Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/schneller-leiser-sicherer-neue-planungssysteme-fuer-den-flughafen-2003-146842.html    Veröffentlicht: 13.03.2020 12:06    Kurz-URL: https://glm.io/146842

Schneller, leiser, sicherer

Neue Planungssysteme für den Flughafen

Wer den Verkehr auf dem Rollfeld eines großen Flughafens koordiniert, hat einen anspruchsvollen und fordernden Job. Um den zu erleichtern, haben Forscher jüngst auf großen Flughäfen wie Hamburg neue digitale Hilfesysteme getestet.

Für den Passagier wirkt das Geschehen auf dem Flughafen wie eine gut einstudierte Choreographie: Ein Flugzeug wird an sein Gate geschleppt, ein anderes gerade beladen, ein Schlepper schiebt ein drittes Flugzeug vom Gate weg auf das Rollfeld. Aber dieses komplexe, dynamische System zu organisieren, ist harte und oft stressige Arbeit. Das gilt besonders für die Lotsen, die den Rollverkehr auf dem Flughafen koordinieren.

"Der Hauptjob des Lotsen ist, den Flieger möglichst schnell und sicher von der Rollbahn auf seine Parkposition zu bringen", sagte Steffen Loth vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Gespräch mit Golem. Loth arbeitet am Institut für Flugführung des DLR in Braunschweig. Unter seiner Ägide führte das DLR zusammen mit europäischen Partnern aus Forschung und Industrie das Projekt IAO durch. Die Abkürzung steht für Integrated Airport Operations oder Integrierter Flugbetrieb. Unter dem Dach des IAO haben die Forscher Lösungen entwickelt, die den Vorfeldlotsen die Arbeit erleichtern sollen.

Denn auf dem Vorfeld sind neben Flugzeugen auch zahlreiche Bodenfahrzeuge unterwegs. Also müssen die Lotsen eine Vielzahl von Faktoren im Blick behalten: An- und Abflugzeiten, die Positionen und die Rollgeschwindigkeit der einzelnen Flugzeuge, aber auch die Zeit, die etwa ein einzelner Airliner von seinem Gate zur Startposition braucht. Es sind komplexe Abläufe, die ständige Präsenz und Konzentration erfordern.

Die Vorfeldlotsen entscheiden über Route und Reihenfolge der rollenden Flugzeuge. Sie müssen nicht nur die Rollrouten der einzelnen Flugzeuge entwickeln und im Blick behalten, sondern auch überwachen, ob ihre Anweisungen befolgt werden. "Das erfordert extrem viel Erfahrung", sagt Loth. Zwar gibt es für viele Situationen Standardverfahren, trotzdem müssen die Lotsen jedes Mal neu planen und vorausschauend Anweisungen geben.

Forschung für sicheren Luftverkehr

Das Projekt IAO untersuchte den Rollverkehr auf dem Flughafen, also die Wege, die Flugzeuge nach der Landung zum Gate oder von dort zur Startbahn nehmen. Im IAO arbeiten Wissenschaftler und Experten aus der Industrie aus fünf europäischen Ländern zusammen. "Es ging darum, den Lotsen, die den Rollverkehr leiten, zusätzliche Anwendungen an die Hand zu geben und ihnen die Arbeit zu erleichtern", sagt Loth.

Zwar wächst der Luftverkehr nicht mehr so stark wie vor einigen Jahren, das Geschehen auf den Flughäfen wird dennoch immer komplexer. Dabei sind die Flughäfen die Engstellen des Systems Luftverkehr: Immer mehr Flugzeuge müssen sich eine Fläche teilen, die nicht einfach mitwachsen kann. Damit der Luftverkehr auch bei weiterem Wachstum sicher bleibt und umweltfreundlicher wird, fördert die EU seit Jahren im Rahmen von Sesar zahlreiche Forschungsvorhaben. IAO ist Teil dieser Bemühungen.

Sesar steht für Single European Sky ATM Research Programme, also Flugsicherungsforschungsprogramm für den einheitlichen europäischen Luftraum. Die Abkürzung ATM steht für Air Traffic Management, zu Deutsch Flugsicherung, also die Koordination und Leitung des Luftverkehrs. Ziel von Sesar ist der sogenannte Single European Sky, also ein einheitliches Flugsicherungssystem in Europa.

