Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen

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1 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen 28 Neben der natürlich begrenzten Kapazität des Luftraums erweisen sich zunehmend auch stark frequentierte Verkehrsflughäfen als kapazitive Engpässe bottelnecks im System Luftverkehr. Die Verkehrsprozesse, die den Flugplatz unmittelbar betreffen, bedürfen schon im Anflugbereich der Planung und Koordination, wenn die auf dem Flugplatz zur Verfügung stehenden begrenzten Kapazitäten effektiv und wirtschaftlich genutzt werden sollen, um den maximalen Durchsatz von Luftfahrzeugen durch das System Flugplatz unter variablen, teilweise nicht beeinflussbaren Rahmenbedingungen (wie Wetter, Sichtverhältnisse, Luftfahrzeugmix etc.), zu gewährleisten. Erschwerend kommt hinzu, dass die Prozesse, die das Luftfahrzeug vom Anflug über die Landung, dem Rollen zur Parkposition und der Bodenabfertigung bis hin zum erneuten Start betreffen, durch mindestes drei verschiedene Zuständigkeiten (Organisationen, Unternehmen) wahrgenommen werden, die für unterschiedliche Bereiche und Aufgabenerfüllungsprozesse verantwortlich sind. Gleichermaßen benötigen aber alle Prozessbeteiligten teilweise dieselben Daten und Informationen über den jeweiligen Status des Luftfahrzeugs im System Flugplatz, um die kontinuierliche Abfolge der Prozesse, die sich teilweise auch überlappen, sicherzustellen. Abbildung 28.1 zeigt prinzipiell und global die wichtigsten Bereiche, die das Luftfahrzeug im System Flugplatz prozessorientiert passiert. Die Prozessbeteiligten sind: 1. das Flugsicherungsunternehmen, mit den Betriebszuständigkeiten Anflug/Abflug, Start-/Landebahnsystem und den Rollbahnen; 2. die Flugplatzbetriebsgesellschaft mit der Betriebszuständigkeit für das Vorfeld; 3. die Luftverkehrsgesellschaft, die das Flugzeug (Luftfahrzeug) betreibt; 4. die Bodenabfertigungsdienste/Bodenverkehrsdienste der Flugplatzbetriebsgesellschaft und ggf. weiterer diverser unabhängiger Dienstleister. Die Aufgabenerfüllungsprozesse umfassen die flugsicherungsmäßige Verkehrskoordination und Kontrolle im An-/Abflugbereich des Flugplatzes sowie die Kontrolle der Luftfahr- H. Mensen, Planung, Anlage und Betrieb von Flugplätzen, 691 DOI / _28, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012

2 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen en-route intermediate approach final approach taxi in ground handling taxi out departure Abb Prozessorientierter Durchlauf eines Luftfahrzeuges durch das System Flugplatz [124] zeuge auf den Rollwegen. Die Kontrolle der Rollbewegungen auf dem Vorfeld wird auf großen Verkehrsflughäfen durch die Vorfeldkontrollen der Flugplatzbetriebsgesellschaften vorgenommen. Für die Bodenabfertigung stehen diverse Abfertigungsdienst-leister zur Verfügung. Der Prozess des Deboarding und Boarding der Passagiere obliegt in den meisten Fällen der Luftverkehrsgesellschaft, die das Luftfahrzeug (Flugzeug) betreibt, oder wird von der Flugplatzbetriebsgesellschaft durchgeführt. Die Auswertungen des Central Office for Delay Analysis (CODA), einer Abteilung der europäischen Flugsicherungsbehörde EUROCONTROL, zeigt die Verspätungssituation auf europäischen Verkehrsflughäfen. Europaweit ist jede zweite Verspätung auf die Luftverkehrsgesellschaften zurückzuführen. Für 18 % sind die Flughäfen verantwortlich, für 14 % sind die Flugsicherungen zuständig und 11 % sind auf schlechtes Wetter zurückzuführen. Der hohe Anteil der Luftverkehrsgesellschaften erklärt sich dadurch, dass ein großer Teil der Verspätungen aus bereits entstandenen Verzögerungen resultiert, die sich in dem eng verzahnten System fortsetzen und aufaddieren. Die Daten basieren auf Erhebungen von rund 70 IATA-Airlines, deren Flugzeugführer die eingetretenen Verzögerungen melden und einer Ursache zuordnen (IATA Delay Code). Die so ermittelten Daten beziehen sich immer auf den gesamten Flug und lassen sich daher nicht auf einzelne Länder aufschlüsseln. Die zum Beispiel für internationale Abflüge in Deutschland dargestellten Verzögerungen müssen also nicht in Deutschland entstanden sein. Gleiches gilt für die Auswertung der Verspätungsgründe an einzelnen Flugplätzen. Abbildung 28.2 zeigt die Anteile der Abflugverspätungen nachverursachern in Europa [61], Abb zeigt die Anteile der Abflugverspätungen nach Verursachern in Deutschland [61]. Abbildung 28.4 zeigt der Abflugverspätungen nach Verursachern für die Verkehrsflughäfen Frankfurt und München (2010) [61]. Es ist anzumerken, das in der Literatur bezüglich der Verursacher von Verspätungen im Luftverkehr unterschiedliche Statistiken veröffentlicht werden. Dies ist auf die unterschiedlichen, der Zuweisung von Verspätungen auf die Verursacher zugrunde gelegten Parameter zurückzuführen, was bei komplexen, sich überlappenden Prozessen verständlich ist, da für die Ursache an den Verspätungen teilweise mehrere Prozessbeteiligte verantwortlich sein können. Wichtig ist allerdings der globale Trend, der aus allen Statistiken erkennbar ist. Die Hauptanteile der Verspätungen liegen generell bei den Luftverkehrsgesellschaften (Transport), den Flugplätzen (Abfertigung) und den Flugsicherungsunternehmen (Wegsicherung).

