Algorithmen statt Fluglotsen? · Hauptaufgaben der Flugsicherung 28.02.2017 Innovation / R&D / GI … fliegen Flugzeuge mit Abstand am besten. Bei uns … Vertikalstaffelung 1000

Jörg BuxbaumTeamleiter R&D Air Traffic Management DFS Deutsche Flugsicherung GmbH10.02.2017

Treffen der GI-Fachgruppe Test, Analyse & Verifikation von Software

Algorithmen statt Fluglotsen?

Mein persönlicher Zugang zu Softwaretests

28.02.2017Innovation / R&D / GI

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Epson HX 20 (1982? 1983?) Sharp PC-1245 (1984? 1985?)

Hauptaufgaben der Flugsicherung


… fliegen Flugzeuge mit Abstand am besten.

Bei uns …

Vertikalstaffelung1000 Fuß (ca. 300 m)

Horizontalstaffelung5 NM (ca. 9 km)

Kontrollzentrale(„Center“)

Kontrollturm(„Tower“)

Im Flughafennahbereichmeist 3 NM (ca. 5,5 km)

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Standorte der DFS

Langen: Unternehmenszentrale, Akademie, Systemhaus und Forschungszentrum

Center-Standorte: Langen, Bremen, München, und Karlsruhe

16 Tower-Standorte

AIS-C in Rödelheim

Saarbrücken

Hamburg

Bremen

Hannover

Leipzig/ Halle

DresdenErfurt

Nürnberg

München

Stuttgart

Karlsruhe

Frankfurt

Köln/Bonn

Düsseldorf

Münster/ Osnabrück

Langen

Berlin

Unternehmenszentrale

AIS-C

Flugsicherungsakademie

Kontrollzentrum

Tower

Maastricht


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Lotsenarbeitsplätze in der DFS


Platzlotsen im Tower Streckenlotsen im Center

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Kontrollzentrale Karlsruhe


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Herausforderung Flugsicherung

En-Route

Approach

Final Runway

MergePoint

… im Flugverlauf verlieren wir eine Dimension nach der anderen = Aufwand!


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Weltweiter Luftverkehr


Basierend auf: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:World-airline-routemap-2009.png

Sie befinden sich etwa HIER.

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Weltweiter Luftverkehr


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Status Automation am Lotsenarbeitsplatz

Filterung von Flugzielen (u.a. nach Zuständigkeit und Status)

Alarmsysteme (STCA, MSAW)

Flugzieltracking Radardatenverarbeitung

Lfz-Info: Indicated Air Speed, Selected Flight Level, HeadingPosition, Höhe,

Geschwindigkeit

Wirbelschleppenkategorie

FlugplaninformationenLuftrauminformationen

Wetterinformationen

Koordinationsstatus der Flüge

Time to loose / Time to gain


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Automatisierung: Entwicklung im Cockpit

… das Verblüffende daran ist ja, dass nichts passiert ist.(+ Dunkelziffer?)


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Zusammenwachsen Boden-Bord


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Funk, Höhe + Selected Altitude, Air Speed, ADS-B …

+ Cost Index, Masse, Flugweg, ADS-B EPP, TCAS, LTE G5 ...

Status Automation am Lotsenarbeitsplatz

Hypothetische Frage: Wenn beide Kolleginnen ohne Ablösung in die Mittagspause gingen – wie lange bliebe der Luftraum sicher? 2 Minuten? 5 Minuten? 10 Minuten?


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Komplette Automatisierung der Lotsenaufgabe?

