KI-gestützte Flugzuteilung reduziert Kosten und Verspätungen
Ein Gleichgewicht zwischen der Nachfrage im Luftverkehr und der Kapazität sind entscheidend, um einen reibungslosen und geordneten Ablauf der Flüge zu gewährleisten. Angesichts steigender Fluggastzahlen und eines höheren Flugaufkommens werden auch neue innovative Technologien benötigt, um den immer stärker überlasteten Luftraum flexibel verwalten zu können. „Im Rahmen des Verkehrsflussmanagements werden den Flügen Zeitnischen für den Abflug, die Ankunft oder die Durchquerung eines bestimmten Luftraumsektors zugewiesen“, erklärt der Projektkoordinator von SlotMachine (A Privacy-Preserving Marketplace for Slot Management) und leitender Wissenschaftler Eduard Gringinger von Frequentis in Österreich. „Diese werden vom EUROCONTROL Network Manager ausgegeben, um den Verkehr in überlasteten Bereichen des Luftraums zu regeln.“ Um die Verkehrsdichte zu verringern, können Sie derzeit einfach zwischen zwei Flügen wechseln. Solche Austauschaktionen helfen den Fluggesellschaften, bestimmte Flüge entsprechend der Flugkostenstruktur zu priorisieren, um die Kosten zu minimieren und Verspätungen der Fluggäste zu reduzieren. Für die Fluggesellschaften ist die Zuteilung - und der Tausch - dieser Zeitnischen für Flüge daher eine entscheidende Kostenfrage. „Eine große Herausforderung dabei ist, dass die Flugkostenstrukturen, die beeinflussen, wie die Fluggesellschaften Flüge priorisieren und die aus einer Vielzahl von Gründen variieren können, höchst vertraulich sind“, bemerkt Gringinger. „Dies sind keine Informationen, die Fluggesellschaften zwingend mit anderen teilen möchten. Dadurch wurde der Austausch von Zeitnischen für Flüge zwischen verschiedenen Fluggesellschaften erschwert.“
Effiziente Flugzuteilung mittels Blockchain
Das von der EU und der Industrie finanzierte Projekt SlotMachine zielte darauf ab, die Möglichkeiten der künstlichen Intelligenz (KI) zu nutzen, um eine halbautomatische Plattform zum Tausch von Flugzuteilungen zu schaffen, die auf den Prioritäten der Kostenstruktur der verschiedenen Fluggesellschaften basiert. Das Projekt wurde innerhalb des gemeinsamen Unternehmens SESAR finanziert, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zur Modernisierung des europäischen Flugverkehrsmanagementsystems. Um seine Ziele zu erreichen, untersuchte das Projektkonsortium das Potenzial eines leichtgewichtigen verteilten Registers, das Datensätze mithilfe von Kryptografie sicher miteinander verbindet. So können mehrere Nutzende Berechnungen mit kombinierten Daten durchführen, ohne ihre individuellen Eingaben preiszugeben. „Im Zentrum des Systems steht die Controller-Komponente“, erklärt Gringinger. „Damit werden Informationen über die aktuelle Nutzung des Luftraums an die Fluggesellschaften weitergeleitet.“ Auf der Grundlage dieser Technologien wurde eine KI-Plattform entwickelt, die flexiblere, schnellere und völlig private Slot-Sequence-Transaktionen ermöglichen soll. Luftraumnutzende können über eine grafische Oberfläche ihre Flugpräferenzen zusammen mit den entsprechenden Daten sicher eingeben. Diese Daten werden an den heuristischen Optimierer des Systems gesendet, der Algorithmen auf die kombinierten Daten anwendet, um schrittweise verbesserte Lösungen in Bezug auf die Flugpriorisierung zu finden. Anschließend werden diese Fluglisten von der Datenschutz-Engine der Plattform ausgewertet, die dabei hilft, die für jeden Flug erzielte Verbesserung oder die fällige Entschädigung in Form von Credits zu berechnen. Die Credits, die die Fluggesellschaften im Laufe mehrerer Flugtauschsitzungen angesammelt haben, können sicher gespeichert werden, während die Blockchain-Technologie gewährleistet, dass die Transaktionen für alle Beteiligten vertrauenswürdig sind. „Wir haben mit echten Daten gearbeitet, um das Konzept in verschiedenen Validierungsläufen zu testen“, fügt Gringinger hinzu. „Zudem haben wir simulierte Daten verwendet, um realistische Situationen zu schaffen und das SlotMachine-Konzept wirklich auf die Probe zu stellen.“
Marktplatz für Management von Zeitnischen für Flüge
Diese Simulationen haben bewiesen, dass Mehrparteien-Computing und die Blockchain-Technologie bei der Bestimmung der optimalen Flugreihenfolge für Fluggesellschaften effektiv sind und gleichzeitig sensible Informationen verbergen. Der Erfolg des Projekts schafft die Grundlage für die weitere Entwicklung dessen, was in Zukunft ein wesentliches Element des Flugverkehrsmanagements sein könnte. Ein vertrauenswürdiger und effektiver KI-gestützter Marktplatz für den Tausch von Zeitnischen für Flüge wird zu einer besseren Nutzung der vorhandenen Ressourcen führen und die Effizienz der Fluggesellschaften steigern. Dies wird zu geringeren Emissionen und geringeren Verspätungen führen. Die Ergebnisse von SlotMachine werden in die bestehende Lösung nutzungsgesteuerter Priorisierungsprozess einfließen, die derzeit von SESAR entwickelt wird. Darüber hinaus ist ein Nachfolgeprojekt zur Aktualisierung der SlotMachine-Technologie und zur Einbeziehung weiterer Fluggesellschaften in Vorbereitung. „Ziel ist es, Ergebnisse aus der Forschung schneller in die reale Welt zu bringen“, sagt Gringinger.
Schlüsselbegriffe
SlotMachine, Fluggesellschaften, KI, digital, Kryptografie, Luftraum, SESAR
