State of the Art - CARMA - Car Management on Aprons

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Förderkennzeichen HH112A
State of the Art
Andreas Ronnenberg
TU BS
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Einstufung:
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D241
1.00
öffentlich
62
Projekt Manager
Axel C. Husfeldt
Flughafen Hamburg GmbH
22331 Hamburg, Deutschland
Telefon: +49 (0) 40 50753919, Fax: +49 (0) 40 5075803919
Web page: http://carma.ti5.tu-harburg.de/
CARMA
State of the Art
Verteiler
Partner Typ
Nr.
Name
verteilt 1
Kontaktperson
Internet
http://carma.ti5.tu-harburg.de/
Intranet
https://extsites.dlr.de/fl/CARMA/
1
FHG
Axel C. Husfeldt
2
DFS
Klaus Täglich
3
Airbus
Norbert Rieckmann
4
TU-HH
Prof. Volker Turau
5
Airsys
Magnus Rahlf
6
DLR
Steffen Loth
7
TU-BS
Dr. Manfred Swolinsky
8
U-HH
Dr. Jochen Wittmann
Auftraggeber
9
MWA Hamburg
Walther M. Gerdts
Weitere
10
Projektträger DLR-PT
Bernhard Elbing
Web
Auftragnehmer
Unterauftragnehmer
Dokumentenkontrolle
1
Projekt Manager
Axel C. Husfeldt
Verantwortlicher Autor
Andreas Ronnenberg
TU BS
Weitere Autoren
Klaus Täglich
DFS
Marcus Venzke, Arne Bosien
TUHH
Jochen Witmann, Prof. Dietmar Möller
UHH
Steffen Loth, Yves Günther
DLR
Magnus Rahlf
Airsys
Titel des Dokumentes:
State of the Art
Zugehöriges Arbeitspaket:
AP 2
Dokument Nr.
D241
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31.07.2008
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1.00
Datei Name
D241_SOA_V100.doc
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62
Status Geheimhaltung
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31.07.2008
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Seite 2
Version: 1.00
CARMA
State of the Art
Änderungsverfolgung (Change Log)
Datum
Version
Änderungen Kapitel/Absatz
15.11.2006
0.01
Initial Draft
30.01. 2007
0.02
Kapitel 6.1, 6.2, 6.3, 6.4
(Forschungsprojekte)
07.02. 2007
0.03
Geänderte Dokumentstruktur
14.03. 2007
0.04
Kapitel 5.1 „Ortung und Identifizierung“
sowie 5.3 „Kommunikation für das
Fahrzeugmanagement“
16.03. 2007
0.05
Kapitel 5.4 „Fahrzeugseitige
Führungskomponenten“
27.04. 2007
0.06
Kapitel 4.1 „Verfahren zur
Flugzeugabfertigung auf dem Vorfeld“
15.07. 2007
0.07
Ergänzung zu Kapitel 5.3
„Kommunikation für das
Fahrzeugmanagment“
17.02. 2008
0.08
Ergänzung zu Kapitel 4.1 „Verfahren
zur Flugzeugabfertigung auf dem
Vorfeld“
20.07. 2008
0.09
Überarbeitung
30.07. 2008
0.10
Final Review, alle Kapitel
31.07. 2008
1.00
Speicherdatum:
Dokumentname:
31.07.2008
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Kommentar
Überarbeitung Formatierungen
Endversion
öffentlich
Seite 3
Version: 1.00
CARMA
State of the Art
Inhalt
Verteiler................................................................................................................................................... 2
Dokumentenkontrolle.............................................................................................................................. 2
Änderungsverfolgung (Change Log) ...................................................................................................... 3
Inhalt ....................................................................................................................................................... 4
1 Ziel des Dokumentes............................................................................................................................ 7
2 Einleitung ............................................................................................................................................. 8
3 Systemabgrenzung ............................................................................................................................... 9
4 Verfahren zur Flugzeugabfertigung auf dem Vorfeld........................................................................ 11
4.1 Stand der Technik........................................................................................................................ 12
4.2 Stand von Forschung und Entwicklung....................................................................................... 17
4.2.1 Laufende Forschungs- und Entwicklungsprojekte ............................................................... 18
5 Technische Systeme ........................................................................................................................... 21
5.1 Ortung und Identifikation............................................................................................................ 21
5.1.1 Stand der Technik................................................................................................................. 21
5.1.2 Ortungstechnologien ............................................................................................................ 21
5.1.2.1 GPS, EGNOS, D-GPS................................................................................................... 21
5.1.2.2 GALILEO...................................................................................................................... 22
5.1.2.3 Ortung in WLAN-Netzen.............................................................................................. 23
5.1.2.4 Ortung in GSM-Netzen ................................................................................................. 23
5.1.2.5 Radar - PSR/SSR/ASR.................................................................................................. 25
5.1.2.6 Multilateration mit Mode-S Transpondern.................................................................... 25
5.1.3 Ortungstechnologien in relevanten Projekten ...................................................................... 27
5.1.3.1 Emma ............................................................................................................................ 27
5.1.3.2 SAMSON ...................................................................................................................... 27
5.1.3.3 CRISTAL TIS-B ........................................................................................................... 27
5.1.3.4 Airnet............................................................................................................................. 27
5.1.3.5 Proveo wwt.system/aviation.......................................................................................... 27
5.1.3.6 Ismael ............................................................................................................................ 28
5.1.4 ETNA ................................................................................................................................... 28
5.1.4.1 RFID (Fraport) .............................................................................................................. 28
5.2 Planung und Führung von Bodenfahrzeugen .............................................................................. 29
5.2.2 Stand von Forschung und Entwicklung................................................................................ 31
5.3 Kommunikation für das Fahrzeugmanagement .......................................................................... 32
5.3.1 Stand der Technik - Drahtlose Kommunikationstechnologien ............................................ 32
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31.07.2008
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CARMA
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5.3.1.1 Sprechfunk .................................................................................................................... 32
5.3.1.2 GSM / GPRS ................................................................................................................. 32
5.3.1.3 UMTS............................................................................................................................ 33
5.3.1.4 TETRA .......................................................................................................................... 33
5.3.1.5 WLAN........................................................................................................................... 34
5.3.1.6 WiMAX......................................................................................................................... 35
5.3.1.7 Mode S Extended Squitter............................................................................................. 35
5.3.1.8 VDL Mode 4 ................................................................................................................. 35
5.3.2 Stand der Technik – Anwendungen ..................................................................................... 37
5.3.3 Kommunikationstechnologien in relevanten Projekten........................................................ 40
5.3.3.1 Emma ............................................................................................................................ 40
5.3.3.2 SAMSON ...................................................................................................................... 40
5.3.3.3 CRISTAL TIS-B ........................................................................................................... 41
5.3.3.4 Airnet............................................................................................................................. 41
5.3.3.5 Proveo wwt.system/aviation.......................................................................................... 42
5.3.3.6 ETNA ............................................................................................................................ 42
5.4 Fahrzeugseitige Führungskomponenten...................................................................................... 42
5.4.1.1 ETNA ............................................................................................................................ 42
5.4.1.2 Flughafen München....................................................................................................... 44
6 Laufende Forschungs- und Entwicklungsprojekte ............................................................................. 45
6.1 EMMA ........................................................................................................................................ 45
6.1.1 Projektziel ............................................................................................................................ 45
6.1.2 Projektverlauf ....................................................................................................................... 45
6.1.3 CARMA-relevante Beschreibungen, Dokumente und Ergebnisse ...................................... 46
6.2 SAMSON .................................................................................................................................... 49
6.2.1 Projektziel ............................................................................................................................ 49
6.2.2 CARMA relevante Dokumente und Ergebnisse .................................................................. 49
6.3 CRISTAL TIS-B ......................................................................................................................... 50
6.3.1 Projektziel ............................................................................................................................ 51
6.3.2 CARMA relevante Dokumente, Beschreibungen und Ergebnisse....................................... 51
6.4 AIRNET ...................................................................................................................................... 54
6.4.1 Projektstatus ......................................................................................................................... 54
6.4.2 Beschreibung des Projekts ................................................................................................... 54
6.4.3 Projektteilnehmer ................................................................................................................. 55
7 Anhang I............................................................................................................................................. 56
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CARMA
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7.1 Abkürzungsverzeichnis / Glossar................................................................................................ 56
7.2 Literaturverzeichnis..................................................................................................................... 59
7.3 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................ 62
7.4 Tabellenverzeichnis..................................................................................................................... 62
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CARMA
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1 Ziel des Dokumentes
Dieses Dokument beschreibt das Ergebnis des Arbeitspaketes AP 2.4 „State of the Art“ des Verbundvorhabens CARMA (CAR Management on Aprons).
Es dokumentiert den gegenwärtigen Stand technischer Systeme sowie operationeller Verfahren und
Konzepte zur Führung von Fahrzeugflotten auf Verkehrsflughäfen.
Ferner wird der derzeitige Stand von Forschung und Entwicklung zu dieser Thematik ebenso wie
laufende F&E-Projekte beschrieben.
Das Dokument soll dem CARMA-Projektteam im Rahmen des AP 2 „Konzept“ als Grundlage für die
weitere Projektarbeit dienen.
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Seite 7
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CARMA
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2 Einleitung
Bei der Entwicklung eines Systems für das Fahrzeug-Management auf Flughafenvorfeldern sind
verschiedenste Technologien zu berücksichtigen, um sichere
•
•
•
•
Ortung,
Überwachung,
Kommunikation und
Führung der einzelnen Fahrzeuge
gewährleisten zu können.
Der Einsatz dieser Technologien in einem integrierten System soll sowohl den Verkehr auf dem
Vorfeld sicherer machen und die Verletzung von gesperrten Bereichen minimieren, als auch
Kommunikationswerkzeuge vorhalten, die den einzelnen Stakeholdern ein effizienteres
Flottenmanagement ermöglichen. Zu einem effizienten Fahrzeugmanagementsystem gehört außerdem
ein optimierter Prozessablauf, in diesem Fall der Abfertigungsprozess (Turnaround).
Im ersten Teil dieses Dokumentes wird der Turnaround beispielhaft beschrieben und Ansätze für
mögliche Optimierungen aufgezeigt.
Der zweite Teil stellt die zurzeit verfügbaren Technologien zu den relevanten Teilprozessen vor.
Dabei wird neben der Verfügbarkeit von kostengünstigen Endgeräten oder Bauteilen auch auf die
Genauigkeit und Zuverlässigkeit eingegangen.
Im Anschluss werden die zu dieser Thematik zurzeit laufenden bzw. kürzlich abgeschlossenen
Forschungs- und Entwicklungsprojekte vorgestellt.
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31.07.2008
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CARMA
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3 Systemabgrenzung
Die folgenden Definitionen sollen dazu dienen, den Rahmen des CARMA-Projektes abzugrenzen und
die verwendeten Begriffe zu verdeutlichen.
Fahrzeug
Einzelnes bemanntes Vehikel, welches sich in der Sicherheitszone eines Flughafens bewegen darf.
Arten von Fahrzeugen:
Primär (nur mit CARMA ausgestattet):
•
•
•
•
•
•
•
•
Passagierbusse
Crewbusse
Tankfahrzeuge
Cateringfahrzeuge
Frisch- und Schwarzwasserfahrzeuge
Gepäckwagenschlepper
Flugzeugschlepper / Pushback-Trucks
Aufsichtsfahrzeuge der lokalen Flughafen-Stakeholder
Sekundär: (nur temporär mit CARMA ausgestattet):
•
•
•
•
Fahrzeuge externer Firmen die den Sicherheitsbereich befahren (z.B. Baufahrzeuge),
Polizei
Bundesgrenzschutz
Zoll
Tertiär: (Fahrzeuge mit A-SMGCS (Mode-S-Squitter) und evtl. CARMA ausgerüstet)
•
•
•
•
Flughafenfeuerwehr
Follow-Me
Friction Tester
Schneeräumfahrzeuge
Fahrzeugführung
Ortung, Identifikation, Verfolgung, Beplanung, Auftragserteilung und AuftragsfortschrittsÜberwachung für ein einzelnes Fahrzeug durch bord- und bodenseitige technische Hilfsmittel und
vereinbarte Prozeduren, um sicher und effizient eine einzelne oder mehrere sequentielle Aufgaben zu
erledigen.
Fahrzeugflotte
Menge von Fahrzeugen die zu einem Stakeholder oder einer Fahrzeugart gehören.
Flottenmanagement
Führung einer Menge von Fahrzeugen durch Erfassung der aktuellen Verkehrsituation (aktuelle Orte,
Identitäten und Intentionen/Aufgaben), Abgleich mit der gesamt durchzuführenden Aufgabe,
Einsatzplanung mit taktischem Zeithorizont (~30min), Zuordnung von einzelnen Fahrzeugen
(Ressourcen) zu den einzelnen Aufgaben, Überwachung und Kontrolle der Aufgabenerfüllung.
Fahrzeugmanagement
Oberbegriff für Flottenmanagement und Einzel-Fahrzeugführung
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CARMA
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Turnaround-Prozesse
Betriebsabläufe zwischen den Ereignisse On-Block und Off-Block eines Flugzeuges um den
ankommenden (logischen) Flug abzuschließen und den herausgehenden Flug zu beginnen. Die groben
Prozesse sind: Deboarding/Unloading, Aircraft-Servicing (Fuelling, Cleaning, Catering, Maintenance),
Boarding/Loading.
Movement Area (vgl. ICAO A-SMGCS Manual)
Bewegungsfläche auf der Flugzeuge verkehren - inklusive Aprons.
Manoeuvring Area (vgl. ICAO A-SMGCS Manual)
Bewegungsfläche auf der Flugzeuge verkehren - exclusive Aprons.
Sicherheitsbereich
Vom Flughafenzaun / den Gates umschlossener Bereich, der nicht für die Öffentlichkeit zugänglich
ist.
Rollfeld
System der Flugzeug-Rollwege eines Flughafens, also das Verkehrswegenetz der Flugzeuge ohne
Apron
Apron(s)
Vorfeld(er) eines Flughafens, auf denen die Turnaround-Prozesse stattfinden bzw. auf denen
Flugzeuge abgestellt werden.
Stakeholder
Am Produktionsprozess eines Flughafens beteiligte Organisation. In CARMA sind die Stakeholder
prinzipiell: Flughafen, Fluglinien, Ground-Handler, Flugsicherung, Behörden (Zoll, BGS, Polizei)
Operateur
Mitarbeiter eines Stakeholders, der unmittelbar in den Produktionsprozess involviert ist und ggf. durch
technische Systeme in seiner Arbeit unterstützt werden sollte.
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4 Verfahren zur Flugzeugabfertigung auf dem Vorfeld
Dieser Abschnitt beschreibt derzeitig genutzte operationelle Verfahren und Konzepte zum
Flottenmanagement auf dem Vorfeld sowie den aktuellen Stand von Forschung und Entwicklung und
laufende F&E-Projekte auf diesem Gebiet.
Der Begriff Flottenmanagement beschreibt im Allgemeinen das Planen, Steuern sowie Kontrollieren
einer Fahrzeugflotte, also mehrerer und unterschiedlicher Transportmittel, unabhängig von den
konkreten Ressourcen (Transportmittel). Grundidee des Flottenmanagements ist es, die Touren
einzelner Ressourcen möglichst optimal aufeinander abzustimmen, so dass einerseits Probleme mit
den Ressourcen und andererseits ungenutzte Ressourcen bereits im Vorfeld erkennbar sind und entsprechend reagiert werden kann. Darüber hinaus gehören zu den Aufgaben des Flottenmanagements
die Dimensionierung und Beschaffung der Ressourcen, die Sicherstellung der Betriebsbereitschaft, die
Einsatz- bzw. Tourenplanung sowie das Controlling der Flotte. Das Flottenmanagement auf dem
Vorfeld, welche in diesem Abschnitt im Vordergrund der Betrachtung steht, stellt dabei eine spezielle
Form der Prozessoptimierung dar, welche die Planung und Steuerung von (Terminal- und)
Vorfeldprozessen instrumentell verknüpft. Dabei kommt der
•
Rationalisierung der Vorfeldbewegungen zur Steigerung der Effizienz
sowie der
•
Erhöhung der Flughafenkapazität ohne Beeinträchtigung der Sicherheit
eine besondere Bedeutung zu, was im so genannten Turnaroundprozess seine Entsprechung findet.
Nach ICAO (International Civil Aviation Organisation) wird unter der Turnaround Time (TAT) für
ein Flugzeug die Zeit zwischen dem Anlegen der Bremsklötze bei Erreichen der Parkposition („Onblock“) und dem Entfernen der Bremsklötze vor Verlassen der Parkposition („Off-block“) verstanden.
Unter den Begriff „Turnaround-Abläufe“ fallen demnach alle Vorgänge rund um die
Bodenabfertigung von Flugzeugen in diesem Zeitraum wie z. B. Betanken, Reinigen, Catering,
Gepäckbeförderung, Pushback, etc.. Diese Vorgänge werden in Abschnitt 4.1 beschrieben.
Der Turnaroundprozess als Prozesskette kann mittels geeigneter instrumenteller Verknüpfung weiter
optimiert werden, um beispielsweise die Standzeiten des Flugzeugs auf der Position zu minimieren.
Als Nebeneffekt können damit auch die benötigten Ressourcen – die Transportmittel – besser geplant
und dadurch effizienter ausgelastet werden. Durch die sich daraus ergebenden optimierten Planungen
zur Durchführung der Prozessabläufe beim Turnaround können letztendlich sowohl die Flug- als auch
die Rollzeiten verringert werden, was als positive Begleiterscheinung einen verringerten Kerosin- und
Kraftstoffverbrauch und damit einen minimierten Schadstoffausstoß nach sich zieht. In diesem
Zusammenhang leistet ein verbesserter Turnaroundprozess mittelbar auch einen Beitrag, den
Luftverkehr nachhaltig umweltverträglicher zu gestalten.
Damit kommt der Erfassung, Identifikation, Routenplanung, Einsatzplanung der Ressourcen –
Fahrzeiten, Streckenführung, Bereitstellung, Anzahl (Transportmittel, Personal) – eine besondere
Bedeutung zu. Hierfür sind Planungswerkzeuge erforderlich, die entsprechende Informationen zu
Flugsteigen, alternativen Positionsbelegungen, Push-Back-Planungen, Statusinformationen, etc. an das
Turnaround Personal herausgeben.
Das Flottenmanagement auf dem Vorfeld kann heute unter Einbettung entsprechender IT-Systeme mit
GPS-Software unterstützt werden, welche rechnergestützte Auftragsvorschläge erstellen und durch
Einsatz digitaler Darstellungen den Disponenten bei seinen Aufgaben unterstützen. Als Vorteile des
gezielten IT-Einsatzes beim Flottenmanagement werden beispielsweise die Online-Fahrzeugortung,
der Versand von Messages, die Verwaltung von Tank- und Wartungsdaten, die Zeiterfassung oder
Führung der Fahrtenbücher, etc. angesehen. Damit ist es beim Flottenmanagement auf dem Vorfeld im
Prinzip heute möglich, dass der Ramp-Agent – beispielsweise über einen PDA – Passagier- und
Cargo-Daten abrufen kann und darauf aufbauend die benötigten Ressourcen (Transportmittel)
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interaktiv und situationsbezogen ordert. Allerdings ist dies noch nicht allgemein verbreiteter Stand der
Technik auf dem Vorfeld, da häufig noch immer händisch per Zettel und mit Telefon bzw. Funk
gearbeitet wird, um die beteiligten Akteure des Turnaround wie z. B. Operations- und Lademeister,
Wartung und Technik-Service, Kerosin-Händler und Caterer, etc. effizient zu planen und einzusetzen.
Hinter dem Konzept der gezielten instrumentellen Verknüpfung beim Flottenmanagement – im
Grunde genommen handelt es sich hierbei um ein Telematik- und Ortungs-System – steckt einerseits
ein Netzwerk, welches in allen Ressourcen (Transportmittel) eingebettet ist und andererseits ein
entsprechender Prozessleitstand, auf dessen Monitor(en) beispielsweise farbige Punkte rund um die
Flugsteige leuchten, die mit Kürzeln versehen sind, die diese z.B. als Ressourcen (Transportmittel)
identifizieren. Darüber hinaus können bei dieser instrumentellen Verknüpfung alle Ressourcen
(Transportmittel) miteinander kommunizieren und – als Ergebnis der eingesetzten SatellitenNavigation –auf den Punkt genau geortet werden. Neben der genauen Position können die Ressourcen
– Schlepper, Busse, Fluggasttreppen etc. – auch, wie eingangs dargestellt, z. B. ihren Tankzustand etc.
melden, womit sie on Demand ausgewechselt werden können. Bei der angestrebten kurzen Standzeit
der Flugzeuge ist dies ein wichtiges Effizienz-Kriterium für das Flottenmanagement auf dem Vorfeld.
