DE60206785T2

DE60206785T2 - Verfahren und gerät zur verwaltung von flugzeugflüssen

Info

Publication number: DE60206785T2
Application number: DE60206785T
Authority: DE
Inventors: R. Michael Baiada; Lonnie H. Bowlin
Original assignee: Baiada R Michael Evergreen
Current assignee: Baiada R Michael Evergreen
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-05-18
Also published as: EP1428195A2; EP1428195B1; WO2002095712A3; ATE307371T1; US6463383B1; WO2002095712A2; DE60206785D1

Description

Die vorliegende Patentanmeldung ist mit den folgenden US-Patentanmeldungen verwandt:
Vorläufige Anmeldung Nr. 60/274'109 vom 8. März 2001 mit dem Titel "Method And System For Aircraft Flow Management By Aviation Authorities", vorläufige Anmeldung Nr. 60/129 563 vom 16. April 1999 mit dem Titel: "Tactical Aircraft Management", vorläufige Anmeldung Nr. 60/173'049 vom 24. Dezember 1999 sowie die vorläufige Anmeldung Nr. 60/189'223 vom 14. März 2000, beide mit dem Titel "Tactical Airline Management" sowie die normale Anmeldung Nr. 09/549'074 vom 16. April 2000 mit dem Titel: "Tactical Airline Management", wobei sämtliche Anmeldungen von den gleichen Anmeldern eingereicht wurden, nämlich R. Michael Baiada und Lonnie H. Bowlin. Die Lehre dieser Anmeldungen wird durch Bezugnahme Bestandteil des vorliegenden Dokuments und zwar soweit, wie kein Widerspruch zu der Lehre der vorliegenden Anmeldung entsteht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Datenverarbeitung, zur Navigation von Fahrzeugen, zur Verwaltung von Abläufen und zur Einordnung in eine zeitli che Abfolge. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren und Systeme für Luftverkehrsgesellschaften (Fluglinien) und die Behörden von Luftfahrt und Flughäfen, um die Ankunft und den Abflug vieler Flugzeuge in Richtung einer Systemressource, beispielsweise einem Flughafen, und in Gegenrichtung besser zu leiten, oder einer Gruppe von Systemressourcen, um die sich ständig vermehrende Luftfahrt sicherer zu machen und die Effizienz des Betriebes von Fluglinien, Flughäfen und des Luftraums zu steigern.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Der Bedarf nach Betriebssystemen zur Verwaltung, welche komplexe und vielfältige Abläufe optimieren, sowie deren Vorteile sind schon früh erkannt worden. Daher wurden bereits viele komplexe Verfahren und Optimierungssysteme entwickelt. Was jedoch die Anwendung in der Luftfahrtindustrie betrifft, sind solche Verfahren oft Stückwerk geblieben oder zu einschränkend, und eine globale Optimierung der Grundaspekte der Regelfunktion einer Luftfahrtbehörde, beispielsweise die Abfolge einer Vielzahl von Flugzeugen bei der Ankunft und beim Abflug in Bezug auf eine Systemressource oder eine Gruppe von Systemressourcen, ist nicht gelungen.
Die Patentliteratur für Systeme und Verfahren der Luftfahrtindustrie umfasst die folgenden Dokumente: US-Patentschrift Nr. 5'200'901: "Direct Entry Air Traffic Control System for Accident Analysis and Training"; US-Patentschrift Nr. 4'926'343: "Transit Schedule Generating Method and System"; US-Patentschrift Nr. 4'196'474: "Information Display Method and Apparatus for Air Traffic Control"; britisches Patent Nr. 2'327'517A: "Runway Reservation System"; sowie die veröffentlichte internationale Patentanmeldung Nr. WO 00/62234: "Air Traffic Management System".
Behörden zur Reglementierung der Luftfahrt (beispielsweise die verschiedenen Luftfahrtbehörden der Zivilluftfahrt (CAA) überall auf der Welt, einschliesslich der Federal Aviation Administration (FAA) in den USA) sind für Vorgänge und Abläufe verantwortlich, die sich auf die Luftfahrt beziehen, beispielsweise für das Abstandhalten von ankommenden Flugzeugen. Bei einem Versuch, die Vorschriften dieser Vorgänge zu optimieren, haben sich die meisten Luftfahrtbehörden entschlossen, diese Tätigkeit in mehrere Phasen aufzuteilen (Abstandhalten beim Rollen am Boden, Zuteilung der Abflugpiste, Abstandhalten beim Flug, Abstandhalten über den Ozeanen, Abfolge bei der Ankunft und dem Abflug und Zuteilung der Lande- und Startbahn), und es wurde oft versucht, diese einzelnen Phasen unabhängig voneinander zu optimieren.
Diese Optimierungen wurden üblicherweise von verschiedenen unabhängigen ATC-Kontrollpersonen versucht zu erreichen. Unglücklicherweise überschneiden sich Optimierungstätigkeiten der einzelnen Abteilungen des Luftraumsystems (beispielsweise der einzelnen Kontrollpersonen oder Piloten), wodurch die globale Sicherheit und Effizienz der Luftfahrtindustrie vermindert werden.
Es scheint, dass einige wenige erfolgreiche Versuche von den verschiedenen Fluglinien, den Luftfahrtbehörden oder den Flughäfen unternommen wurden, um Einbussen in Echtzeit zwischen ihren unterschiedlichen Abteilungen zu vermeiden und die einander widersprechenden Zielsetzungen dieser Abteilungen in Einklang zu bringen, welche in Beziehung mit einer Optimierung der sicheren und effizienten Bewegung von Flugzeugen stehen. Beispielsweise kommt es bei der Aufstellung der Abfolge oft vor, dass diese Tätigkeiten zu früh ausgeführt werden (Verweigerung der Starterlaubnis für Flugzeuge, bevor ausreichend Daten analysiert werden, um die Berechtigung eines offensichtlichen Zwanges auf die Abfolge der Anflüge und der Starts festzulegen, siehe die internationale Patentanmeldung Nr. WO 00/62234: "Air Traffic Management System", oder zu spät (wenn sich beispielsweise ein Flugzeug innerhalb von 50 bis 100 Meilen vom Flugplatz entfernt befindet), um ein Problem zu lösen.
Um diese Luftfahrtvorgänge besser verstehen zu können, sind in 1 die Abfolge der verschiedenen Phasen einer typischen Flugzeugbewegung dargestellt. Diese Bewegung beginnt damit, dass die Fluglinie oder der Pilot bei der Luftfahrtbehörde einen Flugplan hinterlegt. Sodann kommt der Pilot am Flughafen an, lässt die Triebwerke anlaufen, rollt zur Startbahn, startet und fliegt nach Plan (d.h. nach der Flugroute), landet und rollt zum Parkplatz. Bei jeder Phase während der Bewegung des Flugzeuges nach dem Flugplan (IFR) muss die Luftverkehrskontrolle (ATC) der Luftfahrtbehörde CAA jegliche Änderung der Bewegung des Flugzeuges genehmigen. Wenn sich ein Flugzeug auf einem IFR-Flug befindet, ist ein Fluglotse (eine ATC-Kontrollperson) dafür verantwortlich, dass ein passender Abstand von anderen Flugzeugen eingehalten wird. Während der letzten Phase des Fluges, d.h. beim Anflug auf die Landebahn, wird eine typische Aufeinanderfolge der Flugzeuge eingeführt (auf der Grundlage des Prinzips: Wer zuerst kommt, wird zuerst bedient). Beispielsweise darf dasjenige Flugzeug zuerst landen, das sich am nächsten an der Anflugsmarke befindet, das zweitnächste landet danach usw., und diese Reihenfolge wird vom ATC-Zentrum in der Nähe des Ankunfts/Abflugs-Flughafens angeordnet (etwa innerhalb von 100 Meilen vom Flughafen) und dann einer Feinregelung von der ATC-Einrichtung beim Anflug/Abflug unterzogen (bei etwa 25 Meilen vom Ankunftsflughafen), und schliesslich wird die Landung vom ATC-Kontrollturm genehmigt (etwa innerhalb von 5 Meilen vom Ankunftsflughafen).
Beispielsweise sehen die jetzigen Praktiken der Luftfahrtbehörde zur Verwaltung der Anflüge am Ankunftsflughafen vor, dass der Strom anfliegender Flugzeuge in eine lineare Abfolge gebracht wird, und zwar gemäss genau strukturierter dreidimensionaler Luftwege der Flugzeuge, 100 bis 200 Meilen vor dem Flughafen, oder durch Zurückhalten der erwarteten Flugzeuge vor ihrem Abflug. Bei einem grossen Zentralflughafen (beispielsweise Chicago, Dallas, Atlanta) sind diese Flugwege mit bestimmten spezifische geographischen Punkten ausgestattet, die um etwa 90° voneinander getrennt sind, siehe 2. Wenn der Flugverkehr über einer Anflugsmarke vor dem Flughafen während einer bestimmten Zeitdauer relativ kontinuierlich ist, wird die Linearisierung des Flugzeugstroms schon Hunderte von Meilen vor der Anflugsmarke vervollständigt. Dies kann die Anflugsgeschwindigkeit sämtlicher Flugzeuge wesentlich vermindern, da die Geschwindigkeit sämtlicher Flugzeuge in der Anflugslinie durch diejenige des langsamsten Flugzeuges, das vorn in der Reihe fliegt, begrenzt wird.
Falls sich unglücklicherweise eine 20 Meilen lange Reihe aufeinanderfolgender Gewitter über einer der Anflugsmarken entlädt, muss der Anflug unterbrochen werden. Kann das Flugzeug das Gewitter leicht umfliegen? Ja. Ist dieses Umfliegen mit der Struktur des laufenden ATC-Systems vereinbar? Nein. Um das Gewitter zu umfliegen, können die im Anflug befindlichen Flugzeuge eventuell mit abfliegenden Flugzeugen in Konflikt kommen, welche nach der Anforderung des Systems zunächst den Flugplatz frei machen müssen, bevor wieder Flugzeuge landen können.
Die zeitlichen Veränderungen im Flugzeugstrom, der an einem Flugplatz ankommt, können ganz bedeutend sein. 3 zeigt die Ankunftszeiten im Flughafen Dallas-Fort Worth auf den Landepisten für sämtliche Flugzeuge, die in der Zeitspanne von 30 Minuten zwischen 22.01 und 22.30 Uhr landen. Es ist zu erkennen, dass die Anzahl ankommender Flugzeuge während der aufeinanderfolgenden Intervalle von jeweils 5 Minuten in dieser Zeitspanne 12, 13, 6, 8, 6 und 5 betrug. Während einige dieser Veränderungen auf die schon geplanten Unterschiede im Flugplan des Flugzeuges zurückzuführen sind, müssen viele davon auf einige Entscheidungen zurückgeführt werden, die jeweils voneinander unabhängig sind, und die darauf beruhen, ob ein planmässiger Flug auch planmässig die Anflugsmarke passiert. Diese Entscheidungen können von bestimmten Vorgängen beeinflusst werden, beispielsweise ob ein Flugzeugbegleiter die Tür eines abflugbereiten Flugzeuges zur vorgesehenen Zeit schliesst oder eventuell auf verspätete Transitpassagiere warten muss, oder ob der Pilot auf den verschiedenen Strecken seines Flugwegs persönliche Vorlieben befriedigen will, was die Geschwindigkeit betrifft. Diese voneinander unabhängigen Entscheidungen führen zu einer zufälligen Verteilung der Flugzeuge bei ihrer Ankunft unabhängig vom Flugplan, und dadurch wird die Bildung des Stroms ankommender Flugzeuge beeinflusst. Diese Art zufälliger Anflugsmuster führt zu einem zufälligen Abstand der ankommenden Flugzeuge, die zur Landung angesetzt haben, so dass Kapazitäten verschwendet werden.
Viele Betrachtungen, die das Problem der Verspätung in der Fluglinie und den Kontrollinstanzen betreffen, befassen sich mit einer von den Fluglinien verursachten Überlastung, wenn nämlich zu viele Flugzeuge auf zu wenige Startbahnen verteilt werden. Während dies teilweise zutreffen kann, ist es ebenfalls richtig, dass die vielen an scheinend unabhängigen Entscheidungen, welche das Personal einer Fluglinie und verschiedene Luftfahrtskontrolleure treffen, wesentlich zu den Überlastungsproblemen der Fluglinien und der ATC-Kontrollpersonen beitragen.
Diese Überlastungen und Verspätungen sind ganz besonders problematisch, da sie kumulativ sind, d.h. sich gegenseitig verstärken. 4 zeigt für alle Fluglinien und eine Anzahl von amerikanischen Flughäfen den Prozentanteil der Flugzeuge, die pünktlich ankommen, und zwar während mehrerer Zeitspannen von je einer Stunde im Verlaufe eines normalen Tages. Dieses pünktliche Ankommen verschlechtert sich im Verlaufe des Tages.
Wo Probleme einer Überlastung der Flugplätze bestehen, würde eine Echtzeit-Optimierung der Abstandsfolge der verschiedenen Grössen ankommender Flugzeuge eventuell einen Mechanismus zur Behebung solcher Probleme darstellen. Beispielsweise kann ein einheitlicher Strom von Flugzeugen in Richtung der Landepiste die effektive Kapazität erhöhen. Weiterhin erfordern die zur Zeit gültigen Vorschriften der Luftfahrtbehörde einen unterschiedlichen Abstand zwischen Flugzeugen, der auf der Grösse des Flugzeuges beruht. Typische Abstände zwischen ankommenden Flugzeugen der gleichen Grösse sind 3 Meilen oder, anders ausgedrückt, eine Landefolge von einer Minute auf der Grundlage normaler Anflugsgeschwindigkeiten. Wenn sich jedoch ein kleines Flugzeug (Learjet, Cessna 172) oder ein mittelgrosses Flugzeug (B737, MD80) hinter einem grossvolumigen Flugzeug (B747, B767) befindet, muss der Flugzeugabstand aus Gründen der Sicherheit auf 5 Meilen bzw. 1½ bis 2 Minuten erstreckt werden.
