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Optimization without Limits - The World Wide Air Traffic Management Project

Kuenz, Alexander und Forster, Caroline und Gerz, Thomas und Gräupl, Thomas und Grewe, Volker und Linke, Florian und Matthes, Sigrun und Radde, Marius und Rippl, Markus und Schwoch, Gunnar und Korn, Bernd (2017) Optimization without Limits - The World Wide Air Traffic Management Project. In: 36th IEEE/AIAA Digital Avionics Systems Conference, DASC 2017. AIAA/IEEE. 36th DASC 2017, 2017-09-17 - 2017-09-21, St. Petersburg, Florida, USA. doi: 10.1109/DASC.2017.8102019. ISBN 978-153860365-9. ISSN 2155-7195.

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Kurzfassung

In air traffic management, optimization is often restricted to local areas, e.g., to the vicinity of airports. Procedures around these areas stay unchanged, and effects from optimizations concerning ecological efficiency are not considered adequately. Investigating new concept elements, this typically results in local gain of efficiency without proving the global benefit. The project World Wide Air Traffic Management (WW-ATM) creates a platform for optimization and validation of world-wide concepts considering feasibility, throughput, costs- and ecological efficiency, and robustness respectively fault liability. Based on different evaluation and optimization tools, complete traffic scenarios can be analyzed and improved both strategically and tactically. This paper explains the WW-ATM concept and describes first steps in scenario generation. The project foresees three phases for the validation of future ATM concepts. First, a strategic planning is performed, based on flight demand data, weather forecast, and flight performance and emission models. The tactical phase simulates the execution of flights, including uncertainties and the simulation of failure events. Finally, the executed trajectories are evaluated in a third phase. All three phases are supported by a set of evaluation tools, including 4D conflict detection, measurement of sector load, climate change function, online extraction of weather obstacles, compliance with airline preferences, and performance analysis for communication and navigation. Furthermore, the strategic planning and execution phase both are supported by several optimization tools reacting on the analyzed data. Thus, a network manager handles the flow of air traffic. The conflict resolution module solves identified conflicts, avoiding both surrounding traffic and severe weather areas. In addition, an airline decision tool realizes company specific preferences, a navigation module adapts required separation minima, and a communication module simulates the data exchange. Flights are also optimized individually for reduced emissions, flight time and climate change. Besides defining the concept, one of the early tasks within the project is the generation of a world-wide air traffic scenario. The paper describes the creation of a realistic world-wide traffic scenario with more than 180,000 flights. Starting from departure/arrival airport pairs, weather data, aircraft types and departure times, an ARINC424-based navigation database tool generates realistic flightplans. Due to the large number of flights, the routing is performed by an A*-algorithm on a weighted graph containing the navigation data, requiring 10ms for single pathfinding on a standard PC on average. Feeding the predicted flightplans into a 4D-Flight-Management-System (FMS) produces 180,000 4D trajectories. Resulting in more than 1.3 million conflicts, these trajectories constitute the base for upcoming WW ATM simulation trials.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/111797/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Optimization without Limits - The World Wide Air Traffic Management Project
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kuenz, AlexanderAlexander.Kuenz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5192-8894NICHT SPEZIFIZIERT
Forster, CarolineDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerz, ThomasDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gräupl, Thomasthomas.graeupl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7864-774XNICHT SPEZIFIZIERT
Grewe, VolkerDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8012-6783NICHT SPEZIFIZIERT
Linke, Florianflorian.linke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1403-3471NICHT SPEZIFIZIERT
Matthes, SigrunDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5114-2418NICHT SPEZIFIZIERT
Radde, Mariusmarius.radde (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rippl, MarkusMarkus.Rippl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6564-7524NICHT SPEZIFIZIERT
Schwoch, GunnarGunnar.Schwoch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7507-7131NICHT SPEZIFIZIERT
Korn, Berndbernd.korn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3598-8971NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2017
Erschienen in:36th IEEE/AIAA Digital Avionics Systems Conference, DASC 2017
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1109/DASC.2017.8102019
Verlag:AIAA/IEEE
ISSN:2155-7195
ISBN:978-153860365-9
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Global Optimization; Concept Evaluation; Scenario Generation
Veranstaltungstitel:36th DASC 2017
Veranstaltungsort:St. Petersburg, Florida, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:17 September 2017
Veranstaltungsende:21 September 2017
Veranstalter :AIAA, IEEE
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Luftverkehrsmanagement und Flugbetrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AO - Air Traffic Management and Operation
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Effiziente Flugführung (alt), L - Kommunikation, Navigation und Überwachung (alt), L - Klima, Wetter und Umwelt (alt), L - Luftverkehrskonzepte und Betrieb (alt)
Standort: Braunschweig , Hamburg , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugführung > Pilotenassistenz
Lufttransportsysteme > Lufttransportbetrieb und Infrastrukturen
Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Institut für Kommunikation und Navigation > Navigation
Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Institut für Flugführung > Luftverkehrssysteme
Institut für Flugführung > ATM-Simulation
Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Lufttransportsysteme > Lufttransportbetrieb
Hinterlegt von: Kuenz, Dr. Alexander
Hinterlegt am:20 Apr 2017 10:28
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:16

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