Durch die instrumentelle Verknüpfung des Echtzeit Flottenmanagements auf dem Vorfeld reduziert
sich darüber hinaus auch der Wartungsaufwand für die Ressourcen, womit bei dieser Form von ITSystem die Auslastung der Ressourcen deutlich gesteigert werden kann. Auch können Fehler, die
beispielsweise durch undeutliches Ausfüllen von Protokollen entstehen, durch das Konzept der
gezielten instrumentellen Verknüpfung beim Flottenmanagement, nahezu ausgeschlossen werden.
4.1 Stand der Technik
Die Bodenabfertigung eines Flugzeugs zwischen zwei Flügen (Aircraft Turnaround) besteht aus
mehreren Vorgängen, die teilweise parallel ablaufen können, teilweise aber auch aufgrund
gegenseitiger Abhängigkeiten sequentiell durchgeführt werden müssen. Diese sind im Einzelnen
•
•
•
•
•
•
•
Aussteigen (Deboarding) – umfasst das Öffnen der Flugzeugtüren, das Aufstehen der
Passagiere von den Sitzplätzen, die Aufnahme des Bordgepäcks, die Verabschiedung durch
die Kabinenbesatzung und das Verlassen des Flugzeugs. In der unten gewählten Darstellung
der zeitlichen Abläufe ist auch das Positionieren der Fluggastbrücke (oder der Treppe) dem
Aussteigevorgang zugerechnet.
Reinigung der Kabine (Cleaning) – der Umfang der Maßnahmen variiert von Fluggesellschaft
zu Fluggesellschaft. Zum Standardverfahren (IATA Standard Cleaning) gehören die
Beseitigung von Abfällen, das Wischen der Klapptische, die grobe Reinigung der Sitze, die
Leerung der Aschenbecher sowie die Reinigung der Bordküchen, der Toilettenräume und
Gänge.
Anlieferung von Bordverpflegung (Catering) – beginnt mit dem Ausladen der Servierwagen
(Trolleys) vom vorangegangenen Flug und endet mit dem Positionieren der frisch bestückten
Servierwagen für den folgenden Flug.
Ausladen von Gepäck und Fracht (Unloading) – umfasst das Öffnen der Laderaumtüren, das
Positionieren von Ladegeräten, das Lösen von Verankerungen in den Laderäumen und das
Ausladen der Ladung.
Entsorgung des Schmutzwassers (Waste Water Service) – umfasst das Positionieren des
Fahrzeugs, Herstellen der Anschlüsse, Abpumpen des Schmutzwassers, Lösen der Anschlüsse
und Verlassen der Parkposition.
Versorgung mit Frischwasser (Portable Water Service) – umfasst das Positionieren des
Fahrzeugs, Herstellen der Anschlüsse, Befüllen des Frischwassertanks, Lösen der Anschlüsse
und Verlassen der Parkposition.
Betankung (Refuelling) – umfasst das Positionieren des Fahrzeugs, Herstellen der Anschlüsse,
Befüllen der Kraftstofftanks, Lösen der Anschlüsse und Verlassen der Parkposition. Wenn die
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Version: 1.00
CARMA
State of the Art
•
•
Tragflächentanks auf beiden Seiten getrennt befüllt werden müssen, werden entweder zwei
Tankfahrzeuge benötigt oder ein Umpositionieren des Tankfahrzeugs ist erforderlich.
Einladen von Gepäck und Fracht (Loading) – umfasst das Einbringen von Fracht und Gepäck
in die Laderäume, das Sichern der Ladung, das Schließen der Laderaumtüren und das
Entfernen der Ladegeräte.
Einsteigen (Boarding) – umfasst das Betreten des Flugzeugs durch die Passagiere, die
Begrüßung durch die Kabinenbesatzung, das Auffinden des individuellen Sitzplatzes, das
Verstauen des Handgepäcks und das Platznehmen auf dem Sitz.
Neben diesen aus Flugzeugsicht dargestellten Abfertigungsvorgängen gibt es flughafenseitig weitere
Vorgänge (z.B. Bereitstellen von Fahrzeugen und Geräten), welche die Voraussetzungen für die
Durchführbarkeit der flugzeugseitigen Vorgänge schaffen.
Abbildung 4-1 und Abbildung 4-3 zeigen beispielhaft die zeitlichen Abläufe bei der Abfertigung von
Kurz-/Mittelstreckenflugzeugen und von Langstreckenflugzeugen, Abbildung 4-2 und Abbildung 4-4
zeigen die zugehörigen Draufsichten auf die Parkposition, mit den an der Abfertigung Beteiligten
Fahrzeugen und Geräten. Die in den Darstellungen verwendeten Bezeichnungen für die
unterschiedlichen Fahrzeuge und Geräte haben folgende Bedeutung:
AC
Air Conditioning
Klimatisierung
CONVEYOR
Conveyor Belt
Förderband
CV
Catering Vessel
Belieferung der Bordküchen
FUEL
Fuel Truck
Tankfahrzeug
GPU
Ground Power Unit
Bodenstromversorgung
LV
Liquid Waste Vessel
Abwasserfahrzeug
PL
Pallet Loader
Ladegerät für Paletten und Container
PS
Passenger Stairs
Fluggasttreppe
TOW
Towing Truck
Flugzeugschlepper
WV
Water Vessel
Frischwasserfahrzeug
Tabelle 4-1: Gerätebezeichnungen für Abbildung 4-2 und Abbildung 4-4
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31.07.2008
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47'
Ground Handling A320-200
Boarding/Disembarking 1L
Catering Galley 1
Catering Galley 2
Catering Galley 4
Cabin Cleaning
Unload/load Fwd Cargo
Unload/load Aft Cargo
Unload/load Bulk Cargo
Refuelling
Waste water service
Potable water service
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Abbildung 4-1: Beispielhafter Abfertigungsablauf für ein Kurz-/Mittelstreckenflugzeug (A320)
Bei dem in Abbildung 4-1 dargestellten Verlauf der Abfertigung eines Kurz-/Mittelstreckenflugzeugs
bilden die Vorgänge Aussteigen (Deboarding), Anlieferung von Verpflegung (Catering) und Einsteigen
(Boarding) den kritischen Pfad (rote Balken im Diagramm). Weil für die Anlieferung der Verpflegung
nur ein Versorgungsfahrzeug zur Verfügung steht, werden die vordere Bordküche (Galley 1) und die
hintere Bordküche (Galley 4) nacheinander beliefert. Eine gleichzeitige Belieferung beider
Bordküchen würde diesen Vorgang deutlich verkürzen. Allerdings würde dies zusätzlichen Aufwand
und Kosten verursachen und die Gesamtdauer der Bodenabfertigung nur unwesentlich beeinflussen,
weil der Betankungsvorgang und die Reinigung der Kabine einen ähnlichen langen Zeitraum
beanspruchen wie die sequentielle Belieferung der Bordküchen.
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31.07.2008
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CARMA
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5mx5m
Abbildung 4-2: Fahrzeuge und Geräte bei der Bodenabfertigung in der Draufsicht (A320)
Abbildung 4-2 zeigt in der Draufsicht die Positionen der am Abfertigungsvorgang beteiligten Geräte
und Fahrzeuge. Der Einstieg erfolgt bei diesem Flugzeugtyp grundsätzlich durch die vordere linke
Tür, auf Vorfeldpositionen eventuell zusätzlich durch die hintere linke Tür. Die Belieferung der
Bordküchen erfolgt durch die vordere und die hintere Tür auf der rechten Seite. Fracht und Gepäck
werden von der rechten Seite verladen, die Anlieferung von Frischwasser erfolgt von links und das
Schmutzwasser wird am Heck entsorgt.
66'
Ground Handling A340-300
Catering Galley 1
Catering Galley 2
Catering Galley 4
Cabin Cleaning
Unload/load Fwd Cargo
Unload/load Aft Cargo
Unload/load Bulk Cargo
Refuelling
Waste water service
Potable water service
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Abbildung 4-3: Beispielhafter Abfertigungsablauf für ein Langstreckenflugzeug (A340)
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31.07.2008
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Seite 15
Version: 1.00
CARMA
State of the Art
Die Abläufe der Abfertigung eines Langstreckenflugzeugs sind in Abbildung 4-3 dargestellt. Der
kritische Pfad (mit roten Zeitbalken dargestellt) besteht wiederum aus den Vorgängen Aussteigen
(Disembarking), Belieferung der Bordküchen (Catering) und Einsteigen (Boarding). Anders als bei der
Abfertigung des Kurz-/Mittelstreckenflugzeugs werden hier zwar drei Bordküchen parallel beliefert,
allerdings dauert die Belieferung der hinteren Bordküche erheblich länger als die Belieferung der
vorderen und der mittleren Bordküche. Die Ursache hierfür ist, dass sich im hinteren Teil des
Flugzeugs die zweite Klasse (Economy Class) mit einer vergleichsweise hohen Sitzplatzdichte
befindet. Da die in diesem Bereich untergebrachten Passagiere aus der hinteren Bordküche versorgt
werden, müssen dort mehr Mahlzeiten angeliefert werden als in den vorderen Küchen, woraus eine
längere Ladezeit resultiert.
5mx5m
Abbildung 4-4: Fahrzeuge und Geräte bei der Bodenabfertigung in der Draufsicht (A340)
Die Positionen der an der Abfertigung des Langstreckenflugzeugs beteiligten Fahrzeuge und Geräte
sind in Abbildung 4-4 abgebildet. Das Ein- und Aussteigen erfolgt bei diesem Flugzeugtyp –
entsprechende Infrastruktur vorausgesetzt – gleichzeitig über die vordere und die zweite Tür auf der
linken Seite. Die vordere Tür wird in der betrachteten Konfiguration aber nur von den im vorderen
Kabinenabschnitt untergebrachten Passagieren der ersten Klasse (First Class) genutzt und trägt damit
nur unwesentlich zur Erhöhung des Passagierflusses beim Ein- und Aussteigen bei. Das Verladen von
Gepäck und Fracht erfolgt wiederum von der rechten Flugzeugseite, und sowohl die Entsorgung des
Schmutzwassers als auch die Versorgung mit Frischwasser erfolgen am Heck.
Unabhängig von Besonderheiten der Verfahren einzelner Flugzeugbetreiber oder bestimmter
Flugmissionen lässt sich feststellen, dass die für die Gesamtdauer der Bodenabfertigung kritischen
Vorgänge die folgenden sind:
•
Ein- und Aussteigen: Diese Vorgänge starten bzw. beenden den Abfertigungsprozess und sind
grundsätzlich Bestandteile des kritischen Pfads, weil andere Prozesse erst nach Beenden des
Aussteigens beginnen dürfen oder beendet sein müssen, wenn mit dem Einsteigen begonnen
wird.
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•
•
Die Belieferung der Bordküchen ist meist langwierig und soll in dem Zeitfenster erfolgen, in
dem keine Passagiere an Bord sind. Damit ist dieser Vorgang ebenfalls häufig Bestandteil des
kritischen Pfads.
Auch das Betanken als langwieriger Einzelvorgang kann, abhängig von der Flugmission und
der Tankstrategie, zu einem die Gesamtdauer der Abfertigung bestimmenden Prozess werden.
Dem Bestreben, möglichst viele Vorgänge parallel ablaufen zu lassen und so die Abfertigungszeit zu
minimieren, stehen grundsätzliche Einschränkungen aufgrund gesetzlicher Vorgaben oder aufgrund
spezieller Verfahren der Flugzeugbetreiber entgegen:
•
•
•
•
Der Betankungsvorgang beginnt in der Regel erst, wenn der Aussteigevorgang beendet ist
(“Cabin clear”), und er soll beendet sein, wenn mit dem Einsteigen begonnen wird.
Ausnahmen sind möglich, erfordern aber das Einverständnis der Luftverkehrsgesellschaft und
des Treibstofflieferanten und bringen weitere Anforderungen mit sich (z.B. Bereitstellen von
Feuerwehrfahrzeugen, zusätzliche Versicherungen).
Mit der Anlieferung der Bordverpflegung wird erst nach Beenden des Aussteigevorgangs
begonnen. Die Anlieferung soll außerdem vor Beginn des Einsteigevorgangs beendet sein.
Dadurch schließt man gegenseitige Behinderungen der Anlieferung und der Passagierflüsse
aus. Weiterhin vermeidet man auf diese Weise Belästigungen der Passagiere durch Lärm,
Gerüche oder Zugluft.
Ebenfalls zur Vermeidung von Behinderungen und Belästigungen erfolgt auch die
Kabinenreinigung lediglich im Zeitfenster zwischen Beenden des Aussteigevorgangs und
Beginn des erneuten Einsteigens.
Die Anlieferung der Bordverpflegung erfolgt in der Regel mit nur einem Fahrzeug (Catering
Truck), auch wenn mehrere Bordküchen zu versorgen sind. Dies bedingt eine sequentielle
Belieferung der Bordküchen und macht ein Umpositionieren des Fahrzeugs notwendig. Der
Einsatz eines zweiten Fahrzeugs ist prinzipiell möglich, führt aber zu einem Mehraufwand
und damit zu Mehrkosten in der bodenseitigen Logistik.
Es bleibt festzuhalten, dass die dargestellten Abläufe exemplarischer Natur sind. Im Einzelfall sind
deutliche Schwankungen der Zeiten für die Einzelvorgänge sowie für die Gesamtzeit zu erwarten.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, einige Abfertigungsvorgänge in ihrem Umfang zu reduzieren
oder sogar ganz zu streichen (z.B. Kabinenreinigung), wenn dies für das Einhalten einer bestimmten,
als kritisch erachteten Abflugzeit notwendig sein sollte.
4.2 Stand von Forschung und Entwicklung
Die Verbesserung der Abfertigung von Luftfahrzeugen am Boden, sowie die Verkürzung der
Bodenabfertigungszeiten, sind immer wieder Gegenstand verschiedener Forschungsaktivitäten. Am
erfolgversprechendsten sind die Ansätze, die weniger auf die Optimierung der Einzelvorgänge, als
vielmehr auf die Verbesserung der Koordination der Abläufe setzen. In diesem Zusammenhang sei
deshalb auf das von der Universität Kassel durchgeführte und von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekt „Kooperative Planung und Disposition mit dem
Ziel einer optimalen Nutzung vorhandener Flughafenkapazitäten” [1] verwiesen, welches genau an
dieser Stelle ansetzt.
Ziel von Forschung und Entwicklung ist es, eine optimale Steuerung der Abfertigungsprozesse zu
realisieren, welche auch die Integration bereits existierender Systeme – seien sie generisch oder
allgemeingültig – unterstützt. Dazu sind teilweise spezifische Prognosealgorithmen zu entwickeln,
mit deren Hilfe ein generalisierter Turnaround Ansatz erreicht werden kann. Dazu gehört auch die
Schaffung der erforderlichen notwendigen Schnittstellen zu den luftseitigen und landseitigen
Steuerungs- und Planungssystemen. Damit kann auch der Datenaustausch zwischen den weit
verzweigten Akteuren des Turnarounrozesses standardisiert werden, was einerseits die Einführung
derartiger Konzepte zur gezielten instrumentellen Verknüpfung beim Flottenmanagement beschleunigt
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und andererseits die Kosten deutlich reduzieren hilft, wie sie klassischerweise bei den derzeit
teilweise vorhandenen Insellösungen zu beobachten sind. Auch wird sich die Akzeptanz der
übergreifenden instrumentellen Verknüpfung beim Flottenmanagement deutlich verbessern. Hierfür
sind allerdings gewisse technische Voraussetzungen zu schaffen wie beispielsweise:
•
•
•
•
Interprozessspezifische Datenmodellierung
XML-basierte Datenformate
standardisierte Kommunikationsprotokolle
ausgewählte Kommunikationsclients (PDA, ...)
Aufbauend auf einer derartigen technischen Spezifikation kann ein Demonstrator realisiert werden, der
es erlaubt, unterschiedliche Szenarien zu analysieren und zu optimieren.
4.2.1 Laufende Forschungs- und Entwicklungsprojekte
Die DaimlerChrysler Services Fleetboard GmbH hat einen telematikgestützen Internetdienst für das
Fahrzeug- und Transportmanagement entwickelt, bei dem die für das Flottenmanagement relevanten
Daten via Internet zur Verfügung gestellt werden. Im Zusammenwirken mit der eingebetteten GPSOrtung kann die Position eines Fahrzeuges bzw. der gesamten Flotte jederzeit exakt bestimmt werden.
Durch entsprechende Kommunikationsgeräte wird eine kontinuierliche Fahrer- bzw.
Fahrzeugkommunikation gewährleistet. Das telematikgestützte System ermöglicht darüber hinaus die
aktuelle Auswertung und Aufbereitung aller Fahrzeugdaten, die von den verschiedenen Fahrzeugaggregaten bereitgestellt werden. Damit wird einerseits ein Überblick über den LKW und andererseits
über die Fahrweise des Fahrers ermöglicht. Mittels dieser Daten können bereits im Vorfeld, quasi auf
Knopfdruck vom Schreibtisch aus, Werkstattaufenthalte und/oder Wartungen der LKW etc. geplant
werden, ohne das durch kurzfristige Ausfälle der Transportmittel die Terminvorgaben der Kunden
umdisponiert werden müssen.
Ein anderer F&E Ansatz legt das Konzept eines – multimodalen, d.h. mehrere Sinne ansprechenden
Prozessleitstandes – für das Flottenmanagement auf dem Vorfeld als Werkzeug zur Feinplanung,
Auftragssteuerung, Durchsetzung und Überwachung der Turnaroundprozesse zu Grunde. Er dient der
Zusammenführung von Grobplanungsdaten von unterschiedlichen Informationsquellen und deren
Aufbereitung, wofür ein entsprechendes Datenmodell zugrunde zu legen ist. Über die im Leitstand
eingebetteten Dispositionsregeln werden die Disponenten in die Lage versetzt, eine kurzfristige, d.h.
minutengenaue Feinplanung für die einzelnen Ressourcen (Transportmittel) unter Berücksichtigung
der verfügbaren Kapazitäten vorzunehmen. Die ebenfalls im Prozessleitstand integrierbare Auftragsverwaltung kann neben der Kopplung mit anderen Informationssystemen die Aufgabe zur Speicherung
von Grunddaten und deren Terminierung übernehmen. Weiterhin besteht im Prozessleitstand die
Möglichkeit, die vorhandenen Auftragsstrukturen um weitere Daten zu ergänzen. Hierbei können
vorhandene oder spezifische Bibliotheks-Funktionen zum Einsatz gelangen. Um den Leitstand
effizient einsetzen zu können, wird er über eine standardisierte, offene Schnittstelle mit anderen
Fachinformationssystemen verbunden.
Das Datenmodell für einen solchen Prozessleitstand umfasst drei Modellkonstrukte, das Architekturmodell, das reaktive Modell und das funktionale Modell. Das Architekturmodell beschreibt dabei die
Beziehungen zwischen den Klassen der eingesetzten Komponenten und die konkrete
Prozessleitsystemstruktur, wobei Klassen Objekte mit denselben Eigenschaften zusammenfassen.
Objekte selbst bestehen aus Daten und Operationen (Methoden) zur Manipulation der Daten.
Architekturmodelle basieren in der Regel auf objektorientierten Modellierungstechniken. Die
Anwendungsdomäne, das eigentliche Prozessleitsystem, wird als Menge strukturierter Objekte
beschrieben, die miteinander interagieren und dabei ihren Zustand verändern. Beziehungen zwischen
Objekten sind beispielsweise die
•
Verbindung (Assoziation): hierbei findet eine Kommunikation zwischen den Objekten statt,
aber kein Besitz
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•
•
Ansammlung (Aggregation): mehrere einfache Objekte werden zu einem komplexen Objekt
zusammengefasst
Verallgemeinerung (Generalization): hierbei wird eine neue Klasse mit Hilfe anderer Klassen
definiert
Beziehungen zwischen den Objektklassen, wie beispielsweise die Vererbung, werden mit Hilfe von
Klassendiagrammen beschrieben.
