Migrationstolerante Mensch-Maschine-Schnittstelle für Lotsenarbeitsplätze – Sind wir auf die Zukunft vorbereitet?

Kurzfassung

Den im Luftverkehr entstehenden Kapazitätsengpässen wird unter anderem durch die europäische Initiative SESAR (Single European Sky Air Traffic Management Research Programme) entgegengewirkt. Zur Erreichung der gesteckten Ziele soll auch die Automatisierung im Bereich der Flugführung erhöht werden. Dadurch wird der Übergang in drei Schritten von der abstandsbasierten zur zeitbasierten und später zu einer durch die Businesstrajektorie verkörperten leistungsbasierten Führung unterstützt. Die wesentlichen Ergebnisparameter aus den jeweiligen Phasen sind zwar definiert, nicht jedoch die Maßnahmen, um den Übergang zwischen diesen Phasen zu erreichen und dabei möglichst gleitend und kostensparend zu gestalten. Als zweite Herausforderung sorgt die Mischung an Ausrüstungsgraden der Luftfahrzeuge mit 4D- oder 3D-Flight Management Systemen (FMS) für zusätzlichen Koordinationsaufwand und einer sich verändernden Arbeitsweise der Fluglotsen. Für ebendiese Lotsen, die auch in Zukunft das Kernelement der Flugführung bleiben werden, sind bislang keine Konzepte vorhanden, wie Mensch-Maschine-Schnittstellen ihnen bei dieser Migrationsaufgabe zwischen dem momentanen und dem zukünftigen Zustand Unterstützung bieten sollen. Denn dass bereits der Übergang von der abstandsbasierten- zur zeitbasierten Führung eine Herausforderung darstellt, zeigen Erfahrungen aus den DLR-Projekten „Future Air Ground Integration“ und „Aviator II“. Im Projekt „flexiGuide“ und weiteren DLR-Projekten soll der sich verändernden Arbeitsweise und die Anpassung auf die neuen Anforderungen daher Rechnung getragen werden. Folglich findet auch im Zuge dieser Projekte eine Entwicklung verschiedener Konzepte statt, die eine schrittweise Migration mit Hilfe der Mensch-Maschine-Schnittstelle umzusetzen vermögen. Teile der entworfenen Konzepte werden anschließend prototypisch implementiert, getestet und beispielhaft in Verkehrslagedisplays integriert. Im Folgenden werden exemplarisch fünf dieser Komponenten für einen schrittweisen Übergang in die zukünftige Lotsenarbeitsumgebung erläutert. Eine besondere Schwierigkeit stellt die Verknüpfung von unterschiedlichen Flugfähigkeiten im Verkehrsstrom dar, die durch Luftfahrzeuge mit verschiedenen Ausrüstungsgraden entstehen. Um das Potential der 4D-FMS-Luftfahrzeuge nutzen zu können und dennoch eine sichere Koordination mit den 3D-FMS-Luftfahrzeugen zu gewährleisten, werden so genannte „TargetWindows“ auf der Centerline dargestellt. Diese Intervalle werden als durchgehendes Band zwischen realen Luftfahrzeugen und gegebenenfalls Ghosts auf der Centerline im Lagedisplay visualisiert. Die vom Arrival Manager (AMAN) „4-Dimensional Cooperative Arrival Manager“ (4D-CARMA) des DLR berechneten besten Positionen für die 3D-FMS-Luftfahrzeuge werden als projizierte Position ebenfalls auf dem Final angezeigt. Die markierten Bereiche dienen dem Lotsen als Vorschlag für eine planunterstützte Anflugführung. Zur Flexibilisierung von Anflugroutenstrukturen sollen die präzise navigierenden 4D-FMS-Luftfahrzeuge auch an freien Punkten in eine Extended Terminal Manoeuvring Area (E-TMA) einfliegen können, die keine Initial Approach Fixes (IAF) sind. Um diesen alternativen in den konventionellen Verkehrsstrom zeitbasiert zu integrieren sind so genannte „ApproachGhosts“ vorgesehen. Diese Positionsmarkierung beginnt an einem IAF und setzt sich über eine STAR (Standard Arrival Route) bis zu einem Merging Point für mehrere Anflugrouten fort. Der „ApproachGhost“ kennzeichnet die zeitlich äquivalente Position auf der Anflugroute, um die 3D-FMS-Luftfahrzeuge alternativ zur Ghost-Position zu planen. Mit der optischen Hilfsfunktion „ElasticRoute“ (ERoute) kann ein Lotse manuell Flugwege durch das Verändern der geplanten Trajektorie beeinflussen. Dabei bekommt er in Echtzeit eine zeitliche Abschätzung über die Verlängerung beziehungsweise Verkürzung des Flugweges. In den aktuellen Verkehrslagedisplays der Lotsen existieren bislang kaum Darstellungen für die den Luftraum beeinflussenden Extremwetterlagen wie Gewitterzellen oder Vulkanaschewolken. Die aktuelle und vorhergesagte Position eines solchen Phänomens in 15 und 30 Minuten sollen für solche Luftfahrzeuge angezeigt werden, die von dieser Situation betroffen sein könnten. Außerdem soll der Aspekt der adaptiven Automatisierung untersucht werden. Menschen tendieren zu erhöhten Fehlerraten, wenn sie einer Überlast oder auch einer Unterforderung ausgesetzt werden. Mit einer Adaption der Automatisierungsgrade an die individuelle Situation und die Arbeitsweise des Lotsen soll eine Vermeidung von Lastextremen erreicht werden. In Leerlaufzeiten könnte ein „learning-on-the-job“ durch die Benutzung neuer Verfahren und Prozeduren ermöglicht werden. All diese Elemente dienen den Lotsen dazu, den Herausforderungen des Luftverkehrs der Zukunft effektiv zu begegnen.