Aus dem Obenstehenden geht hervor, dass bei einer Abfolge von 10 Flugzeugen, bei der jeweils ein Grossraum flugzeug mit einem kleinen Flugzeug abwechselt, die Gesamterstreckung der Ankunftsfolge der Flugzeuge über der Landepiste (5 + 3 + 5 + 3 + 5 + 3 + 5 + 3 + 5 + 3) Meilen, d.h. 40 Meilen beträgt. Wenn jedoch diese Abfolge so geändert werden kann, dass sämtliche kleinen Flugzeuge auf Position 1 bis 5 und alle grossen Flugzeuge auf den Positionen 6 bis 10 zu fliegen kommen, so beträgt die Gesamterstreckung der Abfolge bei der Ankunft der Flugzeuge über der Landepiste nur 30 Meilen, da der Abstand zwischen den Flugzeugen jeweils 3 Meilen beträgt. Wenn die Abfolge auf das zweite Szenario geändert wird, können 10 Flugzeuge in einer kürzeren Zeit landen, so dass zusätzliche freie Landefenster nach dieser Gruppe von 10 Flugzeugen geöffnet werden können.
Unglücklicherweise hat die Kontrollperson, die das Problem der Überlastung nach dem Stand der Technik lösen will, nur eine einzige Option. Dazu wird das erste Flugzeug, welches durch seine Ankunft die Überlastung am Flugplatz verursacht, aus der Abfolge genommen und zeitlich nach hinten versetzt. Ein zweites solches Flugzeug wird noch etwas weiter nach hinten versetzt, das dritte noch weiter nach hinten usw. Ohne ein Verfahren des Standes der Technik, Flugzeuge in der Reihenfolge nach vorn zu verschieben oder die Ankunftsabfolge in Echtzeit zu organisieren, hat die Kontrollperson nur eine Option, nämlich die Ankunft der Flugzeuge hinauszuschieben.
Die Methoden des Standes der Technik zur Bildung einer Reihenfolge von Flugzeugen (und um eine korrekte Distanzierung der Flugzeuge zu sichern) bezüglich eines Flughafens kann in sieben eigentliche Massnahmen aufgeteilt werden, welche von Luftverkehrskontrolleuren angewendet werden, und zwar auf der Basis des Prinzips: Wer zuerst kommt, wird zuerst bedient:

1. Strukturierte "Haken"flüge. Die strukturierten Anflüge über einer Anflugsmarke werden typischerweise mit Umwegstrecken versehen. Das Muster des Umwegfluges wird von zwei geraden Flugstrecken gebildet, die mit einem Winkel von weniger als 180° miteinander verbunden sind. Der Zweck des Hakenflugs ist es, die Kontrollperson in die Lage zu versetzen, die Ecken der Flugstrecke so weit wie nötig hinauszuschieben, um eine korrekte Distanz zwischen den ankommenden Flugzeugen aufrecht zu erhalten.
2. Ausscheren und Geschwindigkeitsregelung. Wenn der jeweilige Abstand mehr oder weniger dem gewünschten Abstand entspricht, kann die Kontrollperson die Geschwindigkeit des Flugzeuges anpassen lassen, um den Abstand zu korrigieren. Wenn der Abstand zusätzlich wesentlich kleiner als gewünscht ist, kann die Kontrollperson das Flugzeug momentan aus der Reihe herausnehmen, um den Abstand zu vergrössern. Auf Grund der zeitlich auf die letzten Minuten limitierten Art dieser Vorgänge (innerhalb 100 Meilen vom Flughafen) ist der Effekt solcher Massnahmen begrenzt.
3. Anflugschleife. Wenn zu viele Flugzeuge in einem bestimmten Zeitraum an einem bestimmten Flughafen ankommen, kann der Abstand zwischen der Landepiste und den im Anflug befindlichen Flugzeugen vergrössert werden, siehe 5. Dies verlängert auf wirksame Weise den endgültigen Anflug mit Hilfe der Warteschleifen, wodurch die Kontrollperson in der Lage ist, die ankommenden Flugzeuge in einem "Magazin" aufzubewahren.
4. Anflugsabstand. Wenn durch die Anflugsschleife die Überbeanspruchung der Landepiste nicht behoben werden kann, beginnt das ATC-System, den Flugzeugstrom bei der Ankunft oder beim Abflug linear auszubreiten. Dies geschieht durch Anwendung der Begrenzung "Meilen im Anflug". Nach Massgabe der Annäherung des Flugzeuges zwecks Landung beginnen die Kontrollpersonen damit, den Abstand zwischen den Flugzeugen, der normalerweise zwischen zwei Flugzeugen 5 bis 10 Meilen im Anflug oder beim Abflug beträgt, auf 20 Meilen oder mehr in linearer Reihenfolge auszudehnen, nämlich ein Flugzeug hinter dem andern, siehe 6.
5. Rückhalt am Boden. Wenn die mit der Abstandshaltung befassten Behörden voraussehen, dass die Anflugsschleife und die Methode der Abstandsvergrösserung das Überangebot an Flugzeugen nicht bewältigen können, werden die Flugzeuge an ihrem Startflughafen zurückgehalten und nach und nach für den Abflug freigegeben.
6. Luftraum-Warteschleifen. Wenn die Vorgänge zu schnell aufeinanderfolgen, sind die Kontrollpersonen dazu gezwungen, Warteräume einzurichten. Obschon dies an beliebigen Orten des Systems verwirklicht werden kann, wird dies meistens über einer der Anflugsmarken eines Flughafens eingerichtet. Die Flugzeuge kommen von oben in den Warteraum, siehe 7. Jede Warteschleife ist etwa 10 bis 20 Meilen lang und 3 bis 5 Meilen breit. Wenn ein Flugzeug die unterste Warteschleife in Richtung Flughafen verlässt, wird jeweils ein Flugzeug von den oberen Warteschleifen in die nächstuntere entlassen, die 1000 Fuss tiefer liegt.
7. Umwegsflüge. Wenn ein Abschnitt des Luftraums, die Reiserouten oder ein Flughafen auf eine Überbeanspruchung zugehen, leitet die Luftfahrtbehörde gelegentlich ein Flugzeug über eine längere Seitenroute um, um die sich ankündigende Überlastung zu verzögern.

Die zur Zeit angewendeten Verfahren zur Regelung des Flugverkehrs durch die Luftfahrtbehörden sind absolut unwirksam. Beispielsweise verwässern Piloten laufend einige der Massnahmen wie den Rückhalt am Boden oder die Umleitung, indem sie die Geschwindigkeit des Flugzeuges beim Flug erhöhen, was natürlich zu wesentlich erhöhtem Treibstoffverbrauch führt. Auch werden der Umwegsflug und die Geschwindigkeitskontrolle oft durch ein Hinuntergehen auf eine Flughöhe begleitet, welche oft weit unterhalb der optimalen Reiseflughöhe des Flugzeuges liegt, wobei wiederum beträchtlich mehr Treibstoff verbraucht wird. Weiterhin können die manuellen Aspekte des Abstandhaltens und der Vorgänge beim Anflug zu beträchtlich grösseren Abständen zwischen den Flugzeugen führen, als es beabsichtigt ist, wodurch die Landekapazität des Flughafens zu wenig ausgenutzt wird. Daraus ergibt sich, dass die Fluglinien, die Luftfahrtbehörden und die Flughäfen trotz des oben beschriebenen Standes der Technik weiterhin sichere und wirksamere Verfahren und Systeme benötigen, um den Flugzeugstrom bei der Ankunft und der Abfahrt bezüglich einer Systemressource wie einem Flughafen, oder einer Reihe von Systemressourcen besser verwalten zu können, so dass die Flugsicherheit sowie die Effizienz der Fluglinie, des Flughafens und des Luftraumes wesentlich erhöht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich im allgemeinen auf eine Verminderung der Einschränkungen und der Probleme, welche bei den bisher bekannten Verfahren auftreten, die von den Luftfahrtbehörden zur Ausübung ihrer Kontrollfunktion des Luftverkehrs angewendet worden sind. Insbesondere ist die Erfindung auf eine Maximierung der Ausnutzung sämtlicher Systemressourcen des Flugverkehrs ausgerichtet, wobei Massnahmen wie der Rückhalt am Boden, Umleitungen, Hakenflüge und Abstandsvergrösserung, die bisher von der Luftfahrtbehörden angewendet wurden, begrenzt oder vollständig beseitigt werden sollen.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur zeitlichen Verwaltung des Stroms einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifischen Systemressource auf der Grundlage von Daten, von denen einige zeitlich veränderlich sind, und wobei das Verfahren auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressourcen gegründet ist, folgende Schritte auf: (a) Sammeln und Speichern der spezifizierten Daten und Betriebsziele, (b) Verarbeiten der genannten spezifizierten Daten bezüglich eines bestimmten Anfangszeitpunkts (wobei diese Daten zu diesem Zeitpunkt die Flugzeuge betreffen), um für jedes Flugzeug einen ersten Zeitpunkt für das Erreichen einer Anflugsmarke an der Systemressource vorherzusagen, (c) Spezifizieren einer Zielfunktion, deren Wert ein Mass dafür ist, wie gut die Systemressource und die Vielzahl von Flugzeugen ihre Betriebsziele erreichen, wenn die Flugzeuge die vorgegebenen Anflugsmarkenzeiten einhalten, und (d) Verwendung der Zielfunktion zur Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche die vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen und einen Wert der Zielfunktion liefern, der einen höheren Grad an Erfüllung der Betriebsziele ergibt, wobei die identifizierten Anflugsmarkenzeiten als vorgesehene Anflugsmarkenzeiten gesetzt werden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht dieses Verfahren weiterhin die Übermittlung von Informationen der vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten an die Flugzeuge vor, so dass diese Flugzeuge ihre Flugroute derart verändern können, dass die vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten eingehalten werden. Weiterhin werden die ablaufenden zeitlichen Änderungen der spezifizierten Daten überwacht, derart, dass zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten erzeugt werden, dass die zeitlich aktuali sierten spezifizierten Daten zwecks Vorhersage aktualisierter Anflugsmarkenzeiten verarbeitet werden, dass ein aktualisierter Wert der spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der aktualisierten Anflugsmarkenzeiten berechnet wird, dass der aktualisierte Wert mit dem früheren Wert der Zielfunktion verglichen wird, um festzustellen, ob die früheren Werte erreicht oder überschritten werden, und falls der aktualisierte Wert weiterhin dem früheren Wert entspricht oder ihn übertrifft, dass die gleichen vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten benutzt werden. Falls der aktualisierte Wert den vorherigen Wert nicht erreicht oder überschreitet, wird der oben beschriebene Schritt der Verwendung wiederholt, so dass neue, aktualisierte vorgesehene Anflugsmarkenzeiten erhalten werden, mit denen die angestrebten Betriebsziele erreicht oder übertroffen werden.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht eine Anlage mit einem Prozessor, einem Speicher, einer Anzeige und einem Eingabegerät zur zeitlichen Lenkung des Stroms einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifizierten Systemressource für ein Luftfahrtsystem, wobei die Anlage auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressource gegründet ist, aus den Mitteln zur Ausführung jedes der in den oben beschrieben Verfahren genannten Verfahrensschritte.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung die Form eines Computerprogramms annehmen, welches sich in einem computerlesbaren Speicher befindet und einen Prozessor steuert, welcher ein Luftfahrtsystem dazu befähigt, eine zeitliche Verwaltung des Flugs einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifischen Systemressource auszuführen, wobei das Programm auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressource ge gründet ist, von denen einige zeitlich veränderlich sind und folgende Bestandteile aufweisen: ein Mittel zum Sammeln und Speichern der spezifizierten Daten und Betriebsziele; ein Mittel, um an einem bestimmten Anfangszeitpunkt die spezifizierten Daten zu verarbeiten, die zu diesem Zeitpunkt die genannten Flugzeuge betreffen, um eine erste Anflugsmarkenzeit für jedes Flugzeug an der Systemressource vorherzusagen; ein Mittel zur Spezifizierung einer Zielfunktion, deren Wert ein Mass dafür ist, wie gut die genannte Systemressource und die Vielzahl von Flugzeugen ihre Betriebsziele erreichen, wenn die Flugzeuge die vorgegebenen Anflugsmarkenzeiten einhalten; ein Mittel zum Berechnen eines Anfangswertes der spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten; und ein Mittel zur Verwendung der Zielfunktion für die Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche die vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen können und einen Wert der Zielfunktion liefern, der einen höheren Grad an Erfüllung der Betriebsziele ergibt, wobei die identifizierten Anflugsmarkenzeiten als vorgesehene Anflugsmarkenzeiten gesetzt werden.
Es ist demgemäss ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Verfügung zu stellen, welche es einem Luftfahrtsystem (beispielsweise einer Fluglinie, einem Flughafen oder einer Luftfahrtbehörde) ermöglichen, die spezifizierten Ziele erhöhter Sicherheit und Betriebseffizienz besser zu erreichen, und zwar bezüglich der Ankunft und dem Abflug einer Vielzahl von Flugzeugen an bzw. von einer spezifizierten Systemressource, wie einem Flughafen, oder einer Gruppe von Ressourcen, wodurch die Begrenzungen des Standes der Technik, die oben beschrieben wurden, überwunden werden können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System zur Verwaltung von Flugzeugen in Echtzeit vorzustellen, welche eine grössere Serie von Echtzeitparametern und Faktoren in Betracht ziehen, die bisher nicht berücksichtigt wurden. Beispielsweise können solche Parameter und Faktoren die folgenden sein: Faktoren bezüglich Flugzeug (d.h. Geschwindigkeit, Treibstoff, Flughöhe, Flugroute, Turbulenzen, Wind, Wetter) sowie Serviceleistungen am Boden und Verfügbarkeit allgemeiner Einrichtungen (d.h. Startbahnen, Flugraum, Dienste der Luftverkehrskontrolleure (ATC).