Das reaktive Modell beschreibt mit erweiterten Zustandsdiagrammen komplexe und zeitliche
Interaktion nebenläufiger Prozessleitsystemkomponenten. Damit beschreibt es auch die Kontrollflüsse
mehrfach verschachtelter Unterbrechungsstrukturen strukturiert und anschaulich, da es auf einer
intuitiven graphischen Notation aufsetzt. Die genaue Kenntnis der reaktiven Beziehungen ermöglicht
die Zerlegung des normalen Betriebszustandes in einen Initialisierungszustand und einen aktiven
Betriebszustand. Innerhalb des reaktiven Models werden die Auslösebedingungen von sogenannten
Transitionen separat notiert. Abbruchgründe sind in bestimmten Initialisierungsphasen auftretende
Auszeiten oder beliebige Transportmittelausfälle. Nach Abschluss des Initialisierungsprotokolls des
reaktiven Modells geht der Prozessleitstand in den aktiven Betriebszustand über. Eine genauere
Modellierung ist durch die weitere Zerlegung des Initialisierungszustandes möglich.
Das funktionale Modell ermöglicht infolge des Einsatzes mathematischer Konstrukte die Beschreibung von Zustandsräumen sowie komplexe Transformationen auf Zustände. Es beschreibt damit die
komplexen Datenbeziehungen (lokale Datenstrukturen und Datentransformationen) des
Prozessleitsystems. Das funktionale Modell beinhaltet in der gebräuchlichen Zustandsraumdarstellung
zwei Teile, den
•
•
Signaturteil, in dem Variablen verschiedenen Typs entweder explizit oder über die Inklusion
anderer Schemata deklariert werden
Prädikatteil, in dem logische Beziehungen zwischen den im Signaturteil deklarierten
Variablen beschrieben werden
Beispiel: Spezifikation funktionales Modell Operation Aktualisierung
1. Hilfskalkulation
2. Spezifikation Gesamtoperation; überprüfen ob aktuell übertragene Werte innerhalb des
Schätzintervalls liegen. Ist dies nicht der Fall, wird vom Ausfall der Ressource ausgegangen.
Dabei wird im funktionalen Modell die aktuelle Ressource als Eingabeparameter zu der im
reaktiven Model verwendeten Operation definiert.
Der Prozessleitstand für das Flottenmanagement auf dem Vorfeld kann auf dem transaktionsorientierten Datenbankschema aufsetzen, was folgende Vorteile aufweist:
•
•
•
•
•
•
Programmiersprachen, Tabellenkalkulationen, CAD-Systeme, Expertensysteme, etc., können
große Mengen von Daten nicht effizient verarbeiten
o Verwaltung in Selbstdefinierten (Datei-)Formaten
o Speicherung im Filesystem
Benutzer haben unterschiedliche Anwendungen, die im Prinzip auf die gleichen Daten
zugreifen
Mehrere Benutzer greifen mit unterschiedlichen Anforderungen auf die gleichen Daten zu
o parallele Bearbeitung
Gewährleistung von Konsistenz und Sicherheit der Daten durch das System, nicht durch den
Nutzer sichergestellt.
Workflow-Management
o Verwaltung von Zusammenhängen zwischen verteilten, teilautomatisierten Vorgängen
Transaktionsmanagement
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Das Architekturmodell eines Prozessleitstands für das Flottenmanagement auf dem Vorfeld zeigt
abschließend die nachfolgende Skizze:
3-Ebenen-Architektur
Datenbankarchitektur nach ANSI/SPARC (1978)
ANSI: American National Standard Institute
SPARC: Standards Planing and Requirements Committee
einheitliche,
logische
Sicht
physikalische
Beschreibung
konzeptuelles
Schema
internes
Schema
Bedienoberfläche
Operationen
Abfragekomponente
anwendungsspezifische
Datenmodellierung
Dateiorganisation
Zugriffspfade
Plattenzugriffe
externe
Ebene
konzeptuelle
Ebene
interne
Ebene
benutzerspezifische
Sicht
Benutzersicht 1
Benutzersicht 2
Benutzersicht n
Datenbanken und Informationssysteme
Datenbank
Prof. Dr. D. Möller
Abbildung 4-5: Architekturmodell eines Prozessleitstands für das Flottenmanagement
Zur Realisierung des Architekturmodells sind dabei sowohl das interne und das konzeptuelle Schema
als auch die Benutzersichten zu spezifizieren und anschließend softwaretechnisch zu implementieren.
Die Datenbank selbst kann entweder auf dem MySQL Standard oder auf der Datenbankumgebung
aufsetzen, wie sie ggf. bei den Benutzern bereits zum Einsatz kommt.
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5 Technische Systeme
In diesem Abschnitt wird der aktuelle Stand der Technik eingeführter technischer Systeme zur
•
•
•
•
•
Verkehrlichen Situationserfassung auf dem Rollfeld
Planung und Führung von Rollverkehr mit dem besonderen Schwerpunkt „Bodenfahrzeuge“
Operatorunterstützung beim Management von Apron-Fahrzeugflotten
Kommunikationstechnologie im Apron und
Fahrzeugseitige Führungskomponenten
dargestellt. Des Weiteren werden der derzeitige Stand von Forschung und Entwicklung sowie aktuell
laufende F&E-Projekte beschrieben.
5.1 Ortung und Identifikation
5.1.1 Stand der Technik
Technologien zur Ortung und Identifikation von Vorfeldfahrzeugen werden auf den meisten Flughäfen
noch sehr eingeschränkt genutzt. Die Vermeidung von Kollisionen wird, wie im normalen
Straßenverkehr, ausschließlich durch den Fahrer vorgenommen, ohne technische Unterstützung. Es
wird auf Sicht gefahren, wenn möglich auf Straßen, die auf dem Apron markiert sind.
Identifikation und auch Ortung durch den Flottenleitstand erfolgt in der Regel durch Ansprechen von
Fahrzeugen der eigenen Flotte per Betriebsfunk.
Eine Überwachung der Fahrzeuge durch den Apron-Lotsen erfolgt nur sporadisch auf Sicht, gesperrte
Bereiche werden zusätzlich über das Surface Movement Radar überwacht.
5.1.2 Ortungstechnologien
Aktuelle Forschungsprojekte setzen zunehmend auf eine kooperative Ortung von Fahrzeugen.
Fahrzeuge bestimmen ihre Position selbst und senden diese an relevante andere Fahrzeuge und
Bodenstationen. Nachfolgend werden daher Ortungstechnologien vorgestellt, die in Forschungsprojekten eingesetzt werden oder für zukünftige Projekte vielversprechend sind.
5.1.2.1 GPS, EGNOS, D-GPS
Eine naheliegende Technologie zur Positionsbestimmung von Fahrzeugen ist GPS (Global Positioning
System). Ursprünglich aus dem militärischen Bereich stammend und vom USVerteidigungsministerium betrieben, wird GPS heute vielfach zivil zur Navigation von Flugzeugen,
Schiffen und Kraftfahrzeugen eingesetzt. Entsprechend breit ist die Produktunterstützung von
preiswerten Massenprodukten bis hin zu hochwertigen, hochgenauen Geräten.
Die Messgenauigkeit von GPS liegt heute in der Größenordnung von 15 Meter, kann aber mit Hilfe
von Korrektursignalen deutlich verbessert werden. Viele moderne GPS-Geräte unterstützen hierzu das
europäische EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) [2] sowie das
amerikanische Pendant WAAS und das japanische MSAS. EGNOS verwendet Referenzempfänger
bekannter Positionen um Korrektursignale zu berechnen, die per Satellit ausgestrahlt und von GPSEmpfängern zur Verbesserung der Genauigkeit eingesetzt werden. So werden Genauigkeiten von
weniger als 5 Metern erreicht und Benutzer gewarnt, wenn die Genauigkeit des GPS-Systems z. B.
aufgrund atmosphärischer Störungen beeinträchtigt ist.
Eine Genauigkeit bis in den Dezimeterbereich lässt sich mit Differential-GPS (D-GPS) erreichen. Das
Prinzip entspricht dem von EGNOS, genaue Messungen werden aber durch die kleine Entfernung zu
Referenzempfängern von nur wenigen Kilometern möglich. Die Messgenauigkeit liegt so zwischen
0,3 m und 3 m, je Qualität des GPS-Empfängers und verwendeter zusätzlicher Verfahren.
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Referenzempfänger können vom Anwender selbst betrieben oder kommerzielle D-GPSInfrastrukturen gegen Gebühr verwendet werden. Ein Beispiel ist das mit Beteiligung der
Vermessungsverwaltungen
der
deutschen
Bundesländer
betriebene
SAPOS
(Satellitenpositionierungsdienst) [3]. Die Nutzungsgebühr wird je nach Dienst einmalig mit dem
Gerätepreis abgegolten (Genauigkeit: 1-3m) oder mit 0,10 - 0,80 Euro pro Minute abgerechnet
(Genauigkeit: 1-2cm). Sehr hohe Genauigkeiten erfordern sehr hochwertige GPS-Empfänger. GPS
wird in den folgenden Projekten eingesetzt:
•
•
•
•
SAMSON:
Airnet:
Proveo:
ETNA:
GPS
GPS mit EGNOS
GPS
D-GPS mit eigenem Referenzempfänger
5.1.2.2 GALILEO
Das noch im Aufbau befindlich Satellitennavigationssystem GALILEO [4] ist das europäische
Pendant zu GPS. Als zivil entwickeltes System soll es kommerziell eine genauere Ortung ermöglichen
als die nicht-militärischen Dienste von GPS. Frei verwendbare Dienste sind zu GPS kompatibel, so
dass für Navigationsgeräte mehr Satelliten zur Verfügung stehen. Für sicherheitskritische
Anwendungen ermöglicht GALILEO Benutzern, ähnlich wie GPS mit EGNOS, die Zuverlässigkeit
des Systems zu erkennen. Finanziert wird die Entwicklung von GALILEO gemeinsam durch die
Europäischen Union (EU) und die Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit Beteiligung von
Staaten außerhalb der EU, z. B. China und Indien. Durchgeführt wird die Entwicklung von einem
industriellen Konsortium. Für den Betrieb soll zumindest ein Teil der Kosten durch Vermarktung
kommerzieller Dienste erwirtschaftet werden.
Die kommerzielle Nutzung sollte nach dem ursprünglichen Projektplan 2008 beginnen, nachdem das
System 2006-2007 installiert wird. Allerdings haben sich Verzögerungen ergeben, so dass jetzt erst
2010 mit der Inbetriebnahme und mit der vollständigen Installation von 30 Satelliten erst 2012 zu
rechnen ist. Deutsche Industrievertreter befürchten sogar weitere Verzögerungen der Inbetriebnahme
auf 2011 bis 2014 [5][6].
GALILEO unterstützt 5 alternative Dienste für unterschiedliche Nutzerprofile.
•
•
•
•
•
Der Open Service (OS) ist für den breiten Masseneinsatz gedacht. Mit einer Genauigkeit von
4 m ist er mit dem zivilen Dienst von GPS vergleichbar und zu diesem kompatibel. Er ist der
einzige, der für Nutzer kostenlos ist; Gerätehersteller müssen jedoch Lizenzgebühren
entrichten.
Der Safety-of-Life Service (SoL) unterstützt Anwendungen, bei denen Menschenleben
gefährdet werden, wenn ein Ausfall nicht erkannt wird. Er warnt, wenn die Position durch
Satellitenausfall oder atmosphärische Störungen nicht zuverlässig ermittelt werden kann. Die
Ortungsgenauigkeit entspricht der des OS.
Ziel des Commercial Service (CS) ist eine besonders genaue Ortung zu ermöglichen. Weltweit
werden Genauigkeiten von besser als 1 Meter ermöglicht. Mit Hilfe von Referenzempfängern,
terrestrisch installierten „Satelliten“ und Korrektursignalen wird regional eine Genauigkeit
besser als 10cm erreicht.
Der Public Regulated Service (PRS) darf nur für hoheitliche Aufgaben verwendet werden, z.
B. durch Polizei oder Zoll. Er zeichnet sich durch große Verfügbarkeit, auch in
Krisensituationen, und große Robustheit gegen Störungen aus.
Mit dem Search and Rescue Service (SAR) wird der Empfang von Notrufen von mobilen
Notrufsendern und deren Ortung unterstützt.
Da Galileo noch nicht verfügbar ist, wurde es in keinem für CARMA relevanten Projekt eingesetzt.
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5.1.2.3 Ortung in WLAN-Netzen
Kommunikationsnetze wie WLAN lassen sich zur Ortung verwenden, indem die Erreichbarkeit und
Feldstärke von Basisstationen ausgewertet wird. Sind die Positionen der Basisstationen und deren
jeweilige Reichweite bekannt, lässt sich die sehr grobe Position einer Mobilstation schon daraus
ermitteln, mit welchen Basisstationen sie kommunizieren kann. Um eine genauere
Positionsbestimmung zu ermöglichen, wird zunächst an vielen Messpunkten der relevanten
räumlichen Fläche die Feldstärke der Basisstationen ermittelt. Die sich so ergebende Karte steht
Mobilgeräten zur Verfügung. Zur Positionsbestimmung messen sie die Feldstärken der Basisstationen,
vergleichen sie mit den Werten der Karte und interpolieren daraus ihre eigene Position.
Die sehr komplexe und sich ändernde Feldstärkeverteilung in WLAN-Netzen erschwert die genaue
Ortung. Die komplexe Feldstärkeverteilung ergibt sich z. B. durch Wände und andere, insbesondere
metallische Objekte sowie Reflexionen und Beugungseffekte. Eine zeitliche Veränderung der
Feldstärkeverteilung entsteht durch bewegte Objekten (z. B. Flugzeuge auf dem Vorfeld, geöffnete
bzw. geschlossene Türen). Zudem ist WLAN-Hardware nicht für die Ortung optimiert, z. B. haben
Antennen von Mobilgeräten häufig keine radialsymmetrische Charakteristik, so dass die
unterschiedliche Ausrichtung des Mobilgerätes zu unterschiedlichen Messwerten führt [7].
Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) stellt zur Ortung in WLAN-Netzen das
„Fraunhofer Locating System 2.1“ bereit. Die Sammlung von Softwaremodulen erlaubt die
Auswertung von Feldstärken aller WLAN-Basisstationen in Reichweite, auch wenn sich das
Mobilgerät auf Grund von Sicherheitsmechanismen nicht mit der Basisstation verbinden kann. Als
Messgenauigkeit sind in Gebäuden 1 bis 5 Meter und im Freigelände 5 bis 10 Meter angegeben. Die
Software ist für Microsoft Windows sowie Pocket-PCs verfügbar. Preise werden in den Quellen nicht
genannt [8].
„Trapeze LA-200 Location applicance“ der Firma Trapeze Networks ist ein weiteres Produkt zur
WLAN-Ortung. Hier bestimmt jedoch nicht die Mobilstation ihre Position, sondern die Infrastruktur
bestimmt die Position aller Mobilstationen. Die Messgenauigkeit ist in Gebäuden bei 99% der
Messungen genauer als 10 Meter, bei 95% der Messungen genauer als 3 Meter. Eine Messung dauert
durchschnittlich 30 Sekunden. Der Preis liegt bei 14.995 US-Dollar [9].
5.1.2.4 Ortung in GSM-Netzen
Für die Ortung von Mobiltelefonen in GSM-Netzen können verschiedene Verfahren zum Einsatz
kommen, die sich in technischem Ansatz, der erzielbaren Genauigkeit und den nötigen
Voraussetzungen unterscheiden.
Zellenortung (heutige GSM-Netzbetreiber, R&R Phase 1)
In GSM- und UMTS-Netzen meldet sich jedes eingeschaltete Mobiltelefon für ankommende Anrufe
bei einer Basisstation an. Damit ist die Position des Gerätes mit einer Genauigkeit bekannt, die von der
Größe der jeweiligen Funkzelle abhängt.
Die Funkzellen können dabei in kreisförmige Zellen und Sektorzellen unterschieden werden. Der
Versorgungsbereich der kreisförmigen Zellen überdeckt in der Regel einen gleichmäßigen Bereich um
die jeweilige Basisstation. Sektorzellen decken lediglich einen Sektor des von der Basisstation
versorgten Gebietes ab. Dabei sind drei Sektoren pro Zelle üblich.
Für die Bestimmung der Geräteposition müssen dann die geografischen Koordinaten der Basisstation
sowie deren Sendeleistung bekannt sein, bei Sektorzellen außerdem der Azimutwinkel der
Hauptabstrahlrichtung. Der Zellradius liegt dabei zwischen 35 km in ländlichen Gebieten und weniger
als 100 m in Städten [10].
Die Zelle, in der sich ein eingebuchtes Mobiltelefon befindet, lässt sich durch deren
Identifikationsnummer (Cell-ID) ermitteln, die der Netzbetreiber auf Anfrage liefert. Anhand dieser
ID kann die Position der Zelle mittels einer Referenzdatenbank bzw. einem Referenzplan des
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Netzbetreibers bestimmt werden. Dieser Referenzplan wird auch Wabenplan genannt, da die,
idealerweise kreisförmigen, Funkzellen als sechseckige Waben eingezeichnet sind. Mit entsprechender
Software ausgestattete Mobiltelefone können die Cell-ID sowie das Mobilfunknetz, bei dem sie
eingebucht sind, selbsttätig an ein Ortungssystem senden (Cell-ID via Client). Diese Software kann
dabei im Mobiltelefon selbst oder auf der SIM-Karte (Subscriber Identity Module) laufen
(SimToolKit-Lösung).
Wird der Timing Advance berücksichtigt, kann die Genauigkeit der Zellenortung verbessert werden.
Timing Advance ist eine Information (6 Bit) zur Laufzeitverzögerung des Signals für die Zuordnung
eines freien Zeitslots im GSM-Signal.
Wird die Feldstärke der ausgestrahlten Signale ausgewertet, kann die Genauigkeit ebenfalls gesteigert
werden. Die Genauigkeit ist jedoch von den lokalen Charakteristika der Feldstärken abhängig, deshalb
ist eine aktuelle Kartierung der Feldstärkeunterschiede im Einsatzgebiet (Measurement Report)
erforderlich. Um auf die aktuelle Auslastung einzelner Zellen zu reagieren, variieren die Netzbetreiber
die jeweilige Sendeleistung und somit die Feldstärke permanent. Ebenso haben Änderungen in der
Bebauung Einfluss auf die Feldstärke. Dies macht regelmäßige Aktualisierungen der FeldstärkenKarten für eine Genauigkeitssteigerung notwendig.
Aufwendige Änderungen an den bestehenden Mobilfunknetzen sind bei den beschriebenen Verfahren
nicht notwendig.
Die Zellortungsverfahren werden heute bereits für die Positionsbestimmung mobiler Nutzer
eingesetzt, z.B. für Verkehrstelematikanwendungen oder sogenannte Location Based Services (LBA).
Mit Genauigkeiten von 100 m unter optimalen Bedingungen sind diese jedoch für die Ortung in
Gebäuden ungeeignet.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahren könnten zukünftig die Genauigkeit der GSM-Ortung
erhöhen:
Cell-ID via Client + Nachbarzellen + Signalpegel
Werden neben der Cell-ID auch Informationen über die aktuell empfangenen Nachbarzellen sowie der
aktuelle Signalpegel angegeben, kann anhand einer vorher aufgenommenen Referenzdatenbank eine
Referenzierung auf Geokoordinaten erfolgen. Hierzu muss das Mobiltelefon mit spezieller Software
ausgestattet sein. Das Erstellen einer geeigneten Referenzdatenbank ist sehr aufwendig und lohnt sich
nur für kleinere Bereiche wie z.B. Gebäude oder ein Betriebsgelände.
Enhanced-Observed Time Difference (E-OTD) / Observed Time Difference of Arrival (OTDOA)
Bei diesen Verfahren werden die Zeitdifferenzen zwischen der Ausstrahlung des jeweiligen Signals
und dessen Empfang an der Basisstationen gemessen. Die Position des Nutzers lässt sich dann aus
dem Schnittpunkt zweier Hyperbeln bestimmen, die sich aus den Punkten gleicher Zeitdifferenz
ergeben. Dafür werden mindestens drei Basisstationen benötigt. E-OTD wurde für GSM, OTDOA für
UMTS-Ortung entwickelt. Die Genauigkeiten liegen zwischen 50 und 150 m, wobei OTDOA im
unteren Bereich dieser Spanne liegt. Für die Ortung innerhalb von Gebäuden sind auch diese
Genauigkeiten unzureichend. Die Positionsberechnung kann entweder auf dem mobilen Endgerät
erfolgen, wobei einige Informationen aus dem Netz bezogen werden müssen, oder aber in einem
Netzwerk-Server an den die gemessenen Daten übermittelt wurden.
