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LUFO3 Verbundvorhaben „Zweischwellenbetrieb“
„„2THOPS 2THOPS –– Auswirkungen des Auswirkungen des Betriebs zweier Landeschwellen Betriebs zweier Landeschwellen
auf einer Pisteauf einer Piste““
Dipl.-Inf. Bernhard KüpperDipl.-Psych. Juliane Reichenbach
Dipl.-Ing. Ekkehart Schubert
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Manfred FrickeFachgebiet Flugführung und Luftverkehr
Institut für Luft- und Raumfahrt Technische Universität Berlin
Zentrum Mensch-Maschine-Systeme KolloquiumBerlin, den 17. November 2005
2
GliederungVortrag zur Simulatorstudie
Einleitung ZweischwellenbetriebBegriffsbestimmung - „Was bedeutet HALS/DTOP?“
Ziele des LUFO3 Verbundvorhabens „Auswirkungen des Betriebs zweier Landeschwellen auf einer Piste“
A330 Flugsimulatoruntersuchung mit PilotenA330/340 FFS / Datenerhebung / Szenarienmatrix / Ergebnisse
Realzeitsimulation mit Fluglotsen der DFSVersuchsbedingungen / Simulatoren / Geplante Kopplung
Ergebnisse der RealzeitsimulationSchwerpunkt: Belastungs- und Beanspruchungsmessung
Zusammenfassung und Ausblick
3
Einleitung ZweischwellenbetriebWas bedeutet „HALS/DTOP“ ?
26L
25R
518m
HALS = High Approach Landing SystemDTOP = Dual Threshold OPeration
2,5NM
© www.art-und-tec.de
1500m
290ft
25L
1.) HALS Probebetrieb I2.) HALS Probebetrieb II3.) HALS/DTOP3.) HALS/DTOP
4
Lufo3 Verbundvorhaben„Zweischwellenbetrieb“ (2THOPS)
Finanzielle UnterstützungBundesministerium für Wirtschaft und ArbeitProjektträgerDLR „Luftfahrtforschung und –technologie“KooperationFraport AG und Technische Universität Berlin (TUB)
UnterauftragnehmerDeutsche Flugsicherung GmbH (DFS)HFC Human Factors Consult GmbH (HFC)Zentrum für Flugsimulation Berlin GmbH (ZFB)
Ziele des Vorhabens• Untersuchung der Arbeitssituation von Piloten & Lotsen• Entwicklung von Betriebsverfahren / Nutzkonzepten• Nachweis von Kapazitätseffekten• Sicherheitsnachweise• Lärmberechnung
5
Lufo3 Verbundvorhaben 2THOPS1. Simulatorstudie mit A330 Piloten
6
Prüfung der Auswirkung von HALS/DTOP auf die Arbeitssituation im Cockpit
•• Erkennbarkeit / UnterscheidbarkeitErkennbarkeit / Unterscheidbarkeitvisuelle Identifikation und Nutzung der Befeuerung
•• GenauigkeitGenauigkeitAufgabenerfüllung
•• BeanspruchungBeanspruchungEmpfundene Aufgabenschwierigkeit
Erprobung und Bewertung durch Piloten• Piloten als Experten• Prüfung von
Optimierungsmöglichkeiten
Lufo3 Verbundvorhaben 2THOPS Ziele der Untersuchung mit Piloten
7
VersuchsaufbauA330 Full Flight Simulator
ReferenzflugzeugA330-300 D-AERF LTUZulassung beim LBA nachJAR STD 1A (Level DG)Bewegungsplattform CAE 500 / 6 FreiheitsgradeSichtsystem RediffusionSPX 550 WIDE (150°x40°)Betreiber: Zentrum für Flugsimulation Berlin (ZFB)
ForschungserweiterungForschungserweiterungSScientific cientific RResearch esearch FFacilityacility
8
VersuchsaufbauScientific Research Facility (SRF)
Hostcomputer Training
Hostcomputer Research
„Stand-Alone“ vs. Training ModeVorbereitung und Tests aller Szenarien
DatenaufzeichnungZugriff auf über 80.000 Parameter
Video- und Audioaufzeichnung Kameras im Cockpit mit Zeitreferenz (Time-Code)
Anbindung über NetzwerkÜbermittlung ausgewählter Parameter und Synchronisation physiologischer Werte sowieBlickbewegungsmessequipment des HFC
SRF SRF ControlControl RoomRoom
A330 CockpitA330 Cockpit
9
VersuchsaufbauDatenerhebung (HFC)
Video- und AudioaufzeichnungZiel: Kontrolle der Versuchsabläufe und Beobachtung der Reaktionen der Crew
Blickbewegungsmessung (BBM)Ziel: Perspektive der Piloten einnehmen, objektive Daten über visuelle Erfassung der Befeuerung/Markierung
Elektrokardiogramm (EKG)Ziel: Analyse der Herzratenvariabilität als autonomer Beanspruchungsindikator