3 28 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen 693 Verursacher für Verspätungen (Abflüge) 2010 in Europa Flugsicherheit (Security) 4 % Wetter 11 % Sonstige 4 % Flugsicherungen 14 % Luftverkehrsgesellschaften 49 % Flugplätze 18 % Quelle: EUROCONTROL/CODA Abb Anteile der Abflugverspätungen nach Verursachern in Europa (2010) [61] Verursacher für Verspätungen (Deutschland, Abflüge international) für 2010 Verursacher für Verspätungen (Deutschland, Abflüge innerdeutsch) für 2010 Flugsicherheit (Security) 6 % Wetter 21 % Sonstige 4 % Luftverkehrsgesellschaften 37 % Flugsicherkeit (Security) 6 % Wetter 21 % Sonstige 4 % Luftverkehrsgesellschaften 37 % Flugsicherungen 17 % Flugsicherungen 17 % Flugplätze 15 % Flugplätze 15 % Quelle: EUROCONTROL/CODA Abb Aneile der Abflugverspätungen nach Verursachern in Deutschland (2010) [61] Die komplexen, flughafeninterinen Prozesse selbst sind nur mit Hilfe umfangreicher DV- Systeme zu planen, zu koordinieren und zu steuern. Der Verkehrsflughafen Frankfurt/M verfügt über umfangreiche DV-Werkzeuge zur Planung, Koordination und Steuerung der Verkehrsprozesse von der Anflugkoordination auf den Flughafen über die Gatezuweisung und Rollführung, bis hin zur Abflugkoordination.

