RobustOC: Robuste Optimierung der Luftfahr- zeug Staffelung und Separation im Anflug unter Unsicherheiten

Projektinformation

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• Gefördert durch die DFG
• Projektlaufzeit von 3 Jahren (10/2026 - 09/2029)

Beschreibung

Während des Anfluges an einen Flughafen führen Unsicherheiten in der Wettervorhersage, der Flugzeugmasse und dem Zweck des Flugs zu Abweichungen zwischen prognostizierten und tatsächlich geflogenen Flugtrajektorien, sowie Ankunftszeiten. Die Flugsicherung muss diese Unsicherheiten bei der Sequenzierung und Staffelung ankommender Flugzeuge berücksichtigen, um einen sicheren und effizienten Verkehrsfluss zu gewährleisten. Zusätzliche Staffelungsabstände können jedoch die Kapazität des Luftraums reduzieren, während gezielte Anpassungen der Flugtrajektorien häufig mit einem erhöhten Treibstoffverbrauch und längeren Flugzeiten verbunden
sind.

Vorangegangene Forschungsarbeiten am Lehrstuhl für Technologie und Logistik des Luftverkehrs haben bereits Methoden zur robusten Optimierung von Sinkflugtrajektorien einzelner Flugzeuge sowie erste Ansätze zur Verknüpfung von Trajektorien- und Sequenzoptimierung unter Wetterunsicherheiten entwickelt. Aufbauend auf diesen Vorarbeiten untersucht das Projekt, wie die Trajektorien mehrerer Flugzeuge gemeinsam optimiert und koordiniert werden können, sodass eine hohe Flugeffizienz, als auch die sichere Einhaltung der Sequenzierungs- und Staffelungsanforderungen unter Unsicherheit gewährleistet werden.

Hierzu werden Methoden der Optimal Control zur robusten Trajektorienoptimierung mit
Verfahren zur Sequenzierung und Staffelung des Luftverkehrs entwickelt. Dabei werden zwei Ansätze betrachtet: die Optimierung der Staffelung zwischen Flugzeugen entlang eines gemeinsamen Sinkflugpfads sowie die koordinierte Optimierung der Flugtrajektorien unter Berücksichtigung der Ankunftsreihenfolge und -zeiten an einem Metering- bzw. Merging-Fix. Das daraus entstehende Optimierungsframework bildet die Grundlage für ein erweitertes Konzept eines Arrival Managers (AMAN), bezeichnet als AMAN+.

Zielsetzung

Entwicklung robuster Optimierungsmethoden für Trajektorien mit Optimal Control

Das Projekt verfolgt das Ziel den Einfluss von Unsicherheiten auf Flugtrajektorien und Staffelungsbedingungen zu untersuchen und zu quantifizieren. Darauf aufbauend werden Optimal Control Methoden unter Berücksichtigung von Flugdynamiken und operativen Randbedingungen entwickelt und mit der Sequenzoptimierung gekoppelt. Die entwickelten Verfahren werden hinsichtlich der Zielkonflikte zwischen Flugeffizienz, Verkehrsdurchsatz und Emissionsverhalten, sowie ihrer Rechenleistung bewertet.

Entwicklung robuster Sequenzierungsmethoden

Aufbauend auf den Optimierungsergebnissen werden diese in umsetzbare Empfehlungen für Fluglotsen im Rahmen des erweiterten AMAN+ Konzeptes überführt. Die operationelle Anwendbarkeit und Nutzbarkeit dieser Empfehlungen werden mithilfe von Simulationen und Human-in-the-Loop-Experimenten untersucht. Als Anwendungsfall dienen Verkehrsszenarien am Flughafen Leipzig/Halle, wobei insbesondere Point-Merge- und Trombone-Anflugverfahren berücksichtigt werden.

Mitarbeitende