Time of Arrival (TOA)
Ebenso kann die Laufzeit eines vom Mobiltelefon ausgesendeten Signals zu drei oder mehr
Basisstationen gemessen werden und im Kreisschnittverfahren die Position berechnet werden. Die
Genauigkeit dieses Verfahrens beträgt bis zu 125 m. Hierzu müssen natürlich die Zeitsysteme der
Basisstationen synchronisiert sein bzw. deren Offset durch sogenannte Local Measurement Units
(LMU) permanent aufgezeichnet werden. Die Messungen werden durch die unterschiedliche
Geometrie der Basisstationen und Effekte durch Mehrwegeausbreitungen z.T. erheblich beeinflusst.
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Angle of Arrival
Eine Winkelmessung von der Basisstation zu einem Mobiltelefon kann durch Ausrüstung der
Basisstation mit 4-12 Richtantennen ermöglicht werden. Durch mindestens zwei Messungen kann
dann die Position des Handys berechnet werden, die erzielbare Genauigkeit liegt bei 125 m. Dieses
Verfahren ist jedoch nur für kontinuierliche Ortung geeignet, Einzelortungen sind schwierig.
Der Einsatz von Ortungsverfahren in GSM-Netzen in einem für CARMA relevanten Projekt ist nicht
bekannt.
5.1.2.5 Radar - PSR/SSR/ASR
Eine der bewährtesten Technologien zur Ortung bleibt bis heute das Radar. Das Primärradar (Primary
Surveillance Radar - PSR) sendet einen Impuls aus, der zu einem geringen Teil reflektiert wird. Aus
der Richtung und der Laufzeit des Signals kann die Position des Zieles ermittelt werden. Der große
Vorteil liegt darin, dass alle Ziele innerhalb des Empfangsbereiches erfasst und dargestellt werden. Es
gibt jedoch keine Identifikation.
Mit Hilfe des SSR (Secondary Surveillance Radar) kann ein LFZ dann auch identifiziert werden. Dazu
bedarf es allerdings der bordseitigen Ausrüstung mit einem kooperierenden Transponder
(Kombinationsgerät: Transceiver und Responder). Die Bodenstation sendet eine Abfrage, die vom
Transponder beantwortet wird. Dabei wird ein sogenannter „Squawk“ (Code von 4 Ziffern jeweils 0 7) an die Bodenstation gesendet, der 4096 Kombinationen zulässt (Oktalsystem).
Das ASR (Airport Surveillance Radar) ist die Kombination aus den oben genannten Radarsystemen
und wird heute an fast allen Flughäfen zur Lokalisierung und Identifikation der Flugzeuge im An- und
Abflug sowie zur Luftraumüberwachung Enroute eingesetzt. Am Boden ist die Identifikation über
Mode A/C Transponder nicht mehr möglich, da diese sofort nach der Landung ausgeschaltet bzw. erst
kurz vor dem Start angeschaltet werden 2 . Die Ortung bleibt aber bestehen.
5.1.2.6 Multilateration mit Mode-S Transpondern
Das System der Multilateration mit Mode S-Transpondern ist ein passives, kooperatives
Ortungssystem für Flugzeuge und Fahrzeuge, die mit einem Mode S / TCAS-Transponder ausgerüstet
sind. Dies ist für die meisten der heutigen im kommerziellen Einsatz befindlichen Flugzeugtypen
gegeben. An größeren Flughäfen sind auch spezielle Fahrzeuge (Fahrzeugflotten) mit dieser
Technologie ausgestattet 3 . Durch die Auswertung der von den Objekten abgefragten und
ausgesendeten Daten, können Position und Identifikation abgeleitet werden.
Ein Multilaterationssystem besteht aus mindestens vier Empfängerstationen, einer Referenzstation und
einer Zentralstation. Während die Empfängerstationen um das abzudeckende Gebiet positioniert sind,
befindet sich die Referenzstation innerhalb des Bereiches. Die Anzahl der Empfängerstationen kann
erhöht werden, um die Genauigkeit zu verbessern oder Abschattungsprobleme zu lösen, die durch
bauliche Gegebenheiten am Flughafen auftreten können.
Multilateration mit Mode S-Transpondern basiert auf dem Prinzip der TDOA (Time Difference Of
Arrival). Das von einem LFZ bzw. Fahrzeug ausgesendete Signal wird an den Empfangsstationen zu
unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen. Aus dieser Laufzeitdifferenz kann durch mathematische
Berechnungen eine Position errechnet werden.
Grundlage für die Berechnungen ist eine hochgenaue Bestimmung der Eintreffzeitpunkte der Signale.
Dabei gibt es zwei Möglichkeiten.
2
Im Rahmen der Einführung von A-SMGCS Systemen wurden die operationellen Verfahren hierzu geändert. Vorschläge der
EUROCONTROL hinsichtlich der Verfahren werden aktuell von der ICAO zur Definition neuer Standards geprüft. (siehe dazu [39]).
3
Die Onboard Unit ist aber im Fahrzeug meist ein reiner Emitter. Dieser kann im Gegensatz zu Flugzeug keine Signale empfangen.
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•
•
Die Empfängerstationen verknüpfen das Signal mit einem Zeitstempel und leiten beides an die
Zentrale weiter. Vorteil dabei ist, dass Ungenauigkeiten durch die Übermittlung an die
Zentrale nicht berücksichtigt werden müssen. Nachteil ist hier der Aufwand der exakten
Zeitbestimmung in jeder Empfängerstation, die miteinander abgestimmt sein müssen.
Das eintreffende Signal wird an die Zentrale weitergeleitet und dort mit einem Zeitstempel
verknüpft. Vorteil ist hier, dass alle Signale mit der gleichen Zeitreferenz (Uhr der Zentrale)
versehen werden. Nachteil ist, dass die Laufzeit zwischen Empfängerstation und Zentrale sehr
genau bestimmt werden muss und sehr dynamisch ist. Durch zusätzlich generierte Abfrageimpulse werden diese Werte angepasst.
t3
TCAS
Squitters
Reference
Transponder
t2
Receiver
Station 3
TCAS
Squitters
Receiver
Station 2
t4
Receiver
Station 4
t1
Central
Processing
Station
Receiver
Station 1
Aircraft
Position and Identity
Abbildung 5-1: Mode-S Multilateration
Der in den Systemen verwendete Referenztransponder ist sehr präzise vermessen und dient zur
Systemkalibrierung und für Integritätsprüfungen. Im Flughafenbereich kann am Boden eine Genauigkeit von 3-10 m erreicht werden.
Zur Identifikation der LFZ und Fahrzeuge wird die mit dem Transpondersignal übertragene weltweit
eindeutige 24-Bit ICAO-Adresse genutzt, die jedem Gerät (LFZ oder Fahrzeug) zugeordnet ist.
Moderne Mode S-Transponder sind auch in der Lage, über die Datenformate DF17 (LFZ), DF18
(Fahrzeuge) und DF19 (militärisch) zusätzliche Daten an andere Verkehrsteilnehmer oder
Bodenstationen zu senden. Ursprünglich für das TCAS (Traffic Collision Avoidance System der LFZ)
genutzt, können auf Basis dieser Funktionalität Dienste und Services wie A-DSB (Automatic
Depended Surveillance Broadcast) oder TIS-B (Traffic Information Service Broadcast) realisiert
werden.
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5.1.3 Ortungstechnologien in relevanten Projekten
5.1.3.1 Emma
Die Projekte Emma 1 und Emma 2 (siehe Kapitel 6.1) betrachten Konzepte von A-SMGCS. In diesem
Rahmen geschieht die Ortung mit kooperativen und nicht kooperativen Sensoren. Anflugradare
erfassen ankommende Flugzeuge und ermitteln deren Identität mit Hilfe ihrer Transponderkennung.
Am Boden werden die Flugzeuge mit Hilfe des Bodenradars verfolgt und so die vom Anflugradar
ermittelte Kennung mitgeführt 4 . Die Datenfusion vereint diese Informationen mit weiteren Sensoren
und Datenquellen und ermittelt so die vollständige, eindeutige Verkehrslage.
Am Flughafen Prag wurde zur Ortung und Identifizierung von Flugzeugen außerdem Multilateration
mit Mode S-Transpondern verwendet. Zum Einsatz kam ein System der Firma ERA.
5.1.3.2 SAMSON
Im Rahmen des Samson-Projektes (siehe Kapitel 6.2) wurde gezeigt, dass die Überwachung von
Bewegungen von Flug- und anderen Fahrzeugen auf Flughafenbewegungsflächen mit Hilfe von GPS
und Mode S 1090 ES ADS-B Sendern niedriger Sendeleistung und mehreren ADS-B-Empfängern
technisch realisierbar und kostengünstig ist. Die bei einer Messfahrt maximal gemessene Abweichung
von der gefahrenen Linie betrug 6,7 Meter. Es wurden fehlerhafte Positionen gemessen, die sich
hauptsächlich durch Sprünge in der Zielspur oder durch konstanten Versatz auszeichneten. Die
Fehlerrate betrug 0,5%.
5.1.3.3 CRISTAL TIS-B
Im Projekt CRISTAL TIS-B (siehe Kapitel 6.3) werden Radar- und von Bodenstationen empfangene
ADS-B-Daten fusioniert und die so vervollständigten Verkehrsinformationen über TIS-B-Sender
ausgestrahlt. Falls Flugzeuge ihre Position per GPS bestimmen und per ADS-B ausstrahlen, ist dies
das bevorzugte Verfahren für Ortung und Identifizierung. Andere Flugzeuge werden per Radar geortet
und mit Hilfe des Sekundärradars (SSR) und der Transponderkennung des Flugzeugs identifiziert.
5.1.3.4 Airnet
Das Airnet-Projekt (siehe Kapitel 6.4) verwendet GPS mit EGNOS um Fahrzeuge zu lokalisieren und
Uhren zu synchronisieren. In Fahrzeugen sind OnBoard-Systeme installiert, die ihre Position per GPS
bestimmen und per drahtlosem Kommunikationsnetz an ein Bodensystem weiterleiten. Die
verwendeten GPS-Empfänger unterstützen EGNOS um die Positionierungsgenauigkeit und Integrität
zu erhöhen. Experimente am Flughafen Porto zeigten, dass GPS mit EGNOS als Ortungssystem für ASMGCS verwendet werden kann. Auch das Bodensystem enthält einen GPS-Empfänger zur
Uhrensynchronisation.
5.1.3.5 Proveo wwt.system/aviation
Das System Proveo wwt.system/aviation wurde kommerziell für die Unterstützung des Ground
Handling an Flughäfen entwickelt [11]. Die Firma Groundstar GmbH&Co, eine Tochter des
Flughafens Hamburg, war ein früher Pilotkunde. Die Ende 2002 am Flughafen Hamburg aufgebaute
Testinstallation hat sich jedoch als nicht einsetzbar erwiesen und wurde wieder abgebaut. Mittlerweile
ist das System an mehreren Flughäfen im In- und Ausland im Einsatz.
4
Dieses Verfahren wird als Label Tracking bezeichnet und findet bei heutigen Systemen kaum mehr Anwendung, da es anfällig für Label
Swapping (Vertauschen von Labels beim Passieren von anderen Flugzeugen oder Hindernissen) ist.
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In motorisierten Fahrzeugen werden OnBoard-Geräte installiert, die als „Infoman“ bezeichnet werden
und einen GPS-Empfänger enthalten können. Die per GPS ermittelte Position kann per Funknetz an
ein zentrales System weitergeleitet werden.
5.1.3.6 Ismael
Im Projekt Ismael (Intelligent Surveillance and Management Functions for Airfield Applications
Based on Low Cost Magnetic Field Detectors) wird ein Sensor zum Erkennen von Bodenbewegungen
an Flughäfen entwickelt, der in A-SMGCS integriert werden kann [12].
Sensoren erfassen Änderungen im Erdmagnetfeld, wie sie durch große metallische Gegenstände wie
Flugzeuge verursacht werden. Ermittelt werden die Feldstärken in jeder der drei Dimensionen. Die
Signalverarbeitung geschieht durch einen Prozessor mit DSP-Funktionalität. Viele Sensoren werden
am Flughafen an geeigneten Positionen in Abstand von etwa 30 Metern installiert und per Kabel an
einem zentralen Rechner angeschlossen. Testsites waren die Flughäfen in Frankfurt und Thessaloniki.
Das Projekt wurde im 6. Rahmenprogramm der EU in der Action-Line „eSafety of Road and Air
Transport“ gefördert [13].
5.1.4 ETNA
ETNA (Electronic Taxiway Navigation Array) ist ein D-GPS-basiertes System zur Navigation und
Ortung von Flughafenfahrzeugen, entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Flughafen Frankfurt. Ein
Fahrzeugrechner hat einen GPS-Empfänger mit externer Antenne. Optional kann am Flughafen ein
Referenzempfänger installiert werden und so die Ortungsgenauigkeit erhöht werden. Für die Ortung
unter oder neben Gebäuden sind zusätzlich Trägheitsnavigationssensoren im Fahrzeug möglich. Der
Fahrzeugrechner sendet seine Position per WLAN oder UKW-Funkmodem an einen Zentralrechner
(„Information Broker“), der die Daten aller Fahrzeuge an andere Fahrzeuge, Flottenleitstände und
Lotsenarbeitplätze weiterleitet. Der Zentralrechner filtert die Daten nach Fahrzeugen, Flotten oder
Bereichen [14].
5.1.4.1 RFID (Fraport)
Im Rahmen des Forschungsprojektes RFID wurde vom Flughafen Frankfurt in Zusammenarbeit mit
T-Systems die Möglichkeiten zur Nutzung der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification)
untersucht [15].
Mit Hilfe von RFID soll eine genaue Erfassung von Frachttransporteinheiten an Durchgangstoren
erfolgen, um eine zeitgenaue und mengenbezogene Verrechnung zu ermöglichen. Dabei soll die
Fahrtrichtung und die Dauer des Verbleibs auf dem jeweiligen Gelände berücksichtigt werden.
Es wurden sowohl Schlepper als auch Palettentransportanhänger (Dollies) mit passiven und aktiven
RFI-Transpondern und Durchgangstore mit Sende-Empfangs-Einheiten ausgestattet und Versuche
unter verschiedenen Testszenarien durchgeführt.
Für die Versuche wurden die Frequenzen 13,56 Mhz (passiv), 868 MHz (beacon-aktiv) und 2,45 GHz
(beacon-aktiv) ausgewählt.
Die besten Ergebnisse wurden mit dem 866 MHz-System erzielt, mit einer von Witterung und
Beladung unabhängigen Erkennungsrate von nahezu 100 %
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5.2 Planung und Führung von Bodenfahrzeugen
Bei der Planung und Führung von Bodenfahrzeugen und dem damit verbundenen Personal gibt es
deutliche Unterschiede an den Flughäfen innerhalb Europas. Aus verschiedenen Besuchen an
Flughäfen geht hervor, dass die Spanne von „Papier und Bleistift“ bis hin zu umfangreichen,
computerunterstützten Systemen reicht. Als wesentliche Kriterien sind hier die Größe und
Komplexität der Flughäfen und der beteiligten Unternehmens anzusehen.
Grundsätzlich ist festzustellen, dass an größeren Flughäfen bereits speziell entwickelte Systeme zum
Einsatz kommen. Die Verwaltung der extrem hohen Anzahl an Personal und Geräten bei größeren
Firmen ist ohne Systemunterstützung nicht mehr leistbar.
Bei kleinen Dienstleistern, mit begrenzten Ressourcen (Equipment und Personal) und geringem Anteil
an der Abfertigung an einem Flughafen, ist eine Unterstützung durch Computersysteme sehr selten
vorhanden. Hier ist der Mensch immer noch in der Lage, die Planung per Hand vorzunehmen, die
aktuelle Situation zu überblicken und bei Problemen entsprechende Lösungen zu finden.
Unabhängig vom Einsatz der Systeme zur Ressourcenplanung, dienen die zwischen Fahrzeug und
Einsatzzentrale ausgetauschten Informationen oftmals zur Dokumentation der Prozessvorgänge und
werden somit als Nachweis zu Abrechnungszwecken und zur Dokumentation der Einhaltung von
vertraglich geregelten Leistungen verwendet.
Auch wenn die Aufgaben bei der Planung und Führung von Bodenfahrzeugen an den meisten
Flughäfen identisch sind, existiert zur Zeit kein COTS-System („commercial of the shelf“), das als
Basissystem erworben und an den Flughafen angepasst werden kann. Vielmehr entwickeln Flughäfen,
Bodenverkehrsdienste oder Airlines eigenständig Lösungen, die detailliert auf die spezifischen
Anforderungen des Flughafens, die bereits vorhandenen Systeme und die Bedürfnisse der Dienstleister
zugeschnitten sind. Im Folgenden sollen wesentliche Komponenten aufgezeigt werden. Bezug wird
dabei auf Systeme genommen, wie sie an großen Flughäfen zum Einsatz kommen, da es für
mittelgroße Flughäfen deutlich weniger operationell genutzte Systeme mit geringeren Funktionalitäten
gibt.
Während in Kap. 5.3 die Kommunikation und in Kap.5.4 die Onboard-Komponente beschrieben
werden, zielt dieser Abschnitt auf die in den Einsatzzentralen vorhandenen Systemkomponenten
(ergänzt durch Eingaben am Gate oder anderen Stationen) ab.
Zum Einsatz kommen hier im Wesentlichen Personal Computer, auf denen die Planungssoftware läuft
und die mit entsprechenden Datenbanken hinterlegt sind. Über Netzwerke sind diese mit weiteren
Systemen des Flughafens verbunden. Als wichtigste Verbindung ist hier das
Flughafeninformationssystem (oder ähnliches) zu nennen, das die Grundlage der meisten
Planungsvorgänge darstellt. In ihm befinden sich Flugplandaten, Gate- und Standzuordnungen und
weitere Informationen.
Die verschiedenen Dienstleister setzten die für sie entwickelten Planungssysteme ein. Ein Arbeitsplatz
besteht dabei oftmals aus einem Monitor, der eine digitalisierte Karte des Flughafenlayouts darstellt
und einer oder mehreren Arbeitsstationen, die die Planungstools zeigen. Planungstools stehen dabei
für folgende wesentliche Abfertigungsdienste zur Verfügung:
•
•
•
•
•
Passagier- und Crewtransport (Busse, Crew-Busse)
Gepäcktransport (Gepäcktrolleys, Container)
Fracht- und Posttransport
Pushback und Towing (Flugzeugschlepp)
Ladeservice (Ladebrücken)
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•
•
Fueling (Betankung)
Catering
Am Beispiel des Flughafens Frankfurt sollen einige Planungstools erläutert werden.
TESS (Transport-Einsatz-Steuerungssystem)
Das Transport-Einsatz-Steuerungssystem dient den Fraport Ground Services als Informations- und
Kommunikationssystem, mit dem die vier Teilbereiche
•
•
•
•
Passagier- und Crewtransport (TESS 1)
Gepäcktransport (TESS 2)
Fracht- und Posttransport (TESS 3
Pushback und Towing (TESS 4)
abgedeckt werden.
Alle Teilsysteme arbeiten ähnlich, indem sie auf Basis des Tagesflugplanes automatisch Aufträge für
die abzufertigenden LFZ generieren. Unter Berücksichtigung aktueller Updates und den in
Datenbanken hinterlegten Besetzungs- und Beladungsregeln wird eine optimierte Zuordnung von
Ressourcen zu den generierten Aufträgen vorgenommen. Als wesentliche Parameter beziehen die
Systeme folgende wichtige Kenndaten in die Optimierungsalgorithmen mit ein:
•
•
•
•
•
•
Aktueller Standort
Fahrzeugstatus (Schicht/Pausenzeiten, Tankinhalt, Wartung)
Dringlichkeit
Auslastungen
Beladeregeln
Daten aus anderen Systemen (CIS Cargo, PADILOS Ladeservice)
Bestätigt der Disponenten in der Einsatzzentrale die generierten Aufträge, werden diese über den
digitalen Dispositionsfunk direkt an den Fahrer der entsprechenden Ressource übermittelt. Der Fahrer
gibt durch Eingaben am Onboard-System kontinuierlich den Status des Auftrages an die
Einsatzzentrale zurück, womit das Planungssystem die Datengrundlage für die weiteren
Planungsvorgänge erhält.
