Air Traffic Flow Management

The performance of an airport is determined by several components like the terminal, the taxi ways, the runway system, etc. Regarding large hub airports, the throughput of the overall airport system is primarily limited by the capacity of the runway system. In normal airport operations traffic bottleneck situations arise nearly daily from a traffic demand that exceeds the available capacity. Nowadays decision support tools managing the inbound and outbound traffic streams at an airport (i. e. Arrival Management Systems, AMAN) work with a tactical planning horizon. Thereby, bottleneck situations are not always detectable in due time in order to prevail adequate flow management procedures. As result the remaining system capacities are exploited only sub-optimally leading to an unreasonably increase in delay which induces high costs for all stakeholders. The main contribution besides an uncoordinated information management between the stakeholders is the deficiency of a predictive tool which allows quantitaive statements on the available runway capacity based on a sufficiently precise and complete calculation model.

The joint research project Kooperatives Air Traffic Management (K-ATM) is part of the government-funded 3rd Aviation Research Programme (LuFo 3) and is engaged in this set of problems. The K-ATM consortium consists of several partners which are in charge of handling the air traffic. In cooperation of the participating stakeholders performance reserves which exist in the overall system shall be utilized through a superordinate system analysis and management.

Within the scope of the K-ATM sub-project Kooperative Planung (KOPLAN) a decision supporting tool shall be established which achieves a better dovetail connection of all airside airport processes during periods of constricted hub airport performance through selective preceding flow control. The principal item of this process connection is the cooperative planning and management of the predicted air traffic demand with a pre-tactical planning horizon which has the project name CLOU - the Cooperative Local Resource Planer. The cooperative planning and management of CLOU is implemented as mathematical optimization process and indicates upcoming bottleneck situations in sufficient time. Thereby, optimized reactions on system interferences. This optimization process generates target times for each aircraft movement which is indicated being in the planning horizon and announces the target times to all stakeholders via a human-machine-interface. KOPLAN facilitates, thus, a consolidates information management. The Chair of Traffic Flow Science developed the optimization kernel FMAN (Flow Manager).

The FMAN consucts a 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 in 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) beinhaltet.  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

Dr.-Ing. Steffen Marx
Dipl.-Verk.wirtsch. Nancy Brüchner
Dipl.-Ing. Carla Müller-Berthel 

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.

Keywords

~ 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)