Terased tehiskõrvad naastrehvide peilimiseks

Naastrehvide kasutamine liiklusohutuse suurendamiseks talvisel ajal kätkeb üha suureneva autoliikluse puhul probleemi nii tervisele kui majandusele. Teemat käsitles tehnikaülikooli teadlaste eestvedamisel läbi viidud uurimus „Naastrehvide mõju uurimine”, kus sõiduheli analüüsimisel kasutati koguni tehisintellekti abi. Kirjutab Ants Vill. 

Sügis venis pikaks ja ega tali meie oludes taeva jää. Sajad tuhanded autod said alla talverehvid, kusjuures suurem osa on naastrehvid, mille kasutamisega kaasneb rida probleeme. Esimene neist on terviseaspekt, mis tuleneb otseselt teisest probleemist – naastrehvid kulutavad teepinda. Lenduv peen tolm ohustab inimeste tervist, kulutamine põhjustab aga vajaduse teede sagedaseks remondiks. Probleemid teravnevad iga aastaga, sest autode arv aina kasvab. Eesti on praeguseks üks enim autostunud riike Euroopas. Tallinnas kasvab sõiduautode arv igal aastal viis protsenti ja seda hoolimata ühissõidukite kasutamise propageerimisest ja jalgrataste-tõukside populaarsusest. Praeguseks on pealinnas registreeritud pea 214000 sõiduautot, võrreldes 140 000 autoga viis aastat tagasi.

„Naastrehvide kasutamisel on nii inimeste tervisele kui teede-tänavate olukorrale päris märgatav mõju,” märkis teedeehituse ekspert, Tallinna Tehnikaülikooli (TTÜ) teetehnika õppetooli lektor Ain Kendra. „Selle uurimiseks tellis Tallinna linnavalitsus uurimistöö, mille käigus selgitasime välja, kui palju keskmiselt naastrehve kasutatakse, mil moel need mõjutavad linlaste tervist ja kui suurt majanduslikku kahju tekitavad tänavakattele. Samuti uurisime viise, kuidas liikluses automaatselt tuvastada naastrehvide kasutamist. Seda puhuks, kui kerkib päevakorda nende maksustamine või kasutamise piiramine kas ruumis või, nagu praegu, ajaliselt.”

Uurimuse „Naastrehvide mõju uuring” käigus, kus tehnikaülikooli kõrval osalesid Tallinna Tehnikakõrgkool, ettevõtlus- ja innovatsioonikeskus Mektory ja ettevõtte Thinnect esindajad, valmis lisaks teadustööle ja edasise tolmu-uurimise lähteülesandele ka bakalaureusetöö (tehnikakõrgkool) ja magistritöö TTÜ-s. 

„Kõige otsesemalt on naastrehvide mõjude puhul hinnatav teekatte kulumise maksumus. Kui kahandada naastrehvide kasutamist praeguselt ca 60 protsendilt 20 protsendini, annaks see teekatte uuendamise puhul aastas kokkuhoidu 2,2 miljonit eurot, kasutamisperioodi lühendamine 5,5 kuult neljale kuule annaks veel 1,2 miljonit eurot säästu,” rääkis Kendra. 

Enamikul on (seni veel) naastud

Uuringus kasutatud võrdlusandmed näitavad, et ehkki naastrehvid on talveperioodil laialt kasutusel, astuvad üha täiustuvad lamellrehvid neile jõudsalt kannule. Lamellrehvid on enamikes sõidutingimustes, ka märja asfaldi puhul, üsna samasuguse stabiilsusega kui naastrehvid. Naastrehvidest on kõige rohkem kasu jäiste ja jääs teede puhul, näitavad uurimuses vahendatud katsed. Sellistes oludes tekitavad lamellrehvid probleeme eelkõige vähese talvise sõidukogemusega juhtidele. „Soome uuringuist ilmneb, et suvel saab liikluses naastrehvidega surma rohkem juhte, kui talvel lamellrehvidega,” tõi Kendra esile karmi, kuid esialgu paradoksaalsenagi tunduva seiga.

Kui meist põhja pool asuvas Soomes on naastrehvide osakaal sõiduautode puhul 80–90 protsenti, siis meiega enam-vähem samal laiuskraadil asuvas Stockholmis on see ca 60 protsenti. Tallinnas tehtud kiiruuringus hinnati protsendiks veidi üle 61. See osakaal on aastatega mõnevõrra vähenenud, kevadel 2020 toimunud väljavõttelise loenduse tulemusi mõjutas ilmselt erandlikult soe ja lumeta talv. Ja veel – kuna Tallinnas esineb suurematel magistraalidel tiheda teederookimise, aga ka tiheda liikluse tõttu isegi keskmisel talvel jääd väga harva, on ka jää põhjustatud probleeme väga vähe, neid võib kohata vaid kõrvalistel tänavatel. „Nii võib öelda, et naastrehvide vajadus pole eriti suur, küll on aga nende tekitatavad probleemid üsna märgatavad,” selgitas Kendra.

