Meplan-menetelmän periaate

Liikenteen ja maankäytön vuorovaikutusmallit

Mallin avulla selitetään tutkittavaa ilmiötä kuvaamalla sen olennaiset osat ja niiden väliset riippuvuussuhteet. Malli on aina käsitteellinen kuva todellisuudesta. Epäolennaiset osat jätetään huomiotta tai yksinkertaistetaan. Liikenteen ja maankäytön välisen vuorovaikutuksen selvittämiseksi on jo vuosikymmenten ajan kehitetty matemaattisia malleja. Mallintamisessa analysoidaan mennyttä kehitystä, ja oleelliset riippuvuussuhteet pelkistetään teorioiksi. Tutkimalla tapahtumaketjujen yksittäisiä osia voidaan hahmottaa, mistä kehitykseen vaikuttaneet mekanismit muodostuvat. Matemaattisina lauseina kuvatut mekanismit yhdistetään mallissa kokonaisuudeksi.

Liikenteen ja maankäytön kytkennät ovat moninaisia, ja siksi niitä kuvaavat mallit koostuvat erilaisista osamalleista. Näitä ovat esimerkiksi taloudellisia vuorovaikutuksia kuvaava panos-tuotos-malli, maankäytön sijoittumista kuvaava sijaintimalli, kotitalouksien rahankäyttöä kuvaava kulutusmalli sekä liikennetarkasteluissa käytettävät kulkumuodon valintamalli ja matkareitin sijoittelumalli.

Liikenteen ja maankäytön vuorovaikutusmalleja on maailmalla useita. Tässä tutkimuksessä käytetyn menetelmän lisäksi voidaan esimerkkeinä mainita hollantilainen AMERSFOORT, tokiolainen CALUTAS, saksalainen DORTMUND, yhdysvaltalainen ITLUP sekä englantilainen LILT, joiden kaikkien toimintaa on selostettu tielaitoksen kirjallisuusselvityksessä (Tielaitos 1993).

Mallien päätarkoitus on ennustaa asukkaiden, työpaikkojen ja rakennuskannan sekä näistä johdetun liikenteen alueellisia muutoksia. Useat mallit perustuvat ns. Lowryn maankäyttömalliin, joka on eräs laajimmin käytetyistä kaupunkimalliteorioista. Sen toimintaa on tutkittu myös Suomessa (Wuori 1986, Anttila 1986).

Toimintaperiaate

MEPLAN-sovellutusten toiminta perustuu kahteen periaatteeseen:

• taloudellinen toiminta säätelee liikenteen määrää

Esimerkiksi työpaikka tarvitsee toimiakseen työntekijöitä, jotka puolestaan tarvitsevat palveluita jne. Ensin mainitusta ketjusta syntyy työmatka, jälkimmäisestä asiointimatka.

• liikennejärjestelmä vaikuttaa asuntojen ja työpaikkojen sijaintiin

Esimerkiksi asuntokunnan valitessa kahden muutoin samanarvoisen asuinalueen välillä valituksi tulee se, josta on paremmat liikenneyhteydet mm. työpaikoille.

Maankäyttö ja liikenne muodostavat yhdyskuntien sijoittumisprosessin kuvan 1 osoittamalla tavalla. Liikkumistarve, joka riippuu maankäytön rakenteesta, ja tavoitettavuus, joka kuvaa liikennejärjestelmän palvelutasoa, toimivat vuorovaikutuksen säätelymekanismina.

Yrityksiä, asuntokuntia, rakennuskantaa ja muita maankäytön toimintoja nimitetään mallin tekijöiksi (engl. factor). Mallin rakenne suunnitellaan lähtötietojen pohjalta niin, että se sisältää tutkimuskohteen olennaiset tekijät.