Alarmsysteme (STCA, MSAW)

Flugzieltracking Radardatenverarbeitung

Lfz-Info: Indicated Air Speed, Selected Flight Level, Heading

Position, Höhe, Geschwindigkeit

WirbelschleppenkategorieFlugplaninformationenLuftrauminformationen

Wetterinformationen

Koordinationsstatus der Flüge

Time to loose / Time to gain

Spracherkennung Piloten 100%

Funktionierendes Toolset an 4D-Ausweichmanövern(strategisch, taktisch, operativ)

Text-to-Speech

Zuverlässige „Blocked Transmission“-Erkennung

Verlässliche 4D-Trajektorien inkl. Wetterberücksichtigung

Set an kreativen Problemlösungen bei Luftnotlage, WX-Situationen, Prio-Flügen

Stresserkennung

Hinterlegung von Gewichtungskriterien für Flugverkehrskontrolle (ENV, CAP, SAF, …)

Berechnung einer konfliktfreien An- und Abflugsequenz


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Vorteile Mensch - Maschine

Mensch Maschine

Kreativität Multi-Tasking

Emphatie Reproduzierbarkeit von Arbeitsweisen

Intuition Konstant hohe Aufmerksamkeit

Vereinfachung Schnelle Berechnung komplizierter Sachverhalte

Erfahrung Definierbare Prioritäten


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Ursachen von Staffelungsunterschreitungen

Verhinderte Staffelungsunterschreitungen


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Überlingen Mid-Air-Crash 2002


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Überlingen Mid-Air-Crash 2002

Einfach-besetzung auf zwei Sektoren

Telefonsysteme eingeschränkt

Warnsysteme abgeschaltet

Initiale Flughöhen identisch

Fluglotse kann nicht gewarnt

werden

Fluglotse hört „TCAS-Descent“ der DHL nicht

Pilot befolgt ATC-Anweisung

statt TCAS

TCAS stellt sich nicht auf neue Situation ein

Wartungs-konzept schlecht

Personaleinsatz nicht

aufgabengerecht

Unpassende Flughöhen-

koordination

Konfliktlösung nötig

Überlastung des Lotsen

Lotse priorisiert falsch

Strategische Fehler

Taktische Fehler

Operative Fehler Lotse erteilt Freigabe

entgegen TCAS

TCAS unzureichend programmiert

TCAS der DHL zu geringe Reichweite

Piloten werden von TCAS spät

gewarnt

ATM-System zeigt keine TCAS-Info


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Entwicklungszeit TCAS II Version 7.1

Change Proposal CP112 (Reversal Resolution Advisory)

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2011 2012 2013 2014 20152009 2010

Endfassung TCAS II MOPS*

Regulation No 1332/2011

Verbindliche Einführung TCAS 7.1 für alle Flugzeuge in Europa (Mandat)

*Minimum Operational Performance Standards


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Incident Anflugkontrolle Frankfurt 22.6.2007


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Incident Anflugkontrolle Frankfurt 22.6.2007


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Menschen und Maschinen in Kooperation

Training, Manuals

Training, Manuals

Auslegung, Entwicklung, Inbetriebhaltung

n Flugzeuge 2 x n Piloten

ATM-System Lotsen

Auslegung, Entwicklung, Inbetriebhaltung Funk,

DatalinkPosition, Flugweg


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Ethik

Personalauswahl Zuverlässigkeits-

überprüfung §7 LuftSiG 4-Augen-Prinzip

Zertifizierte Wartungsverfahren

Zuverlässigkeits-überprüfung §7 LuftSiG

Sicherheitsbewertung Regelungen für flugsicherungs-

technische Einrichtungen BAF als Kontrollinstanz ISO9001


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Automationsziele TCAS / MSAW?

MSAWMinimum Safe Altitude Warning(Lotsenarbeitsplatz, System CoSNET)

TCASTraffic Alert & Collision Avoidance System

!

Warum eigentlich nicht ein automatischer Funkspruch ohne Lotseninitiative?

Warum eigentlich nicht automatisches Ausweichmanöver ohne Piloteninitiative?


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Warum Automation?

