olla monistettavissa hyvin monenlaisiin ympäristöihin ja toimialoille. Tarvitaan vain samalla alalla toimivia, keskenään kilpailemattomia yrityksiä, joilla on kykyä ja halua panostaa tuotekehitykseen. Yhdessä kehittämällä jokainen saa sparrausta ja uusia näkökulmia oman tuotteensa toimintaympäristöön. Yhteistyö ei vaadi syvällistä sitoutumista, muttei sulje pois yhteistyötä vaikkapa vientiverkoston rakentamisessa.

Heikki Mantsinen, tutkija
Raine Hautala, erikoistutkija
Pekka Leviäkangas, johtava tutkija
Aki Aapaoja, tutkija

 

Lähteet:

Hautala, R. & Leviäkangas, P. (2007) Ilmatieteen laitoksen palveluiden vaikuttavuus: hyötyjen arviointi ja arvottaminen eri hyödyntäjätoimialoilla. VTT Publications 665, Espoo, VTT. http://www.vtt.fi/inf/pdf/publications/2007/P665.pdf.

Nokkala, M., Leviäkangas, P. & Oiva, K. (eds.), Hietajärvi, A-M., Schweighofer, J., Siedl, N., Vajda, A., Athanasatos, S., Michaelides, S., Papadakis, M., Kreuz, M., Mühlhausen, T., Ludvigsen, J. & Klæboe, R. (2012) The costs of extreme weather for the European transport system. EWENT project deliverable D4. http://www.vtt.fi/inf/pdf/technology/2012/T36.pdf.