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Moderne Rollführung

- Ein Beitrag zur Vision 2020 -Am Beispiel des Europäischen Projektes

EMMA

Moderne Rollführung - EMMA(c) M.Roeder, DLR 2

Agenda

Vision 2020RollführungEuropäische Projekt EMMA

ProjektzieleProjektaufbauProjektergebnisse

Ausblick


Luftraum über Europa heute


Prognose des Luftraums über Europa morgen


Vision 2020 (Januar 2001)

In der Vision 2020 werden ehrgeizige Ziele angestrebt:

Steigerung des Luftverkehrs (3x)

Pünktlichkeit (99%)

Verweildauer am Flughafen (15 / 30 min)

Sicherheit (1/5)

Leiser und sauberer Flugverkehr

Integration aller Transportmittel

Von diesen Zielen können vier maßgeblich durch ein Rollmanagementsystem beeinflusst werden:


Vision 2020

1. Wetterunabhängigkeit des Luftverkehrs (am Flughafen)

2. Pünktlichkeit (99%)

3. Reduktion der Unfallrate (Faktor 5)

4. Leiser und sauberer Verkehr (am Flughafen)


Vision 2020






Der Weg zur Vision 2020

Lokale Verbesserungsmaßnahmen reichen nicht mehr

Ganzheitliche, partnerübergreifende Systemansätze sind nötig:

Airlines AirportsATC

Airframer

Forschung


Der Flughafen als Engpass (Quelle: Eurocontrol ATFM Summary 2002)


Wetterabhängigkeit (Quelle: Eurocontrol ATFM Summary 2002)


OutsideVision

SMR

Voice

DataFusion

TV

InformationExchange via

Telephon

PaperStrips

Heutiger Stand


Rollführung

Was ist Rollführung:Rollführung ist ein System, das den Lotsen und den Piloten bei den Arbeitsprozessen am Flughafen unterstützt.Fachbegriff A-SMGCS (Advanced Surface MovementGuidance and Control System)Ein A-SMGCS besteht aus vier Hauptfunktionen:

ErfassungÜberwachungPlanungFührung

Level I / II System (ICAO 9830)

Erweiterte Services


Erfassung

Perfekte Erfassung des Rollverkehrs notwendig:für das Situationsbewusstseins des Nutzersals Basis aller weiteren A-SMGCS Funktionen

Ein adäquates Sensor-Set, abhängig von der Flughafen-TopographieRedundante Informations-Quellen (primär- / sekundär-Quellen)Eine intelligente Sensor-Daten-FusionValidiertes Lotsen-Displays zur Systeminteraktion (HMIs)


Arbeitsplatz früher und heute

SMR Sicht Beispiel eines A-SMGCS HMI


Überwachung

Überwachung bedeutet eine Vergleich des Ist-Zustandes mit dem Soll-Zustand bezüglich:

Rollen auf / über eine RWY / Stoppbars ohne FreigabeRollen auf gesperrten RollwegenKollisionswarnung mit anderen Fahrzeugen

Wenn ein Planungssystem vorhanden ist, erweitern sich die Möglichkeiten:

RollwegüberwachungZeitliche Überwachung von Freigaben


Planung

Planung ist die Krönung eines A-SMGCS und bedeutet:RollwegplanungPlanung der zeitlichen Abfolge von Freigaben (z.B. Start Up, Push Back, Line Up, Take Off Clearance)

Planung basiert auf mehreren Teilaspekten:Runway BelegungAnflugplanungAbflugplanungStreckenflugplanung‚Slot‘-Vergabe


Führung

Es gibt zwei mögliche Arten der Rollführung:Bodengebunden (z.B. gesteuerte Mittellinienbefeuerung)Bordgebunden (z.B. ‚Moving Map Display‘)

Die bodengebunden Rollführung kann dem Fahrzeugführer lediglich seinen Weg aufzeigen.Bei der bordgebundenen Rollführung - über ein grafisches Kartendisplay - erhöht sich sein Situationsbewusstsein:

Darstellung anderer Verkehrsteilnehmer über einen möglichen DatenlinkMöglichkeit eines bordgebundenes Warnsystem (Routenabweichung, Kollision, RWY-Incursion, Stoppbar)


Informations-Management

1. Datensammlung2. Datenfusion3. Beseitigung von

Unstimmigkeiten4. Datenformatierung5. Datenverteilung6. Zeit- und sachgerechte

Darstellung

Das Informations-Management dient dem Nutzer (Lotse, Pilot, Manager, etc.), indem es die richtigen Informationen zur richtigen Zeit zur Verfügung stellt.


