4 Verkehrskoordinationsund Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen

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1 4 Verkehrskoordinationsund Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen Neben der natürlich begrenzten Kapazität des Luftraums erweisen sich zunehmend auch stark frequentierte Verkehrsflughäfen als kapazitive Engpässe bottlenecks 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 4.1 zeigt prinzipiell und global die wichtigsten Bereiche, die das Luftfahrzeug im System Flugplatz prozessorientiert passiert. Die Prozessbeteiligten sind: 1) das Flugsicherungsunternehmen, mit der Betriebszuständigkeit für das Start-/ Landebahnsystem und die Rollbahnen; 2) die Flugplatzbetriebsgesellschaft mit der Betriebszuständigkeit für das Vorfeld; Abb. 4.1 Prozessorientierter Durchlauf eines Luftfahrzeuges durch das System Flugplatz

2 630 V Betrieb von Flugplätzen 3) die Luftverkehrsgesellschaft, die das Flugzeug (Luftfahrzeug) betreibt; 4) die Bodenabfertigungsdienste und 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 Luftfahrzeuge auf den Rollwegen. Die Kontrolle der Rollbewegungen auf dem Vorfeld wird auf großen Verkehrsflughäfen durch die Vorfeldkontrolle der Flugplatzbetriebsgesellschaft vorgenommen. Für die Bodenabfertigung stehen diverse Abfertigungsdienstleister 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. Statistiken zeigen, dass die Abflugverspätungen auf europäischen Verkehrsflughäfen in den sechs verkehrsreichsten Monaten der Jahre 2005 auf 2006 bei einer Steigerung der Flugbewegungen um 4% deutlich zugenommen haben. Abbildung 4.2 zeigt die Anteile der Abflugverspätungen nach Verursachern [42]. Abb. 4.2 Anteile der Abflugverspätungen nach Verursachern [42]

3 4 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen 631 Es ist anzumerken, dass 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 komplexen 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 Flugplatz über die Gatezuweisung und Rollführung, bis hin zur Abflugkoordination. 4.1 Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme im Anflugbereich Die Verkehrskoordination und -steuerung beginnt bereits im Anflugsektor wenn es gilt, unter Berücksichtigung einer bestimmten Verkehrslage, der Wirbelschleppenkategorien der Luftfahrzeugmuster, der angewandten Flugsicherungsverfahren und der Stafflungskriterien, der Sichtverhältnisse und der Landebahnbelegungszeiten durch die unterschiedlichen Luftfahrzeugmuster die maximal mögliche Anflugkapazität an Flugbewegungen zu erreichen. Diese Aufgabe liegt im 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-Lotsen des Flugverkehrskontrolldienstes 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 4.3 zeigt die beispielhaft die Anzeige am Arbeitsplatz der Anflugkontrolle (Frankfurt Approach) mit einem Runway Change von der Landebahn (Betriebsrichtung) 25 auf die Landebahn (Betriebsrichtung) 07 des Verkehrsflughafens Frankfurt/M. 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 es jeweils die dreidimensionale Position der Luftfahrzeuge mit Zeitbezug (4D) erfasst bzw. ermittelt. AMAN vergleicht diese Planung kontinuierlich mit der realen Verkehrslage. Diese automatische, adaptive Anflugplanung garantiert, dass die geplante Anflugsequenz jederzeit die aktuelle Verkehrslage reflektiert, ohne dass manuelle Modifikationen erforderlich sind. Dies führt zu einer optimierten Nutzung der verfügbaren Anflugkapazität aufgrund einer zeitpräzisen Anflugstafflung der unterschiedlichen Luftfahrzeugmuster und ermöglicht somit eine maximal mögliche Anflugfolge.

4 632 V Betrieb von Flugplätzen Abb. 4.3 Anzeige Arrival Manager am Arbeitsplatz der Anflugkontrolle Frankfurt/M. [13] 4.2 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 (Spitzentag), 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 [13], das für die Vorfeldplanung des Verkehrsflughafens Frankfurt/M. entwickelt wurde. Unter Berücksichtigung der Regelwerke, die standplatzspezifisch

5 4 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen 633 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 automatisch 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 [13]. Abbildung 4.4 zeigt beispielhaft eine Anzeige für die Vorfeldkontrolle. Abbildung 4.5 zeigt beispielhaft die graphische Nutzerschnittstelle, die auch manuelle Änderungen zulässt. Abb. 4.4 sally Beispielhafte Anzeige für die Vorfeldkontrolle [13]

6 634 V Betrieb von Flugplätzen Abb. 4.5 sally Nutzerschnittstelle Ressourcenzuteilung [13] 4.3 Verkehrskoordinations- und -steuerungssysteme im 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 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, unter den jeweiligen Bedingungen die ideale Abflugreihenfolge auf dem vorhandenen Startbahnahnsystem zu ermitteln. Das DV-mäßig realisierte Planungstool berücksichtig dabei Parame-

7 4 Verkehrskoordinations- und Verkehrssteuerungssysteme auf Flugplätzen 635 ter wie Wirbelschleppenkategorien, Geschwindigkeitsprofile, Abflugstreckenführungen (SIDs), Restriktionen auf den Abflugstreckenführungen, Korrelationen mit 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 Taxizeiten. Durch eine frühzeitige und vorausschauende Planung von optimalen Off-Blockund 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 Times (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 [13, 54] (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 4.1 zeigt die den Prozessbeteiligten zugeordnete Aktionen nach Abschluss der Bodenabfertigung. 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;

8 636 V Betrieb von Flugplätzen Tabelle 4.1 Prozessbeteiligte und Aktionen nach Abschluss der Bodenabfertigung [54] Prozessbeteiligte Aktion Anmerkung Luftverkehrsgesellschaft (Station, Rampe) Luftverkehrsgesellschaft (Luftfahrzeugführer) Schleppereinsatzsteuerung (Bodenverkehrsdienste) Schlepper-Bereitstellung Flugsicherungsunternehmen (Flugverkehrskontrolle) Vorfeldkontrolle (Apron Controller) Meldung des voraussichtlichen Endes der Abfertigung Rückmeldung zur Zielzeit TSAT bzw. TOAT 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 TSAT bzw. TOAT melden. 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 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 [54].

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