Sicherheit

Umwelt

Kapazität

Kosten

Weniger Staffelungs-unterschreitungen

Höhere verzögerungsfreie Verkehrsdichte

Größere Sektoren

Bessere Unterstützung „grüner“ Flugverfahren, noch kundenorientiertere Flugpfade

Entkoppelung von Verkehrswachstum / Lotsenbedarf

Weniger Runway-Incursions

Entkoppelung von Verkehrswachstum / Sektorzahl

Höhere Runwayauslastung bei geringerer Anzahl an Go-Arounds


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Weitere Wirkungen der Automatisierung

Automatisierungs-grad

Standardisierung der Arbeitsweise

Einfluss Human Error

Bandbreite abhängig von

Proficiency, Training,

VerhaltenEinfluss Machine Error

Bandbreite abhängig von Leistungsumfang, Systemreife,Ausfallhäufigkeit, Fallbackverfahren, Interaktion,Proficiency des Operateurs (bei Ausfall / Versagen)Qualifikation der Entwickler

Mit dem Automatisierungsgrad wächst der Anspruch an die Qualität des Automatisierungs-mechanismus! Erst in Summe der Einflüsse von Machine-Error und Human-Error erweist sich, ob ausgewogene Benefits generiert werden können.

Ausp

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Auto-Automation als Treiber für die Luftfahrt?

Systemausfallrate kommerzielle Zivilluftfahrt: 10-9 bis 10-12 h-1 als Entwicklungskriterium Summe im System: 10-8 (inkl. Human Error,

Wetter u.a.) 1 katastrophales Ereignis in 7 Jahren bei

5.000 Flugzeugen und 8 h Flugzeit pro Tag im Mittel pro Lfz)

43 Mio Autos in Deutschland, jeweils 300 h Fahrzeit p.a. = rund 130 tödliche Unfälle pro Jahr bei Ausfallrate 10-8

In Wirklichkeit: 3.000 Tote Ergo: Der Anspruch der Auto-

mobilbranche auf Basis des Status quo reicht für die Luftfahrt nicht.

Werden die Entwicklungen beim autonomen Fahren in nächster Zeit die Luftfahrt erreichen?


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Workloaderfassungund –prognose „Live“

Workloaderfassungund –prognose „Live“

Multitouch usw.Multitouch usw.

Woran arbeiten wir?


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Hochentwickelte Conflict-Detection &

Avoidance

Hochentwickelte Conflict-Detection &

Avoidance Spracherkennung statt manuelle Eingaben

Spracherkennung statt manuelle Eingaben

Integrierte Anzeigetechnik

Integrierte AnzeigetechnikRenovierte

LuftraumstrukturRenovierte

Luftraumstruktur

Neue Verfahren und Arbeitsweisen (Sektorlos,

Einfachbesetzung, …)

Neue Verfahren und Arbeitsweisen (Sektorlos,

Einfachbesetzung, …)

Bessere Wetterdaten + -darstellung

Bessere Wetterdaten + -darstellung Schlanke, moderne,

transparente IT-Infrastruktur

Schlanke, moderne, transparente IT-

Infrastruktur

Ergonomisches Display + Bedienung

Ergonomisches Display + Bedienung

Verfügbarkeit relevanter Daten

(SWIM)

Verfügbarkeit relevanter Daten

(SWIM)Digitaler Funk +

DatalinkDigitaler Funk +

Datalink

User Centric Approach


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CATO: Controller Assistance Tools


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- Lotsenunterstützung- Auf Knopfdruck „grüne“ Flughöhen und –richtungen- Echter Automationsschritt – aber noch keine komplexe und

autonome Konfliktlösungsfunktion

Conceptdesk


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StayCentered: Lotsenzustandserkennung(Projekt der TU Chemnitz in Zusammenarbeit mit der DFS)


FACS-Analyse

Sprach-Analyse

Biometrische Messung

Blickbewegungs-Analyse

Sensordaten-fusion

Synchronisation

Verknüpfung mittels

Emotionsmodells

Posen-Analyse

Ist-Zustand oder Prognose der Workload

z.B.Bewertung (bei Simulationen)Rückmeldung an LotsenRückmeldung an das SystemInfo Supervisor

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Ausblick:

Es sind die Phantasten, die die Welt in Atem halten, nicht die Erbsenzähler.

Die Flugsicherung der Zukunft

In diesem Sinne:

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Bildquelle: Technologiestrategie der Deutschen Luftfahrtindustrie, BDLI, Mai 2016

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