Die gesamte A-SMGCS Umgebung

AircraftVehicles

AircraftVehicles

ObstaclesObstacles

GroundMovementController

GroundMovementController

Level 1

SurveillanceSurveillance Control /Alerting

Control /Alerting GuidanceGuidance PlanningPlanning

Level 2 higher S higher S

Information-Management

External Systems

AirportSystemsAirport

SystemsAirline

SystemsAirline

SystemsATC

SystemsATC

Systems


Vorteile von A-SMGCS

A-SMGCS ist modular und in verschiedenen Ausbaustufen implementierbar

A-SMGCS basiert in den beiden ersten Ausbaustufen auf vorhandener Technik

A-SMGCS benötigt Datenpools und fügt sich somit in Datenstrukturen ein, wie sie auch von anderen Konzepten (z.B. ‚Gate to Gate‘, CDM) benötigt werden.


Warum EMMA

Die EU hat schrittweise die Einführung des A-SMGCS durch Projekte in den verschiedenen Rahmenprogrammen gefördert:

FP4: DEFAMM (Demonstration Facilities for Airport MovementManagement) mit dem Hauptziel der technischen Machbarkeit.FP5: BETA (operational Benefit Evaluation by Testing an A-SMGCS) zur ersten Einführung eines A-SMGCS unter operationellen Bedingungen.FP6: EMMA (European Airport Movement Management by A-SMGCS), dass eine Harmonisierung der zweistufigen Implementierung von A-SMGCS (I/II) und (III/IV) unter angepassten operationellen Verfahren fördert.


Ziele von EMMA

„Pave the way for harmonized A-SMGCS Implementation in Europe“

„Common A-SMGCS interoperable Air-Ground co-operation concept and benefit expectation in Europe“


Anpassung des Konzeptes an die Testflughäfen

Entwicklung von Testszenarien

Kontrollieren der Szenarien gegenüber dem Konzept

Überprüfung der operationellen Anwendbarkeit des Konzeptes

Entwicklung eines generischen A-SMGCS Konzeptes


EMMA Konsortium26 Partner, 9 Ländern


Die Projektstruktur von EMMA

GP0

IP ManagementExploitation Dissemination

Contact to other Projects GP7

User Forum

WP 4,5 & 6Ground

Developments

SP1

OperationalConcept

SP6

ValidationWP 4,5 & 6

GroundDevelopments

SP3,4,5Ground

DevelopmentsPrague

Toulouse

Malpensa

Airb

orne

SP2Airborne

Developments


Die Managementstruktur von EMMA

GP0 Management

GP7

Use

r For

um

SP2

Onb

oard

SP3

Prag

ue

SP4

Toul

ouse

SP5

Mal

pens

a

SP1 Concept

SP6 Validation


Die Systemstruktur von EMMA

Movements

Guidance(& Control)

Monitoring

Planning

co-op non co-op

fusion

Surveillance

location, identityvelocity, quality

planned routes

Deviation fromplanned routes

Conflict resolutions

planned routes

Control of lights / signsPilot / Vehicle displays

definition ofmonitoring paramenters

Planning rules andobjectives

(Conflict table)

ExternalInformation

HumanMachineInterface


EMMA Bodenausrüstung

Type Prague Toulouse Malpensa

ASR stations 1 1 1

SMR stations 1 1 1

MLAT stations 15 5 10

Data Fusion & ATCO HMI 3 1 4

- Conflict Detection

Gap Filler Camera

Vehicles equipped 80 10 5/3

Ground based Guidance

Onboard MMD tested


EMMA Cockpitausrüstung


EMMA Cockpitausrüstung

Future Cockpit mit:• Moving Map Display mit

Kartendarstellung und der eigenen Position

• Verkehrslagedarstellung basierend auf ADS-B / TIS-B über 1090 ES

• Grafische Führung über CPDLC• Autonome Überwachung mit Konflikt

Erkennung• Head Up Display


Eine harmonisierte Definition des A-SMGCS Level I & II in Übereinstimmung mit EUROCONTROL an drei Flughäfen

