Sicherheitsoptimierte Anflugsteuerung auf große Flughäfen

Projektinformation

Förderin: DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit: 36 Monate

Mittels am Lehrstuhl entwickelter Sicherheitsanalyseverfahren für das soziotechnische System „Flugverkehrskontrolle“ im Nahbereich von Flughäfen (TMA) soll die heutige kapazitätsentscheidende Anflugsteuerung von komplexen Flughäfen in einen Gesamtoptimierungsprozess unter besonderer Beachtung der Luftverkehrssicherheit integriert werden. Heutige Steuerungsverfahren basieren zwar auf einer vorgelagerten Sicherheitsbewertung zu Routendesign, Verfahrensregeln und Randbedingungen. Im operativen Einsatz aber, der durch deutliche Schwankungen (Wetter, Verkehrszusammensetzung) in der tatsächlichen Nutzung dieser Infrastruktur geprägt ist, werden gemäß EU Verordnung zum SES Performance Scheme nur operative Leistungsindikatoren erfasst und die Sicherheit „vor die Klammer“ als per se attestiert gezogen. Diesem faktischen Fehler wird durch entsprechend konservative – kapazitätssensitive - Regeln zu Separationswerten zwischen anfliegenden Luftfahrzeugen begegnet. Er führt das System aber damit nicht dauerhaft in einen gesamtoptimalen Betriebszustand.

Durch Integration der Sicherheitsbewertung als Online Verfahren in o.g. Bewertung soll auf taktischer Ebene erreicht werden, Sicherheitsanalysen ständig in der Leistungsbewertung mitlaufen zu lassen und auf diese Weise zusätzliche Luftraum- und Start-/Landebahnkapazität auszuschöpfen. Hierzu muss die Korrelation von quantitativen Sicherheitskennzahlen (Kollisions-/Vorfallwahrscheinlichkeiten) und den vielfältigen ökologisch/ökonomischen Leistungsmerkmalen (Kapazität, Umwelt, Kosteneffizienz) bekannt sein, ein bisher nicht erreichter Sachverhalt. Postuliert wird eine positive Korrelation zwischen Gefahrenpotenzial und sog. „Verkehrskomplexität“ als Entropie, d.h. als Maß der Unordnung und damit Maß der Arbeitsbeanspruchung im System Verkehr, für welche bereits teilvalidierte Modelle vorliegen. Da von Gegensätzlichkeit zwischen beiden Zielfunktionen auszugehen ist, soll der Zusammenhang von diesbezüglichen Tradeoffs im ATM im Weiteren erforscht werden: Methodisch sollen hierzu multi-objektive Optimierungsverfahren auf eine am Lehrstuhl vorliegende agentenbasierte Schnellzeitsimulation angewandt werden.

Das konzipierte Sicherheits-/Leistungsanalysemodell soll mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens und Verfahren der Systemmodellierung schließlich prognosefähig gemacht werden, um die erforderliche Voraussicht auf die kommende Verkehrslage zu ermöglichen. Erkenntnisse zum Trade-off beider Bewertungsgebiete sollen so gewonnen und ein entsprechend dynamisch adaptierendes Entscheidungsunterstützungssystem für den Anflug mit postuliert gesteigerter betrieblicher Effizienz entwickelt werden. Das System soll exemplarisch für einen deutschen Flughafen validiert werden. Entsprechende Kooperationen des Antragstellers mit der DFS - Deutsche Flugsicherung GmbH sowie den Flughäfen München und Frankfurt gewährleisten die faktische Umsetzung dieses abschließenden Projektziels.

Das Arbeitsprogramm wird in die folgenden 6 Arbeitspakete (AP) gegliedert:

AP 1 – Recherche zu ATM Performance Indikatoren und Methoden zu deren Korrelation
AP 2 – Sicherheits- und Kapazitäts-Bestimmung in hochautomatisierten ATM Systemen
AP 3 – ABMS Design zur Abbildung betrieblich relevanter Gefahren im Anflug
AP 4 – Implementierung eines Safety-driven Arrival Capacity Manager
AP 5 – Robustheitsanalysen von Sicherheit-Kapazität Korrelationen
AP 6 - Auswertung der Ergebnisse und Erkenntnisgewinn