Naastrehvide mõjud

Uuritud objektis ehk Tallinnas on ligi 1000 kilomeetrit tänavaid (kokku ca 7,7 miljonit ruutmeetrit teekatet), kus sõidukid läbivad aastas 3,1 miljardit kilomeetrit. Naastrehvide keskmine kasutusaeg aastas on 5,5 kuud.

„Liiklus kulutab teekatet igal juhul, suuremad kulutajad on raskeveokite liiklus ja naastrehvid. Asfaldisse tekivad rööpad, mida põhjustavad raskeveokid, eriti aga eeskirjadevastaselt ülekoormatud veokid (mõõtmised on näidanud, et kohati on teljekoormus lubatust kuni kaks korda suurem ehk vedaja jaoks on veokulud kaks korda väiksemad). Nendest kitsama vahega rööpapaari kulutavadki peamiselt sõiduautode naastrehvid. Neid tegureid on rööbaste vahe järgi suhteliselt lihtne eristada,” märkis Kendra. 

Tallinnas liigub raskeveokeid suhteliselt vähe, nii ongi teekatte kahjustamise peamine põhjus naastrehvid. Kui hinnanguliselt on meie normatiivide juures teekatendi ülakihi elukaar ca kümme aastat – nii kaua paneb asfalt päikesekiirguse lagundavale mõjule vastu – siis intensiivsema liiklusega piirkondades on vaja katendit uuendada lausa iga kolme aasta järel. Osa „süüst” langeb muidugi ka sõidukite raskusest ja dünaamilisest koormusest tekkivatele kahjustustele – näiteks ristmike juures on oma sõidujärge ootavate autode raskusest tekkivad katendi (ja vahel ka aluskihtide) vajumised. Suurema sõidukiirusega teelõikudel on sellised kahjustused väiksemad, kuna dünaamiline, ajas muutuv koormus laseb elastsel asfaldil osa oma algsest kujust taastada. „Need mõjud on väiksemad või pea olematud betoonkatendi puhul, mille laialdasemat kasutuselevõttu kaalutakse,” lisas ta.

„Naastrehvidel on, muide, teekattele ka positiivne mõju: need karestavad suvega libedapoolseks muutunud teekatet, seda ka betoonkatte puhul. Aga sellise positiivse efekti saavutamiseks piisab, kui naastudega rehvid on ca 15 protsendil autodest,” lisas ta. „Kahjulike mõjude ja liiklusohutuse jaoks olulistel puhkudel naastrehvide kasutamise tasakaalupunkt olekski meie hinnangul umbes selle protsendi juures.”

Naastrehvide mõju tervisele

Liiklus kulutab teekatet ja seda eriti naastrehvide puhul. Inimeste tervist kahjustab ka õhku paisatav tolm, mille mõju pole piisavalt uuritud. Tallinnas asuvate seirejaamade andmed näitasid, et nii aastal 2019, kui ka 2020. aasta kevadel, mil oli eriolukorra tõttu liiklussagedus tuntavalt väiksem ning pea olematu talve tõttu ka naastrehvide osakaal hinnanguliselt tavapärasest madalam, ületati peenosakeste piirväärtust. Uurimuses nenditi, et samas viitab see vähemuuritud asjaoludele, mis põhjustavad linnaõhus peenosakeste suurt taset. „Nende faktorite mõju võib olla märgatavamgi kui naastrehvide „süü”,” ütles Kendra. 

Rootsis on püütud analüüsida naastrehvide kasutamise piirangualades saastetaseme muutusi ja jõutud järeldusele, et kuigi tahkete osiste (alla 0,2 mm) koguses mängivad suurt rolli naastrehvid, siis neist tulenevad tahked osised on suhteliselt suurema terasuurusega ja naastrehvide seostamine enneaegsete surmadega on meelevaldne.

„Meie uuringus toodigi välja, et tolmuprobleem vajab edaspidi põhjalikku analüüsi,” tähendas Ain Kendra. Uuringu kokkuvõttes toodi esile, et tee ja liiklusega seonduv saaste koosneb sisuliselt kolmest komponendist – heitgaasid (selgelt määratletav gaasiline heide ja peenosised), sõiduki mehhaaniline kulumine (metalliosad, pidurikettad ja klotsid – mis samuti peenosiste näol), naastude ja asfaldi kulumine (naastu metall, rehvi kummiosakesed, asfaldi kivimaterjal ja bituumen). Lisaks on näiteks Saksamaa linnade õhus koroonaepideemia ajal tehtud uuringus avastatud isegi Sahara kõrbe tolmutormide õhku paisatud osakesi.