PADILOS II
Padilos ist ein weiteres System der Fraport Ground Services, das im Bereich der Flugzeugbeladung
zum Einsatz kommt. Es ist mit dem Flughafeninformationssytem, dem Geräteverfügbarkeitssystem
und dem SAP-System zur Erfassung der Personaldaten (Qualifikation, Schichtplan usw.) verbunden.
Mit Hilfe von Gantt-Diagrammen wird das Be- und Entladen grafisch aufbereitet dargestellt.
GVS (Geräteverfügbarkeitssystem)
Dieses System verwaltet alle Geräte, die zur Bodenabfertigung zur Verfügung stehen. Neben der
Erfassung von Störfällen und Instandhaltungen, findet ein ständiger Abgleich von Bedarf und
Verfügbarkeit der Ressourcen statt, wobei automatische Warnungen an die angeschlossenen Systeme
PADILOS/TESS generiert werden.
ETNA
Die Flughafenfeuerwehr am Flughafen Frankfurt ist mit dem System ETNA (siehe Abschnitt 5.1.4)
ausgerüstet, das sich dadurch von den vorher beschriebenen Systemen abhebt, dass die
Fahrzeugpositionen kontinuierlich durch Systeme wie D-GPS und Trägheitsnavigation bestimmt
werden. Damit ist eine exakte Ortung der Fahrzeuge in der Einsatzzentrale möglich ist. Mit Hilfe der
sehr genauen Verkehrslagedarstellung und Funktionen wie Fahrzeugsuche, Einsatzzielvorgaben und
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direkter Nachrichtenübermittlung kann der Einsatzleiter alle Abläufe effizient überwachen und
koordinieren.
5.2.2 Stand von Forschung und Entwicklung
PLANDIS
Im Dezember 2006 wurde von der FRAPORT AG der Vertrag unterzeichnet, der die Entwicklung des
Nachfolgers des TESS umfasst. Zusammen mit der Firma Inform wird FRAPORT in den nächsten 2
Jahren für die Ground Handling Divisionen und das Frachthandling das neue PLAning and
DISposition System entwickeln [16].
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5.3 Kommunikation für das Fahrzeugmanagement
5.3.1 Stand der Technik - Drahtlose Kommunikationstechnologien
Drahtlose Kommunikationstechnologien sind die zukünftige Basis für die Kommunikation von
Bodenfahrzeugen mit ihren Leitstellen, Managementsystemen und den Apronlotsen. Nachfolgend
werden daher Kommunikationstechnologien vorgestellt, die zu diesem Zweck in Forschungsprojekten
verwendet wurden (siehe Kapitel5.3.3) oder darüber hinaus vielversprechend sind.
5.3.1.1 Sprechfunk
Die Kommunikation zwischen den diversen Leitstellen und den Operateuren auf dem Vorfeld wird
bislang größtenteils per Sprechfunk abgewickelt. Unter Sprechfunk versteht man die drahtlose
Übertragung von gesprochenen Informationen mittel Funkverkehr über Hand- bzw. Mobilfunkgeräte
oder Feststationen. Es gibt verschiedene Funkverkehrsarten, von denen der Wechselverkehr
(Halbduplexbetrieb) am häufigsten genutzt wird. Dabei kann immer nur einer der Beteiligten
gleichzeitig sprechen.
5.3.1.2 GSM / GPRS
GSM (Global System for Mobile Communications) ist die in Europa übliche und weltweit führende
Technologie für Mobiltelefone („Handys“). Sie wurde 1992 eingeführt. Eine aufgebaute Verbindung
kann außer zur Sprachübertragung auch für die Datenübertragung verwendet werden, dazu wird das
zeitschlitzgesteuerte Modulationsverfahren „Time Division Multiple Access“ (TDMA) genutzt. Die
Zahl der Gespräche innerhalb einer Zelle ist auf das Produkt von Zeitschlitzen und Frequenzen
begrenzt, die Übertragungsrate auf 9,6 kbit/s [17].
Für die Datenübertragung zweckmäßiger ist die ab 2001 eingeführte Erweiterung GPRS (General
Packet Radio Service). Hier ist kein Verbindungsaufbau erforderlich, abgerechnet wird typischerweise
die übertragene Bandbreite. Die mögliche Übertragungsrate liegt etwas höher (Typisch: 53,6 kbit/s
Downlink, 13,4kbit/s Uplink), wird aber zwischen mehreren Nutzern geteilt. Sie ist außerdem nicht
mit der von UMTS oder Technologien für drahtlose LANs vergleichbar. Sowohl GSM als auch GPRS
erlauben Handover zwischen Feststationen ohne zwischenzeitlichen Verbindungsverlust [10].
Am Markt verfügbare Mobilgeräte, die die Datenübertragung mittels GSM und GPRS unterstützen,
werden als „Smartphones“ bezeichnet und sind eine Kombination von PDA und Mobiltelefon. Es gibt
Modelle, die gleichzeitig GPS zur Positionsbestimmung und WLAN unterstützen, z. B. der HP iPAQ
hw6915 Mobile Messenger und das ASUS P535 Triband PDA GPS Phone. Preise liegen Bereich von
600 Euro, ohne WLAN bei 400 Euro.
Bandbreite
GSM: 9,6 kbit/s (garantierte Bandbreite),
GPRS: Typisch: 53,6 kbit/s Downlink, 13,4kbit/s Uplink
(Theoretisch bis 170 kbit/s) (Geteilt mit anderen Nutzern)
Frequenzbereich
890-960 MHz, 1710-1880 MHz, 1850-1990 MHz (USA)
Kosten pro Mobilgerät
Pro Gerät Vertrag mit Mobilfunkprovider notwendig. Kosten variieren. Es
gibt Flatrates, festes Datenvolumen / Monat, sowie Abrechnung pro
übertragenem Volumen oder Onlinezeit.
Erforderliche Infrastruktur
Infrastruktur wir vom Mobilfunkprovider gestellt.
Einsatz in Projekten
Proveo
Tabelle 5-1: Spezifikationen Kommunikation GSM/GPRS
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5.3.1.3 UMTS
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) wurde als Nachfolger von GSM ab 2003 in
Deutschland eingeführt. Ziel war es neben der Telefonie auch multimediale Dienste zu ermöglichen.
Dazu erlaubt UMTS in seiner ursprünglichen Version eine Bandbreite von 384 kbit/s im Downlink
und 64 kbit/s im Uplink. Alle Arten von Informationen werden in Datenpaketen übertragen, für die
Übertragung von Sprachdatenpaketen wird im Gegensatz zu GSM-Netzwerken keine Leitung sondern
Kapazität zur Verfügung gestellt. Beim genutzten Modulationsverfahren „Code Division Multiple
Access“ (CDMA) werden die Gespräche nicht durch Frequenz und Zeitschlitz unterschieden, sondern
durch einen Code [17].
Die festgelegte Übertragungskapazität einer UMTS-Zelle wird allen Nutzern dieser Zelle als
Gesamtheit zur Verfügung gestellt, je mehr Teilnehmer aktiv sind desto weniger Kapazität steht dem
Einzelnen zur Verfügung. Dies hat Auswirkungen auf die Bandbreite oder die mögliche Entfernung
zum Sender.
Neu ist die Erweiterung High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), die Übertragungsraten bis zu
10,8 Mbit/s ermöglicht, falls es das Endgerät unterstützt. T-Mobile, Vodafone und O2 bieten diesen
Dienst seit 2006 zu den gleichen Preisen wie UMTS, E-Plus aktuell noch nicht. Wie GSM erlaubt
auch UMTS ein Handover zwischen Feststationen ohne zwischenzeitlichen Verbindungsverlust [10].
Als Mobilgeräte können wie bei GPRS geeignete Smartphones verwendet werden. Z. B. unterstützen
das Fujitsu Siemens POCKET LOOX T810 sowie das T830 des gleichen Herstellers für Preise um
650 Euro neben UMTS auch GSM, WLAN und GPS.
Bandbreite
Ohne HSDPA: 384 kbit/s Downlink, 64 kbit/s Uplink
(Geteilt mit anderen Nutzern)
Mit HSDPA: 10,8 Mbit/s Downlink, 1,4 Mbit/s Uplink
(Geteilt mit anderen Nutzern)
Frequenzbereich
1855-2025 MHz, 2110-2220 MHz
Pro Gerät Vertrag mit Mobilfunkprovider notwendig. Kosten variieren. Es
gibt Flatrates, festes Datenvolumen / Monat, sowie Abrechnung pro
übertragenem Volumen oder Onlinezeit.
Infrastruktur wir vom Mobilfunkprovider gestellt.
Proveo
Tabelle 5-2: Spezifikationen Kommunikation UMTS
5.3.1.4 TETRA
TETRA (Terrestrial-Trunked-Radio) ist ein Bündelfunksystem mit ähnlicher Technologie wie GSM.
Bekannt wurde es durch die laufende Diskussion über den Aufbau eines Netzes für digitalen
Behördenfunk in Deutschland, welches diese Technologie benutzt. Typische Anwendungen sind
Polizeifunk, Funk für Feuerwehr und Rettungsdienste, aber auch Taxifunk. TETRA ist auch unter
erschwerten Umweltbedingungen sehr zuverlässig, erlaubt Rundruf, Verbindungsaufbau unter einer
Sekunde und Kommunikation zwischen Endgeräten auch ohne Basisstation. Anders als bei GSM sind
solche Netze nicht für die Öffentlichkeit zugänglich [17].
Neben Sprachdiensten unterstützt TETRA auch die Übertragung von Daten. Ein Kanal hat maximal
eine Bandbreite von 28,8 kbit/s ohne Fehlerkorrektur. Geschützte Verbindungen haben mit 9,6 kbit/s
eine ähnliche Geschwindigkeit wie bei GSM. Ein Analogon zu GPRS mit höherer Bandbreite und
ohne Verbindungsaufbau gibt es für TETRA nicht [18]. Zum Betrieb am Flughafen Hamburg muss
eine eigene Infrastruktur installiert werden. Die Reichweite von Sendestationen beträgt 14 km auf dem
Land oder 4,5 km in Stadtbereich.
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Neben Mobiltelefonen für TETRA gibt es von Motorola einen Pocket PC der direkt Daten über
TETRA austauschen kann. Der Preis beträgt 1200 Euro. Als Option wird er mit GPS, WLAN und
Bluetooth angeboten. Andere PDAs können per Kabel an TETRA-Mobiltelefone angeschlossen
werden [19][20].
Bandbreite
Maximal 28,8 kbit/s
Frequenzbereich
Unterschiedlich: z. B. 380-400 MHz, 410-430 MHz
Anschaffungs- und Wartungskosten pro Gerät.
Muss für Flughafen installiert und betrieben werden
Airnet, Proveo
Tabelle 5-3: Spezifikationen Kommunikation TETRA
5.3.1.5 WLAN
WLAN ist der gängige Standard für drahtlose lokale Netze. Standardisiert durch die IEEE unter der
Nummer 802.11 zeichnet er sich durch große Verbreitung und große Geschwindigkeit aus. In Europa
wird das freie ISM-Band bei 2400 MHz verwendet, so dass für die Nutzung keine Lizenzgebühren
anfallen. Je nach Version des Standards sind unterschiedliche Bandbreiten möglich. 802.11b erlaubt
bis 11 Mbit/s, 802.11g bis 54Mbit/s. Der bis 2008 geplante Standard 802.11n soll 540 Mbit/s
ermöglichen [17].
Im Gegensatz zu Mobilfunksystemen hat WLAN Schwierigkeiten mit dem Handover zwischen
Feststationen
ohne Verbindungsverlust.
Beim Wechsel
kann
es
zu
temporären
Verbindungsunterbrechungen kommen. Das wird mit den Spezifikationen 802.11f und 802.11r
adressiert. 802.11f aus dem Jahr 2003 zielt auf Handover für die Datenübertragung, bei der es
trotzdem zu Unterbrechungen von einigen Zehntelsekunden kommen kann. Für Sprach- und
Videoübertragungen soll das in der Entwicklung befindliche 802.11r Handover unter 50ms
ermöglichen [21].
Für WLAN gibt es viele Infrastrukturen (öffentliche Zugänge, Netze in Firmen oder Haushalten) und
eine breite Produktunterstützung. Am Flughafen Hamburg gibt es auf dem gesamten Betriebsgelände
ein WLAN, das von CARMA-Projektpartner Airsys betrieben wird.
Als Mobilgeräte sind am Markt eine Vielzahl von PDAs verfügbar, die WLAN direkt unterstützen.
Preise liegen teilweise unter 400 Euro. Einige Geräte verfügen zusätzlich über GPS und GSM bzw.
UMTS. Z. B. hat der Fujitsu Siemens Pocket LOOX N 560 für ca. 450 Euro WLAN und GPS.
WLAN, GSM und GPS bietet das ASUS P535 Triband PDA GPS Phone für ca. 600 Euro. Das Fujitsu
Siemens POCKET LOOX T830 unterstützt neben WLAN und GPS auch UMTS für ca. 650 Euro.
Bandbreite
802.11b: 11 Mbit/s (Geteilt mit anderen Nutzern)
802.11g: 54 Mbit/s (Geteilt mit anderen Nutzern)
802.11n: 540 Mbit/s (In Planung, geteilt mit anderen Nutzern)
Frequenzbereich
2,400 - 2,485 GHz
Existiert bereits am Flughafen Hamburg.
ETNA, Airnet, Proveo
Tabelle 5-4: Spezifikationen Kommunikation WLAN
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5.3.1.6 WiMAX
Das in seinem frühen Einsatz befindliche WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave
Access, IEEE 802.16), zeichnet sich durch große Reichweiten aus. In Quellen werden Reichweiten bis
70 Meilen genannt. In städtischen Regionen liegen typische Reichweiten jedoch bei 2-3 Kilometern.
Am Flughafen Hamburg würde trotzdem eine Basisstation für die Überdeckung des Flughafengebietes
ausreichen. (Kein Handover notwendig.) Es gibt keine festgelegten digitalen Bandbreiten,
Kanalbreiten oder Frequenzbänder. Erreichbare Bandbreiten hängen von der verwendeten Kanalbreite
und der Entfernung zwischen Basis- und Mobilstation ab. Erreichbar sind bis 75 Mbit/s, typischer
jedoch 10 MBit/s, die zwischen unterschiedlichen Nutzern geteilt werden [22].
Für die Nutzung am Flughafen Hamburg muss eine WiMAX-Infrastruktur installiert werden. Da keine
freien Bänder verwendet werden, müssen Lizenzen für Frequenzbänder erworben werden.
Allererste Produkte für WiMAX kommen gerade auf den Markt. Z. B. hat Samsung im Dezember
2006 sein Chocolate-Smartphone mit WiMAX vorgestellt, dass zunächst nur in Korea erhältlich sein
wird [23][24][25].
Bandbreite
< 75 MBit/s, Je nach Entfernung und Kanalbreite
Frequenzbereich
IEEE 802.16-2004: 2 Spezifikationen: 2-11 GHz und > 10 GHz
IEEE 802.16e-2005: 2 - 6 GHz
Variable Kanalbreite: 1,25 - 28 MHz
Muss für Flughafen installiert und betrieben werden. Lizenzen für
Frequenzbänder erforderlich.
-
Tabelle 5-5: Spezifikationen Kommunikation WiMAX
5.3.1.7 Mode S Extended Squitter
Mode S Extended Squitter (Mode S 1090 ES) wurde von der ICAO für ADS-B spezifiziert.
Nachrichtentypen für festgelegte Inhalte (z. B. für Position, Geschwindigkeit, Flugzeugidentifikation)
sind definiert. In der Sekunde werden von Flugzeugen zwei Nachrichten ausgestrahlt und von anderen
Flugzeugen und Bodenstationen empfangen [26].
Die Erweiterung für die Nutzung zusätzlicher Daten ist problematisch. Das Frequenzband wird auch
für andere zentrale ATM-Dienste wie SSR (Secondary Surveillance Radar) und ACAS (Traffic Alert
and Collision Avoidance System) verwendet. Bei zusätzlicher Nutzung besteht die Gefahr, dass die
erforderliche QoS nicht mehr erbracht werden kann.
Bandbreite
1 MBit/s
Frequenzbereich
1090 MHz
Anschaffungs- und Wartungskosten pro Gerät
Funkinfrastruktur existiert bereits am Flughafen Hamburg
SAMSON, CRISTAL TIS-B, (Emma)
Tabelle 5-6: Spezifikationen Kommunikation Mode-S Extended Squitter
5.3.1.8 VDL Mode 4
VDL Mode 4 (VHF Digital Link - Mode 4) wurde speziell für die Datenübertragung in ATMAnwendungen entwickelt und durch die ICAO standardisiert. Seine Hauptanwendung ist ADS-B,
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möglich sind aber auch TIS-B, ADS-C, direkte Datenverbindungen zwischen Flugzeugen und neu
entwickelte Anwendungen, die VDL-4 als Funknetzwerk verwenden. Ermöglicht werden Broadcastund Punkt-zu-Punkt-Kommunikation [27][28].
Anders als bei Mode S 1090 ES ist die Frequenz nicht festgelegt. Es wird ein Flugfunkkanal (VHF,
25 KHz Kanalbreite) gewählt. Die Datenrate ist mit 19200 Bits/s (Brutto) im Vergleich zu den meisten
oben genannten Technologien sehr niedrig. Die Bandbreite lässt sich jedoch erhöhen, indem
unterschiedliche Fahrzeugflotten unterschiedliche Kanäle verwenden.
Insbesondere können
Bodenfahrzeuge andere Kanäle verwenden als Flugzeuge, so dass sie sich nicht beeinträchtigen. Auch
für experimentelle Installationen können eigene Kanäle vergeben werden.
VDL-4 ist optimiert auf kurze, sich wiederholende Nachrichten (z. B. ADS-B-Nachrichten).
Verwendet wird TDMA mit einer selbstorganisierenden Verwaltung von Slots. Allen Stationen ist von
anderen Stationen in Reichweite bekannt, in welchen Slots diese zu senden planen. Das vermeidet
Kollisionen. VDL-4 benötigt keine Bodeninfrastruktur, Bodenstationen können aber an der
Kommunikation teilnehmen [29][30].
Bandbreite
19200 Bits/s
Frequenzbereich
108 - 137 MHz (Flugfunk, Kanalbreite: 25 kHz)
Anschaffungs- und Wartungskosten pro Gerät
Funkinfrastruktur existiert bereits am Flughafen Hamburg
Airnet
Tabelle 5-7: Spezifikationen Kommunikation VDL4
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5.3.2 Stand der Technik – Anwendungen
Im Folgenden wird die Kommunikation und die Ortung auf dem Flughafen Hamburg (Stand Juni
2007) beschrieben. Die Kommunikation findet auf dem Flughafen über 7 Betriebsfunkfrequenzen
statt.
•
Betriebsfunkfrequenz : „Tower“
Versorgung:
Inhouse:
Geb.220,222, alle Ebenen, keine weiteren Hallen
Außen:
kompl. FHG Area
Funkteilnehmer:
Fa. RMH, Kontrollwagen, Feuerwehr, Pushbackfahrzeuge, Rotes
Kreuz, die Handfunkgeräte für Polizei, Zoll, FA Apron Control
•
Betriebsfunkfrequenz: „Passagierbus“
Versorgung:
Inhouse:
keine
Außen:
Apron 1, 2, 3
Funkteilnehmer:
Fa. Stars - Pushbackfahrzeuge und Busse
•
Betriebsfunkfrequenz: „KW“
Versorgung:
Inhouse:
keine
Außen:
Apron 1, 2, 3 und Start- u. Landebahn
Funkteilnehmer:
Kontrollwagen
•
Betriebsfunkfrequenz: „Lader“
Versorgung:
Inhouse:
keine
Außen:
Apron 1, 2, 3
Funkteilnehmer:
Fa. Groundstars
•
Betriebsfunkfrequenz: „Transport“
Versorgung:
Inhouse:
Gepäckkeller Geb.220 und 222
Außen:
Apron 1, 2, 3
Funkteilnehmer:
Fa. Groundstars – Gepäckwagenfahrer
•
Betriebsfunkfrequenz: „Cleaner“
Versorgung:
Inhouse:
keine
Außen:
Apron 1, 2, 3
Funkteilnehmer:
Fa. Groundstars
•
Betriebsfunkfrequenz : „Security neu“
Versorgung:
Inhouse:
Geb.220,222 , alle Ebenen, keine weiteren Hallen
Außen:
kompl. FHG Area
Funkteilnehmer:
Security ( FA - S )
Fahrzeuge und Personen mit Handfunkgeräten, die der Organisationseinheit des Flughafen Hamburgs
angehören, sind so jederzeit über die o.g Betriebsfunkfrequenzen von den Leitstellen oder Apron
Control erreichbar. Fahrzeuge, die nicht der Organisationseinheit des Flughafens Hamburg angehören,
sind mit eigenen Kommunikationsmitteln ausgestattet. Hier hat die Apron Control keinen direkten
Zugriff auf die Teilnehmer.