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines Systems, welche es den Benutzern des Luftraums gestatten, ihre Sicherheit und ihre Betriebseffizienz zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System anzugeben, welche es einem Flughafen oder anderen Systemressourcen erlauben, die gesamte Betriebseffizienz zu verbessern, selbst wenn erhöhte Kosten bei einigen Einzelkomponenten auftreten würden, welche vorübergehend weniger effektiv arbeiten würden. Nach einer Optimierung des Gesamtbetriebes des Systems versucht die vorliegenden Erfindung als untergeordnete Aufgabe eine Verbesserung der Effizienz dieser einzelnen Komponenten zu erreichen (d.h. besondere Bedürfnisse einer bestimmten Fluglinie, wenn vorhanden, zu erfüllen), unter der Voraussetzung, dass die optimierte Gesamtlösung nicht verschlechtert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System anzugeben, welche gleichzeitig viele Echtzeitinformationen und andere Faktoren analysieren, Schwierigkeiten im System identifizieren und Pro- Probleme so früh wie möglich erkennen können, alternative mögliche Flugrouten bestimmen, den Betrieb bestimmter Objekte untersuchen und die besten Lösung auswählen können, die neue Lösung in die Tat umsetzen und die Resultate kontinuierlich überwachen können.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine zeitliche Verwaltung des Flugzeugstroms, der in eine spezifizierte Systemressource eintritt oder sie verlässt, und zwar in Echtzeit, um eine Überlastung dieser Ressource zu verhindern. Wenn weiterhin bereits bestehende Vorgänge dazu führen, dass die Systemressource über ihre Kapazität hinaus beansprucht wird, so ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Durchsatz der neuen beanspruchten Systemressource auf ein Maximum zu bringen, und zwar mit einem konsistenten, noch besser angepassten Strom von Flugzeugen in diese Systemressource hinein und aus dieser heraus.
Derartige Aufgaben unterscheiden sich von denjenigen des Standes der Technik, welche die Ankunft oder das Verlassen bezüglich der spezifischen Systemressource durch Verfahren einer linearen Distanzbildung zwischen den Flugzeuge löst oder einfach den Zugang zum Gesamtsystem begrenzt und nicht nur zur jeweilig überlasteten spezifischen Systemressource.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen besser aus der folgenden Beschreibung hervor, welche sich auf die anhängenden Zeichnungen bezieht und eine ins Einzelne gehende Beschreibung darstellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Skizze eines typischen Ablaufs des Fluges von Flugzeugen.
2 zeigt einen typischen Strom von Flugzeugen beim Anflug und beim Abflug an einem gut ausgelasteten Flughafen.
3 zeigt die Datenbank der Anflüge von Flugzeugen an den Flughafen Dallas-Fort Worth, als Teil des Projektes CTAS der NASA.
4 stellt die Anflüge an 16 besonderen Flughäfen der USA im Dezember 2000 im Verlauf von verschiedenen Zeitspannen von jeweils 1 Stunde des Tages dar, wobei die pünktliche Ankunft in Prozent angegeben ist.
5 ist eine Skizze des Warteschleifenverfahrens bei der Ankunft aufeinanderfolgender Flugzeuge.
6 zeigt eine Skizze der Abstandsanordnung von aufeinanderfolgenden Flugzeugen.
7 ist eine Skizze des Verfahrens zum Verzögern von aufeinanderfolgenden Flugzeugen in der Luft.
8 stellt eine Skizze des bevorzugten Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Optimierung der Steuerung von Flugzeugen dar, die einen bestimmten Flughafen anfliegen.
9 zeigt als Illustration eine Tabelle der Entscheidungsverfahren, welche erforderlich sind, um die Ankünfte und Abflüge vieler Flugzeuge an einem Flughafen zu bestimmen.
10 veranschaulicht die verschiedenen Arten von Daten, die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung Verwendung finden.
11A und 11B zeigen die Aufeinanderfolge der Verfahrensschritte zur Optimierung bei der vorliegenden Erfindung.
12 veranschaulicht den Unterschied zwischen der Zufallsanordnung in einem Strom ankommender Flugzeuge und einem verwalteten Strom ankommender Flugzeuge an einer Anflugsmarke.
13 veranschaulicht die Ankunft eines Flugzeuges an einem Flugplatz in Abhängigkeit von der Kapazität eines typischen Zentralflughafens. Dieses Diagramm ist in 15-minütige Zeitblöcke eingeteilt.
14 zeigt eine repräsentative Zielfunktion der vorliegenden Erfindung für ein einzelnes Flugzeug.
15 stellt eine Tabelle dar, die den Wert einer repräsentativen Zielfunktion der vorliegenden Erfindung für zwei Flugzeuge veranschaulicht.
DEFINITIONEN
ACARS-ARINC. System zum Adressieren und Übertragen von Mitteilungen. Dieses System ist ein diskretes System zur Datenverknüpfung zwischen dem Flugzeug und der Fluglinie. Dadurch wird eine sehr begrenzte E-Mail-Austauschmöglichkeit eines begrenzten Satzes von Betriebsdaten zwischen dem Flugzeug und dem Bodenpersonal hergestellt. Die Funktionalität dieser Quelle von Datenverknüpfungen sind Betriebsdaten, meteorologische Daten, eine Ver bindung zwischen dem Piloten und einem Angestellten am Boden, Verbindungen zwischen dem Piloten mit den Luftfahrtbehörden, Daten des Flughafens, OOOI-Daten usw.
Daten der Situation des Flugzeuges (ASD). Diese Bezeichnung ist ein Akronym für eine Echtzeit-Datenquelle (Aktualisierung alle 1 bis 5 Minuten), von der Luftfahrt-Weltbehörde geliefert, einschliesslich der "Federal Aviation Administration", die die Daten der Position des Flugzeuges und der beabsichtigten Flugroute über den Vereinigten Staaten und darüber hinaus enthalten.
Flugzeugbewegung. Dies bedeutet die Bewegung oder die Verwendung eines Flugzeuges, definiert als seine Position und den entsprechenden Zeitpunkt (Vergangenheit, Gegenwart oder Zukunft). Beispielsweise wird die Flugbahn eines Flugzeuges als seine Position, die Zeit und die Flugrichtung. angegeben
Fluglinie (Luftfahrtgesellschaft). Ein Geschäftsbetrieb, der sich mit dem Transport von Passagieren, Gepäck und Fracht mittels eines Flugzeuges befasst.
Datenbank der Ankunft bei Fluglinien. Dies ist eine Komponente des Betriebes einer Fluglinie an einem Zentralflughafen, an dem innerhalb eines sehr kleinen Zeitfensters sehr viele Flugzeuge, die der zentralen Fluglinie gehören, an einem bestimmten Flughafen (Zentralflughafen) ankommen.
Datenbank des Abflugs bei der Fluglinie. Dies ist eine Komponente des Betriebes einer Fluglinie an einem Zentralflughafen, wobei innerhalb eines sehr kleinen Zeitfensters zahlreiche Flugzeuge, welche der Fluglinie am Zentralflughafen gehören, an einem bestimmten Flughafen (Zentralflughafen) starten.
Flugsteig. Dies bezeichnet ein Gebiet oder eine Struktur, an der die Inhaber des Flugzeuges (die Fluglinien) ihre Flugzeuge zwecks Einstieg und Ausstieg der Passagiere und das Einladen und Ausladen von Fracht stationieren.
Luftverkehrs-Kontrollsystem (ATC). Dies bezeichnet ein System, das eine Luftfahrtbehörde zur Einhaltung des sicheren Betriebes von bewegten Flugzeugen verpflichtet. In zahlreichen Ländern wird dieses System durch die zivile Luftfahrtbehörden (CAA) übernommen. In den Vereinigten Staaten ist die Behörde, die für diese Aufgaben zuständig ist, die sogenannte "Federal Aviation Administration" (FAA).
Anflugsmarke/Eckpfosten. An grösseren Flughäfen hat die Luftverkehrsbehörde bestimmte Luftwege zugeteilt, die sämtliche Flugzeuge, die ankommen oder abfliegen, über geographische Punkte leitet, typischerweise über vier Punkte. Diese Punkte befinden sich normalerweise 30 bis 50 Meilen vom Flughafen entfernt und sind durch einen Winkel von etwa 90° voneinander getrennt. Der Zweck dieser Anflugsmarken oder Eckpfosten ist es, dass die Kontrollpersonen die Flugzeuge besser verfolgen können, während sie diese im Flugzeugstrom von anderen ankommenden oder abfliegenden Flugzeugen trennen. In Zukunft kann es möglich sein, dass diese Anflugspunkte näher an den Flughafen zu liegen kommen, oder dass sie vollständig aufgehoben werden. Wie in diesem Dokument beschrieben wird, sind die Anflugsmarken solche Punkte, an denen die Flugzeugströme zusammenlaufen. Zusätzlich können sich Anflugsmarken ausser auf einen Flughafen, wie in dieser Beschreibung dargestellt wird, auch auf beliebige andere Punkte einer Systemressource beziehen, beispielsweise auf eine Landebahn, einen Flugsteig, einen Bereich des Luftraumes, einen Kontrollsektor der CAA, einen Bereich der Gangways des Flughafens usw. Weiterhin kann eine Anflugsmarke einen beliebigen Punkt im Raum darstellen, an dem der Strom von Flugzeugen zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit, der Gegenwart oder Zukunft zusammenläuft.
Objekt. Dieser Begriff umfasst Objekte wie Flugzeuge, Flughäfen, Landebahnen, Lufträume usw.
Automatische abhängige Überwachung (ADS). Dies ist ein System zur Überwachung von Datenverknüpfungen, welches zur Zeit in Entwicklung ist. Dieses System soll in einem Flugzeug installiert werden. Es übernimmt die Position des Flugzeuges aus dem Navigationssystem und teilt diese den Behörden CAA/FAA und anderen Flugzeugen mit.
Luftfahrtbehörde. Diese Behörde ist für den Abstand zwischen Flugzeugen verantwortlich, wenn sich diese in Bewegung befinden. Normalerweise handelt es sich um eine von der Regierung überwachte Behörde, wobei jedoch seit kurzem die Absicht besteht, diese Funktion zu privatisieren. In den Vereinigten Staaten ist diese Behörde die "Federal Aviation Administration" (FAA). In vielen anderen Ländern trägt die Behörde die Bezeichnung Zivilluftfahrtbehörde (CAA). Im vorliegenden Dokument kann dieser Ausdruck ebenfalls eine Flughafenbehörde bedeuten, die den Flughafen verwaltet.
Luftfahrtsystem. Im vorliegenden Dokument bedeutet dieser Begriff eine Fluglinie (d.h. eine Luftfahrtgesellschaft), einen Flughafen, eine Behörde CAA oder FAA sowie eine beliebige andere Organisation oder ein anderes System, welches Zugriff auf den Strom vieler Flugzeuge hat, die eine Systemressource anfliegen oder diese verlassen.
Blockzeit. Die Zeit, welche das Flugzeug vom Verlassen eines Flugsteiges bis zur Ankunft an einem Flugsteig eines anderen Flughafens benötigt. Es kann sich entweder um eine geplante Flugzeit handeln (vorgesehene Abflugzeit bis zur vorgesehenen Ankunftszeit gemäss Flugplan des Luftfahrtsystems), oder um eine reelle Blockzeit (Zeitpunkt, an dem am Startflughafen die Zugangstür des Flugzeuges geschlossen und die Bremsen gelöst werden, bis am Zielflughafen die Bremsen angezogen werden und die Tür geöffnet wird.
Zivile Luftfahrtbehörden (CAA). Dies bedeutet üblicherweise im vorliegenden Dokument jegliche Luftfahrtbehörde, die für einen sicheren Abstand zwischen sich bewegenden Flugzeugen verantwortlich ist.
Gemeinsame Entscheidungsfindung (CDM). Dies ist ein kürzlich eingeführtes Programm zwischen der FAA und den Fluglinien, bei dem die Fluglinie der FAA einen realistischen Flugplan ihrer Flugzeuge übermittelt. Wenn beispielsweise eine Fluglinie 20% ihrer Flüge wegen schlechten Wetters zu einem Zentralflughafen annulliert, wird sie die FAA informieren. Im Gegenzug sammelt die FAA die Daten und verteilt sie an alle Fluglinien, die Mitglieder dieses Dienstes sind.
Gemeinsam zugängliche Objekte. Objekte, die von allen Nutzern des Luftraumes, des Flughafens und der Landepiste benutzt werden müssen und die üblicherweise von der Luftfahrtbehörde (d.h. CAA, FAA, Flughafen) überwacht werden. Diese Objekte (d.h. Start- und Landebahnen, ATC-System, Luftraum usw.) gehören normalerweise keinem dieser Benutzer des Luftraums.
Automatisches zentrales System CTAS TRACON. Dies ist eine von der NASA entwickelte Gruppe von "Werkzeugen" (TMA, FAST usw.), welche die Aufgabe haben, den Strom ankommender Flugzeuge ab etwa 150 Meilen vom Zielflughafen bezüglich der Zeit zu verwalten.
Federal Aviation Administration (Bundesluftfahrtverwaltung). Dies ist die (US-)Regierungsbehörde, die für die sichere Abstandshaltung zwischen Flugzeugen verantwortlich ist, wenn sich diese im Luftraum über den Vereinigten Staaten bewegen.
Vierdimensionaler Pfad. Die Definition der Bewegung eines Objektes in mindestens einer der vier Dimensionen X, Y, Z und Zeit.
Zielfunktion. Ein Verfahren zur Messung des Ausmasses, mit dem eine Reihe spezifizierter Ziele erfüllt werden. Wie weiter aus der vorliegenden Beschreibung hervorgeht, ist dies ein Verfahren zur Auswertung der vorliegenden Situation bezüglich einer Gruppe spezifizierter Ziele, die Erzeugung verschiedener alternativer Situationen, wobei diese alternativen Situationen mit der vorliegenden Situation verglichen werden und die Ergebnisse des Vergleichs wieder in das Verfahren zur Erreichung des Zieles eingegeben werden. Dies dient dazu, um festzustellen, welche dieser alternativen Situationen von einer Gruppe der vorliegenden spezifizierten Ziele im höchsten Ausmass erfüllt werden. Der Zweck der Zielfunktion ist es, eine Lösung zu finden, welche die spezifizierten Ziele (wie sie vom Benutzer definiert werden) "besser" als die gerade ausgeführten Massnahmen erfüllt, und es wird geprüft, ob es sich lohnt, die bessere Lösung zu verwirklichen. Dies trifft stets zu, ob es sich nun um die erste Problemlösung oder eine solche handelt, die vom Überwachungssystem eingeleitet wurde. Wenn es sich um das Überwachungssystem handelt (wobei dies auch selbst für die ursprünglichen Bedingungen und die ers ten Lösungen zutrifft), so wird dieses als Ergebnis einer vorher definierten Differenz (definiert durch den Benutzer) eingeleitet, wobei sich dieser Unterschied darauf bezieht, mit welchem Gütegrad die vorliegenden Bedingungen die spezifizierten Ziele im Vergleich zu den "besseren" Bedingungen und Lösungen erfüllen, die die vorliegende Erfindung auffindet. Wenn die Zielfunktion "bessere" Bedingungen und Lösungen erarbeitet hat, zu denen gewechselt werden sollte, so übersetzt die vorliegende Erfindung diese "besseren" Bedingungen und Lösungen in durchführbare Vorgänge und teilt dies dann den beteiligten Parteien mit, und die Erfindung überwacht dann die neuen laufenden Bedingungen, um festzustellen, ob noch "bessere" Bedingungen und Lösungen aufgefunden werden können, die es wert sind, dass man auf diese übergeht.
