Quiet paths for people: developing routing analysis and Web GIS application

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005202237
Title: Quiet paths for people: developing routing analysis and Web GIS application
Author: Helle, Joose
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005202237
http://hdl.handle.net/10138/315170
Thesis level: master's thesis
Abstract: Altistuminen saasteille saattaa vähentää merkittävästi aktiivisten liikkumismuotojen, kuten kävelyn ja pyöräilyn terveyshyötyjä. Yksi liikenteestä johtuvista saasteista on melu, joka voi aiheuttaa terveyshaittoja, kuten kohonnutta verenpainetta ja stressiä. Aikaisemmissa tutkimuksissa ja selvityksissä melulle altistumista on arvioutu yleensä kotipaikan suhteen ja liikkumisen aikana tapahtuva altistus on jäänyt vähemmälle huomiolle. Koska liikkumisen aikainen (dynaaminen) melualtistus saattaa muodostaa merkittävän oan kaupunkilaisten päivittäisestä kokonaismelualtistuksesta, tarvitaan kehittyneempiä menetelmiä dynaamisen melualtistuksen arvioimiseen ja vähentämiseen. Tässä tutkielmassa kehitin kävelyn reititysmenetelmän ja sovelluksen, jolla voi 1) etsiä lyhimmän reitin, 2) mallintaa kävelyn aikaisen melualtistuksen ja 3) löytää vaihtoehtoisia, hiljaisempia reittejä. Sovellus hyödyntää OpenStreetMap-tieverkostoaineistoa ja mallinnettua aineistoa tieliikenteen tyypillisistä päiväajan melutasoista. Reitinetsintä perustuu kehittämääni melukustannusfunktioon ja alhaisimman kustannuksen reititysanalyysiin. Melukustannukset lasketaan sovelluksessa lukuisilla eri meluherkkyyskertoimilla, minkä ansiosta sovellus löytää useita vaihtoehtoisia (hiljaisempia) reittejä. Jotta eri reittien meluisuutta (melualtistuksia) voidaan vertailla, kehitin sarjan melualtistusindeksejä. Tapaustutkimuksessa tutkin Helsingistä tehtävien työmatkojen aikaisia melualtistuksia; selvitin rekistereihin perustuvien työmatkojen mukaiset joukkoliikennereitit ja tutkin reittien kävelyosuuksien aikaisia melualtistuksia reitittämällä kävelyreitit uudestaan kehittämälläni reitityssovelluksella. Lisäksi tutkin hiljaisempien reittivaihtoehtojen mahdollistamia vähennyksiä melualtistuksissa tapaustutkimuksessa mallinnetuilla kävelyreiteillä. Tapaustutkimuksen tulokset indikoivat, että tyypilliset dynaamiset melualtistukset vaihtelevat huomattavasti eri asuinpaikkojen välillä. Toisaalta merkittävä osa melulle altistumisesta on mahdollista välttää hiljaisemmilla reittivaihtoehdoilla; tilanteesta riippuen, hiljaisemmat reitit tarjoavat keskimäärin 12–57 % vähennyksen altistuksessa yli 65 dB melutasoille ja 1.6–9.6 dB keskimääräisen vähennyksen reittien keskimääräisessä melutasossa. Altistuksen mahdolliseen vähennykseen näyttäisivät vaikuttavan ainakin 1) melualtistuksen suuruus lyhimmällä (ts. verrokki) reitillä, 2) lyhimmän reitin pituus, eli etäisyys lähtö- ja kohdepisteen välillä reititysgraafissa ja 3) hiljaisemman reitin pituus lyhimpään reittiin verrattuna. Julkaisin hiljaisten kävelyreittien reitityssovelluksen avoimena web-rajapintapalveluna (API - Application Programming Interface) ja kehitin hiljaisten kävelyreittien reittioppaan mobiilioptimoituna web-karttasovelluksena. Kaikki tutkielmassa kehitetyt menetelmät ja lähdekoodit ovat avoimesti saatavilla GitHub-palvelussa. Yksilöiden ja kaupunkisuunnittelijoiden tietoutta dynaamisesta altistuksesta melulle (ja muille saasteille) tulisi lisätä kehittämällä altistusten arviointiin ja vähentämiseen kehittyneempiä analyyseja ja sovelluksia. Tässä tutkielmassa kehitetty web-karttasovellus havainnollistaa hiljaisten reittien reititysmenetelmän toimivuutta tosielämän tilanteissa ja voi näin ollen auttaa jalankulkijoita löytämään hiljaisempia, ja siten terveellisempiä, reittivaihtoehtoja. Kun ympäristöllisiin altistuksiin perustuvaa reitinetsintää kehitetään pidemmälle, tulisi pyrkiä huomioimaan useampia erillisiä altistuksia samanaikaisesti ja siten reitittämään