4 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen Verursacher für Verspätungen (Frankfurt/Main, Abflüge) für 2010 Verursacher für Verspätungen (München, Abflüge) für 2010 Flugsicherheit (Security) 6 % Wetter 45 % Sonstige 4 % Luftverkehrsgesellschaften 29 % Flugsicherkeit (Security) 12 % Wetter 46 % Sonstige 3 % Luftverkehrsgesellschaften 21 % Flugsicherungen 5 % Flugsicherungen 6 % Flugplätze 11 % Flugplätze 12 % Quelle: EUROCONTROL/CODA Abb Aneile der Abflugverspätungen nach Verursachern in Frankfurt und München (2010) [61] 28.1 Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme in Anflugbereich Die Verkehrskoordination und -steuerung beginnt bereits im Anflugsektor wenn es gilt, unter Berücksichtigung einer bestimmten Verkehrslage, der Wirbelschleppenkategorien der Luftfahrzeugmuster, der angewandten Flugsicherungsverfahren, der Stafflungskriterien, der Sichtverhältnisse und der Landebahnbelegungszeiten durch die unterschiedlichen Luftfahrzeugmuster die maximal mögliche Anflugkapazität an Flugbewegungen zu erreichen. Diese Aufgabe liegt in der Zuständigkeit des Flugsicherungsunternehmens, das für die Anflugkontrolle und die Rollführung der Luftfahrzeuge bis zum Vorfeld zuständig ist. Für diese komplexe Aufgabe wurden DV-Tools (so genannte Arrival-Manager) entwickelt, die dem zuständigen Anflug-Lotsendes Flugverkehrskontrolldienstes (Approach Control) unter Berücksichtigung der Ausprägungen der jeweils relevanten Parameter eine optimierte Anflugreihenfolge für die sich im Anflug befindlichen Luftfahrzeuge vorschlagen und anzeigen. Der Lotse kann dem Vorschlag folgen oder in eigenem Ermessen handeln. Abbildung 28.5 zeigt beispielhaft die Anzeige am Arbeitsplatz der Anflugkontrolle (Frankfurt Approach) für den Verkehrsflughafen Frankfurt Main. Operativ basiert der Arrival Manager (AMAN) auf den Algorithmen des so genannten 4D-Planers. Unter Nutzung aller relevanten zu Verfügung stehenden Daten generiert das System eine Gesamtanflugplanung, indem jeweils die dreidimensionale Position der Luftfahrzeuge mit Zeitbezug (4D) erfasst bzw. ermittelt werden. AMAN vergleicht diese Planung kontinuierlich mit der realen Verkehrslage. Diese automatische, adaptive Anflugplanung garantiert, dass die geplante Anflugsequenz jederzeit die aktuelle Verkehrslage reflektiert, ohne

5 28.2 Positions- und Gate-Management im Vorfeldbereich 695 Abb Anzeige Arrival Manager am Arbeitsplatz der Anflugkontrolle Frankfurt/M [37] das manuelle Modifikationen erforderlich sind. Dies führt zu einer optimierten Nutzung der verfügbaren Anflugkapazität aufgrund einer zeitpräzisen Anflugstafflung der unterschiedlichen Luftfahrzeugmuster und ermöglicht somit unter gegebenen Bedingungen eine maximal mögliche Anflugfolge Positions- und Gate-Management im Vorfeldbereich Hat das Luftfahrzeug die Landebahn verlassen, so rollt es, möglichst auf dem kürzesten Rollweg, auf seine vorbestimmte Halte- bzw. Abstellposition. Auch dieser Schritt bedarf einer differenzierten Vorplanung, da verschiedene Parameter zu berücksichtigen sind. Es sind beispielsweise Fragen zu klären wie: erhält das Luftfahrzeug eine Vorfeld- oder Terminalposition, oder ggf. aus Sicherheitserwägungen, eine Sonderposition; ist die Position frei oder noch belegt; ist die vorgesehene Position für das Luftfahrzeug abfertigungsmäßig geeignet etc. Der Umfang dieser Planung bedeutet für den Verkehrsflughafen Frankfurt/M an einem Spitzentag mit über 16 Stunden Betriebszeit Starts und Landungen (Spit-

6 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen Abb sally Beispielhafte Anzeige für die Vorfeldkontrolle [68] zentag), wobei für die Abfertigung der Luftfahrzeuge bei größtmöglicher Nutzung 199 Abstellpositionen zur Verfügung stehen. Ein in diesem Bereich eingesetztes Planungswerkzeug ist beispielsweise das DV-Tool sally [70], das für die Vorfeldplanung des Verkehrsflughafens Frankfurt/M entwickelt wurde. Unter Berücksichtigung der Regelwerke, die standplatzspezifisch die jeweilige Nutzung beschreiben, ordnet der Planungsalgorithmus die nach dem Flugplan eines Tages zu erwartenden Luftfahrzeuge den verfügbaren Standplätzen in optimierter Weise zu. Dabei können die Regelwerke ( harte und weiche Regeln) im Rahmen verschiedener Modes durch das Planungspersonal verändert bzw. modifiziert werden. Als Faktoren, die in den Regelwerken berücksichtigt sind, sind beispielsweise zu nennen: physikalische Einschränkungen von Standplätzen, unterschiedliche Limitierungen an Gates, ggf. Push back Konflikte, luftverkehrsgesellschaftseigene Standplätze, exklusiv genutzte Standplätze mit Datum der Belegung, etc. Die Anzahl der Regeln ist nicht begrenzt. Auch eine Woche oder ein Monat sind vorab planbar. Kommt es zu einem Regelkonflikt, so wird automatisch eine Warnung bzw. Information angezeigt. Im taktischen Bereich des Tools werden alle Flugplanänderungen, die manuell oder über korrespondierende Systeme dem Tool zugeführt werden, gegenüber dem Planungsstand geprüft. Die komplette Planung kann jederzeit neu durchgeführt werden, um Konflikte aufzuzeigen, bzw. zu vermeiden. Sally nutzt auto-