Ohne digitale Planungshilfen geht es nicht

Bereits heute lässt sich das Geschehen auf großen Flughäfen nur mit digitalen Assistenzsystemen bewältigen. So verzeichnete Frankfurt, Deutschlands größter Flughafen, im Jahr 2019 rund 70,2 Millionen Fluggäste und 513.905 Flugbewegungen.

Eines der gebräuchlichen Systeme ist ein Lagedisplay, das die Positionen der Flugzeuge anzeigt. Hinzu kommt ein sogenannter elektronischer Flugstreifen, der den Lotsen Informationen über das einzelne Flugzeug liefert. "Hier sehen die Lotsen An- und Abflugzeiten, auf welcher Bahn das Flugzeug landet und auf welche Standposition es geleitet werden soll", erläutert Loth.

Diese Flugstreifen waren vor der Einführung elektronischer Hilfesysteme schlichte Papierstreifen. Um den Überblick über den Rollverkehr zu behalten, nutzen Flughäfen eine Matrix, die auf Näherungswerten der Rollzeiten der einzelnen Flugzeuge und Bodenfahrzeuge beruht. Über die Rollgeschwindigkeit eines Flugzeuges entscheiden die Piloten. Weil diese Matrix aber eben nur Näherungswerte bietet und keine präzisen Angaben, müssen Lotsen die einzelnen Flugzeuge ständig im Blick haben.

IAO soll diese Systeme grundlegend verbessern helfen. Die Forschungen unter dem Sesar-Dach begannen 2005. Damals wurde ein Masterplan formuliert. In der zweiten Phase von 2008 bis 2013 bereitete man dessen Umsetzung für die dritte Phase von 2014 bis 2020 vor.

Europäischer Großversuch auf drei Flughäfen

Die dritte Phase von IAO bestand in einem Großversuch auf drei europäischen Flughäfen. Die neuen Technologien sollten ihren Praxiswert beweisen und Erkenntnisse darüber liefern, ob sie reif für die weitere Umsetzung sind oder ob noch weiterer Forschungsbedarf besteht. "Im Fokus der Forschungsarbeiten stehen neuartige Funktionen für Lotsen, um die Routenplanung und das Abflugmanagement am Boden zu unterstützen und zusätzliche Sicherheitsnetze zur Verfügung zu stellen", sagt Loth.

Für die Praxisversuche wählten die Forscher drei Flughäfen aus: Budapest, Nizza und Hamburg-Fuhlsbüttel. Jeder Flughafen wies Charakteristiken auf, die für die Versuche interessant waren. Fuhlsbüttel war aus zwei Gründen interessant: Erstens gibt es dort bereits eine eigene Test-Infrastruktur. Hier arbeitet seit 2005 die Arif (Airport Research and Innovation Facility oder Flughafen-Forschungs- und Innovationseinrichtung). Sie wird vom Flughafen Hamburg, dem DLR und der Deutschen Flugsicherung (DFS) betrieben. Die Arif verband die Systeme von Flughafen und Flugsicherung mit dem IAO-Versuchssystem. So konnten Daten unkompliziert ausgetauscht werden.

Die zweite Besonderheit von Fuhlsbüttel sind seine gekreuzten Landebahnen. "Hamburg hat mit dem kreuzenden Bahnsystem besondere Herausforderungen. Es gibt hier viele Situationen, in denen landende und startende Verkehre aufeinander abgestimmt werden müssen", sagt Loth. Deswegen hat Fuhlsbüttel schon in der Vergangenheit als Versuchsareal gedient. Hamburg-Fuhlsbüttel brachte es 2018 auf 156.388 Flugbewegungen und rund 17,2 Millionen Passagiere.

Den Versuch in Hamburg machte das DLR zusammen mit Sintef aus Norwegen. Außerdem koordinierte es das Gesamtprojekt. Die IAO-Großversuche erforderten drei Jahre Vorbereitung. In Ungarn arbeiteten der Flughafen Budapest, das Technologieunternehmen Indra und die Flugsicherung Hungaro Control mit. In Frankreich war es neben der französischen Flugsicherung der Flughafen Nizza.

