Entwicklung eines Systems zur dynamischen Routenoptimierung basierend auf meteorologischen Daten über konvektive Gebiete

Da der Luftverkehr trotz der Konjunkturkrisen immer mehr wächst, ist es notwendig, die heutigen Luftverkehrsprozeduren anzupassen und neuartige innovative Technologien im Bereich des Luftverkehrsmanagements zu integrieren, um den zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. An oberster Stelle soll die Sicherheit im Luftverkehr gewährleistet und sogar noch gesteigert werden. Ökologische und ökonomische Faktoren werden allerdings neben der Gewährleistung der Sicherheit immer mehr berücksichtigt.
Aktuelle Projekte visieren eine Einführung vierdimensionaler Trajektorien an. Diese beschreiben den Ort des Luftfahrzeuges zu jedem Zeitpunkt der Flugstrecke vom Start bis zur Landung (eine zeitliche und drei räumliche Dimensionen). Um diese optimierten Trajektorien zu planen, sind verschiedene Informationen, wie z. B. meteorologische Größen, Hinweise über gesperrte oder beschränkte Lufträume und Informationen über ande-
ren Luftverkehr, etc. nötig.
In dieser Arbeit wird der Fokus auf meteorologische Rahmenbedingungen gelegt, die sich durch konvektive – potentiell sicherheitskritische – Gebiete auf der geplanten Flugroute ergeben. Unter Einhaltung dieser Bedingungen wird eine dreidimensionale Flugroute geplant. Die drei Dimensionen umfassen dabei die zeitliche sowie die zwei räumlichen Dimensionen in horizontaler Ebene für dementsprechend laterale Ausweichmanöver. Für die Flugroutenplanung wird ein Nowcastalgorithmus basierend auf einer linearen Extrapolation entwickelt. Dieser prognostiziert mit Hilfe von Radarkompositdaten die Bewegung von konvektiven Zellen. Dadurch ergeben sich zeitlich veränderliche Rahmenbedingungen, die beim Finden des kürzesten Weges mit Hilfe kombinierter, konventioneller Pfadsuchalgorithmen berücksichtigt werden.
Zur Validierung des Nowcastalgorithmus und des Routenoptimierungsalgorithmus werden Referenzszenarien entwickelt. Das erste bildet die heutige konventionelle Methode der Routenplanung während des Fluges mittels des bordeigenen Wetterradars ab. Das zweite verwendet aktuelle Radardaten für die Routenberechnung, die Deutschland und Teile der Nachbarländer abdecken. Zusätzlich dazu wird eine Flugsimulatorstudie auf einem Airbus A320-Simulator mit verschiedenen Versuchspiloten durchgeführt.
Die Auswertung der Studien zeigt, dass mittels des Routenoptimierungsalgorithmus im Durchschnitt deutlich an Flugstrecke bei Ausweichmanövern um konvektive Zellen herum eingespart werden kann. Allerdings ist bei dem Routenoptimierungsalgorithmus im Vergleich zu dem Pfadsuchalgorithmus, der sich der aktuellen großflächigen Radarkompositdaten bedient, kein zusätzlicher Nutzen zu erkennen. Die Probleme hierbei liegen vor allem an der Annahme von linearen Bewegungen der konvektiven Zellen ohne die Berücksichtigung einer Änderung der Form, die in der Realität durch Zerfallsund Vereinigungsprozesse oft nicht gegeben sind. Somit kann die Flugstrecke durch einfache Maßnahmen, d. h. der Verwendung von großflächigen und regelmäßig aktualisierten Wetterradardaten zur Routenberechnung, deutlich verringert werden.