7 28.3 Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme in Abflugbereich 697 Abb sally Nutzerschnittstelle Ressourcenzuteilung [68] matisch alle Daten aus dem Flugplansystem, falls Zugriff darauf besteht. Ist dies der Fall, so werden alle Änderungen betreffend die Estimated Time of Arrival (ETA), die Actual Time of Arrival (ATA), die Estimated Time of Departure (ETD), die Actual Time of Departure (ATD), die Estimated and Actual Take-off Time sowie die End of Towing Time automatisch berücksichtigt. Manuelle Änderungen sind ebenfalls möglich [70]. Abbildung 28.6 zeigt beispielhaft eine Anzeige für die Vorfeldkontrolle. Abbildung 28.7 zeigt beispielhaft die graphische Nutzerschnittstelle, die auch manuelle Änderungen zulässt Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme in Abflugbereich Nach Abschluss der Abfertigung verlassen die meisten Luftfahrzeuge den Flugplatz, um eine weitere Mission auszuführen. Hier zeigt sich, dass Starts und Landungen nicht unabhängig voneinander durchgeführt werden können, da die Landebahn für die Anflüge ggf. auch als Startbahn für Abflüge zur Verfügung stehen muss. Im Sinne einer Gesamtoptimierung

8 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen muss also ein dem Verkehrsaufkommen angemessenes Verhältnis von Anflügen zu Abflügen gefunden, und betrieblich realisiert werden. Auch hierzu wurden DV-Tools entwickelt, die eine optimierte Vorplanung durchführen. Ziel eines Departure Management Systems ist es, die unter den jeweiligen Bedingungen die ideale Abflugreihenfolge auf dem vorhandenen Startbahnahnsystem zu ermitteln. Das DV-mäßig realisierte Planungstool berücksichtig dabei Parameter wie Wirbelschleppenkategorien, Geschwindigkeitsprofile, Abflugstreckenführungen (SID s), Restriktionen auf den Abflugstreckenführungen, Korrelationen zwischen stattfindenden Anflügen, Abhängigkeiten im Luftraum zu Flugplätzen im Nahbereich sowie temporäre Kapazitätslimits der Startbahn und des betroffenen, abflugrelevanten Luftraums, Betriebsrichtung der Startbahn, ggf. Deicing-Prozeduren, den Abfertigungsstatus, den Abflugslot, die Flugzeugposition und die Taxizeiten. Durch eine frühzeitige und vorausschauende Planung von optimalen Off-Block- und Abflugsequenzen sowie durch gleiche Informationen über Zielzeiten und Sequenzen an alle Prozessbeteiligten wird der Verkehrsfluss im Abflugbereich entzerrt und die Planbarkeit für die Bodenabfertigung (Ground Handling) damit effizienter gestaltet. So wird die reibungslose Abwicklung sämtlicher Abflugprozesse unterstützt. Das Kernelement und wichtigstes Ergebnis des Departure Managers (DMAN) ist die Berechnung einer optimalen Abflugsequenz mit den daraus resultierenden Startzeiten den Target Take-Off Time s (TTOT). Aus den ermittelten Startzeiten werden die optimalen Zielzeiten für Start-Up, die Target Start-Up Approval Time (TSAT) bzw. die Off-Block Time, die Target Off-Block Approval Time (TOAT) abgeleitet und über die Flughafen-Informationssysteme wie im Beispiel des Verkehrsflughafens Frankfurt/M über das Frankfurt Airport Display System (FADS), das Off-Block Calculation and Coordination System (OBCCOS) und das Flughafeninformationssystem (INFOplus) bekannt gegeben. Eine wesentliche Eingangsgröße ist das von der Luftverkehrsgesellschaft gelieferte Datum der Confirmed Off-Block-Time (COB). COB ist der durch die Luftverkehrsgesellschaft bestätigte Zeitpunkt, zu dem alle Abfertigungsaktivitäten abgeschlossen sind, und das Flugzeug frühestens Off-Block gehen kann. Die COB und ihre Updates dienen als wesentliche Basis zur Ermittlung der Target Off-Block Approval Time (TOAT). Die Qualität des DMAN-FRA [74] (Verkehrsflughafen Frankfurt/M) wird entscheidend von der Qualität der COB beeinflusst. Der Prozess bleibt dynamisch und kann auf Veränderungen in der COB-Zeit flexibel angepasst werden. Die Prozessbeteiligten im Gesamtprozess der Outbound-Verkehre werden über die jeweiligen Zielzeiten informiert und agieren gemäß ihrer Teilaufgaben im Abfertigungsprozess unter Berücksichtigung dieser Zielzeiten. An den Prozessen sind beteiligt: die Vorfeldlotsen der Vorfeldkontrolle, die Towerlotsen des Flugsicherungsunternehmens, die betroffenen Luftfahrzeugführer, die Bodenabfertigungsdienste und Handling Agents, die Stationsleitungen der Luftverkehrsgesellschaften, die Schleppereinsatzleitungen sowie die Disponenten der Verkehrszentralen und die Disponenten der Verkehrsdatenzentrale. Tabelle 28.1 zeigt die den Prozessbeteiligten zugeordnete Aktionen nach Abschluss der Bodenabfertigung.