Zentral-Fluglinie. Eine Fluglinie, welche eine Betriebsstrategie verwendet, bei der Passagiere aus verschiedenen Städten ("Speichen") zunächst an einen Transitflughafen ("Nabe") gebracht werden und dann im Transit in verschiedene andere Städte gelangen. Dies gestattet den Fluglinien, den Flugverkehr zwischen den bedienten Städten zu vermehren und bietet kleineren Gemeinden die Möglichkeit, einen Non-stop-Zugang zu buchstäblich Hunderten von einheimischen und ausländischen Zielflughäfen zu erreichen.
Regeln des Instrumentenflugs (IFR). Dies ist eine Anzahl von Flugregeln, mit denen der Pilot zunächst den Luftfahrtbehörden, die für die Sicherheit des Flugzeugabstandes verantwortlich sind, einen Flugplan hinterlegt. Obschon sich diese Flugregeln auf den Instrumentenflug beziehen (z.B. fliegt der Pilot nach der Anzeige der sich im Flugzeug befindlichen Instrumente), wenn der Pilot in der Nacht oder in Wolken ausserhalb des Flugzeuges nichts sehen kann, sind die Wetterbedingungen und die Möglichkeit des Pilots, vom Flugzeug nach aussen zu sehen, keine bestimmenden Faktoren für den Instrumentenflug. Wenn der Pilot nach den Instrumenten fliegt, d.h. einen IFR-Flugplan einhält, so ist die Luftfahrtbehörde (beispielsweise die ATC-Kontrollperson) für die Abstände zwischen den sich bewegenden Flugzeugen verantwortlich.
OOOI. Dies ist ein spezifischer Datensatz der Luftfahrt, und bezieht sich auf die Bedingungen des Ablegens des Flugzeuges vom Flugsteig (out), den Start (off), die Landung (on) und die Ankunft am Flugsteig (in). Diese Zeitpunkte werden über die Datenverknüpfung AGARS automatisch an die Fluglinie gesendet, können aber auch auf beliebige andere Art und Weise gesammelt werden.
PASSUR. Ein passives Überwachungssystem, welches üblicherweise durch die zentralen Fluglinien in den Betriebszentren des Zentralflugplatzes eingerichtet wird. Dieses System erlaubt es den Betriebsangestellten der Fluglinie am Boden, wo es installiert ist, das Flugzeug in der Luft in der Nähe des Flugplatzes (bis zu einer Entfernung von etwa 150 Meilen) am Bildschirm zu überwachen.
Strategische Verwaltung. Die Verwendung weit reichender Informationen (normalerweise bis zu n1 Stunden in der Vorausschau, wobei n1 von der reglementierenden Behörde definiert wird und typischerweise 6 bis 24 Stunden beträgt), um den Bedarf und bestimmte wichtige Punkte im System des Luftraums zu bestimmen.
Systemressource. Eine Ressource wie beispielsweise ein Flughafen, eine Startbahn, ein Flugsteig, der Bereich einer Gangway, ein Bereich des Luftraums usw., der von sämtlichen Flugzeugen benutzt wird. Eine beschränkte Systemressource ist eine solche, bei der die Nachfrage ihre Kapazität übersteigt. Dies kann ein Flugplatz mit 70 Flugzeugen sein, die im Verlauf einer einzigen Stunde landen müssen, wobei aber die Landekapazität nur 50 Flugzeuge pro Stunde beträgt. Es könnte sich auch um einen Flugplatz handeln, bei dem zwei Flugzeuge exakt zum gleichen Zeitpunkt landen wollen, bei dem aber die Kapazität nur für die Landung eines Flugzeugs ausreicht. Andererseits könnte es sich um eine Ruhepause in einer langen Reihe von Gewittern handeln, die viele Flugzeuge ausnutzen wollen. Zusätzlich kann es sich bei der Systemressource um eine Gruppe oder eine andere Zusammenstellung von Systemressourcen handeln, die gleichzeitig verwaltet werden können. Beispielsweise bilden eine Anflugsmarke, eine Startbahn und ein Flugsteig eine Gruppe von Systemressourcen, welche als eine Kombination von Ressourcen verwaltet werden kann, um den Flugzeugstrom besser optimieren zu können.
Taktische Verwaltung. Dies umfasst die Verwendung einer Echtzeit-Information (vorliegender Zeitpunkt und bis zu n Minuten in die Zukunft, wobei n von der Luftfahrtbehörde definiert wird und typischerweise 15 bis 30 Minuten beträgt), um zukünftige Vorgänge verändern zu können.
Flugstrecke. Siehe obenstehend "Flugroute des Flugzeugs" und "Vierdimensionaler Pfad".
Regeln des Sichtflugs (VFR). Eine Gruppe von Flugregeln, bei denen der Pilot einen Flugplan bei der Luftfahrtbehörde hinterlegen kann, die für die Einhaltung des Abstandes in Bezug auf Sicherheit verantwortlich ist. Diese Gruppe von Flugregeln basiert auf dem visuellen Flug (beispielsweise orientiert sich der Pilot an visuell wahrnehmbaren Dingen ausserhalb des Flugzeuges), und der Pilot muss in der Lage sein, die Umgebung wahrzunehmen und kann demgemäss nicht in Wolken fliegen. Beim Flug nach einem VFR-Flugplan ist der Pilot für die Einhaltung eines Abstandes zu anderen Flugzeugen während des Fluges und anderer Flugzeugbewegungen verantwortlich.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt sind und bei denen ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Teile oder Objekte zeigen, wobei in den Zeichnungen, deren Beschreibung folgt, die einzelnen Entscheidungsschritte dargestellt sind, welche in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. Dieses Verfahren verwaltet effizient den zeitlichen Strom einer Vielzahl von Flugzeugen, die in eine Systemressource der Luftfahrt oder eine Gruppe von solchen Ressourcen eintreten.
Um leichter verständlich zu sein, ist die nun folgende Beschreibung auf die zeitliche Verwaltung des Stromes einer Vielzahl von Flugzeugen gerichtet, die in einer einzelnen Systemressource ankommen (beispielsweise einem Flughafen), und sie gründet sich auf Anflugsmarkenzeiten (oder Reisegeschwindigkeiten, falls erforderlich), um die angestrebten Zeitpunkte eines Überflugs über die Ankunftsmarke zu respektieren, wobei diese Vorgaben für die einzelnen Flugzeuge gemacht wurden. Diese Markenzeiten gründen sich auf eine Betrachtung spezifizierter Daten, berücksichtigen die Kapazität der Pisten des Flugplatzes (insbesondere der Landepiste), die Positionen der Flugzeuge, die Leistungsfähigkeit der Flugzeuge, die Bedürfnisse der Benutzer (wenn verfügbar) und das Wetter usw., wobei die Daten derart verarbeitet wurden, dass diejenige Gruppe von Anflugsmarkenzeiten identifiziert wurde, bei der die ankommenden Flugzeuge die Ziele spezifizierter Sicherheit und Betriebseffizienz am besten erfüllen.
Wie schon oben besprochen wurde, ist es ein globales Ziel der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit und Effizienz im Flugverkehr durch eine Echtzeitverwaltung von Flugzeugen zu erhöhen, und zwar aus der Perspektive eines Gesamtsystems. Es ist wichtig festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung auf gewisse Weise die Kombination mehrerer Verfahrensschritte darstellt. Die einzelnen Verfahren in diesen Schritten sind die folgenden:

1. Ein Verfahren zur Verfolgung von Flugstrecken (d.h. in den drei Längendimensionen und der Zeit), welches die jeweilige Position und den Status sämtlicher Flugzeuge und anderer Systemressourcen erfasst,
2. ein Verfahren zur Vorhersage der Bewegungsstrecke bzw. der Flugstrecke eines Objektes, bei dem die jeweilige Position und der jeweilige Status des Objekts in einen Algorithmus eingegeben werden, der die zukünftige Position und den zukünftigen Status des Objektes für einen spezifizierbaren Zeitpunkt oder eine gegebene spezifizierbare Position vorhersagt,
3. ein Verfahren zur Zuordnung des Erreichens eines Zieles, wobei auf der Grundlage der eingegebenen Position und des eingegebenen Status dieser Objekte zu jedem gegebenen Zeitpunkt bestimmt wird, zu welchem Grad die jeweilige spezifizierte Sicherheit und die Betriebseffizienz der Systemressource und der Flugzeuge erfüllt werden,
4. ein Verfahren zur Erzeugung alternativer Situationen, welches verschiedene alternative Bewegungsbahnen des Stroms der ankommenden oder abfliegenden Flugzeuge am Kontrollflughafen (oder an einer anderen Systemressource) vorschlägt; mit diesen alternativen Situationen, die dann dem Verfahren zur Bestimmung des Erreichens des Zieles zugeord net werden, wird festgestellt, welche dieser alternativen Situationen den höchsten Grad an Aufgabenerfüllung ergibt (d.h. besser optimiert ist), bezogen auf die Zielsetzung der Luftfahrtbehörde und der Flugzeuge,
5. ein Verfahren zur Übersetzung dieser alternativen Bewegungsbahnen in einen neuen Satz von angestrebten Anflugzeiten (oder Reisegeschwindigkeiten, soweit nötig), um die angestrebten Ankunftszeiten des Flugzeuges zu respektieren,
6. ein eventuell ausgeführter Verfahrensschritt zur Validierung und Bestätigung, welcher einen Angestellten, der bei der Fluglinie, der Flugsicherung oder in anderen Systemen beschäftigt ist, dazu berechtigt, die Ausführbarkeit des neuen Satzes optimierter Anflugsmarkenzeiten (oder Reisegeschwindigkeiten, soweit nötig) in die Tat umzusetzen, damit die angestrebten Anflugsmarkenzeiten des Stromes der ankommenden Flugzeuge eingehalten werden können, wobei anschliessend die Zuordnung dieser neuen Anflugsmarkenzeiten zu den jeweiligen Flugzeugen bestätigt wird,
7. ein Verfahren zur Kommunikation, bei dem eine Fluglinie die Flugsicherheitsbehörde oder der Bediener eines anderen Systems, oder aber eine automatische Einrichtung, den betroffenen Flugzeugen diese neuen Anflugsmarkenzeiten mitteilt,
8. ein Verfahren zur Überwachung im geschlossenen Kreislauf, bei dem der jeweilige Status dieser Objekte kontinuierlich überwacht wird. Dieses Überwachungsverfahren beurteilt den jeweiligen Status der Objekte und vergleicht ihn mit der Leistungsfähigkeit des Systems und dessen Fähigkeit, die neuen zugeordneten Anflugsmarkenzeiten respektieren zu können. Wenn die Vorgänge oder die Statusände rungen eines der Flugzeuge oder eines anderen Objektes der Systemressource zu irgend einem Zeitpunkt die Einhaltung der Anflugsmarkenzeiten ausschliessen würde, oder wenn die Messung der Ausführungsgüte der jeweiligen Systemlösung unter einen spezifizierten Wert fällt, kann die Bedienungsperson der Fluglinie, der Luftsicherheit oder anderer Systeme davon in Kenntnis gesetzt werden, oder das System kann automatisch dazu veranlasst werden, festzustellen, zu welchem Zeitpunkt eine Suche nach besseren, alternativen Situationen erneuert werden kann.

8 zeigt ein Fliessdiagramm, welches die Entscheidungsschritte wiedergibt, die bei der Verwaltung der Flugzeuge ablaufen, die sich einem Flughafen nähern, und wobei die Vorgänge optimiert werden sollen. In Schritt 801 ist angegeben, wie zunächst bestimmt werden muss, ob die Flugzeuge sicher und effizient im Abstand gehalten werden. In Schritt 802 wird das Verfahren sämtliche Bewegungsbahnen der Flugzeuge bewerten, um festzustellen, ob diese Bewegungsbahnen eine Lösung ergeben würde, bei der eine sicherere, effizientere Abfolge von Ankunftszeiten gefunden werden kann. Wenn dies nicht der Fall ist, springt das Verfahren zum Schritt 805 weiter.
Wenn zeitweilige Veränderungen der Bewegungsbahnen der Flugzeuge zu einer besseren Aufeinanderfolge bei der Ankunft oder beim Abflug führt, welche ausserdem sicherer und effizienter ist, müssen die Kosten dieser Änderungen gegen den erhaltenen Vorteil abgewogen werden (Schritt 803). Wenn die zusätzlichen Kosten die Veränderungen der Bewegungsbahnen nicht rechtfertigen, muss das Verfahren zum Schritt 805 zurückgeführt werden.
Schliesslich umfasst das Verfahren die Überwachung der Objekte, um festzustellen, ob jedes Flugzeug sein Ziel der laufenden oder neuen Bewegungsbahn erfüllt (Schritt 806). Dieses Verfahren analysiert laufend das Flugzeug vom gegenwärtigen Zeitpunkt bis n Stunden in der Zukunft, wobei n durch die Fluglinie oder die Luftsicherheitsbehörde bestimmt wird. Der gesamte Zeitrahmen für jede Analyse beträgt typischerweise 24 Stunden, wobei das Verfahren die Ankunftsdatenbank und die Abflugsdatenbank des Zentralflughafens mindestens 3 bis 5 Stunden vorausschauend analysiert und dann das Flugzeug kontinuierlich überwacht, wenn es zum Anflug an den Flughafen weiterfliegt.
