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Entwicklung und Evaluierung eines Algorithmus zur kosteneffizienten Durchführung von Flügen mit Zeitbeschränkungen

Sprengart, Sebastian M. (2017):
Entwicklung und Evaluierung eines Algorithmus zur kosteneffizienten Durchführung von Flügen mit Zeitbeschränkungen.
In: Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017, München, 5.-7.9.2017, [Online-Edition: http://www.dglr.de/publikationen/2017/450335.pdf],
[Conference or Workshop Item]

Abstract

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

Item Type: Conference or Workshop Item
Erschienen: 2017
Creators: Sprengart, Sebastian M.
Title: Entwicklung und Evaluierung eines Algorithmus zur kosteneffizienten Durchführung von Flügen mit Zeitbeschränkungen
Language: German
Abstract:

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

Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Flight Systems and Automatic Control (FSR)
Event Title: Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2017
Event Location: München
Event Dates: 5.-7.9.2017
Date Deposited: 06 Oct 2017 07:27
Official URL: http://www.dglr.de/publikationen/2017/450335.pdf
Identification Number: urn:nbn:de:101:1-201710056723
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