Prüfung der Auswirkungen von Änderungen an Systemen des Flugverkehrsmanagements auf die Sicherheit und Belastbarkeit durch KI
Die Automatisierung bietet zwar Lösungen für ein besseres Management unseres zunehmend überfüllten Luftraums, birgt jedoch auch Risiken, wenn sie nicht ordnungsgemäß eingesetzt wird. Die hohe Zahl der Flugreisenden und die wachsende Anzahl nicht konventioneller Luftfahrzeuge einschließlich verschiedener unbemannter Varianten lassen die Verwaltung des Luftraums zu einer immer größeren Herausforderung werden. Das Projekt FARO (saFety And Resilience guidelines for aviatiOn) wurde im Rahmen des gemeinsamen Unternehmens SESAR finanziert, einer öffentlich-privaten Partnerschaft, die zur Modernisierung des europäischen Flugverkehrsmanagementsystems gegründet wurde. SESAR hat zum Ziel, die Effizienz und Umweltfreundlichkeit des europäischen Luftraums durch die Entwicklung und Nutzung von Spitzentechnologien zu erhöhen – insbesondere solcher, die den Betrieb automatisieren. Um die voraussichtlichen Auswirkungen zu quantifizieren, wendet SESAR Kosten-Nutzen-Analysen auf wichtige Leistungsbereiche wie Sicherheit, Kapazität und betriebliche Effizienz an. Zur Unterstützung dieses leistungsorientierten Ansatzes hat das von der EU und der Industrie finanzierte Projekt FARO eine Reihe von Methoden und Verfahren zur Prüfung der Sicherheit und Belastbarkeit des Flugverkehrsmanagements entwickelt. „Die Beteiligten haben angemerkt, dass unser bahnbrechender Ansatz es ihnen ermöglicht, reale Ereignisse, wie zum Beispiel ungünstige Wetterbedingungen, zu berücksichtigen und den Nutzen zu bewerten, den Systemänderungen, wie zum Beispiel neue Verkehrsverfahren, für die Sicherheit und Widerstandsfähigkeit bringen“, sagt Projektkoordinator Christian Eduardo Verdonk Gallego. Das Projekt profitiert vom kollektiven Fachwissen seines Konsortiums, zu dem auch Flugsicherungsorganisationen gehören, und entwickelt Leitlinien für Sicherheit und Belastbarkeit. Außerdem wurden die Untersuchungsverfahren des Teams bereits in „Open Research Europe“ beschrieben.
Abwägung von Sicherheit und Belastbarkeit
Änderungen im Betriebsumfeld des Flugverkehrsmanagements, einschließlich technologischer Aufrüstungen und Verfahrensänderungen, können unbeabsichtigte, manchmal gefährliche Folgen haben. Wenn die Verantwortlichen die wahrscheinlichen Auswirkungen von Änderungen im Voraus abschätzen könnten, dann könnten sie diese verringern. Der Ansatz von FARO identifiziert Merkmale – wie Arbeitsbelastung, Wetterbedingungen und Anzahl der verspäteten Flugzeuge –, die für die Modellierung von Sicherheit und Belastbarkeit aus technischer, organisatorischer, menschlicher und verfahrenstechnischer Sicht relevant sind. Die wichtigste Innovation des Projekts ist ein Computermodell auf der Grundlage von Bayesschen Netzen, das die wahrscheinliche Beziehung zwischen verschiedenen Variablen in einem System und deren Auswirkungen auf die Sicherheit grafisch darstellen kann. „Dieses Modell erfasst, wie die widerstreitenden Ziele von Systemen des Flugverkehrsmanagements, insbesondere bei unerwarteten Ereignissen, letztlich die Sicherheit des Flugverkehrs beeinflussen, einschließlich der Informationen darüber, wo sich das Flugverkehrsmanagement als belastbar erweist und aus welchen Gründen“, fügt Verdonk Gallego von CRIDA (Website nur auf Spanisch), dem Projektträger, hinzu. Das Projekt nutzte die Verarbeitung natürlicher Sprache, um Informationen aus dem freien Text spanischer und britischer Flugsicherheitsberichte zu extrahieren, und wendete dann computergestützte Techniken wie Themenmodellierung und Clustering an, um Faktoren zu kategorisieren, die zu Zwischenfällen beitrugen, aber oft übersehen wurden, wie etwa übermäßige Arbeitsbelastung.
Neugestaltung des Flugverkehrsmanagements in Barcelona
FARO hat seinen Ansatz in drei realen Anwendungsfällen des Flugverkehrsmanagements in Spanien validiert. Bei zwei Fällen handelte es sich um betriebliche Änderungen: die Einrichtung von „direkten Flugrouten“ rund um Santiago, die zusammen mit dem Projektpartner ENAIRE untersucht wurde, und die „Neueinteilung der Kontrollsektoren“ des Luftraums über Barcelona, der die Balearen bedient. Die dritte Fallstudie befasste sich mit der Automatisierung, wobei die Fluglotsung am Flughafen Barcelona Informationen direkt von den Flugzeugen erhält. FARO griff auf Daten aus dem Jahr 2013 zurück und analysierte diese, um die Situation vor und nach der Einführung der Änderungen in jedem Anwendungsfall vergleichen zu können. „In jedem Fall hat unser Modell das Sicherheitsniveau genau vorhergesagt und zum ersten Mal auch die Strategien der Fluggesellschaften erfasst, wie sie auf das veränderte Flugverkehrsaufkommen reagierten“, erklärt Verdonk Gallego. „Auf der neuen Strecke über Barcelona mussten die Fluggesellschaften beispielsweise weniger Konflikte zwischen Flugzeugen lösen, was die Kapazität erhöhte und gleichzeitig die Sicherheit aufrechterhielt.“ Die Vision von SESAR für das europäische Flugverkehrsmanagement, mit der die EU-Initiative für einen einheitlichen europäischen Luftraum unterstützt wird, zielt auf eine höhere Kapazität, betriebliche Effizienz und Nachhaltigkeit ab. Der Beitrag von FARO unterstreicht die Auswirkungen, welche diese Faktoren auf die Sicherheit und die Belastbarkeit des Systems haben können. „Unsere Methoden könnten sich als Meilenstein erweisen, der den Luftfahrtunternehmen hilft, die Sicherheitsniveaus zu quantifizieren und Belastbarkeitsstrategien zu ermitteln, die entscheidend sind, damit die Menschen in Europa weiterhin sicher fliegen können“, so Verdonk Gallego abschließend.
Schlüsselbegriffe
FARO, Luft, Verkehr, Automatisierung, Flugzeuge, Sicherheit, Belastbarkeit, Bayessche Netze, Modell, natürliche Sprachverarbeitung