Dieses Verfahren vermeidet besondere Parameter, welche nicht optimiert sind. Das Verfahren erreicht dies, indem den verschiedenen Faktoren gewichtete Werte zugewiesen werden, die die Ziele bezüglich Sicherheit und Betriebseffizienz enthalten, und die die Fluglinie, die Luftsicherheitsbehörde und den Flughafen betreffen. Während die vorliegende Erfindung dazu in der Lage ist, eine lineare Lösung (d.h. eine für jedes Flugzeug besondere Optimierung) auszuarbeiten, um eine optimierte Kontrolle einer Vielzahl von Flugzeugen zu erzielen, welche sich einem Flugplatz nähern, wird erkannt, dass eine multidimensionale Lösung (Optimierung des gesamten Stromes der Flugzeuge, der Objekte am Flughafen, der Systemressourcen usw.) eine bessere, sicherere und effizientere Lösung für den Gesamtbetrieb des Flughafens liefert, einschliesslich sämtlicher Aspekte des Stromes der Ankunft und des Abflugs. Zwecks Kürze sollen nun lediglich die Bewegungsaspekte von Flugzeugen betrachtet werden, die beim Anflug und der Landung vorliegen. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung genau so gut mit dem Strom von Flugzeugen bezüglich beliebiger Systemressourcen von Luftfahrtsystemen funktioniert, beispielsweise Luftraum, Lande- und Startpisten, Flugsteige, Gangways usw.
Da die Verwirklichung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eine multidimensionale Lösung benutzt, bei der zahlreiche Parameter gleichzeitig bewertet werden, ist das übliche Fliessdiagramm, welches auf der Grundlage von ja und nein aufgebaut ist, für die vorliegende Erfindung schwierig zu konstruieren. Daher wurde anstelle eines solchen Diagramms eine Entscheidungstabelle aufgestellt (siehe 9), um die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung besser zeigen zu können.
Die Entscheidungen 1 und 2 in dieser Tabelle betreffen, wie ersichtlich, eine Anzahl von Parametern, welche von der Fluglinie, dem Benutzer und dem Piloten definiert sind und die zur Bestimmung der optimalen Anflugsmarkenzeit eines Flugzeuges beitragen. Da es für eine Luftsicherheitsbehörde oder einen Flughafen zu schwierig sein würde, die notwendigen Daten zusammenzutragen, die für diese Entscheidungen erforderlich sind, überlässt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diese Entscheidungen der Fluglinie, dem Benutzer oder dem Piloten. Da dem so ist, würde es nachher Sache der Fluglinie, des Benutzers oder des Piloten sein, ihre Erfordernisse mit der Luftsicherheitsbehörde und dem Flughafen zu koordinieren, so dass diese Daten dazu verwendet werden können, eine globale Optimierung des Stromes des Flugzeugverkehrs in Richtung des Flughafens zu entwickeln.
Bei der Entscheidung 1, wobei zunächst andere, möglicherweise störende Faktoren wie das Wetter, die Flugbahnen anderer Flugzeuge, äussere Einwirkungen auf den Flugplan eines Flugzeuges usw. ignoriert werden sollen, müssen bis zu 20 Flugzeugparameter gleichzeitig ausgeglichen werden, um die globale Leistungsfähigkeit jedes Flugzeuges zu optimieren. Dies ist ganz verschieden von den üblichen Betriebspraktiken der Luftfahrtindustrie, bei denen die Ent scheidungen auf Grund sehr begrenzter Daten getroffen werden (d.h. vorgesehene pünktliche Ankunft und möglicherweise noch eines anderen Parameters, wenn überhaupt, nämlich dem Treibstoffverbrauch).
Bei der Entscheidung 2 werden die örtlichen Einrichtungen einer Fluglinie am Bestimmungsflughafen daraufhin bewertet, ob sie die Bedürfnisse und/oder Wünsche des einzelnen Flugzeuges erfüllen können, wobei weiterhin mögliche Wechselwirkungen mit anderen Flugzeugen berücksichtigt werden, die sich dem gleichen Flughafen nähern. Diese Anforderungen an die Fluglinie, den Benutzer und den Piloten müssen dann der Luftsicherheitsbehörde und dem Flughafen mitgeteilt werden.
Die Verwendung dieser mitgeteilten Informationen und andere Daten (beispielsweise Daten der Ressourcen des Flughafens, des Wetters und anderer Daten, welche von der Luftfahrtbehörde zusammengetragen werden) in der Phase der Entscheidung 3 dieses Verfahrens ist der wichtigste Punkt, auf den sich die vorliegende Erfindung konzentriert. Dabei konzentriert sich der Anwender der vorliegenden Erfindung auf die Kapazitäten des Luftraumes, der Lande- und Startpisten, der Ankunft und des Abflugs und teilt den Flugzeugen koordinierte Anflugsmarkenzeiten zu, derart, dass die Ziele einer spezifizierten Sicherheit und einer Betriebseffizienz des Flughafens erfüllt werden.
Bei Zentralflughäfen kann dies eine komplexe Aufgabe sein, weil es beispielsweise vorgesehen ist, dass 30 bis 60 Flugzeuge einer einzigen Fluglinie (und dazu zahlreiche Flugzeuge anderer Fluglinien) in sehr kurzen Zeitspannen landen müssen und daher ein Plan nötig ist, um diese Aufgabe zu lösen. Nach der Landung entlässt das Flugzeug seine Passagiere, wird gewartet und startet danach wieder. Die startenden Flugzeuge müssen laut Flugplan in sehr kurzen Zeiträumen zum Abflug abgefertigt werden. Typische Betriebszeiten am Zentralflughafen dauern etwa 1 bis 1½ Stunden, und die obigen Vorgänge wiederholen sich 8 bis 12 mal am Tag.
10 veranschaulicht die verschiedenen Arten der Datensätze, die bei diesem Verfahren zur Entscheidungsbildung verwendet werden, und diese Datensätze schliessen folgende ein: Ziele der Luftverkehrsüberwachung, allgemeine Überwachung, Flugzeugkinematik, Mitteilungen und Nachrichten, Struktur des Luftraumes, Zugänglichkeit des Luftraumes und der Pisten, Anforderungen der Benutzer (wenn bekannt), Arbeitsressourcen, Eigenschaften der Flugzeuge, Ankunfts- und Abflugszeiten, Meteorologie, Zugänglichkeit der Flugsteige, Unterhalt, andere Objekte und Ziele der Sicherheit, des Betriebes und der Effizienz.
11A und 11B zeigen die einzelnen Verfahrensschritte zur Optimierung gemäss der vorliegenden Erfindung. Beim Schritt 1101A wird eine Gruppe von Flugzeugen ausgewählt, für die beabsichtigt ist, dass sie sicher und effizient zu einem bestimmten Flughafen geführt werden, wo sie in einem vorgesehen "Zeitfenster" landen sollen. Das Zeitfenster bezieht sich üblicherweise auf die Ankunftsdatenbank der Flugzeuge des betreffenden Flughafens. Flugzeuge ausserhalb dieses Zeitfensters werden einer Optimierung in dieser Verfahrensstufe nicht unterworfen, aber sie werden berücksichtigt, soweit sie bestimmte Begrenzungen und Einschränkungen auf die Flugzeuge ausüben könnten, die sich in der ausgewählten Flugzeuggruppe befinden.
Im Schritt 1102A werden die Positionen und die zukünftigen Pläne der Bewegung sämtlicher Flugzeuge einschliesslich ihrer vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten mittels Eingaben in Datenbanken identifiziert, darunter die automatische abhängige Überwachung (ADS), die Situationsdaten für Flugzeuge (ASD der Behörde FAA), diejenigen der Fluglinien (wenn verfügbar), sowie beliebige andere Informationen (beispielsweise Meteorologie), welche bezüglich Position und beabsichtigte Bewegung des Flugzeuges zugänglich sind. Diese Berechnung der zukünftigen Bewegungen der ausgewählten Gruppe von Flugzeugen kann berechnet werden, indem man eine Zusammenstellung bestimmter handelsüblicher Softwareprogramme verwendet (beispielsweise "Aeralib" der Aerospace Engineering und Associates, Landover, MD, und/oder Attila der Gruppe ATH, Patentanmeldung Nr. 09/549 074) mit eingegebenen Informationen für jedes Flugzeug, einschliesslich Informationen wie hinterlegter Flugplan, laufende Position, Flughöhe und Fluggeschwindigkeit, wobei diese Daten von der Fluglinie, dem Benutzer, dem Piloten usw. stammen.
Im Schritt 1103A werden diese vorausgesagten Anflugsmarkenzeiten der in der Gruppe befindlichen Flugzeuge zur Berechnung des Wertes einer Zielfunktion verwendet, welche ein Mass dafür ist, wie gut diese Gruppe von Flugzeugen ihre Ziele bezüglich Sicherheit und Betrieb erfüllen wird, wenn sie die vorausgesagten Zeiten über der Anflugsmarke einhalten. Diese Zielfunktion kann auf viele verschiedene Arten definiert werden. Ein bevorzugtes Verfahren ist es jedoch, sie als die Summe der gewichteten Komponenten der verschiedenen Faktoren oder Parametern zu definieren, die dazu verwendet werden, die Betriebsleistung eines Flugzeuges und/oder einer Landepiste zu messen (beispielsweise Faktoren wie die Ausnutzung der gesamten Kapazität der Landepiste, der Unterschied zwischen den vorgesehenen und den reellen Ankunftszeiten, den Treibstoffverbrauch des Fluges, die Landung zu einem Zeitpunkt, wo das Flugzeug schnell entladen und gewartet werden kann).
Beim Schritt 1104A wird diese Zielfunktion bezüglich dieser vorausgesagten Ankunftszeiten optimiert, indem potentielle Änderungen dieser vorausgesagten Ankunftszeiten identifiziert werden, so dass der Wert der globalen Lösung steigt, wie sie durch die Zielfunktion bestimmt wird. Das Gebiet der Lösungen, in dem diese Suche durchgeführt wird, verlangt natürlich Aussagen, die sicherstellen, dass sämtliche prinzipiell möglichen Lösungen auch ausführbar sind. Diese Anforderungen schliessen beispielsweise ein: es dürfen nicht zwei Flugzeuge das gleich Zeitfenster der Ankunft benutzen, und andere Erfordernisse berücksichtigen die Leistungsfähigkeit der einzelnen Flugzeuge (Höchstgeschwindigkeit, höchste Flughöhe, zugänglicher Treibstoff).
Im Schritt 1105A werden diese Veränderungen, nachdem als Lösung eine Gruppe von Ankunftszeiten erzeugt wurde, in eine neue Menge von beabsichtigten Ankunftszeiten (oder Reisefluggeschwindigkeiten, wenn erforderlich) eingeführt, damit die angestrebten Anflugsmarkenzeiten der Flugzeuge respektiert werden können.
Im Schritt 1106A wird der neue Satz der beabsichtigten Ankunftszeiten (oder Reisegeschwindigkeiten) den Piloten der einzelnen Flugzeuge zwecks Respektierung dieser beabsichtigten Anflugsmarkenzeiten übermittelt, welche diese neuen Daten übernehmen. Wie schon in den vorstehenden Definitionen angegeben wurde, ist die Anflugsmarke ein Punkt, der eine gewisse Entfernung vom Flughafen hat und der in Zukunft näher an den Flughafen heranrücken kann und schliesslich selbst mit dem Landepunkt zusammenfällt. Diese Übermittlung kann dem Piloten über eine ATC-Kontrollperson auf direktem Wege zukommen, und zwar direkt per Telephon oder Datenübertragung, oder indirekt über die Bedienungsperson der Fluglinie. Zusätzlich kann diese neue Gruppe von beabsichtigten Ankunftszeiten zwischen der Flug linie und der Luftsicherheitsbehörde verhandelt werden, wobei noch Änderungen angebracht werden können, und dann werden die geänderten Daten zur Genehmigung und erneuten Optimierung der Luftfahrtbehörde übermittelt.
Selbst nachdem diese neuen vorgesehenen Ankunftszeiten aufgestellt sind, wird der Status der verschiedenen Flugzeuge weiterhin überwacht und laufend neue Voraussagen für ihre Anflugsmarkenzeiten ausgearbeitet, und weiterhin wird auch der Vergleich dieser neuen Werte mit der Lösung der beabsichtigten Anflugsmarkenzeiten fortgesetzt, so dass etwaige Konflikte, die sich neu entwickeln, sehr schnell identifiziert werden können. Wenn tatsächlich solche neuen Konflikte auftreten, fängt das Verfahren von vorn zu arbeiten an und schlägt eine geeignete neue Einstellung der einem Konflikt unterworfenen vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten der Flugzeuge vor.
Die vorliegende Erfindung gestattet demgemäss die Einstellung der Landezeiten der Flugzeuge zeitlich nach vorn und zurück, so dass die Flugzeuge geordnet einer Systemressource, (d.h. der Landebahn) übergeben werden. Wie bei dem Verfahren zur Herstellung von Artikeln "genau zur rechten Zeit" müssen diese Flugzeuge nicht zu früh, aber auch nicht zu spät übergeben werden, sondern exakt rechtzeitig, um die Kapazität der Systemressource zu maximieren.
Die Art und Weise, mit der die Erfindung den Betrieb der Flugzeuge optimiert, unterscheidet sich von den laufenden Praktiken in diesem Geschäftsbereich in verschiedenen, wichtigen Punkten. Erstens wird das heute angewandte Verfahren, die Flugzeuge am Flugsteig zurückzuhalten, durch Einzelaktionen der Piloten verwässert, indem sie sich nicht an die Geschwindigkeiten halten, wenn sie einmal gestartet sind. Zusätzlich wird der Wert solcher Massnahmen be trächtlich abgeschwächt und führt sehr oft zu einem Ablauf der Flugzeugbewegungen, der alles andere als optimal ist, weil beim typischen Verfahren des Zurückhaltens am Flugsteig nicht sämtliche zugängliche und wichtige Daten berücksichtigt werden oder sehr oft zu weit in die Zukunft geplant wird. Da nun zweitens die Regelung der Ankunftsreihenfolge der Kontrollperson in der Nähe des Flughafens überlassen wird oder von der Luftraumsicherung nach den Erfordernissen des linearen Ablaufs ausgerichtet wird, ist es entweder zu spät oder zu schwierig, die Reihenfolge der Flugzeuge dadurch zu ändern, dass diese zeitlich nach vorn verschoben wird, um einen optimalen Strom von Flugzeugen aufzustellen.
