Closed-loop stochastic dynamic process optimization under input and state constraints for Ground Process Management at Airports
Final Report Abstract
Das an der Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs entwickelte Prädiktions- und Reglermodell für den Turnaround eines Luftfahrzeugs vereinigt die Abbildung in der Realität beobachtbarer Schwankungen in Zeit und Länge der einzelnen Abfertigungsprozesse mittels stochastischer Prozessbeschreibungen unter Einfluss ebenfalls dynamischer Störgrößen sowie die Steuer- und Regelbarkeit der Prozesse zur Zielzeiteneinhaltung in einer automatisierten gate-to-gate Prozessüberwachung. Das Vorgehen im Forschungsprojekte umfasste dabei die Analyse und Beschreibung der Charakteristik von Bodenprozesse in Praxis und Wissenschaft und Überführung in entsprechende Prozesskettenmodelle (makroskopisch und makroskopisch). Diese wurden in je ein Prädiktionsmodell zur Zielzeiteneinhaltungsbestimmung und ein Regelungsmodell zur Zielzeiteneinhaltung überführt, deren grundsätzliche Eignung operationell an einem Musterflughafen (Leipzig/Halle) gezeigt werden konnte. Hindernisse und Probleme im Projekt ergaben sich bei der Validierung des mikroskopischen Regelungsmodells aus der nicht vorhandenen Detailtiefe der notwendigen Prozessinformationen an Flugplätzen sowie der unterschiedlichen Zuständigkeiten für die einzelnen Teilprozesse. Die entwickelten Steuerungsmethoden konnten somit primär simulativ, unter Nutzung geeigneter Szenarien und Störfaktoren, überprüft und deren Funktionalität gezeigt werden. Die nicht vorhandene Informations- und Datentiefe der einzelnen Dienstleister sowie des Flugplatzbetreibers erlauben derzeit keine sinnvolle Regelung in der praktischen Abfertigung, die grundlegenden Regelungsstrategien sind aber definiert. Für die Einführung einer automatisierten Systemregelung ist dies allerdings unumgänglich, was auch in anderen Projekten wie TITAN zum Ausdruck kommt, in dem die im A-CDM verwendeten Meilensteine und Informationen als unzureichend für eine komplexe Steuerung angesehen werden. Weitere Forschungsanstrengungen bezüglich der Einführung automatisierter Prozessregelung sind hinsichtlich der Einführung neuartiger Technologien und Sensorik zur aufwands- und kostengünstigen Überwachung des Prozessfortschritts notwendig. Weiterhin sind Änderungen und Konzepte für die Harmonisierung der teils konfligierenden (wirtschaftlichen) Zielkriterien einzelner Dienstleister im Kontext auf die Abfertigung eines Flugereignisses notwendig. Ein Vergleich des vorliegenden Bodenabfertigungsprädiktions- und -reglermodells mit anderen Projekten und wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich zeigt die individuelle Stellung des Ansatzes der Verknüpfung von stochastischen Prozessbeschreibungen zur Darstellung der dynamischen Abhängigkeiten und der Anwendung der Regelung. Außer den beschriebenen Modellansätzen liegen keine vergleichbaren Arbeiten im Bereich der Bodenabfertigung vor. Regelungs- und Steuerungsalgorithmen werden dagegen häufig im Bereich der Flugreglung und Sicherheitsanalyse eingesetzt.
Publications
- (2012). Dynamic Turnaround Management in a Highly Automated Airport Environment, International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS), Brisbane
M. Schultz, T. Kunze, B. Oreschko und H. Fricke
- (2012). Turnaround Prediction with Stochastic Process Times and Airport specific Delay Pattern, International Conference on Research in Airport Transportation (ICRAT), Berkeley. Best Paper Award
B. Oreschko, T. Kunze, M. Schultz, H. Fricke, V. Kumar und L. Sherry
- (2013), An approach for efficient Aircraft Turnaround Operations using Control Loop Theory, International Conference on Application and Theory of Automation in Command and Control Systems (ATACCS), Neapel
T. Kunze, M. Schultz und H. Fricke
- (2013), Boarding on the critical path of the turnaround, USA/Europe Air Traffic Management Research and Development Seminar (ATM), Chicago
M. Schultz, T. Kunze und H. Fricke
- (2013), Microscopic process modelling for efficient aircraft turnaround management. Air Transport and Operations Symposium (ATOS), Toulouse
M. Schultz, T. Kunze, B. Oreschko und H. Fricke
- (2014), Turnaround prediction concept proofing and control options by microscopic process modelling, International Conference on Research in Air Transportation (ICRAT), Istanbul. Best Paper Award
B. Oreschko, T. Kunze, Gerbothe T. und H. Fricke