Maankäytön toimintojen välillä on omia sisäkkäisiä riippuvuusketjuja esimerkiksi työpaikkojen ja asuntokuntien välillä. Kuvassa 1 niiden välillä olevat vastakkaissuuntaiset nuolet kuvaavat hintamekanismeja. Menetelmä laskee kaikki yritysten ja yhteisöjen taloudellisen toiminnan tarvitsemat työ- ja muut panokset sekä asuntokuntien kulutuksen työllistämisvaikutuksen.

Rakennuskanta toimii uudelleensijoittumisen säätelijänä, koska sen tarjonta muuttuu hitaasti. Jos rakennuskannan kysyntä lisääntyy esimerkiksi tavoitettavuuden paranemisen vuoksi, hinnat nousevat, kunnes uudelleensijoittuminen ja asumis- tai työpaikkaväljyyden muutokset tasoittavat kysynnän määrän. Saman periaatteen mukaisesti liikenteen kysyntä sekä kulkumuodon ja reitin valinta riippuvat liikennejärjestelmän ruuhkautumisesta.

Kuva 1. MEPLAN-menetelmän toimintaperiaate.

Edellä selitettyjä mallin tekijöiden käyttäytymismekanismeja kuvaamaan kehitetään osamalleja. Osamallien muodostaman kokonaisuuden tarkoitus on selittää, miksi asukkaat ja työpaikat ovat valinneet sijaintipaikkansa. Kun malli on sovitettu olemassaolevaan tilanteeseen, se pystyy ennustamaan maankäytön muutoksia vaihtoehtoisissa tilanteissa toistamalla osamalleihin määriteltyjä mekanismeja.

Vaihtoehtoiset tilanteet ovat seurausta suunnitelluista toimenpiteistä, jotka voidaan jakaa kolmeen ryhmään; investointeihin (esim. uusi tieyhteys tai asuntoalue), hinnoitteluun (esim. tietullit) sekä liikenteen ja maankäytön säätelyyn (esim. ajokielto), sekä näiden yhdistelmiin.

Malli tuottaa tietoa vaikutuksista maankäyttöön, liikenteeseen ja talouteen. Maankäytön tiedoista voidaan mainita alueittaiset asukas- ja työpaikkamäärät, rakennuskanta sekä asumis- ja työpaikkaväljyydet. Liikenteestä saadaan perinteisiä tunnuslukuja, kuten liikennemäärä-, suorite- ja matka-aikatietoja. Liikennetaloudellisten vaikutusten lisäksi voidaan tehdä arvioita mm. vuokratasoista, tuotantokustannuksista sekä vientisektorin kustannuksista.

Mallirakenne

MEPLAN-ohjelmisto koostuu neljästä pääosasta, jotka puolestaan sisältävät useita osamalleja. Taulukossa 1 on esitetty osamallit ja niiden tehtävät.

Taulukko 1. MEPLAN-mallijärjestelmän osamallit ja niiden tehtävät.

Kuvattavia päättelyketjuja on havainnollistettu yksinkertaistetulla esimerkillä kuvassa 2. Esimerkkinä on Pasilanväylän vaikutusarviointi. Lähtökohtana mainitaan kaksi perusasiaa.

1. Mallin toiminta perustuu ns. mallin tekijöihin (asuntokunnat, työpaikat ja rakennuskanta) ja liikennejärjestelmään.
2. Mallissa työpaikat jaetaan perussektorin työpaikkoihin, jotka palvelevat koko tutkimusalueen ulkopuolista kysyntää ja muihin työpaikkoihin. Tämä kahtiajako on peräisin maankäyttömalleissa yleisesti käytetystä Economic base - teoriasta, jonka mukaan osa alueen taloudellisista toiminnoista riippuu alueen ulkoisesta kysynnästä. Tämän vuoksi perussektorin työpaikat rajataan tasapainomallinnuksen ulkopuolelle.

LÄHTÖKOHDAT

-Malli perustuu tekijöihin, joista tärkeimmät ovat ASUNTOKUNNAT, TYÖPAIKAT ja RAKENNUSKANTA sekä LIIKENNEJÄRJESTELMÄÄN.