9 28.3 Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme in Abflugbereich 699 Tab Prozessbeteiligte und Aktionen nach Abschluss der Bodenabfertigung [74] Prozessbeteiligte Aktion Anmerkung Luftverkehrsgesellschaft (Station, Rampe) Luftverkehrsgesellschaft (Luftfahrzeugführer) Schleppereinsatzsteuerung (Bodenverkehrsdienste) Flugsicherungsunternehmen (Flugverkehrskontrolle) Vorfeldkontrolle (Apron Controller) Meldung des voraussichtlichen Endes der Abfertigung Rückmeldung zur Zielzeit TSAT bzw. TOAT Schlepper- Bereitstellung Start-Up Sequenz Take-Off Sequenz Push-Back Sequenz Rollführung mit: COB = Confirmed Off-Block TSAT = Target Start-Up Approval Time TOAT = Target Off-Block Approval Time TTOT = Target Take-Off Time Die COB Meldung ist ein zentraler Qualitätsfaktor, der durch die Luftverkehrsgesellschaft oder den beauftragten Handling Agent geliefert wird. Durch die Abkehr vom First Come First Served Prinzip soll sich der Luftfahrzeugführer zur geplanten Zielzeit TSATbzw.TOATmelden Die Bereitstellung des Schleppers ist zu der mit der Luftverkehrsgesellschaft vereinbarten Zielzeit sicher zu stellen, jedoch spätestens bis zur TOAT Einhaltung der ermittelten Zielsequenz Start-Up/Take-Off Einhaltung der ermittelten Zielsequenz Push-Back/Rollführung Durch den Einsatz von DMAN-FRA ergeben sich am Verkehrsflughafen Frankfurt/M beispielsweise folgende Vorteile: Intelligente Nutzung der luftseitigen Ressourcen (Runway 18, Schleppereinsatzgerät, Enteisungsgerät, Personal) und damit eine erhöhte Kapazitätsausnutzung; Steigerung der Planungsverlässlichkeit und Verbindlichkeit in der Prozesseinhaltung durch Verbesserung der COB-Genauigkeit; Verbesserung der Abflugpünktlichkeit und eine Verbesserung der Nutzung der zugewiesenen Slots; Reduzierung der durchschnittlichen Rollzeiten für abfliegende Luftfahrzeuge; Positive Auswirkungen auf die Umweltbilanz aufgrund geringerer Schadstoffemissionen durch Optimierung der Anlasssequenz und Verminderung von Wartezeiten mit laufenden Triebwerken; Das Serviceprinzip First Come First Served wird zu einem On Time Service. Ziel ist es, durch die frühzeitige Planung eine ideale Startreihenfolge auf dem vorhandenen Start-/Landebahnsystem zu erreichen. Die gesteigerte Verbindlichkeit des Gesamtprozesses wirkt sich positiv auf die vielen Teilprozesse der Beteiligten und deren Planung aus [74].

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