Luftseitige Simulationen Vortrag an LMU 14.01.2019 - LMU München
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14.01.2019 Luftseitige Simulationen Vortrag an LMU FTU-FP1
Steffen Wendeberg 1996-2001 Studium Lehramt für Gymnasien (Mathematik & Politik) an der Technischen Universität Darmstadt, Abschluss mit 1. Staatsexamen – Examensarbeit „Mediationsverfahren als moderne Form des Regierens“ Tätigkeit als studentische Hilfskraft im Bereich Volkswirtschaftslehre (TU Darmstadt), Rettungsdienst (JUH) und am Flughafen Frankfurt im Ausbauprogramm (luftseitige Simulationen) 2002-2005 Mitarbeiter „Aufgabenleiter Simulationssysteme“ bei der Fraport AG in Frankfurt - Ausbauprogramm Flughafen, Raumordnungsverfahren, Planfeststellungsverfahren, Luftseitige Simulationen Seit 2005 - Fraport AG: Leiter der Abteilung „Prozesse und Simulationen Luftseite“, „Kapazitätsmanagement und Simulationen“, heute: „Kapazitätsmanagement“ im strategischen Geschäftsbereich Flugbetriebs- und Terminalmanagement, Unternehmenssicherheit (FTU) - Kapazitätsmanagement Luftseite - Ausbauprogramm Flughafen Luftseite, Landebahn Nordwest - Simulation und Prozesse Luftseite (Schnell- und Realzeitsimulationen) - Schnittstelle zur Flugsicherung - flugbetriebliche Prozess- und Datenanalyse - flugbetriebliche Fragestellungen im Ausbauverfahren und Verfahrensänderungen - Betreuung von Praktikanten, Studien- , Bachelor/Master- und Diplomarbeiten LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Fraport auf einen Blick LMU München, 14.01.2019
Unser Know-how ist weltweit gefragt LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Frankfurt Airport – An einem Tag
~195.000 Passagiere* ~6.050 Tonnen Cargo*
~1.425 Flugbewegungen* 200 Fernzüge und 220 S- und Regional-Bahnen*
*durchschnittliche Angaben aus Januar bis Oktober 2018
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGKapazitätsmanagement /
luftseitige Simulationen
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGFlughafenkapazitäten
Die Flughafenkapazität ist so groß, wie die schwächste Teilkapazität es zulässt
LFZ-Abfertigungs-
Passagierterminal
S/L-Bahnsystem
Vorfeldstrassen
Frachtterminal
Landseitige
Anbindung
positionen
Rollwege
Luftraum
Airside Apron Landside
Ist ein Parameter defizitär, ist es nicht möglich, die gesamte Flughafenkapazität
auszuschöpfen
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGFlughafenkapazitäten - Begriffsdefinition LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Kapazitätsplanung – Simulationsmodelle
ideas,
concepts
decreasing capacity estimates
Analytical Cheap &
increasing level of detail
models quick, static
No aircraft
Process simulation, dynamics, only
Event-driven simulation, basic ATM
Monte-Carlo Simulation functions
Realistic traffic scenarios,
Fast Time airport / airspace layout,
ATC procedures,
Simulation interdependencies treated
Complete operational context, „human
Real Time in the loop“, pseudo pilots, fully
dynamic, ATM systems and interactions
Simulation simulated
Operational Real environment, real meteorology / weather,
external factors, daily problems, real aircrafts,
Trials real pilots, real controllers
Quelle: in Anlehnung an Dr. Konopka, DFS, bei WakeNet 3 - 2010
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGWarum machen wir das ? LMU München, 14.01.2019
Kapazitätsmanagement - Schnellzeitsimulation
- Analyse der bestehenden aber auch wandelnden Infrastruktur und
Verkehrsführungskonzepte sowie von Änderungsvarianten für die
Verkehrsführung
(Rollverkehrsführung, An-/Abflugverfahren, Baumaßnahmen an S/L-
Bahnen und Rollwegen, etc.)