-Työpaikat jaetaan PERUSSEKTORIN TYÖPAIKKOIHIN, jotka palvelevat koko tutkimusalueen ulkopuolista kysyntää ja MUIHIN TYÖPAIKKOIHIN.

Kuva 2. MEPLAN-mallin yksinkertaistettu toimintakaavio. Esimerkkinä Pasilanväylän vaikutusarviointi.

Ohjelman toiminta jatkuu yksinkertaistaen seuraavasti:

• Rakennuskanta (asuntoneliöt ja toimitilaneliöt) ja perussektorin työpaikat sijoitetaan osa-alueille. Tiedot annetaan sekä sovitusvuodelle että ennustevuosille.
• Malli laskee tiettynä poikkileikkausvuotena panos-tuotoskertoimia hyväksi käyttäen kullekin osa-alueelle, paljonko perussektorin työpaikat tarvitsevat työntekijöitä, paljonko työntekijät tarvitsevat palveluita, paljonko palvelut tarvitsevat toimitiloja jne. Lopulta saadaan kunkin osa-alueen asukas- ja työpaikkamäärät.
• Tämän jälkeen malli tarkistaa, miltä muilta alueilta kunkin alueen toiminnot voidaan tyydyttää. Esimerkiksi Munkkiniemessä sijaitsevan palvelutyöpaikan työntekijä sijoitetaan asumaan Tapiolaan, jossa on paljon asuntoja ja hyvät liikenneyhteydet.
• Vastaavista taloudellisista vuorovaikutuksista saadaan matkoja, kuten esimerkiksi työmatka Tapiolasta Munkkiniemeen.
• Lopulta liikennemalli laskee, millä kulkumuodolla ja mitä reittiä käyttäen mainittu työmatka tehdään. Saadaan esimerkiksi joukkoliikennematka Tapiolasta Kuusisaaren kautta Munkkiniemeen.

Tutkittaessa Pasilanväylän vaikutuksia malli toimii, edelleen yksinkertaistaen, seuraavasti:

• Pasilanväylän vuoksi eri alueiden tavoitettavuudet muuttuvat ja esimerkiksi Tapiolan liikenteellinen sijainti Munkkiniemeen nähden heikkenee suhteellisesti. Näin palvelutyöpaikan työntekijä löytääkin asunnon Käpylästä. Toisaalta Tapiolassa liikenneverkon ruuhkautuneisuus pienenee ja asuntojen vuokrat laskevat, mikä puolestaan lisää alueen houkuttelevuutta muihin suuntiin.
• seurauksena onkin työmatka Käpylästä Munkkiniemeen
• joukkoliikenneyhteydet Käpylästä Munkkiniemeen ovat huonot, jonka vuoksi työmatka tehdäänkin henkilöautolla.
• vuorovaikutusmalli tuottaa tietoa Pasilanväylän liikenne-, maankäyttö- ja talousvaikutuksista. Tuloksista voidaan johtaa kustannus-hyötyanalyysin keinoin yhteiskuntataloudellinen laskelma, jolla voidaan arvioida investoinnin kannattavuutta.

Seuraavissa kappaleissa on esitetty yksityiskohtaisemmin maankäyttömallin, tuotosmallin, liikennemallin ja vaikutusarviomallin toimintaa.

Maankäyttömalli

Maankäyttömalli koostuu kahdesta mallista, muutosmallista ja tasapainomallista. Muutosmalli muuttaa tekijöitä (perussektorin työpaikat, rakennuskanta) siirryttäessä ennusteen ajanjaksosta toiseen, esimerkiksi vuodesta 1990 vuoteen 1995. Tasapainomalli muuttaa tekijöitä yhden ajanjakson sisällä, esimerkiksi vuonna 1995.