Võimalikud piirangud

„Naastrehvide kasutusel on kahtlemata mõju nii inimeste tervisele kui ka majandusele,” ütles Ain Kendra. „Mõjude vähendamiseks on mitmel pool kehtestatud piiranguid. Meil on ajalised piirangud, aga näiteks Stockholmis on proovitud ka tervete linnapiirkondade ulatuses kehtestatud naastrehvikeelde. Seal tehakse erandeid vaid kohalikele elanikele, taksodele ja operatiivsõidukitele. Nii saavutati piirkonnas naastrehvikasutuse viimine 20 protsendini ja ülelinnaliselt 60 protsendini. Paljud aga valivad lamellrehvidele ülemineku asemel ühistranspordi kasutamise. Helsingis kavandatakse Stockholmi teed (kasutuspiiranguid), Norras aga on näiteks mindud hoopis maksustamise teed,” märkis Kendra. 

„Valitud meetodist sõltumata on neid piiranguid vaja jõustada – st kontrollida, kas piirangutest ja keeldudest peetakse kinni. Või kas naastumaks on makstud ehk nn naastuindulgents lunastatud (täpsemalt, nimetaksime naastumaksuks läbisõidupõhist, indulgentsiks ajapõhist naastukasutustasu – suure tõenäosusega rakendub läbisõidupõhine teekasutustasu üle-euroopalisena, kuigi see võib aega võtta, saab sellega naastrehvi erisuse liita). Meil on politsei kontrollinud autosid pärast talverehvide kohustusliku kasutamisaja lõppemist muude kontrollimiste käigus. Tõhusat ja operatiivset meetodit praegu aga pole. Ei ole seda ka Rootsis ega Norras.”

Terav kunstkõrv tänavail – põnev inseneriülesanne

Kui uurimise käigus koguti andmeid naastrehvide kasutuse kohta parkimisplatsidel tehtud vaatluste teel ja neid andmeid ekstrapoleerides, siis üldise lamellrehvide ja naastrehvide kasutamise vahekorra uurimiseks saaks kasutada ka kaugseiret. Nimelt on selgunud, et lamellrehve ja naastrehve on võimalik eristada liikluses nende tekitatava helipildi järgi, õigemini selle pildi analüüsimisel, kasutades tehisintellekti ja iseõppivaid algoritme. 

TTÜ doktorant Jaanus Kaugerand juhendas uurimist, et kasutada ettevõtte Thinnect poolt Tallinna linna tellimusel üle linna postide otsa paigaldatud kaugseirejaamu (vt Inseneeria 12/2019). Ligi 900 asukohas on paigaldatud intelligentsed andurid, kolme põhikomplektsusega – keskkonna (saastetase), liikluse (loendused) ja akustilise info (sõidukitüüpide tuvastamisest üldmürani) registreerimiseks. Uurimisel ilmnes, et nende kasutamisel on probleeme, kuna jaamade andmeside võimsusest ei jätku analüüsiks piisava audiosignaali reaalajas ülekandmiseks. Ka pole kõrgel asuvate mikrofonide tundlikkus ülesande lahendamiseks sobiv.

„Naastrehvide „kuulamisel” on soomlastel päris palju kogemusi. Soomes kasutati liiklusloenduspunktide juures maanteel teepinna sisse freesitud mikrofone ja analüüsiti nende heli. Nii saab küll teada, kui palju on sel teelõigul naastrehvide kasutamise osakaal, aga neid andmeid on raske üldistada. Samuti on keeruline siduda mõõtmisandmeid konkreetsete autodega,” märkis uurimuse juht Kendra.

Doktorant Kaugeranna juhitud uurimissuunal keskenduti praktikas kasutatava võimekuse arendamisele. Naastrehvide helispekter eristub hästi muude rehvide tekitatud helidest. Kui pole segavaid tingimusi (vihm, tugev tuul), saavutati teisaldatava mõõtekompleksiga pea eksimatu tuvastamine. Heli salvestamiseks kasutati tee kõrvale meetri kõrgusele paigutatud mikrofoni. Signaali analüüsimiseks kasutati madalate sageduste lõikamist, järelejäävat kõrgemate sagedustega osa analüüsiti iseõppiva algoritmiga. Jõuti tulemusele, et praeguste seadmete juures on vaja analüüsida kohapeal asuva arvutiga, kuna andmeside võrgu jaoks on andmemahud liiga suured. 

Kaugerand märkis, et eraldi vajavad uurimist rehvide kulumisest ja ka sõidukiirusest (kiirema sõidu puhul on eristamine parem) ning sellest, kas tegu on sisepõlemismootoriga, hübriid- või elektriautoga (neil on erinev mootorimüra tase ja selle spekter) tulenevad erinevused helipildis ja nende eristamise võimalused. Samuti tuleks määratleda, milliste ilmastikutingimuste puhul ei saa eristamissüsteemi taustmüra tõttu kasutada.

Edaspidi saaks tooteks arendatud naastutuvastuse süsteemi ühitada mobiilse kiiruskaameraga, siis oleks võimalik koha peal ja reaalajas kontrollida võimalikest kehtestatavaist piiranguist kinnipidamist või maksu tasumist samal automaatsel moodusel, nagu praegu kiirusepiirangutest kinnipidamist. Vajadus selleks võib tekkida juba lähimas tulevikus!