Elektrookulogramm (EOG)Ziel: Augenbewegung und Fixationen
bei Blickwendung werden alsBeanspruchungsindikatorenausgewertet
BBMBBM
EOGEOG EKGEKG
10
VersuchsaufbauDatenerhebung (TUB)
Cockpit A330Cockpit A330
Sidestick
Flight Control Unit
Schubhebel
Klappenstellungen
PFD
11
VersuchsteilnehmerPiloten (Demographics)
40 Airbus Piloten10 CPT, 2 SFO und 28 FO (davon 2 weiblich)davon 34 mit A330/340 Rating, 6 A320 Rating17 Lufthansa Crews2 LTU Crews und 1 Mix Crew (LTU und PrivatAir)
37,4 Jahre im Mittel
6.860 Flugstunden im Mittel
12
VersuchsdurchführungRandbedingungen
A330-300 mit Landegewicht von 175 t Schwerpunkt 26,5 % MAC / 10 t Kraftstoff / FUELFREEZE onWind für alle Szenarien: 210° mit 10 ktbei leichten Turbulenzen (15 %)ISA STD Bedingungen, Tageszeit (DAY)Flightdirector (FD) immer eingeschaltet Nutzung des Autopiloten und Autothrustnach AirlinestandardsFull Stop Landing mit Autobrake Mediumund Parking BrakeLufthansa Anflugkarten(ATLAS-Jeppesen, siehe Abbildung)Keine spezifische Information zu der HALS/DTOP Befeuerung (d.h. Doppelbefeuerung)
13
VersuchsdurchführungVariation der Befeuerung
DTOP HALS ICAO
14
0606
DTOP
CAVOK Minimal
VersuchsdurchführungSzenariendesign & Permutation
Wiederholungen
09090808
Sicht
0707DTOP26L26LILS/DME
0505040425L25LILS
0303HALS26L26LILS/DME
0202ICAO25L25LNDB/DMEReferenz 2„hohe Last“
0101ICAO25L25LILSReferenz 1„geringe Last“
Aufgabe (Anflug, Befeuerung)
VersucheHALS
VersucheDTOP
15
VersuchsdurchführungAblaufplan für eine Crew
Briefing• Fragebogen• Präsentation
(fliegerischer Rahmen)
• Kleben der Elektroden
Simulatorsession• Kalibrierung Blickbewegungsmessung• 9 Anflugszenarien je Pilot, 18 je Crew• Befragung nach jedem Anflug (NASA-TLX)• Beobachtung durch einen Psychologen
De-Briefing•• InterviewInterview mit der Crew
16
Erster Eindruck• “Man hat das Gefühl, zu hoch zu sein” (24)• “Zunächst irritierend … besonders bei guter Sicht” (14)• “bei guter Sicht … kein Problem” (14)• “geringfügig anstrengender als normaler Anflug, NDB ist schwieriger” (4)
Probleme• “das Gewohnte (der Standard) ist uns lieber” (6)• “falscher Weg”, “gar nicht gefallen”, “nicht stimmig” (3)• “schwierig bei anderer Last” (Müdigkeit, Langstrecke, Ablenkung) (8)
Einzelne Elemente bei DTOP Befeuerung• “Verwirrung durch zwei PAPI in Sicht”
bzw. “Falsches PAPI zuerst in Sicht” (15)• “Touchdown Zone (26L) schlecht zu sehen”, “… zu dunkel” (14)• “durch Edge lights entsteht Eindruck,
man sei zu hoch” (5)
VersuchsauswertungInterviews – DTOP Bewertung allgemein
17
Mental vorbereiten (22)• “Visueller Eindruck”•• ““WelcheWelche SchwelleSchwelle istist meinemeine??””• “In Approach Briefing einbeziehen”• “Glideslope awareness”
Lange Lange automatischautomatisch fliegenfliegen (8)
Instrumente (7)• “… auf Instrumente schauen”• “… länger nach ILS fliegen”
VersuchsauswertungInterviews – DTOP Hinweise an Kollegen
18
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
ILS 25
L ICAO C
AVOK (1)
NDB/DME 25
L ICAO (2
)ILS
26L H
ALS (3
)
ILS 25
L DTOP C
AVOK (4)
ILS 25
L DTOP (5
)
ILS 26
L DTOP C
AVOK (6)
ILS 26
L DTOP (7
)ILS
26L D
TOP (8)
ILS 26
L DTOP (9
)
Autopilot = OFF Autothrust = OFF
Versuchsauswertung (TUB)Abschalten Autopilot & Autothrust
Rad
iohöhe
[ft]
CAVOKCAVOK
19
0
200
400
600
800
1000
1200
25L 26L
CAVOK schlechte Sicht DH
Versuchsauswertung (TUB)Abschalten Autopilot (DTOP Befeuerung)
25L
26L
Rad
iohöhe
[ft]
25L25L 26L26L
DTOP DTOP -- CAVOKCAVOK
DTOP DTOP -- schlechte Sichtschlechte Sicht
20
Versuchsauswertung (TUB) Ansagen der Schwelle
0
2
4
6
8
10
12
14
16
ILS 26
L HALS
ILS 25
L DTOP C
AVOK
ILS 25
L DTOP
ILS 26
L DTOP C
AVOK
ILS 26
L DTOP
ILS 26
L DTOP
ILS 26
L DTOP
CAVOKCAVOK
Wie oft wurde die Schwelle angesagt bei welchem Szenario?