Muutosmalli muuttaa siis päämuuttujat ajanjaksosta seuraavaan. Muutosmallissa käsitellään kahta asiaa; rakennuskantaa sekä perussektorin työpaikkoja eli työpaikkoja, jotka palvelevat alueen ulkopuolista kysyntää. Lisäksi perussektoriin luetaan työttömät, eläkeläiset ja koululaiset. Muutosmalli koostuu kahdesta osamallista.

Rakennuskannan kasvumalli laskee rakennuskannan muutokset alueittain. Malli sisältää ajatuksen, että tietyn toiminnon käytössä oleva kerrosala jonakin ajankohtana riippuu edellisen tarkasteluajankohdan pinta-alasta lisättynä uudisrakentamisella ja vähennettynä rakennuskannan poistumalla. Lisäykset ja poistumat arvioidaan kolmessa vaiheessa. Ensiksi kaikki tiedossa olevat rakennus- tai purkusuunnitelmat lisätään osa-alueille. Toiseksi makrotaloudellisten ennusteiden pohjalta lasketaan koko tarkastelualueen kerrosalan kokonaistarve, joka sitten jaetaan osa-alueittain houkuttelevuuden suhteessa. Houkuttelevuus muodostuu kolmesta tekijästä: rakennuskelpoisesta maa-alasta, osa-alueen kerrosalan vuokrasta sekä osa-alueen olemassaolevasta kerrosalasta.

Perustyöpaikkojen kasvumalli toimii samalla periaatteella. Houkuttelevuustekijöinä ovat osa-alueen nykyinen työpaikkamäärä ja osa-alueelle sijoittumisen kustannukset.

Tasapainomalli hakee taloudellisten toimintojen vuorovaikutukset sekä sijoittaa toiminnot alueille yhden poikkileikkausvuoden aikana. Malli koostuu neljästä osamallista:

Panos-tuotos-mallilla selitetään eri toimialojen tuotoksien vaatimien panosten suuruutta. Perusajatus on se, että jokainen taloudellinen toiminta ja sen tuotos vaativat panoksiksi jälleen uusien toimintojen tuotoksia. Malli lähtee liikkeelle muutosmallin antamista perussektorin työpaikoista. Ne vaativat työntekijöitä, jotka puolestaan tarvitsevat palveluita, jotka puolestaan vaativat toimitilaa ja työvoimaa jne. Näin kullekin alueelle saadaan asuntokuntien ja työpaikkojen kysyntä. On huomattava, että em. kysyntäsuhteet eivät välttämättä ole kiinteitä; esimerkiksi asuntokuntien kulutus on riippuvainen tuloista ja hinnoista. Asuntokuntien kysynnän riippuvuus hinnoista määräytyy kulutusmallissa.

Sijaintimalli olettaa kuluttavan osa-alueen kysynnän etukäteen annetuksi ja jakaa sen jälkeen kysynnän vaatiman tarjonnan tuottavien osa-alueiden kesken. Siten esimerkiksi työntekijöiden edustamat kotitaloudet jaetaan työpaikan ja sosioekonomisen ryhmän mukaan eri osa-alueille. Sijaintimalli sijoittelee vain siirrettävissä olevat tekijät; osa tekijöistä (mm. rakennuskanta) on sellaista, että niitä ei voi kuluttaa muualla.

Vuokramalli kertoo, kuinka alueen vuokrataso muuttuu, kun tilan väljyys muuttuu. Malli kontrolloi sitä, miten sijaintimalli sijoittelee asuntokuntia ja työpaikkoja eri osa-alueille. Jos jollakin alueella tilan kysyntä ylittää tarjonnan, tilan hinta nousee ja se siirtää osan kysynnästä muualle.

