
Digitaler Zwilling für Bodenoperationen
23 April 2024
High-fidelity digital twin applied agent-based model for supporting predictable airport ground operations
M Luo, H Fricke, B Desart, SR Zapata, M Schultz. Available at SSRN 4806351
Verspätungen, die durch Bodenabfertigungsprozesse an der Flugzeugabstellposition entstehen, können sich im gesamten Luftverkehrsnetz ausbreiten und weiter verstärken. Dieser Dominoeffekt hat häufig erhebliche negative Auswirkungen auf nachfolgende Flüge und Flughäfen. Eine effiziente Bodenabfertigung kann zur Stabilisierung des Netzwerks beitragen, indem sie robuste Ein- und Ausflugoperationen sicherstellt und in bestimmten Fällen kaskadierende Verzögerungen reduziert.
Entscheidend für diesen Ansatz ist die präzise Vorhersage potenzieller Verspätungen an bestimmten Flughäfen in Verbindung mit einer effektiven Steuerung der damit verbundenen Engpässe. Diese vorausschauende Planung ist essenziell für die strategische Zuweisung von Ressourcen und die Umsetzung geeigneter Maßnahmen. Im Rahmen von Airport Collaborative Decision-Making (A-CDM) gilt eine verlässliche und vorhersehbare Abblockzeit (Target Off-Block Time, TOBT) als entscheidende betriebliche Kennzahl sowohl für Start- als auch Zielflughäfen.
In dieser Studie entwickeln wir einen digitalen Zwilling, gestützt auf agentenbasierte Modellierung, für einen spezifischen Bereich des Flughafens Amsterdam Schiphol, Pier H. Dies ermöglicht die Erstellung einer hochpräzisen virtuellen Flughafenumgebung und die Simulation sämtlicher Bodenabfertigungsprozesse über einen ganzen Tag. Alle beteiligten Akteure und Entscheidungseinheiten werden als Agenten dargestellt, die spezifische Aufgaben mit dem gemeinsamen Ziel einer optimierten kollaborativen Entscheidungsfindung übernehmen.
Die Einhaltung der Target Off-Block Time für den Abflug von Flugzeugen von den Abstellpositionen wird anhand einer Reihe von Leistungsindikatoren bewertet, die verschiedene Szenarien mit unterschiedlicher Verfügbarkeit von Bodenressourcen und Strategien zur Verzögerungsminimierung umfassen. Wir stellen eine praxisnahe Methode zur Priorisierung von Flugzeugen vor, um die Reihenfolge der Bodenabfertigungsdienste zu steuern, und integrieren die Intelligenz von Bodenabfertigungsgeräten zur automatischen Erkennung und priorisierten Abfertigung von Flugzeugen. Diese Elemente bilden die Grundlage für eine prioritätsbasierte Serviceregelung.
Die durch die Robustheitsanalyse validierten Ergebnisse zeigen, dass die angewendeten Verzögerungsminimierungsstrategien die durchschnittliche Abflugverspätung in den Flugzeugsequenzen wirksam reduzieren. Darüber hinaus werden die Leistungsunterschiede zwischen prioritätsbasierter Abfertigung und einer First-in-First-out-Strategie (FIFO) untersucht. Die Bereitstellung ausreichender Bodenressourcen ist entscheidend für einen reibungslosen Flughafenbetrieb und die Vermeidung von Verspätungen, insbesondere im Hinblick auf das Gleichgewicht zwischen Nachfrage und Kapazität. Daher wird ein Optimierungsmodell vorgestellt, das die Gesamtkosten der begrenzten Flughafenressourcen und die aus Planabweichungen resultierenden Verzögerungen berücksichtigt.
Die Erkenntnisse dieser Studie bieten Ansätze zur Verbesserung der Vorhersehbarkeit von Bodenoperationen an Flughäfen und unterstützen sowohl strategische und taktische Planungen als auch den operativen Betrieb.