- Verspätungsanalyse, Eckwertbestimmung und anschließende
Saisonplanung, Prozessverständnis
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGEin Blick in Daten ist oftmals Vergangenheitsbewältigung, mit
Simulationen wird daraus aber ein Blick in die Zukunft.
Scope Wie können wir es
passieren lassen?
Prescriptive
Was wird Analytics
passieren?
Predictive
Warum ist Analytics
es passiert?
Mehrwert Diagnostic
Was ist Analytics
passiert?
Descriptive
Analytics
Schwierigkeit
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGFallbeispiel: Was bedeuten die infrastrukturellen Änderungen mit neuer Landebahn, zusätzlichen Rollwegen und Terminal… LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
… bis zum vollständig ausgebauten Flughafen. Und bei welcher Verkehrsmenge wird welche Infrastruktur benötigt ? LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Fallbeispiel: welche Auswirkungen wird das deutlich Verkehrs-
wachstum in 2018 haben und wie halten wir unsere Qualität?
2018 2017 2016
69,500,000 64,500,000 60,800,000
510,000 480,000 460,000
Summer season 2018 Summer season 2017
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGFallbeispiel: welche Verkehrsmenge verkraftet das System bei 48h Schließung / 72h Teilschließung der Hauptstartbahn 18W ? LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Kapazitätsmanagement - Schnellzeitsimulation
Analyse & Simulation des Luftraums (TMA):
Nutzung der SIDs und STARs, Anflugrouten, Directs, Flightlevels etc.
Analyse & Simulation des S/L-Bahnsystems:
S/L-Bahnnutzung: Anzahl pro Zeiteinheit
Bahnbelegungszeiten (ROT) für Anflug und Abflug
Geschwindigkeit von An- und Abflügen
Staffelungsabstände
Analyse & Simulation des Rollwegesystems:
Geschwindigkeiten, Warteschlangen, Staus, Wartezeit und Anzahl von LFZ innerhalb
eines definierten Bereiches
Kurzum: Entwicklung & Anwendung von realitätsnahen, kalibrierten und
validierten Schnellzeitsimulationsmodellen
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGWarum sind Schnellzeitsimulationen so schwierig ??? (i) "Die Tücke liegt im Detail": Natürlich gibt es für alle Prozesse am Flughafen eine klare, schriftlich fixierte Vorgehensweise (so wie auch in der STVO steht, dass ein Schild mit 50 bedeutet, dass man nicht schneller als 50 km/h fahren darf, man an einer roten Fußgängerampel immer stehen bleibt, …). Überall dort wo Menschen, also Individuen arbeiten, gibt es neben schwarz und weiß auch Grautöne. Und oftmals können die am Prozessbeteiligten nicht exakt die Vorgaben machen, die man im Simulator benötigt – wenn die betreffende Funktion überhaupt schon implementiert wurde. => Halten Sie Ihre Programmierung flexibel genug, um nachträglich Erweiterungen oder zusätzliche Detaillierungen vornehmen zu können LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Warum sind Schnellzeitsimulationen so schwierig ??? (ii) „Schnellzeit ?": Je nach Fragestellung geht es um hochdetailliert Abbildungen der Realität oder um quick- and-dirty Abschätzungen, wie eine Maßnahme sich auswirken würde. Daher spielt die Effizienz der Simulation (Dauer der Berechnung) eine große Rolle. Und es genügt beileibe nicht auf ausreichend Rechenpower zu vertrauen … Ja, früher war die Laufzeit irgendwo bei 45min-60min Laufzeit (SIMMOD), wurde auf wenige Sekunden reduziert (AM2D), danke der hochgradigen Komplexität, die inzwischen aber abbildbar ist, liegen wir inzwischen wieder bei mindestens 15min Laufzeit, in einzelnen Modellen sogar bei 60min (AirTOp). => Achten Sie auf entsprechende Performanz durch gute Programmierung ! LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Warum sind Schnellzeitsimulationen so schwierig ??? (iii) „Der Mensch ist ein visuelles Tier …": Nicht nur die detaillierte Abbildung der Realität und die entsprechende Performanz ist von Relevanz, sondern auch die grafischen Darstellungsmöglichkeiten. Trotz Industrie 4.0, Big Data, Automatisierung mit KI und AI gilt immer noch in wesentlichen Führungsriegen der Grundsatz: „Ich glaube nur, was ich auch gesehen haben …“ Aber auch für den „Simulanten“ ist es unglaublich hilfreich, eine verständliche, nachvollziehbare und möglichst fehlerfreie Visualisierung nutzen zu können. Hierbei sollte auf Verständlichkeit / Ergonomie geachtet werden, wesentliche Daten sollten unmittelbar erkennbar sein, weitere Daten zusätzlich aufrufbar gemacht werden, evtl. im Sinne eines Dashboards erste Analyseergebnisse „on-the-fly“ mit geplottet werden, etc. -> bedenken Sie bei der Programmierung also die Visualisierung; welche Daten sind wichtig, welche können versteckt werden, etc.; auch hier ggf. modular vorgehen, um spätere Anpassungen leicht realisieren zu können. LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Wie finden die Flugzeuge
eigentlich ihren Weg ?