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Zusätzlich gibt es 2 Flugfunkfrequenzen, mit denen eine Funkverbindung zwischen Luftfahrzeug und
Apron Control aufgebaut wird, um eine Verkehrsführung auf den Vorfeldern durchzuführen.
Des Weiteren gibt es folgende Tools zur Disposition:
KW – Online:
Mit dieser Anwendung ist den Kontrollwagenfahrern eine Systemlösung mit einem mobilen Gerät per
WLAN-Verbindung zur Verfügung gestellt worden, die sie bei der Durchführung ihrer täglichen
Aufgaben unterstützt. Hierzu gehören neben der Einsatzsteuerung auch die Darstellung des aktuellen
Flugplans, sowie das Abrufen aktueller Wetterdaten, Erfassung von Messergebnissen mit dem Friction
Tester (misst den Reibwert der Start- und Landebahn bei Nässe und Schnee) und die Dokumentation
der einzelnen Kontrollwageneinsätze.
Abbildung 5-2: Software KW-Online
Als Hardware wurde sich für ein Industrie-Notebook der Fa. Dolch (heute Fa. beltronic) (Abbildung
5-3) mit fest im Fahrzeug eingebauter Dockingstation entschieden, um den täglichen Einsatz in den
Fahrzeugen gewährleisten zu können. Da für den reibungslosen Ablauf der Flugabfertigung ein
ständig aktueller Datenbestand unabdingbar ist, musste zusätzlich noch eine Lösung zur Verbesserung
der WLAN-Verbindung aus den Fahrzeugen heraus gefunden werden. Erreicht wurde dies durch eine
Systemlösung der Fa. Freebird-Solutions, bei der eine zusätzliche Box mit einer Cisco-WLAN-Karte
und einem USB-Adapter mit externer Antenne die benötigte Signalstärke leistet und für eine
unterbrechungsfreie Verbindung sorgt.
Abbildung 5-3: Industrie-Notebook der Fa. Dolch
Abbildung 5-4 gibt einen Überblick des Gesamtsystems mit den Datenflüssen, den Schnittstellen und
den weiteren beteiligten Komponenten.
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Abbildung 5-4: Komponenten des KW-Online-Systems
QDisp / QDispmobil
Die Systemlösung "QDISP" dient zur Disposition von Abfertigungsprozessen der
Bodenverkehrsdienste, insbesondere der Einsatzsteuerung von Personal und Geräten, sowie der
Erfassung von abrechungs- und qualitätsrelevanten Betriebsdaten.
Folgende Arbeitsbereiche nutzen QDisp:
•
•
•
•
•
Fa. STARS – QDisp-Modul Pushback
Fa. STARS – QDisp-Modul Tenderbus (Passagierbus)
Fa. CATS – QDisp Modul Cleaning
Fa. GroundSTARS – QDisp Modul Gepäckfahrer
Fa. GroundSTARS – QDisp Modul Ladegruppen
Das System ist so gestaltet, dass die Erfassung der Betriebsdaten im Wesentlichen "vor Ort", d.h. auf
der unmittelbaren Arbeitsebene stattfindet und somit so nah wie möglich an dem Ort, an dem die
entsprechende Arbeit ausgeführt wird. Die Mitarbeiter werden dabei durch eine fundierte
Einsatzplanung und –steuerung unterstützt.
Aufträge werden vom Disponenten einem Fahrer/Lader auf dem Vorfeld zugewiesen und der
Auftragsdatensatz wird auf dem QDisp-Server gespeichert. Die einzelnen Mobilgeräte, die aktuell
angemeldet sind und eine WLAN-Verbindung haben, fragen in regelmäßigen Abständen die
Auftragstabelle ab und "holen" sich den Auftragssatz, der für sie relevant ist. Dieser Auftragssatz wird
dann lokal auf dem Gerät gespeichert. Jede Änderung am Datensatz wird erst lokal gespeichert und
dann an den QDisp-Server weitergegeben.
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Abbildung 5-5: QDisp / QDispmobil
Als Hardware wurde sich für Mobil-PCs (MPC 5) der Fa. DLOG entschieden, die fest in die
jeweiligen Fahrzeuge eingebaut werden. Für die Module "QDisp-Ladegruppen" und "QDispCleaning" sind Handheld-Geräte nötig. Hier steht eine Entscheidung über die einzusetzenden Geräte
noch aus.
QDispmobil befindet sich derzeit noch in der Entwicklungsphase. Die ersten Module werden aller
Voraussicht nach in 10/07 in Betrieb genommen 5 .
5.3.3 Kommunikationstechnologien in relevanten Projekten
5.3.3.1 Emma
Die Projekte Emma 1 und 2 (siehe Kapitel 6.1) behandeln den Bereich A-SMGCS. Drahtlose
Kommunikationstechnologien werden nur im Kontext von Transpondersystemen verwendet.
Eingesetzt werden aber drahtgebundene Netze auf Basis von TCP, UDP, IP, und Ethernet. Höhere
Protokolle verwenden standardisierte Datenformate z. B. aus EUROCONTROL ASTERIX,
EUROCONTROL ADEXP, VDL Mode 2 und Mode S 1090 ES.
5.3.3.2 SAMSON
Im Rahmen des Samson-Projektes (siehe Kapitel 5.1.3.2) wurde die Überwachung von Bewegungen
von Flug- und anderen Fahrzeugen auf Flughafenbewegungsflächen mit Hilfe von Mode S 1090 ES
ADS-B-Sendern niedriger Sendeleistung mit einem bzw. mehreren ADS-B-Sensoren untersucht.
Bereits mit einem Sensor konnte die Flughafenbewegungsfläche fast vollständig ohne große Lücken
abgedeckt werden. Lücken traten durch Abschattungseffekte von Flugzeugen und Gebäuden auf. Mit
weiteren Sensoren war eine komplette, lückenlose Abdeckung möglich.
5
Am Ende der Laufzeit des Projektes CARMA wurden die ersten Onboard Module in die Busse eingerüstet
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5.3.3.3 CRISTAL TIS-B
Im Projekt CRISTAL TIS-B (siehe Kapitel 5.1.3.3) werden unterschiedliche Protokolle auf der
Frequenz 1090 MHz verwendet. Radarstationen bestimmen die Position von Flugzeugen und fragen
ihre Kennung über TIS-B-Protokolle ab. Bodenstationen empfangen von Flugzeugen ausgestrahlte
ADS-B-Daten. Beide Datenquellen werden fusioniert und das so vervollständigte Bild der
Verkehrslage über TIS-B ausgestrahlt.
5.3.3.4 Airnet
Das Airnet-Projekt (siehe Kapitel 6.4) verwendet eine von vier Kommunikationstechnologien, um
OnBoard-Systeme mit Bodensystemen des Flughafens zu verbinden. Die OnBoard-Systeme sind in
Fahrzeugen installiert, bieten ein Human-Machin-Interfache (HMI) und Anwendungen für den Fahrer,
bestimmen ihre Position mittels GPS (incl. EGNOS) und leiten diese an das Bodensystem weiter.
Unterstützt werden hauptsächlich TETRA und WLAN unter Nutzung von UDP/IP. Außerdem werden
VDL-4 und eine proprietäre Technologie im UHF-Band eingesetzt. Der Einsatz von vier
Technologien dient zur Demonstration der Nutzbarkeit der Technologien; VDL-4 z. B. zum
Demonstrieren der Verträglichkeit mit aeronautischen Netzwerken.
In OnBoard- und Bodensystemen wird eine Abstraktion auf der verwendeten Netzwerktechnologie
bereitgestellt. Die Anwendungen kommunizieren über ASTERIX-Nachrichten, deren Datenformat von
Eurocontrol standardisiert ist. Die Nachrichten werden an die Treiber der gewählten
Netzwerktechnologie weitergeleitet. Im Falle von TETRA und WLAN werden sie als UDP/IPNachrichten übertragen. Von OnBoard-Systemen werden alle Nachrichten zumindest zum
Bodensystem weitergeleitet. In umgekehrter Richtung kann eine Nachricht per Broadcast oder
adressiert an ein bestimmtes OnBoard-System verschickt werden. OnBoard-Systeme werden dazu mit
der 24-Bit „Target Address“ in der ASTERIX-Nachricht identifiziert. Diese wird von der
Abstraktionsschicht auf die Netzwerkadresse abgebildet, z. B. auf IP-Adresse und Port oder auf die
TETRA Individual Short Subscriber Identity Number. Die Abbildung der Adressen kann statisch oder
durch Rückwärtslernen erfolgen. Die Erreichbarkeit von OnBoard-Systemen wird periodisch
überprüft, bei WLAN und TETRA mittels Ping und bei UHF und VDL-4 über proprietäre
Statusnachrichten.
Für WLAN wird der Standard IEEE 802.11g verwendet. Das OnBoard-System baut eine VPNVerbindung zum Intranet des Flughafens auf. An dieses ist das Bodensystem per Ethernet
angeschlossen. Positionsdaten werden doppelt gesendet: Per Broadcast an alle OnBoard-Systeme in
Reichweite und per Unicast an das Bodensystem.
Für Experimente mit TETRA wurde die am Flughafen Oporto installierte Infrastruktur eingesetzt.
TETRA wird dort bereits für die Sprachübertragung verwendet. Für die Datenübertragung wurden die
TETRA-Dienste Specific Connectionless Network Service (S-CLNS) und Short Data Service (SDS)
untersucht. In beiden Fällen wurden Implementierungen von Motorola verwendet, um die UDP/IPKommunikation zwischen OnBoard-Systemen und in das Intranet des Flughafens zur realisieren.
TETRA-Geräte sind per RS-232-Schnittstelle an OnBoard-Systeme angebunden [31].
Die eingesetzte UHF-Technologie verwendet das für sie reservierte Frequenzband 440-470 MHz und
einen für das Projekt entwickelten Protokollstack. Auf den Einsatz von IP wurde verzichtet, um dessen
Overhead zu sparen. OnBoard- und Bodensysteme werden per RS-232-Schnittstelle mit UHFTranspondern verbunden. Das Medienzugiffsverfahren ist STDMA (Self-organizing Time Division
Multiple Access), wobei eine zentrale Instanz jeder Station Zeitslots zum Senden zuweist.
Die Eigenschaften von VDL-4 erlauben seinen Einsatz nur für die Dienste „Traffic Information
Services“, nicht aber für andere wie Entscheidungsunterstützung oder Service-Monitoring. OnBoardund Bodensysteme werden per RS-232-Schnittstelle mit einem VDL-4-Transponder über das „VDL
Mode-4 Interface Protokoll“ (VIP) verbunden.
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5.3.3.5 Proveo wwt.system/aviation
Beim Proveo-System (siehe Abschnitt 5.1.3.5) werden OnBoard-Geräte in motorisierten Fahrzeugen
installiert, die als „Infoman“ bezeichnet werden und einen GPS enthalten können. Sie kommunizieren
mit Bodensystemen z. B. über GPRS, UMTS, WLAN oder TETRA. Übertragene Daten können über
HTTPS oder VPN geschützt werden. Es ist zu vermuten, dass für die gesamte Kommunikation TCP/IP
oder UDP/IP verwendet wird [34].
5.3.3.6 ETNA
Beim Projekt ETNA (siehe 5.1.4) ermittelt ein Fahrzeugrechner per D-GPS seine Position und leitet
sie über ein Funknetz an einen Zentralrechner („Information Broker“) weiter. Als Funknetz wird ein
WLAN oder alternativ ein UKW-Funkmodem verwendet, jeweils mit externer Antenne. Auch bei
voller Ausbaustufe belegt das System nur geringe Netzkapazitäten eines WLAN, so dass diese mit
anderen Anwendungen geteilt werden kann [35].
Abbildung 5-6: ETNA – Systemübersicht
5.4 Fahrzeugseitige Führungskomponenten
Auf vielen Flughäfen in Deutschland sind noch keine fahrzeugseitigen Führungskomponenten
installiert. Die Fahrer werden per Dienstplan über ihre Aufgaben informiert, Änderungen oder
Zusatzaufgaben werden per Funk weitergegeben. Ebenso werden Freigaben über Funk erteilt.
Zusammenstöße und Behinderungen sollen durch entsprechende Führung per Funk und Umsicht des
Fahrers vermieden werden.
5.4.1.1 ETNA
Das System ETNA wurde von der Firma Honeywell in Zusammenarbeit mit dem Flughafen Frankfurt
und der TU Darmstadt entwickelt. ETNA gehört zu einer Reihe von Systemen, mit denen die
Kapazität am Flughafen Frankfurt erhöht werden soll.
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Ortung, Identifikation und Kommunikation im Rahmen von ETNA werden in den Abschnitten 5.1.4
und 5.3.3.6 beschrieben.
Die fahrzeugseitige Führungskomponente besteht im Wesentlichen aus einem ca. 8 – 10“ großen,
berührungsempfindlichen Display (s. Abb. Abbildung 5-7). Als Basis der Darstellung wird die durch
D-GPS und optionalen Trägheitsnavigationssensoren ermittelte Position auf einer digitalen
Flughafenkarte angezeigt. Die Ausrichtung erfolgt in Fahrtrichtung, der gewünschte Kartenausschnitt
kann durch eine Zoomfunktion gewählt werden.
Abbildung 5-7: ETNA-Fahrzeugdisplay
Die Positionsdaten und Kennungen aller entsprechend ausgerüsteten Fahrzeuge werden per W-LAN
oder Funkmodem an einen Zentralrechner (dem sogenannten „Information Broker“) übertragen, von
diesem aufbereitet und wiederum an alle Fahrzeuge, Leitstände und Lotsenarbeitsplätze gesendet.
Dabei kann nach Fahrzeugen, Flotten oder Bereichen differenziert werden. Dies ermöglicht eine
Darstellung der Gesamtverkehrslage auf dem Fahrzeugdisplay, optional werden über Schnittstellen
zum Rollführungssystem auch Flugzeuge in diese Lagedarstellung integriert. Umgekehrt ist auch die
Übermittlung der ETNA-Daten an A-SMGCS Systeme möglich. Die Anzahl der möglichen
Flottenleitstände ist nicht begrenzt [35].
Das System erkennt mögliche Konflikte, der Fahrer wird bei Annäherung an Flugzeuge oder auch
belegte Startbahnen bzw. Sperrbereiche durch optische und akustische Signale gewarnt. Zielpunkte
und Routen können für einzelne Fahrzeuge oder Flotten angezeigt werden.
Abbildung 5-8: ETNA - Annäherungswarnung
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Die einzelnen Fahrzeugflotten können durch spezifische Darstellungen in ihren Aufgaben unterstützt
werden, so z.B. Flugplandaten oder technische Anlagen. Außerdem ist die Fernsteuerung von Anlagen
bei Wartungsarbeiten direkt aus dem Fahrzeug möglich, ebenso die Markierung defekter Systeme bei
Kontrollfahrten.
Der Fahrer kann zusätzlich durch Übermittlung von Textnachrichten über Änderungen oder besondere
Vorkommnisse informiert werden und muss diese per Tastendruck bestätigen.
Ausrüstung [36][37]:
•
•
•
•
•
•
Fahrzeugrechner
Integriertes oder abgesetztes Display (Touchscreen, ca. 8 – 10“), auch die Verwendung eines
herausnehmbaren Tablet-PC’s ist möglich
GPS-Empfänger
W-LAN-Modul oder Funkmodem
Optional:
o Trägheitssensoren
o Rückfahr- und Infrarotkamera
o abgesetzte Bedientasten
Von der TU Darmstadt wurde als Low-Cost-Prototyp auch ein handelsüblicher W-LAN
fähiger PDA mit abgesetztem GPS-Empfänger verwendet
Projektstatus:
•
•
Versuchsbetrieb von Juni 2004 bis Oktober 2005 mit 15 Fahrzeugen
Laufender Betrieb am Flughafen Frankfurt
5.4.1.2 Flughafen München
Am Flughafen München wurden mehr als 100 Vorfeldfahrzeuge mit Mobilsystemen der Firma
‚Kratzer Automation’ (Die Firma beliefert vor allem Logistikunternehmen mit mobilen Systemen für
Fahrzeuge) ausgestattet [38].
Die Fahrzeugsysteme bestehen aus einem Rechner und einem Display und sind per Datenfunk
(WLAN, GSM oder GPRS) an das IT-Netzwerk des Flughafens angebunden. Über diese
Fahrzeugterminals erfolgt im Wesentlichen die Auftragsvergabe bzw. –änderung, welche jeweils
durch den Fahrer bestätigt werden müssen.
Das System wurde zunächst hauptsächlich für die Gepäckumladung sowie für die Wasserver- und entsorgung eingesetzt.
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6 Laufende Forschungs- und Entwicklungsprojekte
6.1 EMMA
European Airport Movement Management by A-SMGCS
EU-Projekt DG TREN
Dauer 30.03.2004 – 30.08.2008
6.1.1 Projektziel
Ziel der Phase EMMA 1
•
•
•
•
•
Erarbeitung eines innovativen operationellen Betriebskonzeptes für die Nutzung von ASMGCS Level 1+2;
Adaption und Installation von A-SMGCS Level 1+2 an den Flughäfen Prag, Toulouse und
Mailand;
Durchführung funktionaler und operativer Tests der Sub-Systeme und des Gesamtsystems
Bewertung des erzielten Nutzens von A-SMGCS Level 1+2 bei der Abwicklung von Verkehr
auf den Bewegungsflächen ausgewählter Flughäfen unter allen Sichtbedingungen;
Empfehlung zur frühzeitigen Einführung und Nutzung von A-SMGCS.
Diese Phase ist beendet.
Ziel der Phase EMMA 2
•
•
•
•
•
Konsolidierung höherer A-SMGCS-Funktionen in realen Verkehrsabläufen;
Erarbeitung eines innovativen operationellen Betriebskonzeptes für die Nutzung von ASMGCS Level 3 - 5;
Hochrüstung der mit A-SMGCS Level 1+2 ausgerüsteten Flughäfen Prag, Toulouse und
Mailand auf Level 3 - 5;
Bewertung des erzielten Nutzens von A-SMGCS Level 3 - 5 in realen Verkehrsabläufen auf
ausgewählten Flughäfen;
Empfehlung zur frühzeitigen Einführung und Nutzung von A-SMGCS mit höheren
Funktionen;
6.1.2 Projektverlauf
Beschreibung des EMMA A-SMGCS Konzepts
Innerhalb der Phase 1 wurde auf der Basis des ICAO A-SMGCS Manuals und des EUROCONTROL
A-SMGCS Konzepts ein EMMA A-SMGCS Konzept entwickelt, das die 4 Basisfunktionen
•
•
•
•
Surveillance
Control
Planning
Guidance
und die damit verbundenen Services detailliert beschreibt.
Beschreibung der Testdurchführung / -ergebnisse
An den Flughäfen Prag, Toulouse und Mailand wurden harmonisierte A-SMGCS Prototypen Level
1+2 installiert, verifiziert und validiert, wobei die Tests unter nahezu realen Bedingungen
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durchgeführt wurden. Einschränkungen ergaben sich zum Teil dadurch, dass nicht zugelassene
Ausrüstung nur in Messflugzeugen bzw. spez. Bodenfahrzeugen genutzt werden durfte.
