Aufgabenteilung für maximale Effizienz
Die Einhaltung eines Sicherheitsabstands zwischen Luftfahrzeugen ist der Schlüssel für die Sicherheit in der Luft. Mit dem zunehmenden Anstieg des Luftverkehrs in Europa steigt jedoch auch die Verkehrsdichte und setzt die Fluglotsen verstärkt unter Druck. Wissenschaftler entwickelten nun im Rahmen des EU-finanzierten AGENT-Projekts ein hochgradig automatisiertes kollaboratives, Flugsicherungssystem zur Abstandskontrolle, um Kollisionen in der Luft zu vermeiden. Das AGENT-System soll Piloten und Fluglotsen ununterbrochen Analysen von Fluglinien, Flugbahnen und Kollisionsrisiken liefern, um die Beschlussfassung in sicherheitskritischen Situationen zu unterstützen. „Die zentralisierte Luftverkehrskontrolle übt Druck auf die Fluglotsen aus, weshalb sich das AGENT-Projekt zum Ziel gesetzt hat, die Abstandskontrolle gewissermaßen aufzuteilen, wobei auch Piloten einige der Aufgaben übernehmen, um einen sicheren Abstand zu anderen Luftfahrzeugen um sie herum zu wahren“, erklärt Projektkoordinator Miquel Àngel Piera von der Research Group on Logistics and Aeronautics der Autonomen Universität Barcelona (UAB), Spanien. Während große Passagierflugzeuge normalerweise mit Kollisionswarnsystemen ausgestattet sind, die den umgebenden Verkehr überwachen, beschäftigen sich die gegenwärtigen Systeme oft nur mit zu erwartenden Annäherungen zweier Luftfahrzeuge. „AGENT ist ein stärker integriertes System, das darauf ausgelegt ist, das gesamte Ökosystem rund um das Luftfahrzeug zu überwachen“, so Professor Piera. Dies ist wichtig, weil die Lösung paarweiser Konflikte manchmal weitere erzeugen kann, „die es dann ebenfalls zu bewältigen gilt“, fügt er hinzu. Außerdem berücksichtigt es auch Flugkraftstoff- und Zeiteffizienzen. Daten und Lösungsmöglichkeiten Das AGENT-System verwendet eine große Menge von Daten, die von der Europäischen Organisation für Flugsicherheit gesammelt wurden, www.eurocontrol.int (EUROCONTROL), und andere Daten zur Flugsicherheit und Vorhersagemodelle von Flugmanövern und -bahnen, um alle Möglichkeiten, ein Problem innerhalb eines bestimmten Zeitraums zu lösen, zu analysieren. „Zunächst berechnet das AGENT-System diesen Zeitraum. Anschließend beginnen die Verhandlungen Minuten vor dem Ort der dichtesten Annäherung, an dem eine Kollision auftreten könnte“, erklärt Professor Piera. „Der Rechenaufwand ist relativ effizient – AGENT ist dazu in der Lage, in weniger als einer Sekunde zahlreiche umsetzbare Lösungen zu liefern.“ Danach identifiziert der AGENT-Algorithmus die konfliktfreien Lufträume, und Maschine-zu-Maschine-Kommunikationsprotokolle kommen zum Einsatz, um die Verhandlungen zu erleichtern. In den von AGENT entwickelten Simulationen „tauschen die (Bord-) Computer Informationen über eine Schnittstelle aus, um ihre Präferenzen sowie die Lösungen aufzuzeigen, die für sie nicht in Frage kommen“, erklärt Professor Piera weiter. Der Fluglotse erhält die Lösungsmöglichkeiten, gibt den Piloten ein Zeitfenster für die Konfliktlösung und kann auch intervenieren, um eine verbindliche Lösung herbeizuführen. „Unter Zeitdruck muss schnell eine Übereinstimmung erzielt werden können, auch wenn es nicht die beste Lösung ist“, so Professor Piera. Mögliche Lösungen ändern sich ständig. „Fünf Minuten vor dem Ort der dichtesten Annäherung kann man zwischen tausend möglichen Lösungen wählen – wie beispielsweise einem Steigflug oder einer Links- oder Rechtskurve. Nur eine Minute später kann diese Zahl auf nur noch hundert Lösungen sinken, weshalb man so schnell wie möglich einen ausgehandelten Konsens erreichen sollte“, erläutert Professor Piera. Offener Simulator Diese Instrumente wurden in einen offenen, für Wissenschaftler frei zugänglichen, Demonstrator integriert, der die Ergebnisse anhand von simulierten Szenarien validierte. „Wir konnten alle Konflikte lösen, die in einer verkehrsarmen Situation festgestellt wurden. Dann haben wir den synthetischen Verkehr ein wenig erhöht, um 20 %, um genau zu sein, und waren immer noch in der Lage, alle Probleme zu lösen“, betont Professor Piera. Die Forschung wird in „realistischen Schritten“ mit immer höheren Verkehrsdichten fortgesetzt, fügt er hinzu. In den ersten Versuchen waren alle automatisierten Verhandlungen kooperativ. Derzeit laufen Forschungsexperimente, um zu analysieren, was in feindlichen Umgebungen mit „nicht kooperativen“ Agenten geschieht. Der nächste Schritt wird darin bestehen, Fluglotsen und Piloten miteinzubeziehen, um das Instrument für den Einsatz in Luftfahrzeugen zu qualifizieren, sagt er. Die Nutzung in Echtzeit liegt jedoch noch in weiter Ferne, da Tests erforderlich sind, bevor es von Piloten genutzt werden kann. Wofür es allerdings bereits geeignet ist, ist der Echtzeit-Einsatz in ferngelenkten Flugsystemen oder Drohnen, die miteinander kommunizieren, schließt er.
Schlüsselbegriffe
AGENT, Luftverkehrskontrolle, Luftfahrt, Verkehr, ARPAS, Drohnen, selbstfahrende Fahrzeuge, Piloten, Sicherheit