Um die vorliegende Erfindung weiter zu erläutern, soll die Situation betrachtet werden, in der eine Fluggesellschaft oder die Luftverkehrsbehörde versucht, die Verwendung einer Start- oder Landebahn zu maximieren, d.h. möglichst viele Flugzeuge in möglichst kurzer Zeit landen zu lassen. Zwei Parameter, welche die Benutzung der Start- und Landebahn beeinflussen, sind die Konsistenz des Stromes und die Aufeinanderfolge der ankommenden bzw. startenden Flugzeuge.
Wie oben schon erwähnt wurde, ist der Strom der Flugzeuge zufällig und basiert auf zahlreichen unabhängigen Entscheidungen, wodurch die Kapazität der Piste nicht ausgenutzt wird. Es wird auf 12 verwiesen. Die vorliegende Erfindung trägt dazu bei, die Verschwendung bei der Auslastung der Pisten zu vermindern und eine solche mögliche Verschwendung beizeiten zu beseitigen, normalerweise 1 bis 3 Stunden (oder mehr) vor der Ankunft. Dies wird dadurch erreicht, dass die Bewegungsbahnen der Flugzeuge vorhergesagt wurden, so dass dieser Ablauf zeitlich sowohl nach vorn als auch nach rückwärts ausgedehnt werden kann, um eine Überlastung zu vermeiden. Die Entscheidungen, welche Flugzeuge zeitlich nach vorn oder nach rückwärts zu verschieben sind, basiert auf zahlreichen Parametern, einschliesslich der Höchstgeschwindigkeit der Flugzeuge, dem Wetter entlang der unterschiedlichen Flugbahnen, den Erfordernissen von Anschlussflügen usw.
Wie ausserdem schon oben beschrieben wurde, kann die Reihenfolge der Flugzeuge nach Massgabe ihrer Annäherung an den Flughafen die Landekapazität der Landebahn ebenfalls beeinflussen. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Aufstellung einer optimalen Reihenfolge dieser Flugzeuge, wodurch die Landekapazität der Landebahn maximiert wird.
In Verbindung mit dem Ziel, die Abfolge und den Abstand der Flugzeuge voneinander effizient zu verwalten und einzustellen, um die Landekapazität der Landebahn zu erhöhen, gibt es zahlreiche andere Parameter des Anflugsverfahrens, welche durch eine Echtzeitverwaltung des anfliegenden und abfliegenden Stroms der Flugzeuge am Flughafen optimiert werden können. Diese Parameter sind beispielsweise eine Verminderung der Flugmanöver in niedriger Höhe, abnehmende Länge der endgültigen Anflugstrecke, verminderter Treibstoffverbrauch, pünktliche Ankunft, weniger Arbeitsbelastung der Kontrollpersonen, maximale Ausnutzung der Pistenobjekte, Minimierung einer Überbelastung der Gangways und der anderen Flughafenpisten für Flugzeuge, usw.
Der erste Schritt ist die Bestimmung der Parameter und Ziele, welche das Verfahren optimieren will. Während die vorliegende Erfindung viele Parameter gleichzeitig verwalten und optimieren kann, sollen zwecks Beschreibung der Arbeitsweise des Systems ein Ziel und eine Zielfunktion betrachtet werden, welche nur eine begrenzte Anzahl von Parametern in Betracht zieht. So soll die Zielfunktion die folgenden Parameter oder grundlegenden Ziele aufweisen: (1) jede Minuten soll ein Flugzeug landen, (2) das anfliegende Flugzeug soll ein Mindestmass an Treibstoff verbrauchen, und (3) das Flugzeug soll pünktlich gemäss Flugplan landen.
Um eine solche Zielfunktion zu optimieren, bestimmt die vorliegende Erfindung kontinuierlich die jeweilige Position sämtlicher Flugzeuge, die an einem bestimmten Flughafen ankommen sollen oder auf dem Weg zu diesem Flugplatz sind, und als Beispiel wird Atlanta (ATL) gewählt. Die Optimierung wird dadurch erreicht, dass ASD (Daten, welche die jeweilige Position und die Flugrichtung des Flugzeuges liefert), die Flugpläne der Fluggesellschaft oder andere Positionsdaten von zahlreichen zugänglichen Quellen sammelt und beurteilt. Unter Verwendung dieser Daten bezüglich der Position und der Flugrichtung des Flugzeuges erzeugt die vorliegende Erfindung eine Bewegungsbahn, so dass eine geschätzte Zeit bestimmt werden kann, in der jedes Flugzeug an der Landebahn (oder an der Anflugsmarke) ankommt. Diese anfänglich zu schätzenden Strecken werden von der vorliegenden Erfindung ermittelt, ohne Berücksichtigung dessen, was eine Kontrollperson entscheiden wird, wobei aber so vorgegangen wird, als ob das jeweilige Flugzeug das einzige Flugzeug am Himmel sei. Mit anderen Worten: wenn die vorliegende Erfindung nicht verfügbar ist, berücksichtigen diese ursprünglichen Streckenführungen nicht sämtliche Massnahmen, die die Kontrollperson ergreifen muss, um bei der Ankunft den Strom der Flugzeuge im Verlauf des Landeanflugs linear zu regeln.
Nachdem die Streckenführungen aufgestellt sind, muss die vorliegende Erfindung die Genauigkeit dieser Streckenführungen bestimmen. Es ist klar, dass bei einer grossen Ungenauigkeit dieser Streckenführungen die Qualität jeder auf diesen Streckenführungen beruhenden Lösung viel gerin ger sein wird, als erwünscht ist. Die vorliegende Erfindung bestimmt die Genauigkeit der auf dem ursprünglich bestimmten Satz von Regeln aufgestellten Streckenführungen und gibt dann eine Gütezahl (FOM) für jede Streckenführung aus. Wenn sich beispielsweise ein Flugzeug nur wenige Minuten vor der Landung befindet, ist die Genauigkeit der geschätzten Landezeit sehr hoch. Es ist nämlich einfach zu wenig Zeit vorhanden, um irgend eine Massnahme zu ergreifen, welche den Zeitpunkt der Landung wesentlich verändern könnte. Andererseits gilt, dass sehr viele Massnahmen oder Vorgänge auftreten können, welche die Genauigkeit der vorhergesehenen Ankunftszeit verringern, wenn das Flugzeug seinen Flugplan (Flugroute) hinterlegt hat, jedoch noch nicht einmal von Los Angeles in Richtung ATL abgeflogen ist.
Aus dem Gesagten geht hervor, dass die Gütezahl dieser Vorhersagen eine Funktion der Zeit ist. Je früher die Vorhersage gemacht wird, desto geringer ist die Genauigkeit der Vorhersage und desto niedriger ist die Gütezahl. Je näher das Flugzeug an der Landung ist, desto höher ist die Genauigkeit der Vorhersage und daher ist auch die Gütezahl höher. Die Gütezahl gibt demgemäss das Vertrauen wieder, welches die vorliegende Erfindung in die Genauigkeit der vorausgesagten Landungszeitpunkte setzt. Neben der Zeit sind noch andere Faktoren zur Bestimmung der Gütezahl massgebend, nämlich beispielsweise die Gültigkeit der beabsichtigten Streckenführung, die Zugänglichkeit meteorologischer Daten, die Verfügbarkeit von Informationen vom Piloten usw.
Wenn die Streckenführungen aufgestellt sind und ihre Gütezahlen hoch genug bewertet werden, wird der Wert der Zielfunktion aufgrund dieser vorausgesagten Ankunftszeiten berechnet. Eine solche Berechnung der Zielfunktion verlangt oft einen Algorithmus, welcher jedem der Parameter, die sich auf die vorhergesagten Ankunftszeiten gründen, einen Zahlenwert zuteilt. Wenn es beispielsweise ein angenommenes Ziel ist, jede Minuten ein Flugzeug landen zu lassen, so besteht eine Möglichkeit, wenn das Flugzeug nicht den richtigen Abstand aufweist, darin, manche Flugzeuge beschleunigen zu lassen, was allerdings wieder mehr Treibstoff erfordert. Wenn jede Minuten eine Landung stattfindet, so ist dies ein Plus, während der zusätzliche Verbrauch von Treibstoff ein Minus darstellt.
Ein Beispiel, wie diese Parameter der Zielfunktion definiert werden können, soll am Beispiel der Landung eines Flugzeuges in jeder Minute erläutert werden. Wenn die Zeit zwischen den ankommenden Flugzeugen mehr oder weniger als 1 Minute beträgt, erhält dieser Parameter eine Nummer, wobei Nummern nahe an 0 ein gutes Erreichen dieses Zieles darstellen. Wenn sich beispielsweise ein Flugzeug 1 Minute hinter einem anderen Flugzeug befindet, erhält es einen Wert von 0. Beträgt der Abstand 2 Minuten, erhält. es einen Wert von 10. Für einen Abstand von 3 Minuten beträgt dieser Wert 100 usw.
Bei der Situation, bei der es vorgesehen ist, dass das erste Flugzeug (#1) um 12:15 Uhr landen soll, kein Flugzeug um 12:16, 12:17, 12:18 und 12:19 landen soll und vier Flugzeuge (#2 bis #5) zur Landung um 12:20 Uhr vorgesehen sind, besteht daher die Möglichkeit, diesen Teil der Zielfunktion, der von diesem Parameter abhängt, zu optimieren. Eine erste mögliche Lösung zur Optimierung ist es, #2 auf 12:16, #3 auf 12:17, #4 auf 12:18 und #5 auf 12:19 zur Landung vorzusehen. Es stellt sich nun die Frage, ob eine grössere Menge Treibstoff von den Flugzeugen #2 bis #5 verbraucht werden muss. Dieses Problem kann weiter dadurch kompliziert werden, dass das Flugzeug #4 bereits eine Verspätung von 5 Minuten aufweist, während Flugzeug #2 4 Minu ten zu früh, #3 genau im Flugplan und #5 2 Minuten zu spät ist.
Wenn die Zielfunktion einfach als die Summe der Parameter der verschiedenen Flugzeuge definiert wird, deren Betrieb und Sicherheit optimiert werden sollen, so stellt sich dies etwa als ein lineares Verfahren dar, in dem die Zielfunktion dadurch optimiert werden kann, dass man die Parameter jedes Flugzeuges optimiert. Auf der anderen Seite kann die Zielfunktion auf kompliziertere Weise definiert werden, so dass eine nicht lineare Funktion entsteht, welche in Betracht zieht, inwieweit die Veränderungen der vorgesehenen Anflugszeit eines Flugzeuges eine Veränderung der vorgesehenen Ankunftszeit anderer Flugzeuge beeinflussen, und es ist nicht mehr so klar, wie diese Zielfunktion zu optimieren sei. Wie jedoch im Stand der Technik bekannt ist, existieren viele mathematische Techniken zur Optimierung selbst sehr komplizierter Zielfunktionen. In der Zwischenzeit ist bekannt geworden, dass solch eine nicht lineare Lösung (d.h. eine Optimierung für die gesamte Gruppe der Flugzeuge, der Flughafenobjekte usw.) oft eine bessere, sicherere und effizientere Lösung des gesamten Betriebsablaufs des Flughafens darstellt, einschliesslich sämtlicher Aspekte der Abfolge der Ankunfts- und Abflugbewegungen.
Um noch besser verstehen zu können, wie die Optimierung des Verfahrens dieser Zielfunktion vonstatten gehen kann, soll die folgende mathematische Betrachtung des Ausdruckes eines typischen Flughafenproblems folgen, bei dem eine Anzahl von Flugzeugen 1 ... n an einem gegebenen Punkt zu den Zeitpunkten t₁ ... t_n ankommt. Diese Flugzeuge müssen neu geordnet werden, so dass
die Zeitdifferenz zwischen zwei Ankunftszeitpunkten nicht weniger als einige Minuten beträgt (Δ),
die Zeitpunkte der Ankunft bzw. des Abflugs so wenig wie möglich zu modifizieren sind;
einige Flugzeuge stärker "veränderbar" als andere sind.
Es wird das Zeichen t_i verwendet, um die Änderung (negativ oder positiv) zu bezeichnen, welche die Neuanordnung der Zeiten auf t_i bringt. Es kann eine Zielfunktion definiert werden, welche misst, wie "gut" (oder eher "schlecht") diese Veränderungen für die gesamte Gruppe der Flugzeuge ist, und diese Funktion ist die folgende: G1 = Σi|di/ri|K worin r_i Koeffizienten bedeuten, die von der Anwendung definiert werden und jedes t_i mit einem "Kostenpunkt" versehen wird, wenn t_i geändert wird (wenn es beabsichtigt ist, das Flugzeug i "teuer" neu zu ordnen, erhält es ein kleines r_i, welches sich beispielsweise auf die Sicherheit, die Kapazität des Flughafens, die Belastung bei der Landung und beim Start und auf noch andere Faktoren gründet), so dass der Änderungsbereich am Ende begrenzt wird. Die Summierung geht hier durch sämtliche Werte von i, und der Exponent K kann auf einen günstigen Wert irgendwo zwischen 1 und 3 gesetzt werden (wobei 2 eine gute Wahl ist, mit der der Versuch beginnen kann). Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Wert von G₁ auf ein Minimum zu bringen, wie aus dem Nachstehenden hervorgeht.
Nun soll der "Kostenpunkt" für Flugzeuge definiert werden, welche zu nahe aufeinanderfolgen. Aus den Gründen, die noch dargelegt werden, soll eine unstetige Schrittfunktion vermieden werden, wobei ihr Wert bei Δ geändert wird. Eine gute kontinuierliche Näherung kann beispielsweise folgende sein: G2 = ΣijP((Δ – |dij|)/h)worin sich die Summierung über sämtliche Kombinationen von i und j erstreckt, h ein bestimmter Bereichsfaktor darstellt (der die Steigung des Grenzwertes um Δ definiert), und P die Integralfunktion der Gauss'schen Standardnormalverteilung ist. Das Symbol d_ij steht hier für die Differenz der Ankunfts- bzw. Abflugszeiten beider Flugzeuge, d.h. (t_i + d_i) – (t_j + d_j).
Demgemäss ist jeder Term Null für |d_ij| >> Δ + h, und 1 für|d_ij| << Δ – h, mit einem kontinuierlichen Übergang zwischen diesen beiden Extremwerten (die Steilheit dieses Überganges wird durch den Wert von h definiert). Schliesslich ist die Wahl von P als die Funktion der Normalverteilung nicht ein zwingendes Erfordernis; es kann eine beliebige Funktion verwendet werden, welche den Wert 0 für Argumente << –1 und den Wert von 1 für Argumente >> +1 annimmt oder diese Werte annähert, wobei die getroffene Auswahl auf reiner Gewohnheit beruht.