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGWas passiert nach der Landung ? LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Das Luftfahrzeug wird an die Vorfeldkontrolle übergeben und sicher, geordnet und flüssig über den Flughafen zum Ziel geführt. LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Sicher: ohne Gefahr // Geordnet: „einer nach dem anderen“ // Flüssig: so schnell wie möglich und ohne Stau LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Je nach Verkehrssituation entscheidet der Lotse, ob die kürzeste Distanz auch zur kürzesten Zeit führt und dies problemlos, d.h. ohne Gefahr, Gegenverkehr, „gridlock“, 197 zusätzlichen Funksprüchen oder Absprachen, etc. umgesetzt werden kann LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (1)
Zuführung der LFZ zum Startpunkt:
Beispiel Flughafen Stuttgart – Startpunkt ist mit Rollwegen angebunden -> trivial lösbar
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (1)
Zuführung der LFZ zum Startpunkt:
Beispiel Flughafen Luton (UK) – Startpunkt ist nur über die S/L-Bahn erreichbar
-> zusätzliche Logik zur Realisierung von Starts notwendig
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (1)
Zuführung der LFZ zum Startpunkt:
Beispiel Flughafen Luton (UK) – Startpunkt ist nur über die S/L-Bahn erreichbar
-> zusätzliche Logik zur Realisierung von Starts notwendig
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (2)
Partielle Sperrung von Rollwegen:
Beispiel Flughafen Stuttgart – Sperrung des parallelen Rollweges
-> intelligente Wegefindung sollte hier ebenfalls zu Lösungen führen
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (2)
Partielle Sperrung von Rollwegen:
Beispiel Flughafen Stuttgart – Sperrung des parallelen Rollweges
-> intelligente Wegefindung sollte hier ebenfalls zu Lösungen führen
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (3) Kreuzen aktiver Start- und Landebahnen: Beispiel Flughafen Paris Charles de Gaulle – Kreuzen einer aktiven Piste nach Landung LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (3) Kreuzen aktiver Start- und Landebahnen: Beispiel Flughafen Frankfurt – Kreuzen einer aktiven Piste nach Landung LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (3)
Kreuzen aktiver Start- und Landebahnen:
Mögliche Fragestellungen:
- Welchen Einfluss hat das Kreuzen generell auf die Abflugkapazität ?
- Welchen operativen Vorteil bringen weitere Kreuzungspunkte ?
- Wie lässt sich das jeweils quantifizieren ?
- Ist es sinnvoll, immer den kürzesten Weg für die Wegefindung zu hinterlegen oder
bringt eine Entzerrung von Rollbewegungen trotz längerer Wege evtl. Vorteile ?
