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Analyse von Strukturen im Luftraum mit Clusterverfahren

Alex, Yanik (2020) Analyse von Strukturen im Luftraum mit Clusterverfahren. Bachelor's, Institut für Flugführung im DLR und DHBW Mannheim.

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Abstract

Am Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt werden Konzepte untersucht, die möglichst effiziente Flugverbindungen ermöglichen. Dabei ist das Clustern von Flugrouten relevant, um generelle Strukturen identifizieren zu können. Die Eignung verschiedener Clusterverfahren wird in dieser Bachelorarbeit untersucht. Das Clusterverfahren HDBSCAN ist von besonderem Interesse, da es Dichteabhängigkeit und Hierarchien kombiniert. Dazu wird eine Java-Bibliothek für Clusteranwendungen entwickelt. Diese umfasst ein allgemeines Framework, den HDBSCAN als Verfahren und einen erweiterbaren Auswertungsmechanismus mit dem Dunn-Index. Die Bibliothek wird in den Routengenerator (RouGe) integriert. Mit dieser DLR Eigenentwicklung lassen sich Flugdaten analysieren und Clusteranalysen mit dem Fuzzy-c-Means (FCM) Algorithmus durchführen. Es wird anhand der Flugdaten vom 06. Juni 2020 eine Clusteranalyse für den oberen deutschen Luftraum mit beiden Verfahren durchgeführt. Es stellt sich heraus, dass die grundsätzliche Lage der Clusterzentren ähnlich ist. Allerdings werden vom HDBSCAN viele Wegpunkte als Rauschen identifiziert. Dies ist mit dem FCM nicht möglich. Weiterhin wird die Routenglättung als Möglichkeit zur Rechenzeitminimierung des HDBSCAN untersucht. Dabei werden aus den Flugtrajektorien Wegpunkte entfernt, die keinen großen Einfluss auf den ursprünglichen Routenverlauf haben. Dadurch können die Datenpunkte für das untersuchte Szenario um etwa 29% reduziert werden. Dies führt zu einer Reduktion der Cluster um etwa 26%, was allerdings die grundsätzliche Clusterverteilung nur minimal beeinflusst. Die Rechenzeit kann dadurch deutlich reduziert werden. Der HDBSCAN erweist sich als geeignet für die Analyse von Lufträumen und kann im Rahmen weiterer Untersuchungen eingesetzt werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/138063/
Document Type:Thesis (Bachelor's)
Title:Analyse von Strukturen im Luftraum mit Clusterverfahren
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Alex, YanikUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0009-0004-6592-6901UNSPECIFIED
Date:14 September 2020
Refereed publication:No
Open Access:No
Number of Pages:81
Status:Published
Keywords:HDBSCAN Clustering Luftraum Strukturen Cluster DBSCAN
Institution:Institut für Flugführung im DLR und DHBW Mannheim
Department:Pilotenassistenz
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:air traffic management and operations
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AO - Air Traffic Management and Operation
DLR - Research theme (Project):L - Efficient Flight Guidance (old)
Location: Braunschweig
Institutes and Institutions:Institute of Flight Guidance > Pilot Assistance
Deposited By: Alex, Yanik
Deposited On:25 Nov 2020 08:39
Last Modified:28 Mar 2023 23:57

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