Eine Zielfunktion, welche definiert, wie "schlecht" die neue Planung ist (d.h. die Auswahl von d), kann als die Summe von G₁ und G₂ ausgedrückt werden, welche eine Funktion von d₁ ... d_n ist: G(d1 .. dn) = KΣiCid2i + ΣijP((Δ – |dij|)/h)wobei K einen Koeffizienten darstellt, der die relative Wichtigkeit beider Komponenten ausdrückt. Es können nun verschiedene allgemeine numerische Techniken angewendet werden, um diese Funktion zu optimieren, d.h. die Gruppe von Werten aufzufinden, für welche G ein Minimum erreicht. Die Analyse der obigen Zielfunktion ist auf alle einzelnen Ziele anwendbar, um alle diese Ziele oder zumindest viele von ihnen, die von einer Luftverkehrsgesellschaft oder der Luftfahrtbehörde gewünscht werden, zu erfüllen.
Um dieses Optimierungsverfahren zu erläutern, ist es lehrreich, die folgenden Zielfunktionen für n Flugzeuge zu betrachten: G(t1 ... tn) = G1(t1) + ... + Gn(tn) + G0(t1 ... tn)worin jeder Term G_i(t_i) Strafpunkte symbolisiert, die dem Flugzeug i zugeteilt werden, welches zum Zeitpunkt t_i ankommt, und G₀ ist der zusätzliche Strafpunkt für die Kombination von Ankunftszeiten t₁ ... t_n. Diese Strafpunkte werden beispielsweise zugeteilt, wenn zwei Flugzeuge das gleiche Ankunftsfenster beanspruchen.
In diesem vereinfachten Beispiel kann der Ausdruck Gi(t) = α × (t – tS)2 + b × (t – tE)2 so definiert werden, dass ein Flugzeug Strafpunkte erhält, wenn es von der vorgesehenen Ankunftszeit t_s einerseits und von der geschätzten Ankunftszeit t_E andererseits abweicht, wobei die geschätzte Ankunftszeit die jeweilige Geschwindigkeit in Betracht zieht.
Es sei angenommen, dass für das Flugzeug #1 t_S = 10, t_E = 15, a = 2 und b = 1 sei. Dann stellt die Komponente der Zielfunktion, die mit Hilfe der obigen Gleichung berechnet wurde, eine quadratische Parabel dar mit einem Minimum bei t nahe an 12, siehe 14 (die Zeit kann in beliebigen Einheiten ausgedrückt werden, hier sollen Minuten angenommen werden). Dies ist demgemäss die "beste" Ankunftszeit für dieses Flugzeug, wie es seine Zielfunktion ermittelt hat, wobei jedes andere Flugzeug im System nicht berücksichtigt ist.
Mit den gleichen Werten von a und b, jedoch mit t_S = 11 und t_E = 14, ist die Zielfunktion des Flugzeuges #2 ganz ähnlich: der Vergleich ist in 14 dargestellt.
Jetzt soll angenommen werden, dass die Kombinationskomponente auf 1000 gesetzt wird, wenn der Absolutwert (t₁ – t₂) einmal auf < 1 (beide Flugzeuge beanspruchen das gleiche Fenster) und dann auf 0 gesetzt wird. Die Tabelle 1 in 15 zeigt die Werte der Zielfunktion für diese zwei Flugzeuge.
Das Minimum (der Bestwert) der Zielfunktion wird bei t₁ = 11 und t₂ = 12 gefunden, welches dem gesunden. Menschenverstand entspricht: beide Flugzeuge beanspruchen das Minutenfenster für t₂ = 12, aber für das Flugzeug #1 ist das Zeitfenster bei t₁ = 11 Minuten genau so gut. Der gesunde Menschenverstand würde jedoch erwarten, dass ungültige Ergebnisse anfallen, wenn die Anzahl der in Frage stehenden Flugzeuge 3 oder 5 überschreitet, während die Optimierungsroutine für eine derart definierte Zielfunktion. stets den Bestwert der Zielfunktion auffinden würde.
Um schliesslich die Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und den bisher angewendeten Massnahmen zur Verwaltung des Luftverkehrs auf einem Flugplatz aufzuzeigen, werden die folgenden Beispiele angegeben.
Beispiel 1. Wenn zu erwarten ist, dass sich das Wetter über einem Flughafen derart verschlechtert, dass die Abstände zwischen Flugzeugen bei der Landung vergrössert werden müssen, so halten die Luftfahrtbehörden bisher Flugzeuge an ihren Startflughäfen zurück. Aufgrund der sich schnell verändernden Wetterbedingungen und der Schwierigkeit, mit zahlreichen Flugzeugen in Verbindung zu treten, welche am Boden zurückgehalten werden, kann es vorkommen, dass sich die erwartete Verspätung von 1 bis 2 Stunden auf 30 Minuten verringert und innerhalb der nächsten 15 Minuten sogar vollkommen aufgehoben wird. Es kann also wegen verschiedener Unsicherheiten vorkommen, dass zum Zeitpunkt, an dem das Flugzeug am Zielflughafen ankommt, die auf die Landefolge angewandte Beschränkung schon längst aufgehoben ist und die Flugzeuge zur Landung beschleunigt werden. Diese Situation tritt zum Beispiel auf, wenn Gewitter sich schnell verziehen und den Flugplatz wieder zur Landung freimachen, schon Stunden vor der planmässigen Landung des Flugzeugs.
Bei einer Ausführungsform der vorliegendem Erfindung werden Anflugsmarkenzeiten der ankommenden Flugzeuge aufgrund einer grossen Gruppe von Parametern berechnet, einschliesslich der vorhergesehenen Landungsabfolge, wenn es erwartet wird, dass sich diese Landeabfolge am Flughafen derart verschlechtert, dass die Anzahl aufeinanderfolgenden Landungen verlangsamt werden muss. Die Anflugsmarkenzeiten werden dem Flugzeug übermittelt, und der Pilot startet und verwaltet die Flugstrecke soweit wie möglich, um die zugeteilten Anflugsmarkenzeiten einzuhalten. Dies ermöglicht eine beträchtlich Treibstoff sparende Reisegeschwindigkeit und einen entsprechenden Reiseweg. Zusätzlich ist diese konsistente Folge von Objekten (Flugzeugen) in Richtung des Flughafens bzw. des Luftraums mit begrenzter Kapazität nicht nur sicherer, sondern eine solche konsistente Abfolge von Objekten ist für die Kontrollperson auch leichter zu handhaben, und daher wird die jeweilige Kapazität im Vergleich zum jetzt angewendeten linear ausgerichteten Abfolgesystem verbessert.
Wenn sich die Landeabfolge weiterhin früher als erwartet beschleunigt, befinden sich die Flugzeuge schon in der Luft und können daher schneller auf die neuen Anflugs markenzeiten bzw. die neue Reisegeschwindigkeit reagieren, um die beabsichtigten Anflugsmarkenzeiten einzuhalten und die verfügbare Kapazität voll auszuschöpfen.
Beispiel 2. Zahlreiche Verspätungen in der Luftfahrt werden dadurch verursacht, dass ein Ankunftsflugsteig oder ein Parkplatz nicht verfügbar sind. Die üblichen Arbeitsweisen der Verwaltung durch eine Luftverkehrsgesellschaft oder den Flughafen teilen diese Flugsteige entweder zu früh (schon Monate zuvor) zu und ändern diese erst, wenn sich ein Problem entwickelt, oder aber zu spät (d.h. erst, wenn das Flugzeug landet). Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Verfügbarkeit des Flugsteigs, wie sie von der Luftverkehrsgesellschaft oder dem Flughafen mitgeteilt wird, in die Lösung der Bewegungen bei der Ankunft integriert. Durch die Zuteilung von Anflugsmarkenzeiten, die die Verfügbarkeit von Flugsteigen in Echtzeit berücksichtigen, können mehr Flugzeuge vom Flughafen aufgenommen werden. Dadurch können diejenigen Flugzeuge landen, die bereits ihre Flugsteige kennen, und diejenige Flugzeuge, denen noch keine Flugsteige zugeteilt wurden, werden verlangsamt, so dass eine Treibstoff sparende Geschwindigkeit angewendet werden kann.
Beispiel 3. Da die verbesserte Vorhersage der Zeitpunkte der Ankunft und des Abfluges von Flugzeugen gegeben ist, hilft das Verfahren der vorliegenden Erfindung den Luftverkehrsgesellschaften, den Benutzern und den Piloten, die zu benutzenden Objekte am Boden besser auszunutzen, beispielsweise Flugsteige, Betankungseinrichtungen, Wartung, Besatzungen usw.
Beispiel 4. Die Vorgänge in Zentralflughäfen erfordern normalerweise eine grosse Anzahl von Tätigkeiten, die bei einer Luftverkehrsgesellschaft in sehr kurzen Zeiten ausgeführt werden müssen. Eine solche Gruppe von Vorgängen sind die Landungen und die Starts an den Zentralflughäfen. Beim Betrieb eines Zentralflughafens, bei dem die einzelnen Tätigkeiten eng miteinander verbunden sind, besteht beim Abflug des Flugzeuges einer Luftverkehrsgesellschaft ein Wettbewerb bezüglich der Startbahn (ein gemeinsames Objekt) mit den ankommenden Flugzeugen der gleichen Verkehrsgesellschaft. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung koordiniert die Landezeiten mit den Abflugszeiten des Flugzeuges, wodurch die Luftverkehrsbehörden in die Lage versetzt werden, die Wartezeiten des Zugangs zu den verfügbaren Startbahnen sowohl für Starts als auch für Landungen zu minimieren, oder in Zusammenarbeit mit dem Angestellten der Luftverkehrsgesellschaft solche unvermeidbaren Verzögerungen auf Flugzeuge zu legen, die Verspätungen am besten tolerieren können.
Beispiel 5. Ein Teil der zur Zeit getroffenen Massnahmen ist die Praxis, Flugzeuge um Gebiete umzuleiten, bei denen der Luftraum als überbeansprucht anzusehen ist. Beispielsweise beobachten die Luftfahrtbehörden einen Flug von Los Angeles nach Philadelphia, welcher normalerweise durch Sektoren ATC fliegen soll, die jedoch voraussichtlich überbelastet sind und die sich etwas östlich von Johnstown, PA, befinden. Um dieses Problem abzumildern, leiten die Luftfahrtbehörden das Flugzeug vor dem Start so um, dass es anstatt eines Fluges knapp südlich von Chicago, IL, weiter nördlich zu fliegen hat, und zwar über Green Bay, WI, was die Flugstrecke um mehr als 100 Meilen verlängert.
Wenn diese Umleitung verfügt wird, während sich das Flugzeug zwecks Abflug zur Landebahn begibt, verlängert sich nicht nur die Reisezeit um 12 bis 13 Minuten (die für die zusätzlichen 100 Meilen erforderliche Zeit), sondern auch der Abflug wird verzögert, weil der Pilot erst die neue Route analysieren und dazu die Treibstoffvorräte, das Wetter auf der Flugroute usw. prüfen muss, wie es die Luftfahrtbehörde vorschreibt. Einmal in der Luft, fliegt der Pilot unter der Annahme, genügend Treibstoff an Bord zu haben, das Flugzeug schneller, um die durch diesen Umweg verursachte Verspätung etwas auszugleichen, so dass er Johnstown zur gleichen Zeit auf der längeren Route überfliegt, wie es bei der kürzeren Route nach Philadelphia der Fall gewesen wäre.
Die vorliegende Erfindung kann diese Umleitungen beseitigen. Ab einem Zeitpunkt vor dem Start und auch während des gesamten Fluges analysiert die vorliegende Erfindung laufend den gesamten Luftraum auf eventuell überlastete Bereiche. Nach Aussendung einer anfänglichen Anflugsmarkenzeit PHL, fährt die vorliegende Erfindung fort, die eventuelle Überlastung über Johnstown etwa 1 bis 3 Flugstunden von Johnstown entfernt zu analysieren, und die Luftfahrtbehörden begrenzen nun die Flugzeugbewegungen durch diesen Luftraum. Dies leistet die vorliegende Erfindung, indem sie Überflugszeiten über Johnstown für diejenigen Flugzeuge festlegt, die die Überlastung verursachen, weil sie alle gleichzeitig nach Johnstown fliegen, und diese Tatsache hat die Luftfahrtbehörden dazu veranlasst, eine eventuelle Überlastung anzunehmen. Nun ist die vorliegende Erfindung wiederum darauf konzentriert, Zugang zu diesem Problem und eine Lösung zu finden und nicht einfach den Zugang zum Luftraum zu sperren (d.h. Flugzeuge am Boden festzuhalten), wie dies zur Zeit geschieht. Wenn gemäss der vorliegenden Erfindung durch die Neuordnung der Abfolge der Flugzeuge, und zwar in Echtzeit und auf Grund vor. bestimmten Zeiten, die Überlastung des Luftraums vollständig beseitigt wird, haben die Luftfahrtbehörden immer noch die Option, einige Flugzeuge wie oben beschrieben um den überlasteten Luftraum umzuleiten.
Beispiel 6. Es wird normalerweise angenommen, dass das Problem der Überlastung oder der Verspätung, welches eine Fluglinie betrifft, von den Flugplänen der Luftverkehrsgesellschaft herrührt, die ständig die Kapazität eines Flughafens überschreiten. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet es, Kapazitätsüberlastungen in Echtzeit zu verhindern, indem die Flugzeuge, von der Perspektive eines Systems aus gesehen, zeitlich vorwärts und/oder rückwärts verschoben werden.
