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Robust 4D Climate-Optimal Aircraft Trajectory Planning under Weather-Induced Uncertainties: Free-Routing Airspace

Simorgh, Abolfazl und Soler, Manuel und Dietmüller, Simone und Matthes, Sigrun und Yamashita, Hiroshi und Castino, Federica und Yin, Feijia (2024) Robust 4D Climate-Optimal Aircraft Trajectory Planning under Weather-Induced Uncertainties: Free-Routing Airspace. Transportation Research Part D: Transport and Environment (131), Seiten 1-35. Elsevier. doi: 10.1016/j.trd.2024.104196. ISSN 1361-9209.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
12MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.trd.2024.104196

Kurzfassung

The non-CO2 climate impact of aviation strongly relies on the atmospheric conditions at the time and location of emissions. Therefore, it is possible to mitigate their associated climate impact by planning trajectories to re-route airspace areas with significant climate effects. Identifying such climate-sensitive regions requires specific weather variables. Inevitably uncertain weather forecasts can lead to inefficient aircraft trajectories if not accounted for within flight planning. The current study addresses the problem of generating robust climate-friendly flight plans under meteorological uncertainty characterized using the ensemble prediction system. We introduce a framework based on the concept of robust tracking optimal control theory to formulate and solve the proposed flight planning problem. Meteorological uncertainty effects on aircraft performance variables are captured using the formulated ensemble aircraft dynamical model and controlled by penalizing the performance index variance. Case studies show that the proposed approach can generate climate-optimized trajectories with minimal sensitivity to weather uncertainty.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204072/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Robust 4D Climate-Optimal Aircraft Trajectory Planning under Weather-Induced Uncertainties: Free-Routing Airspace
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Simorgh, AbolfazlUniversidad Carlos III de Madrid, Leganés, Spainhttps://orcid.org/0000-0002-8374-4915NICHT SPEZIFIZIERT
Soler, ManuelUniversidad Carlos III de Madrid, Leganés, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dietmüller, SimoneDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-9702-871XNICHT SPEZIFIZIERT
Matthes, SigrunDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-5114-2418NICHT SPEZIFIZIERT
Yamashita, HiroshiDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2458-1826NICHT SPEZIFIZIERT
Castino, FedericaDelft University of Technology, Delft, NLhttps://orcid.org/0000-0002-7069-0356NICHT SPEZIFIZIERT
Yin, FeijiaDelft University of Technology, Delft, NLhttps://orcid.org/0000-0002-6081-9136NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2024
Erschienen in:Transportation Research Part D: Transport and Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.trd.2024.104196
Seitenbereich:Seiten 1-35
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Elsevier
ISSN:1361-9209
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Climate changeAircraft trajectory optimizationNon-CO2 climate-sensitive areasMeteorological uncertaintyRobustnessRobust optimal control
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AI - Luftverkehr und Auswirkungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Klima, Wetter und Umwelt
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Hinterlegt von: Dietmüller, Simone
Hinterlegt am:05 Jun 2024 11:05
Letzte Änderung:13 Jun 2024 10:14

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