Definition eines Operationellen-Konzeptes, dass außerdem folgendes berücksichtigt:

Funktionale Gefahren-Bewertung (FHA)System Sicherheits-Bewertung (SSA)

Implementierung eines Level I & II Systems an drei Flughäfen inklusive der Cockpitausstattung eines TestflugzeugesEntwicklung einer Verifikations- und Validierungs-Methode

Was hat EMMA bisher erreicht


Ergebnisse basieren auf zwei Methoden:1. Verifikation: Technisches Testen

(“Haben wir das System richtig gebaut?”)Hierbei werden Systemleistungen gegen die definierten technischen Erfordernisse gemessen

2. Validierung: Operationelles Testen mit „Man in the Loop“(“Haben wir das richtige System aufgebaut?”)

Echtzeit-Simulationen‚Shadow Mode‘ VersucheOperationelle Tests im Feld

Ergebnisse

Statistische Daten aus Befragungen


Indicator Measured Required

Reported position accuracy 3.2 m – 7.5 m ≤ 7.5 m

Probability of detection 99.65% – 99.98’% ≥ 99.9%

Probability of false detection 0% – 0.07% ≤ 0.001%

Probability of identification 99.72% – 100% ≥ 99.9%

Probability of false identification 0% ≤ 0.001%

Target report update rate 0.47s – 1s ≤ 1s

Probability of Detection of an Alert Situation

100% ≥ 99.9%

Statistische Ergebnisse (1)


AbdeckungEine komplette Abdeckung des Flughafens ist immer eine große Herausforderung.Ungenügende Abdeckung wird immer dann gegeben sein, wenn Flugzeuge oder Fahrzeuge nicht mit kooperativen Systemen ausgestattet sind. Identifikationswahrscheinlichkeit sollte laut ICAO 99,9% sein, es wurden aber nur 99,65% gemessen. Die Akzeptanz der Lotsen dieser geringeren Leistung hat aber klar gezeigt, dass er dennoch ausreicht.

A-SMGCS reduziert die Kommunikation um mehr als 10%Die Reaktionszeit eines Lotsen im Falle eines Konflikts verringert sich von 6,0 auf 5,3 Sekunden.

Statistische Ergebnisse (2)


Mit A-SMGCS Level I&II haben sich zwei wesentliche Verfahren geändert:

Die Flugzeug-Identifikations-Prozedur durch den LotsenDie Transponder-Prozedur durch den Piloten

Die statistisch signifikanten Antworten der Lotsen zeigen, dass sie auf das A-SMGCS verlassen und die neuen Verfahren vollkommen anwenden.

Die neuen Identifikations-Verfahren sind sicherer, effizienter,speziell unter schlechten Sichtbedingungen.Die Transponder-Prozedur ist korrekt definiert und trifft dieoperationellen Notwendigkeiten

Operationelle Ergebnisse


EMMA2 wird die ‚höheren‘ A-SMGCS Dienste definieren:Technische und operationelle AnforderungenAngepasste VerfahrenCockpit- und Boden-Ausstattungen

CPDLC

EMMA2 wird wieder in enger Zusammenarbeit mit EUROCONTROL stattfinden, bei gleichzeitiger Einbeziehung aller Nutzer.

Ausblick: EMMA2


V3Dispatch & Guidance

V2Ground Traffic

V1Electr. Moving MapVeh. Drivers

Onboard Serv.

A4Auto

steering

A3HUD

A2Ground traffic

+ CPDLC

A1Electronic Moving MapFlight Crew

OnboardServices

R4ROP

R3Auto (Planning)

R2Semi-auto

R1Manual

ATCO Routing

G2Auto switch

G1Manual switched ground guidance (e.g. Heathrow)

ATCO Guidance

C4Conflicts on

Aprons

C3Plan / Route Deviation / EFS / CPDLC

C2Conflicts on

TWY

C1Conflicts on RWYATCO

Control

S3S2 + Id/Pos of

vehicles movement area

S2Step 1 +

Identif./Position of all a/c in the movement area (includes the apron)

S1Identif./Position of everything in the

manoeuvering areaATCO Surveillance

Service Steps (1, 2, 3, …)

EMMA 2EMMA


Fragen?

Weiter Informationen: www.dlr.de/emma

Mail to: [email protected]

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