Als Beispiel soll der Strom ankommender Flugzeuge an einem typischen Zentralflughafen behandelt werden, wie in 13 dargestellt ist. Im Verlaufe des Tages hat der Flughafen acht Ankunftsdatenbanken zu verarbeiten, die die Aufnahmefähigkeit des Flughafens überschreiten. Beispielsweise ist die Nachfrage um 8.00 Uhr unterhalb der Kapazität, jedoch schon um 8.30 Uhr übersteigt die Anzahl der ankommenden Flugzeuge die Kapazität bei gutem Wetter um 9 Einheiten und bei schlechtem Wetter um 17 Einheiten. Gegen 9:00 Uhr ist die Beanspruchung wiederum unterhalb der Kapazität.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, diese tatsächliche Überbelastung in Echtzeit zu mildern, indem Flugzeuge zeitlich nach vorn in ein Gebiet geringerer Anforderungen geleitet werden. Indem die Anzahl der Flugzeuge abgeschätzt wird, die dabei sind, den Zustand einer Überlastung herbeizuführen, kann die vorliegende Erfindung denjenigen Flugzeugen höhere Anflugsmarkenzeiten zuteilen, die die Möglichkeit besitzen, schneller zu fliegen. Die vorliegende Erfindung verwirklicht dies nicht nur durch Beschleunigung der Flugzeuge, die die Überlastung verursachen, sondern auch mit einer Abwägung der Kosten gegen die Vorteile. Die Erfindung kann die Flugzeuge ebenfalls zu Zeiten, die kurz vor dem Auftreten der Überbean spruchung liegen, zeitlich beschleunigen, damit der Flughafen mehr Flugzeuge aufnehmen kann, und dies noch zu einem früheren Zeitpunkt.
Durch eine Koordination kann die Luftfahrtgesellschaft oder die Kontrollbehörde jene Flugzeuge verzögern, die die Verzögerung am besten verarbeiten können (beispielsweise Flugzeuge, die im Flugplan zu früh sind oder deren Flugsteig erst 10 Minuten nach der vorgesehenen Landezeit verfügbar ist).
Die Lösung dieses Beispiels durch die vorliegende Erfindung kann anschaulich gemacht werden, wenn man sich vorstellt, dass die Spitze eines Berges abgeschnitten wird. Wie es heutzutage üblich ist, besteht die Lösung der CAA darin, die Spitze des Berges oberhalb einer bestimmten Höhe in das Tal zu versetzen, welches sich auf der rechten Seite des Berges befindet. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung kann die störende Bergspitze (oberhalb der gewählten Höhenlage) in die Täler links und rechts vom Berg versetzt werden. Während die Bewegung von Flugzeugen das Herzstück des Flugverkehrs darstellt, wie in diesem Dokument beschrieben wurde, ist die Echtzeitverwaltung sämtlicher Flugzeuge unter der Bestimmung der sichersten und effizientesten Lösung für jede gegebene Situation wichtig.
Die Beschreibung der Verwaltung von Flugobjekten, wie sie in diesem Dokument vorgestellt wurde, soll den Schutzumfang des Patentes nicht einschränken. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung mit gleicher Mühelosigkeit die Bewegung von Passagieren bezüglich bestimmter Objekte, z.B. an Flugsteigen, von Lebensmitteltransportern oder von Piloten verwalten, und andere Objekte müssen taktisch verwaltet werden, damit das Luftfahrtsystem auf sichere und effiziente Art arbeiten kann. Zusätzlich verwal tet die Erfindung, obschon ihre Beschreibung die zeitliche Verwaltung von Flugzeugen betrifft, die sich über einer Anflugsmarke befinden, mit gleichen Vorteilen den Abflug oder die Abfolge der Flugzeuge in Richtung einer beliebigen Systemressource und in Gegenrichtung. Diese Systemressourcen umfassen beispielsweise auch einen schmalen, anders nicht zugänglichen Weg durch eine lange Reihe von Gewittern, eine Überlastung eines ATC-Kontrollsektors, usw.
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung vorgestellt. Weiterhin ist die Beschreibung nicht so zu verstehen, dass sie die Erfindung auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränken soll. Demgemäss liegen Veränderungen und Entwicklungen, die mit der obigen Lehre verträglich und mit dem Wissen und Können des Fachmannes vereinbar sind, innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung.
Die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sollen weiterhin dazu dienen, die zur Zeit bekannte beste Art und Weise der Verwirklichung der Erfindung darzustellen und den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen und mit eventuellen Veränderungen, die von besonderen Anwendungen der Erfindung gefordert werden, zu benutzen. Es ist beabsichtigt, dass die anliegenden Ansprüche alternative Ausführungsformen umfassen, soweit es der Stand der Technik zulässt.

Claims

Verfahren zur zeitlichen Verwaltung des Flugs einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifizierten Systemressource durch ein Luftfahrtsystem, wobei das Verfahren auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressource gegründet ist und die folgenden Schritte umfasst: Sammeln und Speichern der genannten spezifizierten Daten und Betriebsziele, Verarbeiten an einem bestimmten Anfangszeitpunkt der genannten spezifizierten Daten, die zu diesem Zeitpunkt die genannten Flugzeuge betreffen, um eine erste Zeit des Erreichens einer Anflugsmarke für jedes Flugzeug an der genannten Systemressource vorherzusagen, Spezifizieren einer Zielfunktion, deren Wert ein Mass dafür ist, wie gut die genannte Systemressource und die Vielzahl von Flugzeugen ihre Betriebsziele erreichen, wenn die genannten Flugzeuge die vorgegebenen Anflugsmarkenzeiten einhalten, Berechnen eines Anfangswertes der genannten spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der genannten vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten, und Verwendung der genannten Zielfunktion zur Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche diejenigen vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen können und einen Wert der genannten Zielfunktion liefern, der einen höheren Grad an Erfüllung der genannten Betriebsziele ergibt, wobei die genannten identifizierten Anflugsmarkenzeiten als vorgesehene Anflugsmarkenzeiten gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannte Optimierung die folgenden Schritte umfasst: Erstellung eines Zielwertes der genannten Zielfunktion, der beim Erreichen oder Überschreiten anzeigt, dass der gewünschte Grad der Erfüllung der genannten Betriebsziele erreicht oder überschritten ist, Vergleich der genannten Anfangs- und Zielwerte, um zu bestimmen, ob der genannte spezifizierte Zielwert erreicht oder überschritten wurde, und, wenn der genannte Anfangswert den genannten Zielwert erreicht oder überschreitet, Identifizierung der anfänglichen Anflugsmarkenzeiten als die genannten vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten, wenn der genannte Anfangswert den genannten Zielwert nicht erreicht bzw. überschreitet, Verwendung der genannten Zielfunktion zur Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche die genannten vorausgesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen können und einen Wert der genannten Zielfunktion ergeben, der den genannten Zielwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den folgenden Schritt aufweist: Übermittlung von Informationen über die genannten vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten an die genannten Flugzeuge, so dass diese Flugzeuge ihre Flugroute derart verändern können, dass die vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten eingehalten werden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin folgende Schritte aufweist: Überwachung der ablaufenden zeitlichen Änderungen in den genannten spezifizierten Daten, so dass zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten identifiziert werden, Verarbeitung der zeitlich aktualisierten spezifizierten Daten zwecks Vorhersage aktualisierter Anflugsmarkenzeiten, Berechnung eines aktualisierten Wertes der genannten spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der genannten aktualisierten Anflugsmarkenzeiten, Vergleich des genannten aktualisierten Wertes mit dem optimierten Wert der Zielfunktion zur Bestimmung, ob der genannte optimierte Wert weiterhin erreicht oder überschritten wird, falls der genannte aktualisierte Wert den genannten optimierten Wert weiterhin erreicht oder überschreitet, werden die gleichen vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten benutzt, falls der genannte aktualisierte Wert den genannten optimierten Wert nicht erreicht oder überschreitet, wird der vorhergehende Schritt unter Verwendung der genannten Zielfunktion wiederholt, um neue, aktualisierte vorgesehene Anflugsmarkenzeiten zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 2, welches weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Überwachung der ablaufenden zeitlichen Änderungen in den genannten spezifizierten Daten, so dass zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten identifiziert werden, Verarbeitung der zeitlich aktualisierten spezifizierten Daten zwecks Vorhersage aktualisierter Anflugsmarkenzeiten, Berechnung eines aktualisierten Wertes der genannten spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der genannten aktualisierten Anflugsmarkenzeiten, Vergleich des genannten aktualisierten Wertes mit dem optimierten Wert der Zielfunktion zur Bestimmung, ob der genannte optimierte Wert weiterhin erreicht oder überschritten wird, falls der genannte aktualisierte Wert den genannten optimierten Wert weiterhin erreicht oder überschreitet, werden die gleichen vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten benutzt, falls der genannte aktualisierte Wert den genannten optimierten Wert nicht erreicht oder überschreitet, wird der vorhergehende Schritt unter Verwendung der genannten Zielfunktion wiederholt, um neue, aktualisierte vorgesehene Anflugsmarkenzeiten zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genann ten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Anlage mit einem Prozessor, einem Speicher, einer Anzeige und einem Eingabegerät, zur zeitlichen Lenkung des Flugs einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifizierten Systemressource durch ein Luftfahrtsystem, wobei die Anlage auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressource gegründet ist und die folgenden Bestandteile aufweist: ein Mittel zum Sammeln und Speichern der genannten spezifizierten Daten und Betriebsziele, ein Mittel zum Verarbeiten, zu einem bestimmten Anfangszeitpunkt, der genannten spezifizierten Daten, die zu diesem Zeitpunkt die genannten Flugzeuge betreffen, um eine erste Anflugsmarkenzeit für jedes Flugzeug an der genannten Systemressource vorherzusagen, eine Zielfunktion, deren Wert ein Mass dafür ist, wie gut die genannte Systemressource und die Vielzahl von Flugzeugen ihre Betriebsziele erreichen, wenn die genannten Flugzeuge die vorgegebenen Anflugsmarkenzeiten einhalten, ein Mittel zum Berechnen eines Anfangswertes der genannten spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der genannten vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten, und ein Mittel zur Verwendung der genannten Zielfunktion für die Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche die vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen können und einen Wert der genannten Zielfunktion liefern, der einen höheren Grad an Erfüllung der genannten Betriebsziele ergibt, wobei die genannten identifizierten Anflugsmarkenzeiten als vorgesehene Anflugsmarkenzeiten gesetzt werden.
Anlage nach Anspruch 11, welche weiterhin aufweist: ein Mittel zur Übermittlung von Informationen bezüglich der vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten an die genannten Flugzeuge, so dass diese Flugzeuge ihre Flugroute derart ändern können, dass die genannten vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten eingehalten werden.
Anlage nach Anspruch 11, welche weiterhin enthält: ein Mittel zur Überwachung der auftretenden zeitlichen Änderungen der genannten spezifizierten Daten, um zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten zu identifizieren.
Anlage nach Anspruch 12, weiterhin enthaltend: ein Mittel zur Überwachung der auftretenden zeitlichen Änderungen der genannten spezifizierten Daten, um zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten zu identifizieren.
Anlage nach Anspruch 11, bei der: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
System nach Anspruch 12, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Ein flugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Anlage nach Anspruch 13, bei der: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Anlage nach Anspruch 14, bei der: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Computerprogramm in einem computerlesbaren Speicher zur Steuerung eines Prozessors, welcher ein Luftfahrtsystem dazu befähigt, eine zeitliche Lenkung des Flugs einer Vielzahl von Flugzeugen gegenüber einer spezifizierten Systemressource auszuführen, wobei das Programm auf spezifizierte Daten und Betriebsziele dieser Flugzeuge und dieser Systemressource gegründet ist und die folgenden Bestandteile aufweist: ein Mittel zum Sammeln und Speichern der genannten spezifizierten Daten und Betriebsziele, ein Mittel, um an einem bestimmten Anfangszeitpunkt die genannten spezifizierten Daten zu verarbeiten, die zu diesem Zeitpunkt die genannten Flugzeuge betreffen, um eine erste Anflugsmarkenzeit für jedes Flugzeug an der genannten Systemressource vorherzusagen, ein Mittel zur Spezifizierung einer Zielfunktion, deren Wert ein Mass dafür ist, wie gut die genannte Systemressource und die Vielzahl von Flugzeugen ihre Betriebsziele erreichen, wenn die genannten Flugzeuge die vorgegebenen Anflugsmarkenzeiten einhalten, wobei die genannte Zielfunktion einen spezifischen Zielwert aufweist, der beim Erreichen oder Überschreiten angibt, dass ein gewünschtes Ausmass an Erfüllung der genannten Betriebsziele erreicht oder überschritten wurde, ein Mittel zum Berechnen eines Anfangswertes der genannten spezifizierten Zielfunktion unter Verwendung der genannten vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten, und ein Mittel zur Verwendung der genannten Zielfunktion für die Identifizierung derjenigen Anflugsmarkenzeiten, welche die genannten vorhergesagten anfänglichen Anflugsmarkenzeiten ersetzen können und einen Wert der genannten Zielfunktion liefern, der einen höheren Grad an Erfüllung der genannten Betriebsziele ergibt, wobei die genannten identifizierten Anflugsmarkenzeiten als vorgesehene Anflugsmarkenzeiten gesetzt werden.
Computerprogramm nach Anspruch 19, weiterhin enthaltend: ein Mittel zur Übermittlung von Informationen bezüglich der vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten an die genannten Flugzeuge, so dass diese Flugzeuge ihre Flugroute derart ändern können, dass die genannten vorgesehenen Anflugsmarkenzeiten eingehalten werden.
Computerprogramm nach Anspruch 19, weiterhin enthaltend: ein Mittel zur Überwachung der auftretenden zeitlichen Änderungen der genannten spezifizierten Daten, um zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten zu identifizieren.
Computerprogramm nach Anspruch 20, weiterhin enthaltend: ein Mittel zur Überwachung der auftretenden zeitlichen Änderungen der genannten spezifizierten Daten, um zeitlich aktualisierte spezifizierte Daten zu identifizieren.
Computerprogramm nach Anspruch 19, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Computerprogramm nach Anspruch 20, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Computerprogramm nach Anspruch 21, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Ein flugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.
Computerprogramm nach Anspruch 22, bei dem: die genannten spezifizierten Daten aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus den sich zeitlich ändernden Positionen und Flugrouten der genannten Flugzeuge, den sich zeitlich ändernden Wetterbedingungen im Bereich der genannten Flugzeuge und der Systemressource, den Flugeigenschaften der genannten Flugzeuge, den Sicherheitsbestimmungen für das Flugzeug und die Systemressource, sowie der Position und der Kapazität der genannten Systemressource besteht, wobei die genannte spezifizierte Systemressource aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Flugplatz, einer Anflugsmarke, einer Start- und Landebahn, dem Beginn der Einflugschneise, einem Einfädelungsfeld, der Bodenausrüstung oder einem Bereich des Luftraums besteht.