Tuotosmalli

Tuotos- eli vuorovaikutusmalli muuntaa maankäyttömallin tuottamat eri osa-alueiden väliset taloudelliset vuorovaikutukset matkoiksi, kuten työ- tai opiskelumatkoiksi. Kyseessä on yksinkertainen kertolasku, jossa kertoimina käytetään liikennetutkimuksista saatavia tuotoskertoimia. Tuloksena saadaan vuorokausitason matkamäärälukuja, joista voidaan laskea esimerkiksi iltaruuhkaa kuvaava matkamatriisi iltahuipputuntikertoimilla. Näillä kertoimilla otetaan huomioon myös mm. suuntautuminen.

Vuorovaikutusmalli toimii myös päinvastaiseen suuntaan. Sitä käytetään muunnettaessa liikennemallista saatavat osa-aluekohtaiset liikenteelliset vastukset maankäytön tekijöiden sijoittumiseen vaikuttaviksi vastuksiksi.

Liikennemalli

Liikennemalli sisältää kulkumuotomallin ja sijoittelumallin. Kulkumuotomalli jakaa matkat eri kulkumuodoille ja sijoittelumalli sijoittelee liikenteen liikenneverkoille. Liikennemallin pohjana on tarkastelualueen liikenneverkkokuvaus.

On huomattava, että perinteisen neliportaisen liikenne-ennustemallin kaksi ensimmäistä vaihetta eli matkojen tuotokset ("kuinka paljon kullakin osa-alueella tuotetaan ja vastaanotetaan matkoja?") ja matkojen jakelu ("minkä alueparin välillä matkat tehdään?") sisältyvät MEPLANissa maankäyttömalliin.

Kulkumuodon valinta riippuu kunkin kulkumuodon ns. yleistetystä matkavastuksesta. Vastukseen vaikuttavat:

• matkan hinta (henkilöautolla ajoneuvokustannukset ja joukkoliikenteellä lipunhinta)
• matka-aika (eri matkan vaiheilla voi olla erilaiset painot, mm. odotusaika koetaan epämiellyttävämmäksi kuin ajoneuvossaoloaika)
• kulkumuotokohtainen vakio (kuvaa muita kuin mallinnettavia tekijöitä, mm. mukavuutta).

Kulkumuotomalli lukee lähtötietoina liikenneverkon kuvauksen sekä tuotosmallissa maankäytön taloudellisista virroista lasketut matkaryhmittäiset liikennevirtamatriisit. Matkavastuksen perusteella matkat jaetaan eri kulkumuodoille. Saatava kustannustieto syötetään takaisin maankäyttömalliin, jossa se vaikuttaa seuraavan mallinnusvuoden tuloksiin.

Sijoittelumalli sijoittelee matkat liikenneverkoille käyttäen ns. stokastista menetelmää, joka jakaa saman lähtö- ja määränpääalueen matkat useammalle kuin yhdelle reitille.

Liikenneverkko kuvataan solmuin ja linkein. Käytössä ovat tielinkit, raideliikenteen linkit, pysäköintilinkit, odotuslinkit ja kävelylinkit. Linja-autoliikenne käyttää tielinkkejä.

Linkeille asetettava informaatio riippuu linkkityypistä, mutta pääpiirteittäin kukin linkki sisältää seuraavat tiedot: alku- ja loppusolmu, pituus, matka-aika tai nopeus, maksu (esim. tietullitapauksissa) ja kapasiteetti.

Tieliikenteen kapasiteetti on ilmoitettu yksikössä ajoneuvoa tunnissa. Kullakin linkkityypillä on oma kapasiteettifunktio, joka ilmoittaa, kuinka matka-aika muuttuu liikennemäärän muuttuessa.

Joukkoliikennelinjastoista kuvataan linjastojen vuoroväli, ajoneuvojen maksimikapasiteetti, lipunhinnat, vaihtoihin kuluva aika, odotus- ja kävelyajat jne.

