S.M. Sprengart

Das Luftverkehrsaufkommen wird in den nächsten Jahrzehnten deutlich ansteigen. Heutige Air Traffic Management (ATM) Prinzipien werden nicht mehr in der Lage sein, die erhöhten Anforderungen zu erfüllen; die Kapazitätsgrenze des Luftraums wird bald erreicht sein. Trajektorie basierte Operationen (TBO), räumlich und zeitlich definierte Trajektorien, sind Gegenstand aktueller Forschung um diesem Problem entgegenzuwirken. Durch das Ersetzen herkömmlicher Trajektorien durch TBO werden Flugbewegungen vorhersagbarer und ermöglichen neue Optimierungsansätze. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur Erstellung von kostenoptimierten Trajektorien mit Zeitbeschränkung (Required Time of Arrival (RTA)) entwickelt. Aufbauend auf einer Analyse zukünftiger Luftraumkonzepte und heutigen Methoden der Generierung von Trajektorien werden Anforderungen an den zu entwickelnden Algorithmus formuliert, welche die Konzipierungsphase leiten. Unterstützt durch das Base of Aircraft Data (BADA) Performance Model von EUROCONTROL werden der konzipierte Algorithmus und eine Flugsimulation in C implementiert und getestet. Der entwickelte Algorithmus verwendet den A* Suchalgorithmus zur Erstellung einer kostenoptimierten Trajektorie unter Zeitbeschränkungen, indem das Höhen- und Geschwindigkeitsprofil der Trajektorie variiert wird. Eine Kostenfunktion zur Berechnung von Trajektorie-spezifischen Kosten wird vorgestellt. Erste Tests zeigen, dass der entwickelte Algorithmus in der Lage ist, unter der Einhaltung mehrerer RTA beschränkter Wegpunkte eine Trajektorie zu generieren. Im Vergleich mit einer Referenztrajektorie wurden Kosteneinsparungen von knapp 2% erreicht.

"Air traffic volume will increase significantly in the coming decades. Current Air Traffic Management (ATM) principles will no longer be able to meet the increased demands; the capacity limit of the airspace will soon be reached. Trajectory-based operations (TBO), spatially and temporally defined trajectories, are the subject of current research to counteract this problem. By replacing conventional trajectories with TBO, flight movements become more predictable and enable new optimization approaches. This work develops an algorithm for generating cost-optimized trajectories with a required time of arrival (RTA). Based on an analysis of future airspace concepts and current methods for generating trajectories, requirements for the algorithm to be developed are formulated to guide the design phase. Supported by the Base of Aircraft Data (BADA) performance model from EUROCONTROL, the designed algorithm and a flight simulation are implemented and tested in C++. The developed algorithm uses the A* search algorithm to generate a cost-optimized trajectory under time constraints by varying the trajectory's altitude and speed profile. A cost function for calculating trajectory-specific costs is presented. Initial tests show that the developed algorithm is capable of generating a trajectory while adhering to several RTA-constrained waypoints. Compared to a reference trajectory, cost savings of nearly 2% were achieved."

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017, München

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2017

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201710056723

Optimierung, Trajektorie

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05.10.2017