Alle wichtigen technischen und betrieblichen Anforderungen wurden gemäß „Analysis Report“ in
Prag erfüllt. Obwohl die Entdeckungswahrscheinlichkeit mit 99,65 % leicht unter der Forderung von
99,9% lag, wurde sie von den Lotsen akzeptiert.
Die Surveillance-Funktion wurde von den Prager Tower-Lotsen gemäß Test Report Prag mit
Bemerkungen wie
1. die angezeigte Position von Flugzeugen auf den Taxiways ist genau genug, um sicher und
effektiv zu kontrollieren,
2. die dargestellte Verkehrslage ist hilfreich, um Konflikte zu vermeiden
3. A-SMGCS liefert die richtigen Informationen zu richtigen Zeit
gewürdigt.
Insgesamt haben die Verifikation der einzelnen Komponenten sowie die Überprüfung von deren
Schnittstellen nachgewiesen, dass die installierten Systeme die technischen und betrieblichen
Anforderungen erfüllt haben.
Innerhalb der Validierung wurden Aufzeichnungen und Messungen der Kontrolltätigkeiten und des
Verkehrsablaufes zum Zweck der späteren Auswertung und Beurteilung eventueller betrieblicher
Verbesserungen durchgeführt. Aufzeichnungen des Sprechfunkverkehrs fanden nicht statt;
Videoaufzeichnungen waren von der Zustimmung der betroffenen Lotsen abhängig.
Während die Systeme in Toulouse und Mailand lediglich im Schattenbetrieb betrieblich genutzt
werden konnten und so keine ausreichende Validierung stattfinden konnte, konnte das A-SMGCS in
Prag unter allen Wetterbedingungen in realen Verkehrsabläufen als voll betriebsfähiges System
genutzt werden. Damit sind hier die erzielten Ergebnisse für die Validierung besonders aussagekräftig.
Der Vorteil für den Flughafen Prag bestand darin, dass durch das Vorgängerprojekt BETA bereits
Infrastruktur in Form eines prä-operationellen Prototypen bereitstand, welcher mit den in BETA
ermittelten Verbesserungsansätzen „upgegraded“ wurde. Auch die Tower-Losten waren während einer
Trainings- und Prä-Evaluationsphase innerhalb des BETA Projekts mit dem HMI-Design des
A-SMGCS und den modifizierten Arbeitsweisen und Verfahren vertraut gemacht worden und hatten
schon monatelang einschlägige Erfahrung gesammelt.
Die Control-Funktion wurde unter Betriebsbedingungen nur eingeschränkt (für das Kreuzen des
Stoppbars) genutzt.
Insgesamt wurde das EMMA A-SMGCS Level 1+2 in Prag als uneingeschränkt operationell nutzbar
bewertet und als betrieblich nutzbare Verbesserung zur Erhöhung der Sicherheit und Effektivität
anerkannt.
Wichtig für das Zusammenspiel mit den Piloten war, dass diese die Verfahren zum Bedienen der SSRTransponder am Flughafen genau befolgten.
Durch die Extrapolation der Testergebnisse des mittelstark belasteten Flughafens Prag auf stark
belastete Flughäfen kann versucht werden, den dort möglicherweise mittels A-SMGCS zu erzielenden
Nutzen abzuschätzen.
Aufgrund der positiven Resonanz beim Flugverkehrskontrolldienst und Erfolges hat die Europäische
Kommission EMMA 2 als weiterführendes A-SMGCS Projekt aufgelegt.
6.1.3 CARMA-relevante Beschreibungen, Dokumente und Ergebnisse
Die technische Machbarkeit von A-SMGCS Level 1+2, das den Anforderungen der ICAO entspricht,
ist durch die Ergebnisse von EMMA 1 nochmals bestätigt worden.
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Im Sinne einer schnellen und möglichst effizienten Umsetzung sollten die Erkenntnisse des EMMAProjektes Beachtung finden bei der Entwicklung der einzelnen Komponenten, Teilsysteme und
Schnittstellen von CARMA sowie bei deren Integration in ein Gesamtsystem am Flughafen Hamburg.
Gerade die Integration von Standard-A-SMGCS Komponenten bzw. Systemen und Prototypen von
Herstellern, die Konkurrenten auf dem Weltmarkt sind und noch nie zusammengearbeitet haben, hat
sich innerhalb EMMA als äußerst diffizil und komplex erwiesen.
Beschreibung der funktionalen Architektur
Hilfreich für die Entwicklung und Installation von CARMA könnte sich die generische A-SMGCSArchitektur erweisen, die die Haupt- und Hilfsfunktionen des A-SMGCS und seine interne und
externe Kommunikation darstellt.
Für CARMA interessant ist die Möglichkeit der Anbindung seiner Surveillance-Sensoren an die
Sensor-Datenfusion des zukünftig gemeinsam mit der DFS zu nutzenden A-SMGCS.
Die Architektur entspricht der des BETA A-SMGCS, das im Rahmen des 5. EU RTD-Programms am
Flughafen Hamburg installiert und betrieben wurde.
Data
Link
ASR
SMR
Target
Extractor
Guidance
Control
Ground
Based
Guidance
PL
Planning
System
ATCO
HMI
NRN
Sensor 1
NRN
Master
NRN
Sensor n
SDF
Sensor
Data
Fusion
ARMI
Mode S
Sensor 1
Mode S
Sensor n
Mode S
Multilat.
Master
Central
Data Base
D-GPS +
STDMA-DL
External
Interfaces
Abbildung 6-1: A-SMGCS - Funktionale Architektur
Beschreibung der Surveillance Requirements
Auf der Basis des ICAO A-SMGCS Manuals, EUROCAE ED-87A und EUROCONTROL D4
Dokumentes sind Parameter wie Überdeckung, Genauigkeit, Auflösung, Update-Rate und Integrität
festgelegt worden, die im Verlauf des Projektes an allen 3 EMMA A-SMGCS-Aufstellungsorten
getestet und im großen und ganzen verifiziert worden sind. Als große Herausforderung stellte sich die
Forderung nach vollständiger Überdeckung des gesamten Flughafens dar; aber auch das Erreichen der
gestellten Anforderungen bezüglich der Entdeckungs- und der Identifizierungswahrscheinlichkeit bzw.
der Wahrscheinlichkeit der falschen Entdeckung und falschen Identifizierung war kritisch.
Beschreibung der Schnittstellen
Da zurzeit noch kein diesbezüglich gültiger Standard besteht, haben sich die EMMA Partner auf
nachstehende Schnittstellen geeignet. Auf dieser Basis könnten auch die Installationsunterlagen für die
Datenanbindung von CARMA erstellt werden.
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•
LAN Verbindung 10BaseT/100BaseTX
•
OSI Protokolle
•
o
Physical Layer:
Ethernet 10Base/100BaseTX
o
Network Layer:
Internet Protocol
o
Transport Layer:
UDP bzw. TCP
Datenformate z.B.
o
Für Surveillance:
EUROCONTROL ASTERIX
o
Für Flugplandaten:
EUROCONTROL ADEXP
o
Für für Boden/Bord Datenlink:
VDL Mode 2
o
Für ADS-B und TIS-B:
Mode S 1090ES
Bezüglich der Verwendung von ICAO- bzw. IATA Codes für Flugplandaten innerhalb verschiedener
Flughafen-, Flugsicherungs- und Airlinesysteme müssen grundsätzliche Vereinbarungen getroffen
werden.
Beschreibung der Surveillance Strategy
•
Nicht-kooperative Sensoren zur Erfassung aller Ziele
•
Kooperative Sensoren zur eindeutigen Identifizierung von Flugzeugen und kontrollierten
Bodenfahrzeugen
•
Interface zum Anflugradar zur Überdeckung des Flughafennahbereiches
•
Datenfusion um eine vollständige, eindeutige Verkehrslage zu erhalten
Beschreibung des Multilaterationssystems
In Prag kam ein kooperatives Mode S-System der Firma ERA zur Ortung und Identifizierung von
Flugzeugen zum Einsatz. Es funktioniert auf der Basis der Mode S-Multilateration, wobei die vom
Mode S-Transponder im Flugzeug zyklisch ausgesendeten Squitter am Boden in Außenstationen
empfangen und an eine Zentralstation zur Auswertung weitergeleitet werden. In der Zentralstation
wird die Position des Flugzeugs aus den unterschiedlichen Laufzeiten zu den einzelnen
Außenstationen errechnet. Die Identifizierung des Flugzeugs erfolgt über die in den Squittern
enthaltene Mode S-Adresse.
Zum Aussenden von Mode A/C-Abfragen und adressierten Mode S-Abfragen diente ein zusätzlicher
Interrogator mit einer omnidirektionalen, nicht rotierenden Antenne und geringer Sendeleistung.
Das System im Prag bestand aus 15 Außenstationen, der Zentralstation und dem Interrogator. Die
Außenstationen wurden an diversen Positionen um das Flugfeld herum aufgestellt und über GlasfaserLeitungen direkt mit der Zentralstation verbunden.
Beschreibung des EMMA Arbeitsplatzes
Der EMMA Arbeitsplatz bestand neben den üblichen Einrichtungen für die Durchführung der
Rollkontrolle (Module für SVS Funk- und Fernsprech, REM, Gegensprechanlage) aus zwei
Kontrollmonitoren, die ein verbessertes Rollverkehrsmanagement ermöglichen sollten. Für die
Überwachung des Verkehrs bot ein LCD die exakte, farblich abgestufte Darstellung der gesamten
Flughafenoberfläche mit Vorfeldern und Parkpositionen, Rollbahnen und Pisten. Radarbezogene,
etikettierte und digital dargestellte Symbole und Zeichen ergaben die Positionen des zu
überwachenden und zu kontrollierenden Verkehrs und damit eine genaue Verkehrslagedarstellung.
Der zweite Monitor stellte Informationen aus verschiedenen Datenbanken dar, die u.a. die
Überwachung der Verkehrsabläufe mittels elektronischer Flugplandarstellung möglich machte.
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Beschreibung von Empfehlungen an Fahrer von Bodenfahrzeugen
Gemäß ICAO Manual sollen die Fahrer von Bodenfahrzeugen eine formale Ausbildung bezüglich der
Verkehrsregeln, des Funkverkehrs, sowie der Verfahrensweisen zur betrieblichen Nutzung der
Bodenausrüstung auf den Bewegungsflächen des Flughafens erhalten. Diese Ausbildung muss der
Ausbaustufe des A-SMGCS bzw. CARMA Rechnung tragen.
6.2 SAMSON
Surveillance mit ADS-B und Multilateration am Standort Nürnberg
Fördervorhaben des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft
Dauer 01.03.2005 – 30.09.2006
6.2.1 Projektziel
Ziel des Vorhabens SAMSON war eine Machbarkeituntersuchung zur Realisierung
eines
kostengünstigen Systems für die Überwachung von Bewegungen von Fahrzeugen und Flugzeugen auf
den Flughafenbewegungsflächen kleiner oder mittlerer Flughäfen ohne jegliche BodenüberwachungsInfrastruktur, wie z.B. Bodenradar. Unter Nutzung vorhandener Technologien sollte auf einen
repräsentativen Flughafen (Nürnberg) ein Testsystem in Phasen aufgebaut und aus technischer und
betrieblicher Sicht bewertet werden. Für das Gesamtprojekt waren folgende Phasen vorgesehen:
•
•
•
•
Phase 1: Ziel ist es, im Anschluss an eine Infrastrukturanalyse (Site Survey) am Flughafen
Nürnberg ein Single Sensor ADS-B Basissystem zu installieren und zu bewerten. Die Phase
ist abgeschlossen.
Phase 2: Installation und Test eines Multi-Sensor ADS-B-System mit zentraler
Datenverarbeitung Systembewertung. Die Phase ist abgeschlossen.
Phase 3: Installation und Erprobung eines Multilaterations-Systems, das für die Überwachung
nicht ADS-B ausgerüsteter Ziele eingesetzt werden soll, Standortermittlung aller Fahrzeuge
und Flugzeuge im sensitiven Bereich mittels ADS-B und MLAT, Bodenlagedarstellung auf
einem zertifizierten Displaysystem (z. B. PHOENIX); Systembewertung
Phase 4: Erweiterung des Systems über die Flughafengrenzen hinaus, Standortermittlung im
Flughafennahbereich z. B. 10 Miles Out, Optimierung der Multilaterations-Funktionalität,
Bewertung der Möglichkeiten zur Datenübertragung.
Aufgrund des Ausstiegs eines Geräteherstellers aus dem Projekt wurden nur die Phasen 1 und 2
realisiert.
6.2.2 CARMA relevante Dokumente und Ergebnisse
Beschreibung des ADS-B Überwachungskonzepts
Allgemeines ADS-B-Luftraumüberwachungskonzept; 1090 MHZ
(1090ES) Technologie.
Modes S Extended Squitter
Beschreibung des ADS-B Sensor Systems
Bodenstationen, von mehreren Herstellern im Angebot; Ausrüstung für Fahrzeuge (Transmitter) ist
verfügbar,
Beschreibung der ADS-B Multi-Sensor Infrastruktur
ADS-B Sensoren, Netzwerk, Zentrale Datenverarbeitung (ASTERIX System), Referenzsystem,
Fahrzeugausrüstung
Beschreibung der „Airport Surface Situation Awareness“
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Erfassungsbereich:
Der Bereich der Flughafenbewegungsflächen wurde mit dem installierten ADS-B-Single-Sensor
System fast vollständig erfasst. Trotz der relativ einfachen Empfängertechnik und Antenne und der
nicht ganz optimalen Antennenposition gab es keine ausgeprägt große Lücken bei der Erfassung der
Bewegungen von Fahrzeugen und Flugzeugen auf dem Flughafen.
Beim Rollen traten Lücken hervorgerufen durch Abschattungseffekte von Flugzeugen und
Gebäudeteile auf. Eine detaillierte technische Zuordnung von Ursachen für Zielausfälle wurde
innerhalb des Projekts nicht vorgenommen. Als Ergebnis von Phase 1 wurde die grundsätzliche
Machbarkeit mit kostengünstigen Geräten nachgewiesen. In Phase 2 wurde die Leistungsfähigkeit der
heute verfügbaren Sensoren innerhalb eines Multi-Sensor Systems im Zusammenspiel mit
Fahrzeugausrüstung untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass bei einer Erweiterung der
Sensor-Infrastruktur mit weiteren Sensoren eine komplette und lückenlose Erfassung aller ADS-Bfähigen Fahrzeuge und Flugzeuge auf den Flughafenbewegungsflächen mit hoher Verfügbarkeit
möglich ist.
Positionsgenauigkeit:
In der aktuellen Installation und Kombination von ADS-B-Empfängern und Flughafenfahrzeugen
(Surface Position Squittern) wurden fehlerhafte Positionen beobachtet. Diese waren hauptsächlich
gekennzeichnet durch einzelne Sprünge innerhalb einer Zielspur oder Positionsmeldungen mit
konstantem Versatz. Die fehlerhaften Positionsmeldungen wurden entweder durch die Sensoren selbst
hervorgerufen (Fehler in der Signalverarbeitung), von der DV-Software selbst erzeugt (Dekodierung
der Positionsinformation) oder direkt im Sender (Fahrzeug) generiert. Die Fehlerrate betrug für die
Messungen 0,5% und kann durch geeignete Maßnahmen verbessert werden.
Bei den Messfahrten wurde exemplarisch eine Fahrt auf der Runway zur Beurteilung der GPSPositionsgenauigkeit ausgewählt. Die ermittelte maximale Abweichung zur Runway-Mittellinie betrug
hierbei 6,7 m. Dieser Wert entspricht den Erwartungen und wird auch durch Messungen in anderen
Projekten bestätigt.
Angaben zur Positionsgenauigkeit sind vor allem für die betriebliche Nutzung relevant und müssen für
die Leistungsbeurteilung des Gesamtsystems berücksichtigt werden. Einschränkungen bei der
Genauigkeit von Positionen führen zwangsläufig zu Einschränkungen bei der Nutzung des Systems.
Fazit
Kostengünstige ADS-B-Multi-Sensor-Systeme sind technisch realisierbar. Die Kombination von
einfachen 1090ES Empfängern und Fahrzeugen mit ADS-B Sendern mit kleiner Ausgangsleistung
funktioniert.
Die Erfüllung der Anforderungen für Anwendungen für Flughafenbewegungsflächen durch ADS-BMulti-Sensor-Systeme ist grundsätzlich möglich.
6.3 CRISTAL TIS-B
Cooperative Validation of Surveillance Techniques and Applications of Traffic Information
Services Broadcast
Gefördert von EUROCONTROL nach Aufwand im Rahmen von CASCADE
Dauer Phase I 01.08.2005 – 15.12.2006
Dauer Phase II 16.12.2006 – 30.04.2008
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6.3.1 Projektziel
Gesamtziel des Vorhabens ist die Unterstützung einer frühzeitigen Nutzung von ADS-B durch die
Untersuchung und Validierung entsprechender Anwendungen, hier „Surveillance Techniques and
Applications of TIS-B“. Teilziele sind dabei:
1. die Entwicklung eines ADS-B/TIS-B Bodensystems als Validierungsplattform für Luftraumund Bodensurveillance Anwendungen
2. Aufbau eines TIS-B Experimentalsystems basierend auf der Datenlink-Technologie 1090
MHz Extended Squitter
3. Messung und Bewertung von Performancewerten aus technischer und betrieblicher Sicht bei
TIS-B-Betrieb
4. Bewertung von Nutzungsmöglichkeiten eines TIS-B Services zur Realisierung von
betrieblichen Anwendungen für die allgemeine und kommerzielle Luftfahrt
5. Ableiten von Empfehlungen zum weiteren Vorgehen bezüglich TIS-B.
Für das Gesamtprojekt sind 2 Phasen vorgesehen. Innerhalb der Phase I sollen insbesondere die
Spezifikationen zum System Design und zu den Anforderungen an Ground- und Airborne-Systems
erstellt, die Installationen der Bodenstation und der mobilen Laborstation abgeschlossen sowie deren
prinzipielle Funktionalität nachgewiesen sein. Diese Phase ist abgeschlossen.
In der Phase II sollen dann die Tests zur Ermittlung der Performancewerte und die Bewertung der
Nutzungsmöglichkeiten von TIS-B durchgeführt werden.
6.3.2 CARMA relevante Dokumente, Beschreibungen und Ergebnisse
Die Ergebnisse der Phase I zum System Design, zu den Anforderungen an Ground System und
Airborne System sind für CARMA besonders interessant.
Beschreibung des ADS-B/TIS-B-Basiskonzepts
Abbildung 6-2: ADS-B/TIS-B Infrastruktur
Innerhalb dieses Projektes sollen Airborne Traffic Situational Awareness (ASTA)-Anwendungen
mittels ADS-B/TIS-B realisiert werden. Abb. 6.2 zeigt den Betrieb von TIS-B in einer gemischten
Radar- / ADS-B-Umgebung. Hierbei erfüllt TIS-B die Funktion eines „Gap fillers“ für Flugzeuge, die
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nicht ADS-B ausgerüstet sind bzw. in Bereichen in denen keine ADS-B Überdeckung erreicht werden
kann.
Ein Surveillance Processing System am Boden empfängt Zielmeldungen einer oder mehrerer Radarund ADS-B-Bodenstationen, verarbeitet diese zu identifizierten, eindeutigen Flugspuren und leitet
diese dann als Verkehrsinformationen an die TIS-B-Bodenstation zur Abstrahlung in Form von
Datalink-Meldungen weiter. Das heißt, innerhalb dieses Projektes werden TIS-B
Verkehrsinformationen ergänzend zu ADS-B genutzt.
Für die Abstrahlung dieser Datalink-Meldungen kommen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten
wie VDL Mode 2, VDL Mode 4, ACARS, 1090 MHz ES, etc. infrage; innerhalb dieses Projektes
wurde 1090 MHz ES ausgewählt.
Die Beschreibung des „Technical System Design“ gibt einen Überblick über das ADS-B/TIS-BTestsystem, das innerhalb des Projektes zum Einsatz kommt.
Abbildung 6-3: CRISTAL TIS-B Gesamttestsystem
Das Gesamttestsystem besteht aus einem Bodensystem und einem mobilen Laborsystem, das in einem
Flugzeug bzw. Bodenfahrzeug zum Einsatz kommt.