- …
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (4) Datenimport / Flugplangenerator: Es ist heutzutage relativ einfach möglich über verschiedene Plattformen (Google, Flightradar24, bzw. die Homepages der Flughäfen) sich die Information generieren zu lassen, wann und wie viele Starts und Landungen vorgesehen sind. Einbindung einer Importfunktion des „Nachfragedrucks“ auf einen realen oder auch synthetischen Flughafen. Oder Realisierung eines eigenen „Flugplangenerator“, um die Nachfrage nach Starts und Landungen abhängig von Vorgaben des Benutzers zu realisieren und die Auswirkung auf den „Wegefindungsalgorithmus“ zu testen. Ziel: Testen der Systemgrenzen des Flughafens LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (4)
Datenimport / Flugplangenerator:
Die Kapazitäten der Flughäfen werden in „Eckwerten“ angegeben – hier die aktuelle
Übersicht für die koordinierten Flughäfen in Deutschland:
Quelle: www.fhkd.org bzw. http://fluko.org
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (5) Weitere Agenten (KFZ-Vorfeldverkehr): Implementierung von weiteren autonom agierenden Agenten Diese Agenten (z.B. KFZ-Verkehr auf den Vorfeldstraßen) sollten die LFZ nicht beeinflussen. Mögliche Themenfelder: -> separater Algorithmus für diese Agenten -> zweites Infrastrukturnetz (Straßennetz) -> Wechselwirkung auf das System LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (5)
Weitere Agenten (KFZ-Vorfeldverkehr):
Kreuzungspunkte von Vorfeldstraßen mit Rollbahnen am Beispiel Flughafen Frankfurt
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LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (5) Weitere Agenten (KFZ-Vorfeldverkehr): LMU München, 14.01.2019 Fraport AG
Beispiele für weitergehende Fragestellungen (6)
Visualisierung der Ergebnisse:
In Zeiten von „fake news“ gilt es umso mehr, verlässliche, reproduzierbare Ergebnisse zu
erzeugen.
Schematisch dargestellt ist ein Flugereignis höchst trivial:
Nach welchen Kriterien (KPIs) sollte eine Auswertung verschiedener Szenarien erfolgen?
-> Machen Sie sich Gedanken über die Datenanalyse der Ergebnisse, Statistik, …
LMU München, 14.01.2019 Fraport AG“Learn the past, watch the
present, and create the future.”
Steffen Wendeberg Fraport AG
Frankfurt Airport Services Worldwide
Traffic Operations and Terminal 60547 Frankfurt am Main
Management, Corporate Safety Germany
and Security Phone +49 69 690-21597
Senior Manager Mobile +49 172-6136864
Capacity Management Fax +49 69 690-495-21597
s.wendeberg@fraport.de
www.fraport.com
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGGenug Theorie – jetzt etwas Praxis …
Live-DEMO
Airport Machine & AirTOp
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGBeispiele für weitergehende Fragestellungen (4)
Datenimport / Flugplangenerator:
Die Kapazitäten der Flughäfen werden in „Eckwerten“ angegeben – hier die aktuelle
Übersicht für die koordinierten Flughäfen in Deutschland:
Quelle: www.fhkd.org bzw. http://fluko.org
LMU München, 14.01.2019 Fraport AGVon FRA starten 99 Airlines zu weltweit 311 Zielen in 97
Ländern
Deutschland
Nordamerika 750 / 15
349 / 37
Westeuropa Osteuropa Fernost
2.545 / 116 724 / 39
FRA 283 / 36
Nahost
Afrika 195 / 15
195 / 31
Lateinamerika
87 / 22
Verbindungen wöchentlich / Ziele
Passagierflüge Sommerflugplan 2018
basierend auf Flughafen-Koordination/
Sabre, Stand 19.03.18,
bearbeitet von Fraport/UEW-MF
LMU München, 14.01.2019 Fraport AG2001 waren wir der erste deutsche Airport-Betreiber, der an
die Börse ging
32,37%
31,31%
Land Hessen
Unbekannt
20,03%
8,44%
BlackRock Inc.
3,12% Stadtwerke
Frankfurt am Main
Holding GmbH
Deutsche Lufthansa AG 4,73%
Lazard Asset Management LLC
Stand: Februar 2018
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