yleisesti ottaen terveellisempiä reittejä.It is likely that journey-time exposure to pollutants limit the positive health effects of active transport modes (e.g. walking and cycling). One of the pollutants caused by vehicular traffic is traffic noise, which is likely to cause various negative health effects such as increased stress levels and blood pressure. In prior studies, individuals’ exposure to community noise has usually been assessed only with respect to home location, as required by national and international policies. However, these static exposure assessments most likely ignore a substantial share of individuals’ total daily noise exposure that occurs while they are on the move. Hence, new methods are needed for both assessing and reducing journey-time exposure to traffic noise as well as to other pollutants. In this study, I developed a multifunctional routing application for 1) finding shortest paths, 2) assessing dynamic exposure to noise on the paths and 3) finding alternative, quieter paths for walking. The application uses street network data from OpenStreetMap and modeled traffic noise data of typical daytime traffic noise levels. The underlying least cost path (LCP) analysis employs a custom-designed environmental impedance function for noise and a set of (various) noise sensitivity coefficients. I defined a set of indices for quantifying and comparing dynamic (i.e. journey-time) exposure to high noise levels. I applied the developed routing application in a case study of pedestrians’ dynamic exposure to noise on commuting related walks in Helsinki. The walks were projected by carrying out an extensive public transport itinerary planning on census based commuting flow data. In addition, I assessed achievable reductions in exposure to traffic noise by taking quieter paths with statistical means by a subset of 18446 commuting related walks (OD pairs). The results show significant spatial variation in average dynamic noise exposure between neighborhoods but also significant achievable reductions in noise exposure by quieter paths; depending on the situation, quieter paths provide 12–57 % mean reduction in exposure to noise levels higher than 65 dB and 1.6–9.6 dB mean reduction in mean dB (compared to the shortest paths). At least three factors seem to affect the achievable reduction in noise exposure on alternative paths: 1) exposure to noise on the shortest path, 2) length of the shortest path and 3) length of the quiet path compared to the shortest path. I have published the quiet path routing application as a web-based quiet path routing API (application programming interface) and developed an accompanying quiet path route planner as a mobile-friendly web map application. The online quiet path route planner demonstrates the applicability of the quiet path routing method in real-life situations and can thus help pedestrians to choose quieter paths. Since the quiet path routing API is open, anyone can query short and quiet paths equipped with attributes on journey-time exposure to noise. All methods and source codes developed in the study are openly available via GitHub. Individuals’ and urban planners’ awareness of dynamic exposure to noise and other pollutants should be further increased with advanced exposure assessments and routing applications. Web-based exposure-aware route planner applications have the potential to help individuals to choose alternative, healthier paths. When developing exposure-based routing analysis further, attempts should be made to enable simultaneously considering multiple environmental exposures in order to find overall healthier paths.
Subject: dynamic exposure
traffic noise
environmental impedance
least-cost path analysis
Web GIS
Discipline: none


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Joose_Helle_Pro_gradu_2020.pdf 32.50Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record