Das Bodensystem, die Bodenstation, besteht aus einem Surveillance Data Processing Sytem (SDPS),
einer ADS-B-Bodenstation nebst ADS-B-Server, einer TIS-B-Bodenstation nebst TIS-B-Server und
einen Lotsendisplay (CWP). Eingangsdaten des SDPS sind
•
•
•
Radardaten vom RMCDE im Eurocontrol ASTERIX Format (Cat 001, 002, 034, 048)
ADS-B Daten des ADS-B Servers im Eurocontrol ASTERIX Format (Cat 021)
Flugplandaten des Flugplandatenverarbeitungssystems (FDPS) via ADEX-P
Ausgangsdaten des SDPS sind korrelierte Flugspuren mit Rufzeichen im Eurocontrol ASTERIX
Format (Cat 062), die
•
•
via TIS-B Server von der TIS-B-Bodenstation in TIS-B-Meldungen im Squitterformat
umcodiert werden und auf 1090 MHz ES abgestrahlt werden
auf dem CWP als Verkehrslage angezeigt werden.
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Die abgestrahlten TIS-B Meldungen enthalten u.a. folgende Verkehrsinformationen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Time Stamp
Track Identification
SSR Code
Latitude (N/S) DDMMSS,ss
Longitude (W/O) DDMMSS,ss
Altitude (feet), falls vorhanden
Heading (Grad)
Ground Speed (Knoten)
Call Sign Mode S/ADS-B
Aircraft Adress
Die mobile Station besteht aus einem TIS-B-Empfänger, ADS-B-Empfänger, einem „Mobile
Surveillance Processing Subsystem“ (MSSAP), einem „Cockpit Display of Traffic Information“
(CDTI) und einem ADS-B-Sender.
Der TIS-B-Empfänger empfängt 1090 MHz ES TIS-B-Meldungen innerhalb des Überdeckungsbereiches der TIS-B-Bodenstation und leitet diese nach interner Verarbeitung im UDP/IP broadcast
Protokoll ans CDTI weiter.
Der ADS-B-Empfänger empfängt 1090 MHz ES ADS-B-Meldungen, die von den benachbarten Zielen
direkt ausgestrahlt werden. Nach interner Verarbeitung werden die Meldungen via UDP/IP broadcast
ans CDTI weitergeleitet.
Das CDTI, das bei beweglichen Objekten in der Regel das Navigationsdisplay ist, empfängt die
ADS-B- und TIS-B-Rohdaten und stellt die Verkehrslage über einer unterlegten Flughafenkarte dar. In
diesem Projekt kam das CDTI 2000 der Firma Euro Telematik AG zum Einsatz. Zusätzliche
Informationen zur Verkehrslagedarstellung wie Hindernisse etc. können aus einer Datenbank
dazugemischt werden, außerdem kann das System ausgebaut werden, um Alarme optisch/akustisch
auszugeben.
Der ADS-B-Transmitter strahlt die eigene Position (geografische Länge und Breite, Höhe über NN),
die durch das eigene Navigationssystem ermittelt worden ist, zusätzlich versehen mit Time Stamp, als
1090 MHz ES ADS-B Meldung ab.
Requirements Specification TIS-B Ground System
Gegen diese Anforderungen werden in der Projektphase II die Performancewerte verifiziert; sollte
innerhalb CARMA TIS-B zur Anwendung kommen, sollte dieses Dokument bei der Erstellung der
CARMA Requirements berücksichtigt werden.
Requirements Specification TIS-B Airborne System
Dieses Dokument sollte bei der eventuellen Erarbeitung von Anforderungen an CARMA
Bodenfahrzeugausrüstungen, die TIS-B-Meldungen verarbeiten können, berücksichtigt werden.
Analysis of Flight Trials
Performancewerte aus dem Testbetrieb können noch nicht berücksichtigt werden, sie liegen erst nach
Abschluss der Phase II vor.
Fazit
Das „Mobile System“ könnte als Laborausrüstung zur Bereitstellung einer Verkehrslagedarstellung in
CARMA Bodenfahrzeugen genutzt werden; wobei man bei der Auswahl eines geeigneten Data Links
an keine Technologie gebunden ist.
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6.4 AIRNET
Airport Network for Mobiles Surveillance and Alerting
AIRNET ist ein Forschungsprogramm mit dem Ursprung im 6. Rahmenprogramm der Europäischen
Kommission. Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung und die Erprobung einer innovativen,
kostengünstigen und unabhängigen EGNOS-Box (später auch Galileo), die modular in alle Fahrzeuge
zur Positionsbestimmung eingebaut werden kann (Catering, Feuerwehr, Tankfahrzeuge, etc.).
Dadurch soll die Effektivität und Sicherheit der Bodenoperationen am Vorfeld erhöht werden.
Die Airnet-Plattform wurde nach den Eurocontrol–Richtlinien für A-SMGCS entwickelt. Dabei wurde
auf innovative, schnurlose Kommunikationsnetzwerke gesetzt.
Das Airnet-Netzwerk schließt die Maneuvering und Apron Areas (bilden zusammen das MovementArea) des Flughafens ein:
1. Wi-Fi (802.11a): Privates Netzwerk mit sehr hoher Übertragungsrate (neuartiger Ansatz,
eingesetzt bei öffentlicher Demonstration)
2. CDMA: Öffentliches Netzwerk mit hoher Übertragungsrate
3. TETRA: Öffentliches Netzwerk mit geringer Übertragungsrate
4. VDL-4 wird hauptsächlich für die Demonstration der Kapazität von Airnet eingesetzt, zur
Kommunikation mit dem Aeronautical Telecommunication Network (ATN). Es kann Air
Traffic Informationen beinhalten (in Planung, noch nicht eingesetzt oder vorgeführt)
Communication Server (CS), auf Linuxbasis, ist die Einheit, welche die Netzwerk-Heterogenität leitet
und eine einfache Schnittstelle zu den Bodensystemen bietet
6.4.1 Projektstatus
Das Projekt begann am 1. Januar 2004 und hat im Dezember 2006 das Ende der dritten Phase erreicht.
In dieser dritten Phase wurde ein Prototyp des Airnet-Systems am Flughafen von Porto (Portugal) für
eine ausführliche Prüfung und Bewertung durch die Endnutzer aufgebaut. Dabei wird das System nur
sehr stark eingeschränkt und in sicherheitsunkritischen Bereichen eingesetzt.
Ein späterer Einsatz ist für den Neubau des Flughafens Lissabon (Portugal) sowie für den Flughafen
von Faro (Portugal) geplant. Auch der kommerzielle Vertrieb des Systems beziehungsweise von
Teilkomponenten ist angedacht.
6.4.2 Beschreibung des Projekts
Den Fahrzeugführern und Bodenpersonal wird ein komplettes Bild der Verkehrssituation am Boden
visuell dargestellt und mit zusätzlichen Informationen aufbereitet (runway incursion, restricted or
dangerous
areas).
Hierbei
kommen
neu
erstellte
Interfaces
mit
zusätzlichen
Kommunikationsmöglichkeiten über Kurznachrichten zum Einsatz. Des Weiteren wurde ein
Alarmknopf integriert, der bei Auslösung des Alarms neben der Alarmmeldung die Position des
Fahrzeuges mitteilt.
Zur Steigerung der Effektivität und Kapazität trägt AIRNET durch die Überwachung der Auslastung
der Bodenfahrzeuge und optimierte Steuerung durch Einbindung des Flugplans bei. In das AIRNETBodensystem ist das Airport Operational Management System (AOMS) integriert, welches die
Flugplandaten bereitstellt und aktualisiert. So können Bodenfahrzeuge abfragen, ob Flugzeuge
pünktlich ankommen und an welchem Gate die Abfertigung stattfindet.
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Abbildung 6-4: HMI des Bodenbenutzersegmets
Durch die Bestätigung der Aufträge im Bodenfahrzeug ist es der Leitstelle möglich, die momentane
Auslastung der Fahrzeuge abzufragen und gegebenenfalls zu ändern.
Die kompletten Daten des Flugplans, der Bodenfahrzeuge und deren Aufgaben kann die
Überwachungseinheit ebenfalls abrufen und sich graphisch ausgeben lassen. Durch die Darstellung
mit Ebenenfunktionen können gezielt Informationen visuell aufbereitet werden. Ebenso können durch
Klicke auf die einzelnen Bodenfahrzeuge direkt Mitteilungen geschickt oder abgefragt werden.
Abbildung 6-5: HMI der Überwachung
6.4.3 Projektteilnehmer
•
•
•
•
•
•
ANA Aeroportos de Portugal (Endnutzer Porto Flughafen): Operationelle Anforderungen,
Bewertung des Testlaufes
INESC-INOV (Forschungseinrichtung, Portugal): Netzwerke, Entscheidungssystem, Boden
HMI
INTUILAB (SME, Frankreich): Fahrer HMI
ALITEC (SME, France): Integrität Algorithmus
CNS SYSTEMS AB (SME, Sweden): VDL4 Transponder
M3 SYSTEMS (SME, France): Koordinator, Fahrzeugausrüstung
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7 Anhang I
7.1 Abkürzungsverzeichnis / Glossar
A/C
Aircraft - Flugzeug
ADS-B
Automatic Dependent Surveillance - Broadcast
ADS-C
Automatic Dependent Surveillance - Contract
AIP
Aeronautical Information Publication - Luftfahrthandbuch
AIRNET
Airport Network for Mobiles Surveillance and Alerting
AOMS
Airport Operational Management System
ANSI
American National Standard Institute
A-SMGCS
Advanced Surface Movement Guidance and Control System
ASR
Airport Surveillance Radar
ATC
Air Traffic Control (Flugverkehrskontrolldienst)
ATM
Air Traffic Management (Flugverkehrsmanagement)
ATN
Aeronautical Telecommunication Network
BETA
operational Benefit Evaluation by Testing an A-SMGCS
BVD
Boden-Verkehrs-Dienste
CAD
Computer Aided Design
CARMA
Car Management on Aprons
CDMA
Code Division Multiple Access
CDTI
Cockpit Display of Traffic Information
CONVEYOR
Conveyor Belt (Förderband)
COTS
Commercial Of The Shelf
CRISTAL
Cooperative Validation of Surveillance Techniques and Applications
CS
Commercial Service
CS
Communication Server
CV
Catering Vessel (Belieferung der Bordküchen)
CWP
Controler Working Position
DFG
Deutsche Forschungsgemeinschaft
D-GPS
Differential GPS
DSP
Digital Signal Processing
DV
Datenverarbeitung
EGNOS
European Geostationary Navigation Overlay Service
EMMA
European Airport Movement Management by A-SMGCS
E-OTD
Enhanced-Observed Time Difference
ESA
European Space Agency
ETNA
Electronic Taxiway Navigation Array
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EU
Europäische Union
EU RTD
European Research and Technological Development
F&E
Forschung und Entwicklung
FDPS
Flugplandatenverarbeitungssystem
FHG
Flughafen Hamburg GmbH
FUEL
Fuel Truck (Tankfahrzeug)
GNSS
Global Navigation Satellite System
GPRS
General Packet Radio Service
GPS
Global Positioning System
GPU
Ground Power Unit (Bodenstromversorgung)
GSM
Global System for Mobile Communications
GVS
Geräteverfügbarkeitssystem
HMI
Human-Machin-Interfache
HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
HTTPS
Hypertext Transfer Protocol Secure
IATA
International Air Transport Association
ICAO
International Civil Aviation Organization
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IIS
Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen
IP
Internet Protocol
ISM
Industrial, Scientific Medical (Frequenzbereiche)
Ismael
Intelligent Surveillance and Management Functions for Airfield Applications Based on
Low Cost Magnetic Field Detectors
IT
Informationstechnik
LAN
Local Area Network
LBA
Location Based Services
LCD
Liquid Crystal Display (Flüssigkristallbildschirm)
LFZ
Luftfahrzeug
LKW
Lastkraftwagen
LV
Liquid Waste Vessel (Abwasserfahrzeug)
Mbit
Megabit
MHz
Megahertz
MSAS
MTSAT Satellite Augmentation System
MSSAP
Mobile Surveillance Processing Subsystem
MTSAT
Multifunctional Transport Satellite System
SQL
Structured Query Language
OS
Open Service
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OSI
Open Systems Interconnection
OTDOA
Observed Time Difference of Arrival
PC
Personal Computer
PDA
Personal Digital Assistant
PL
Pallet Loader (Ladegerät für Paletten und Container)
PLANDIS
PLAning and DISposition System
PRS
Public Regulated Service
PS
Passenger Stairs (Fluggasttreppe)
PSR
Primary Surveillance Radar
QDisp
System zur Disposition von Abfertigungsprozessen (entwickelt von Airsys)
REM
Radio Emergency Modul
RFID
Radio Frequency Identification
RMCDE
Radar Message Conversion & Distribution Equipment
RS-232
Recommended Standard-232 (Standard für serielle Schnittstelle)
SAMSON
Surveillance mit ADS-B und Multilateration am Standort Nürnberg
SAR
Search and Rescue Service
S-CLNS
Specific Connectionless Network Service
SDPS
Surveillance Data Processing Sytem
SDS
Short Data Service
SIM
Subscriber Identity Module
SoL
Safety-of-Life Service
SSR
Secondary Surveillance Radar
STDMA
Self-organizing Time Division Multiple Access
SVS
Sprach Vermittlungs System
TAT
Turnaround Time
TCAS
Traffic Collision Avoidance System
TCP
Transmission Control protocol
TDMA
Time Division Multiple Access
TDOA
Time Difference Of Arrival
TESS
Transport-Einsatz-Steuerungssystem
TETRA
Terrestrial-Trunked-Radio
TIS-B
Traffic Information Service Broadcast
TOA
Time of Arrival
TOW
Towing Truck (Flugzeugschlepper)
TU
Technische Universität
UDP
User Datagram Protocol
UKW
Ultrakurzwelle
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UMTS
Universal Mobile Telecommunications System
US
United States (of America)
USB
Universal Serial Bus
VDL
VHF Digital Link
VHF
Very High Frequency
VIP
VDL Mode-4 Interface Protokoll
VPN
Virtual Private Network
WAAS
Wide Area Augmentation System
WiMAX
Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN
Wireless Local Area Network
WV
Water Vessel (Frischwasserfahrzeug)
7.2 Literaturverzeichnis
[1]
Bernd-Burkhard Borys, Thomas C. Gudehus, Oliver Hengstenberg
Kooperativer Flughafenbetrieb;
Abschlussbericht zum DFG-Forschungsvorhaben "Kooperative Planung und Disposition mit
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kassel university press; 2003. ISBN: 978-3-89958-026-6;
Projekt Homepage: http://www.imat.maschinenbau.uni-kassel.de/forschu/deutsche.html#koop
[2]
SSP - European Satellite Services Provider
Website des Betreibers von Egnos. The European Satellite Services Provider;
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[3]
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[4]
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http://ec.europa.eu/dgs/energy_transport/galileo/doc/galilei_brochure.pdf
[5]
Heise News: Tiefensee sieht Galileo in Gefahr
Heise Zeitschriften Verlag, Hannover, 24.02.2007;
http://www.heise.de/newsticker/meldung/85819
[6]
Heise News: Deutsche Industrie warnt vor weiteren Verzögerungen bei Galileo
Heise Zeitschriften Verlag, Hannover, 28.02.2007;
http://www.heise.de/newsticker/meldung/85994
[7]
Michael Wallbaum
Indoor Geolocation using Wireless Local Area Networks;
Dissertation; Shaker Verlag; Aachen 2006.
[8]
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Website. Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS;
Erlangen; 2006; http://vz-193.bi.fraunhofer.de/fhg/iis/bf/ec/nl/lik/index.jsp
[9]
Trapeze Networks - Location Based Services
Website; Trapeze Networks; Pleasanton, USA, 2006;
http://www.trapezenetworks.com/solutions/locationbased/
Speicherdatum:
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[11] Christoph Lixenfeld
Mobile Daten im Ground Handling am Flughafen Hamburg;
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http://www.cio.de/technik/804057/
(BeitragBeiCIO.pdf)
[12] Projekt Homepage: http://www.ismael-project.net/
[13] Uwe Hartmann
Ismael - Intelligent Surveillance and Management Functions for Airfield Applications Based on
Low Cost Magnetic Field Detectors – Publishable Executive Summary;
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http://www.ismael-project.net/fileadmin/ismael/public_news_teaser/2006Publishable_Summary.pdf
[14] Honeywell
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[15] http://www.fraport.de/cms/innovationsprojekte/dok/211/211639.rfid.htm
[16] Aviation World 1/07
[17] Jochen Schiller
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[19] Motorola
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[23] CES 2007 - Samsung zeigt WiMAX-Lösungen;
Messe-fakten.de;
http://www.messe-fakten.de/samsung-zeigt-wimax-loesungen/01/2007/
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[28] ICAO
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[29] http://www.eurocontrol.int/vdl4/gallery/content/public/Standards/VDL4_Manual_Implementati
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_November_20031.doc
[31] António M. Grilo, Romain Mathieu, Christian Axelsson, Mário M. Nunes
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CIO IT-Strategie für Manager; Dezember 2003;
http://www.cio.de/technik/804057/
(BeitragBeiCIO.pdf)
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[35] Honeywell
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Marketingbroschüre; Honeywell Airport Systems GmbH; Wedel 2004
[36] http://www.fsr.tu-darmstadt.de/research/projects/de_etna.html
[37] http://www.fraport.de/cms/innovationsprojekte/dok/215/215067.tacsysetna.htm
[38] http://www.kratzer-automation.de
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Seite 61
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[39] EUROCONTROL
EUROPEAN AIR TRAFFIC MANAGEMENT PROGRAMME; “Draft A-SMGCS Operating
Procedures”; Kapitel 5 “Transponder Operating Procedures”; Edition 1.5; 1. Dezember 2004
7.3 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 4-1: Beispielhafter Abfertigungsablauf für ein Kurz-/Mittelstreckenflugzeug (A320)....... 14
Abbildung 4-2: Fahrzeuge und Geräte bei der Bodenabfertigung in der Draufsicht (A320)................ 15
Abbildung 4-3: Beispielhafter Abfertigungsablauf für ein Langstreckenflugzeug (A340) .................. 15
Abbildung 4-4: Fahrzeuge und Geräte bei der Bodenabfertigung in der Draufsicht (A340)................ 16
Abbildung 4-5: Architekturmodell eines Prozessleitstands für das Flottenmanagement...................... 20
Abbildung 5-1: Mode-S Multilateration ............................................................................................... 26
Abbildung 5-2: Software KW-Online ................................................................................................... 38
Abbildung 5-3: Industrie-Notebook der Fa. Dolch ............................................................................... 38
Abbildung 5-4: Komponenten des KW-Online-Systems ...................................................................... 39
Abbildung 5-5: QDisp / QDispmobil ....................................................................................................... 40
Abbildung 5-6: ETNA – Systemübersicht ............................................................................................ 42
Abbildung 5-7: ETNA-Fahrzeugdisplay ............................................................................................... 43
Abbildung 5-8: ETNA - Annäherungswarnung .................................................................................... 43
Abbildung 6-1: A-SMGCS - Funktionale Architektur.......................................................................... 47
Abbildung 6-2: ADS-B/TIS-B Infrastruktur ......................................................................................... 51
Abbildung 6-3: CRISTAL TIS-B Gesamttestsystem............................................................................ 52
Abbildung 6-4: HMI des Bodenbenutzersegmets ................................................................................. 55
Abbildung 6-5: HMI der Überwachung ................................................................................................ 55
7.4 Tabellenverzeichnis
Tabelle 4-1: Gerätebezeichnungen für Abbildung 4-2 und Abbildung 4-4 .......................................... 13
Tabelle 5-1: Spezifikationen Kommunikation GSM/GPRS ................................................................. 32
Tabelle 5-2: Spezifikationen Kommunikation UMTS .......................................................................... 33
Tabelle 5-3: Spezifikationen Kommunikation TETRA ........................................................................ 34
Tabelle 5-4: Spezifikationen Kommunikation WLAN ......................................................................... 34
Tabelle 5-5: Spezifikationen Kommunikation WiMAX ....................................................................... 35
Tabelle 5-6: Spezifikationen Kommunikation Mode-S Extended Squitter........................................... 35
Tabelle 5-7: Spezifikationen Kommunikation VDL4 ........................................................................... 36
Speicherdatum:
Dokumentname:
31.07.2008
D241_SOA_V100.doc
öffentlich
Seite 62
Version: 1.00

State of the Art - CARMA - Car Management on Aprons

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