21
Versuchsauswertung (TUB) 3D Darstellung Szenario 01
22
Versuchsauswertung (TUB) 3D Darstellung Szenario 02
Side Stick InputsNDB-DME Approach
5 Go-Arounds !!!
23
Ergebnisse der 1. SimulatorstudieZusammenfassung (TUB & HFC)
Erkennbarkeit und Unterscheidbarkeit• Klare visuelle Trennung der beiden SchwellenTrennung der beiden Schwellen im Blickverhalten• Gleiche Blickstrategien für beide Schwellen• Keine Hinweise auf Verwirrung in der Blickanalyse• Bei Anflügen auf 26L dienen Befeuerungselemente der 25L zur
Orientierung
Genauigkeit• Aufsetzpunktablage bei Anflug auf 26L geringer• Nur geringe Glideslope-Abweichungen beim Anflug auf 26L
Beanspruchung• NDB-DME stellt mit Abstand die höchste Beanspruchung dar•• EinfluEinflußß der Sicht ist grder Sicht ist größößer als der Einfluer als der Einflußß der Schwelleder Schwelle• Leicht höhere Beanspruchung bei DTOP 26L Anflug zurückzuführen
auf größeres Bemühen, genau zu fliegen• Subjektive und physiologische Daten
unterstützen einander
24
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Lotsenuntersuchung
25
AdvancedAdvanced FunctionFunction Simulator AFSSimulator AFS• Forschungssimulator für En-Route- und TMA-Bereich• Lotsenarbeitsplätze entsprechen weitgehend denen im
operationellen Bereich• Touch-Input-Device für Online- und NASA-TLX-
Befragungen
Towersimulator TOWSIM• nur zur Steigerung der Realitätsnähe, nicht Gegenstand
der Untersuchung• daher vereinfachte Simulation (Emulation)• ohne Darstellung der Außensicht
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Simulatoren der DFS
26
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Aufbau Simulatorkopplung
Kopplung des Airbus A330/340 Flugsimulator mit dem Advanced Function Simulator• Unterschiedliche Standorte Berlin und Langen/Hessen• Bandbreite Internet• Sicherheit IPSec & Gateway mit Firewall (PIX)
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2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Durchführung Simulatorkopplung
nicht realisiert nicht realisiert • offiziell zu teuer (DFS wollte zusätzlich Geld)
Nachteile/was wurde dadurch verpaNachteile/was wurde dadurch verpaßßtt• Simulationspiloten keine echten Piloten• kein Abgleich Radar-/Flugzeugdaten (Flaps/Gear)• zukünftige Projekte
DFS interne KopplungDFS interne Kopplung• nur zwischen Tower Simulator und AFS• hat nichts mit der im Projekt geplanten Kopplung zu tun!
ICAS Hamburg:ICAS Hamburg:• warum wurde 1. und 2. VR nicht gemeinsam durchgeführt?