Doch was wurde nun konkret getestet?



Praxistest für drei neue Anwendungen

Die IAO-Wissenschaftler untersuchten drei Anwendungen für Tower- und Vorfeldlotsen. Die erste ist ein digitaler Rollverkehrsmanager, also eine digitale Planungshilfe für Lotsen. Die zweite Anwendung baut auf der ersten auf und stellt sicher, dass die Triebwerke so spät wie möglich gestartet werden. Mit beiden Lösungen soll der Rollweg der einzelnen Flugzeuge genauer geplant werden. Außerdem sollten Rollwege und die benötigten Zeiten besser vorhergesagt werden. Ziel ist nicht nur eine genauere Abflugplanung, sondern auch ein geringerer Spritverbrauch und somit geringere Kohlendioxid-Emissionen.

Die dritte Anwendung sollte ein engmaschigeres Sicherheitsnetz bieten. Wenn sie die geplante Rollroute eines Flugzeuges kennen, können Lotsen schneller auf kritische Abweichungen reagieren. So ließe sich beispielsweise effektiver verhindern, dass sich zwei Flugzeuge zu nahe kommen oder ein Flugzeug in Bereiche des Flughafens rollt, für die es nicht freigegeben wurde.

Das Gesamtsystem funktioniert ähnlich wie ein Navigationssystem für Autos. Es schlägt für jedes Flugzeug eine optimale Route vor. Während der Versuche arbeiteten die Lotsen am Hamburger Flughafen damit und bewerteten, inwieweit das System einsetzbar ist.

Das System bietet durch seine zahlreichen Warn- und Überwachungsfunktionen ein zusätzliches Sicherheitsnetz. So meldet es Abweichungen und warnt die Lotsen, wenn ein Flugzeug vom Gate weggeschoben wird, ohne dafür eine Freigabe zu haben. Es schlägt auch Alarm, wenn ein Flugzeug von der Rollroute abweicht oder in gesperrte Bereiche des Flughafens hineinrollt.

Der Flugkapitän entscheidet über die Rollgeschwindigkeit

Zwar schlägt das System den Lotsen optimale Routen vor. "Allerdings muss im realen Betrieb nachjustiert werden", sagt Loth. Die Algorithmen können zwar auf die Rollfelddaten zugreifen, manchmal reichen die Daten aber nicht aus, um völlig korrekte Vorhersagen zu treffen. Beispielsweise liegt die Taxi- oder auch Rollgeschwindigkeit im Ermessen des Flugkapitäns. Erfahrungsgemäß rollt eine Besatzung, die den Flughafen kennt, schneller als eine, die mit dem Platz nicht vertraut ist. Die Algorithmen müssten das berücksichtigen, aber dann würden sehr große Datenmengen anfallen.

Dasselbe Problem tritt auch bei der Gestaltung der Abflugsequenz auf. "Hier hat sich gezeigt, dass mit den aktuellen Verfahren genaue Vorgaben über Taxizeiten aufgrund der vielen Einflussparameter nicht funktionieren", sagt Loth. Die Matrix mit den Näherungswerten darüber, wann welches Flugzeug wo sein müsste, hat also noch nicht ausgedient. Das könnte sich ändern, sobald größere Datenmengen und intelligentere Suchalgorithmen verfügbar sind.

Positive Ergebnisse, aber weiterer Forschungsbedarf

Die Lotsen bewerteten die Überwachungs- und Warnfunktionen als besonders positiv. Ob sich die Routenplanung und das Abflugmanagement in der Praxis umsetzen lassen, muss weitere Forschung zeigen. Beides erfordert einen hohen Aufwand. Die Routenplanung ist nur zusammen mit den anderen Elementen sinnvoll. "Beim Abflugmanagement stellt sich grundsätzlich die Frage, ob man nennenswerte Verbesserungen gegenüber den heutigen Ansätzen erzielen kann", erläutert Loth.

Ob die drei Funktionalitäten tatsächlich an den Flughäfen eingeführt werden, muss die Zukunft zeigen. Zurzeit entsteht der Abschlussbericht.

 (frl)


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