Vaikutusarviomalli

Vaikutusarviomallin tarkoituksena on tuottaa tietoa testattavan toimenpiteen vaikutuksista. Vaikutusarvioinnissa verrataan testitoimenpiteen vaikutusta ns. nollavaihtoehtoon eli perusennusteeseen. Arviointi perustuu sekä liikenne- että maankäyttömalliin ja tuloksena saadaan liikenteeseen, maankäyttöön ja talouteen liittyviä tunnuslukuja.

Liikennettä ja maankäyttöä kokonaisvaltaisesti mallintava järjestelmä eroaa yksinkertaisimmista mallistoista siten, että numerotietoa syntyy enemmän ja laajemmalta alueelta kuin mihin perinteisissä selvityksissä on totuttu.

Periaatteessa vaikutusarvioinnissa tuotetaan kahdentyyppistä tietoa; tietoa fyysisten suureiden muuttumisesta sekä tietoa taloudellisista vaikutuksista. Tärkeä ominaisuus on, että mallilla voidaan tarkastella vaikutusten kohdentumista eri ryhmiin (käyttäjiin, liikenteen tarjoajiin, sosioekonomisiin ryhmiin, elinkeinoelämän ja julkisen sektorin toimialoihin, matkaryhmiin, kulkutapoihin, osa-alueille, hyötykomponentteihin jne).

Maankäyttömalli tuottaa tietoa eri toimintojen sijoittumisesta alueittain. Näin saadaan siis tietoa asuntokuntien ja toimitilojen sijoittumisesta. Koska malli pitää sisällään myös tiedon rakennuskannasta ja vuokratasoista, saadaan tietoa väljyyksistä ja vuokratasoista. Lisäksi tietoa saadaan palkoista ja vuokrista. Alueittaisia maankäyttövaikutuksia ovat siis:

• asuntokunnat luokittain
• työntekijät luokittain
• asumisväljyys ja työpaikkaväljyydet toimialoittain
• asumiskustannukset, vuokrat ja palkat
• työpaikat luokittain

Liikennemalli tuottaa tietoa perinteisistä liikenteellisistä tunnusluvuista. Näitä ovat käyttäjäkohtaiset tunnusluvut ja verkolliset tunnusluvut kuten:

• keskimääräinen matkanpituus
• keskimääräinen matka-aika
• kulkumuoto-osuudet
• kokonaismatkatuotokset ja -suoritteet

Taloudellisia vaikutuksia voidaan käsitellä monin tavoin. Liikenne- ja maankäyttömallin tuloksista voidaan johtaa kustannushyötyanalyysin keinoin yhteiskuntataloudellinen laskelma. Liikenteen osalta laskelma perustuu perinteisiin liikennetaloudellisiin komponentteihin, jotka on laskettu ns. kuluttajan ylijäämä -periaatteella. Myös maankäytön hyödyt voidaan laskea vastaavalla periaatteella lähtien rakennuskannan vuokrista ja kysynnästä.

Kun tiedossa on lisäksi toimenpiteen investointikustannus, voidaan johtaa toimenpiteen yhteiskuntataloudellinen kokonaiskannattavuus, joka ilmaistaan esimerkiksi tuottoasteena.

Tyypillisiä taloudellisia vaikutuksia ovat:

• liikenteen käyttäjien hyödyn muutokset eli ns. kuluttajien ylijäämän muutokset (aika- ja ajoneuvokustannusten muutokset sekä matkalippukustannusten muutokset)
• liikennepalvelun tuottajien hyödyn muutokset eli ns. tuottajan ylijäämän muutokset (liikennöintikustannusten ja lipputulojen muutokset)
• ulkoisten vaikutusten muutokset (mm. onnettomuus- ja päästökustannusten muutokset)
• maankäytön hyödyn muutokset (vuokramuutokset)
• kansantaloudelliset muutokset (kotitalouksien elintaso, elinkeinojen tuotantokustannukset, julkisen sektorin tulot ja kustannukset, vientisektorin kustannukset)

/ LT-Konsultit Oy - 19.8.1997