28
2. Versuchsreihe - RealzeitsimulationSimulierter Luftraum TMA Frankfurt
OR1
OR3
OR5
NKR
KIR
RUD
TAU
NR1
NR3NR4NR2
APP EDDF
PFA
OR4
OR2
0 5 10 15 20 30 40 50 60 NM
PSA
GED
OSMAX
OTKUR
Vereinfachter LuftraumSimulierter Luftraum
An- und Abflüge bei Betriebsrichtung 25
Bahn 25R/25L/26Lincl. RWY 18
TMA = Terminal Manoeuvring Area
29
14 Arbeitspositionen• 4 Arbeitspositionen für Lotsen (Approachbereich)• 1 Arbeitsposition für Lotsen (Towerbereich, vereinfacht)• 5 Arbeitspositionen für Simulationspiloten
(Approachbereich)• 2 Arbeitspositionen für Simulationspiloten (Towerbereich)• 2 Arbeitspositionen für Simulationspiloten/Lotsen für
umgebenden Luftraum (in der Regel nur 1 Pos. besetzt)
4 gemessene Arbeitspositionen• Feeder• Pickup Nord• Pickup Süd• Departure
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation DFS-Simulationspersonal
30
2. Versuchsreihe - RealzeitsimulationGemessene Lotsenpositionen
Arbeitsteilungder Lotsen am AFS:
1 „Pickup Nord“1 „Pickup Süd“1 „Feeder“
1 Departure
PSACHA
MTRGED
ETARU
EPINO
ROKIM
EDDF APP RWY 25
ROLIS
31
2. Versuchsreihe - RealzeitsimulationDurchführung am AFS in Langen
32
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Hypothesen
Bei gleicher Verkehrszusammensetzung ist die Belastung des Lotsen bei der Anwendung des DTOP Verfahrens höher. Die Sprechfunkbelastung steigt bei der Anwendung des DTOP Verfahrens. Die Koordinationsaufwände zwischen den Lotsenpositionen werden bei der Anwendung des DTOP Verfahrens größer. Bei gleicher Verkehrszusammensetzung ist die Beanspruchung des Lotsen bei der Anwendung des DTOP Verfahrens höher.
33
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Methode
Versuchsteilnehmer• 11 Lotsen; 10,6 Jahre Erfahrung• Lotsenpositionen: Feeder, Pickup Nord, Pickup
Süd, Departure
Versuchsbedingungen • 10 heavies mit DTOP vs. ohne DTOP• 20 heavies mit DTOP vs. ohne DTOP
34
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Methode
TätigkeitsanalyseHerzrate, HRVNasa TLXFragebogen, InterviewSimulatordaten
35
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Erfassung folgender Tätigkeiten:Kommunikation mit Piloten (r/t)Kommunikation mit angrenzenden Sektoren (Telefon)direkte Kommunikation zwischen Pickup Nord, Pickup Süd und Feeder (Ellenbogen)Kommunikation mit dem Tower-Arbeitsplatz (Gegensprechen)Eingabe RadarStripmarkingSonstiges
36
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Die Auswertung erfolgte einzeln für dieLotsenpositionen Feeder, Pickup Nord, Pickup Süd
aktive ZeitGesamtdauer pro Tätigkeit Dauer der Tätigkeiten pro Luftfahrzeug
37
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Feeder: Aktive Zeit
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
aktive Zeit
[s]
dtop nodtop
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
aktive Zeit
[s]
dtop nodtop
38
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Feeder: Dauer pro Tätigkeit
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
39
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Feeder: Dauer der Tätigkeiten pro LFZ
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s/LFZ]
dtop nodtop
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s/LFZ]
dtop nodtop
40
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Pickup Nord
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
41
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Tätigkeitsanalyse
Pickup Süd
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
0 500 1000 1500 2000 2500
Kommunikation mit Piloten
Stripmarking
Ellbogen
Telefon
Gegensprechen
Radar
Sonstiges
[s]
dtop nodtop
42
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Physiologische Messungen
Messung erfolgt mittels Polar S810Nur IBI aufgezeichnet
43
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Physiologische Messungen
HerzratermssdLow frequencyHigh frequencyHigh frequency/low frequency
44
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Physiologische Messungen
Feeder
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
0 20 40 60 80
Herzrate
rMSSD [ms]
dtop nodtop
45
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation Zusammenfassung
Anzahl LFZ: DTOP > no DTOP Sprechfunkbelastung: DTOP > no DTOP insgesamt, aber nicht pro LFZ Koordinationsaufwand: DTOP > no DTOP HR, HRV: keine Unterschiede zwischen DTOP und no DTOPTLX: keine Unterschiede zwischen DTOP und no DTOP
46
Lufo3 Verbundvorhaben Ausblick
In Bearbeitung:Sicherheitsbetrachtung • Wird durch die DFS und Fraport durchgeführt
Nutzkonzepte• Implementierung von HALS/DTOP weltweit
Lärmberechnung• Auswirkung von DTOP auf das Flughafenumfeld
in Frankfurt/Main