Air Traffic Flow Management

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Die Leis­tungs­fähigkeit eines Ver­kehrs­flug­hafens wird durch verschie­dene Kom­po­nen­ten, wie z. B. das Terminal, die Rollwege, das Bahn­system, usw., bestimmt. Für Ver­kehrs­flug­häfen mit Dreh­kreuz­funk­tion (Hub) wirkt im Wesent­lichen die Kapa­zität des Start- und Lande­bahn­systems als limi­tieren­der Faktor für den Ver­kehrs­durch­satz des Gesamt­systems Flug­hafen. So wird bereits im täg­lichen Betrieb von Flug­häfen von Eng­pass­situa­tionen gespro­chen, indem die bestehende Ver­kehrs­nach­frage die verfüg­bare Kapa­zität über­schreitet. Da heutige Planungs­systeme der An- und Abflüge an einem Flug­hafen (z. B. das Arrival Management – AMAN) im tak­ti­schen Bereich arbeiten, können entste­hende Eng­pass­situationen nicht recht­zeitig iden­ti­fi­ziert werden, um ange­messen durch ent­spre­chende Steue­rungs­maß­nah­men darauf zu reagieren. In der Folge werden die verblei­benden System­kapa­zitäten nicht optimal genutzt und führen zu einem unver­hältnis­mäßig starken Anstieg von Ver­spä­tungen, die für alle Prozess­beteilig­ten hohe Kosten induzieren. Als Haupt­ursache kann neben einem nicht koordinierten Infor­mations­manage­ment der betei­ligten Partner auch das Fehlen eines Prog­nose­werk­zeugs, welches auf Basis eines hinreichend genauen und voll­stän­digen Berech­nungs­modells quanti­tative Aus­sagen über die zukünftig verfügbare Bahn­kapa­zität ermög­licht, identi­fiziert werden. Das Verbund­vorhaben „Kooperatives Air Traf­fic Manage­ment (K-ATM)“ des staatlich geför­derten 3. Luftfahrt-For­schungs­pro­grammes (LuFo 3) widmet sich genau dieser Proble­matik. Unter dem Dach eines Konsor­tiums aus verschie­denen Partnern, die an der Abwick­lung von Luft­verkehr beteiligt sind, sollen bestehende Leis­tungs­reserven des Gesamt­systems durch eine überge­ordnete System­betrach­tung ausge­schöpft werden.

Im Rahmen des Teil­vor­habens „Kooperative Planung (KOPLAN)“ soll ein Planungs­instru­ment geschaf­fen werden, das bei einge­schränkter Leistungs­fähigkeit des Ver­kehrs­flug­hafens, z. B. durch einen wetter­bedingten Einbruch der Lande­kapazität, durch gezielte Vor­steue­rung der Verkehrs­nachfrage eine optimierte Verzah­nung aller Prozesse er­reicht. Das Kernstück dieser Prozess­ver­knü­pfung ist eine koope­rative Planung der Verkehrs­­nachfrage mit prä­tak­tischem Planungs­­horizont mit der Projekt­be­zeich­nung „Cooperative Local Resource Planer (CLOU)“. Die koope­rative Planung des CLOU ist als Optimie­rungs­prozess zu entwickeln, der die Entwick­lung von Eng­pass­situa­tionen recht­zeitig erkennen lässt. Dadurch kann auf System­störungen optimiert reagiert werden. Dieser Optimie­rungs­prozess erzeugt Ziel­zeiten für jedes Flug­ereignis innerhalb des Planungs­horizonts und kommu­niziert diese über eine von allen Prozess­betei­ligten ver­füg­bare Ober­fläche an alle Partner. So wird durch KOPLAN ein gemein­sames Infor­ma­tions­manage­ment möglich.

Dazu entwickelte die Professur für Verkehrs­ström­ungs­lehre an der TU Dresden den Opti­mie­rungskern FMAN (Flow Manager). Der FMAN nimmt eine Vor­steue­rung der Ver­kehrs­nach­frage durch Zuteilen von Ziel­zeiten vor und empfiehlt regel­basiert die beste Folge an Betriebs­ver­fahren für den Planungs­horizont. Dies erfolgt mit Berück­sich­tigung verschie­dener Rand­bedin­gungen und proze­duraler Vorgaben durch Fest­legung des Arbeits­punktes als Ver­hält­nis zwischen der Anzahl an Lan­dun­gen und Abflü­gen. Die Ziele der Opti­mie­rung sind u. a. maximale Pünkt­lich­keit, Ein­hal­tung von vorgeg­ebenen CFMU-Slots und mini­male luft­seitige Warte­zeiten (Hol­dings).  Der FMAN liefert neben einer Ziel­zeit für jeden Flug auch eine Viel­zahl von Kenn­größen für den Gesamt­verkehr, um den Verant­wort­lichen früh­zeitig zu zeigen, welche prä­tak­tische Aus­wirkung diese Planung haben wird. Basierend darauf können die Para­meter der Planung geändert werden, um ein für alle Verant­wort­liche akzep­tables Ergebnis zu erhalten.

Bei der Planung werden für jeden Flug die indi­vidu­ellen Steue­rungs­mög­lich­keiten, die Priori­sie­rung dieses Fluges durch die Airline, die Bahn­nut­zungs­ver­fahren sowie die Ver­tei­lung der Kapa­zität zwischen den Arrivals und Depar­tures und deren Auf­teilung auf das Bahnen­system berück­sichtigt.

Ansprechpartner

Prof. Dr. rer. nat. habil. Karl Nachtigall

Ausgewählte Publikationen

Schwenteck, K.:
CLOU - prätaktische Planung an Hub-Flughäfen.
Langen: WFF Abschlussveranstaltung, 25.3.2010.

Kaufhold, R.; Nachtigall, K.:
Co-operative Air Traffic Management - Airport Centered Planning. 
Denver (USA): AGIFORS Airline Operations Conference, 2007.

Kaufhold, R.; Nachtigall, K.:
A Pre-tactical Generalised Air Traffic Flow Management Problem.
Barcelona: 7th USA/Europe ATM Seminar, 2007.

Kaufhold, R.; Müller-Berthel, C.:
Kooperatives Air Traffic Management
Braunschweig: K-ATM Abschlusspräsentation, 28.11.2007.

Schlüsselwörter

• Flow Manager FMAN
• Cooperative Local Resource Planner CLOU
• kombinierte Vorsteuerung von Landungen und Starts an einem Hub-Flughafen
• prätaktische Planung für Luftverkehrsoptimierung an Flughäfen
• Kooperatives Air Traffic Management (K-ATM)
• 3. Luftfahrt-Forschungsprogrammes (LuFo 3)
• Kooperative Planung (KOPLAN)