Ergebnisse der Flugsimulatorstudie zur Untersuchung der

LUFO3 Verbundvorhaben „Zweischwellenbetrieb“
„2THOPS – Auswirkungen des
Betriebs zweier Landeschwellen
auf einer Piste“
Dipl.-Inf. Bernhard Küpper
Dipl.-Psych. Juliane Reichenbach
Dipl.-Ing. Ekkehart Schubert
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Manfred Fricke
Fachgebiet Flugführung und Luftverkehr
Institut für Luft- und Raumfahrt
Technische Universität Berlin
Zentrum Mensch-Maschine-Systeme Kolloquium
Berlin, den 17. November 2005
Gliederung
Vortrag zur Simulatorstudie
„
Einleitung Zweischwellenbetrieb
Begriffsbestimmung - „Was bedeutet HALS/DTOP?“
„
Ziele des LUFO3 Verbundvorhabens
„Auswirkungen des Betriebs zweier Landeschwellen auf einer Piste“
„
A330 Flugsimulatoruntersuchung mit Piloten
A330/340 FFS / Datenerhebung / Szenarienmatrix / Ergebnisse
„
Realzeitsimulation mit Fluglotsen der DFS
Versuchsbedingungen / Simulatoren / Geplante Kopplung
„
Ergebnisse der Realzeitsimulation
Schwerpunkt: Belastungs- und Beanspruchungsmessung
„
2
Zusammenfassung und Ausblick
Einleitung Zweischwellenbetrieb
Was bedeutet „HALS/DTOP“ ?
1.) HALS Probebetrieb I
2.) HALS Probebetrieb II
3.) HALS/DTOP
290ft
© www.art-und-tec.de
25R
518m
25L
2,5NM
26L
1500m
3
HALS = High Approach Landing System
DTOP = Dual Threshold OPeration
Lufo3 Verbundvorhaben
„Zweischwellenbetrieb“ (2THOPS)
„
„
„
„
„
Finanzielle Unterstützung
Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit
Projektträger
DLR „Luftfahrtforschung und –technologie“
Kooperation
Fraport AG und Technische Universität Berlin (TUB)
Unterauftragnehmer
Deutsche Flugsicherung GmbH (DFS)
HFC Human Factors Consult GmbH (HFC)
Zentrum für Flugsimulation Berlin GmbH (ZFB)
Ziele des Vorhabens
•
•
•
•
•
4
Untersuchung der Arbeitssituation von Piloten & Lotsen
Entwicklung von Betriebsverfahren / Nutzkonzepten
Nachweis von Kapazitätseffekten
Sicherheitsnachweise
Lärmberechnung
Lufo3 Verbundvorhaben 2THOPS
1. Simulatorstudie mit A330 Piloten
5
Lufo3 Verbundvorhaben 2THOPS
Ziele der Untersuchung mit Piloten
„
Prüfung der Auswirkung von HALS/DTOP auf die
Arbeitssituation im Cockpit
• Erkennbarkeit / Unterscheidbarkeit
Æ visuelle Identifikation und Nutzung der Befeuerung
• Genauigkeit
Æ Aufgabenerfüllung
• Beanspruchung
Æ Empfundene Aufgabenschwierigkeit
„
6
Erprobung und Bewertung durch Piloten
• Piloten als Experten
• Prüfung von
Optimierungsmöglichkeiten
Versuchsaufbau
A330 Full Flight Simulator
„
„
„
„
„
„
7
Referenzflugzeug
A330-300 D-AERF LTU
Zulassung beim LBA nach
JAR STD 1A (Level DG)
Bewegungsplattform
CAE 500 / 6 Freiheitsgrade
Sichtsystem Rediffusion
SPX 550 WIDE (150°x40°)
Betreiber: Zentrum für
Flugsimulation Berlin (ZFB)
Forschungserweiterung
Scientific Research Facility
Versuchsaufbau
Scientific Research Facility (SRF)
Hostcomputer Training
Hostcomputer Research
8
„
„Stand-Alone“ vs. Training Mode
Vorbereitung und Tests aller Szenarien
„
Datenaufzeichnung
Zugriff auf über 80.000 Parameter
„
Video- und Audioaufzeichnung
Kameras im Cockpit
mit Zeitreferenz (Time-Code)
„
Anbindung über Netzwerk
Übermittlung ausgewählter
Parameter und Synchronisation
physiologischer Werte sowie
Blickbewegungsmessequipment des HFC
A330 Cockpit
SRF Control Room
Versuchsaufbau
Datenerhebung (HFC)
„
Video- und Audioaufzeichnung
Ziel: 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
9
BBM
„
EOG
EKG
Elektrookulogramm (EOG)
Ziel: Augenbewegung und Fixationen
bei Blickwendung werden als
Beanspruchungsindikatoren
ausgewertet
Versuchsaufbau
Datenerhebung (TUB)
Cockpit A330
PFD
Flight Control Unit
Sidestick
Schubhebel
10
Klappenstellungen
Versuchsteilnehmer
Piloten (Demographics)
„
„
40 Airbus Piloten
10 CPT, 2 SFO und 28 FO (davon 2 weiblich)
davon 34 mit A330/340 Rating, 6 A320 Rating
17 Lufthansa Crews
2 LTU Crews und 1 Mix Crew (LTU und PrivatAir)
6.860 Flugstunden
im Mittel
11
37,4 Jahre
im Mittel
Versuchsdurchführung
Randbedingungen
„
„
„
„
„
„
„
„
12
A330-300 mit Landegewicht von 175 t
Schwerpunkt 26,5 % MAC / 10 t Kraftstoff
/ FUELFREEZE on
Wind für alle Szenarien: 210° mit 10 kt
bei leichten Turbulenzen (15 %)
ISA STD Bedingungen, Tageszeit (DAY)
Flightdirector (FD) immer eingeschaltet
Nutzung des Autopiloten und Autothrust
nach Airlinestandards
Full Stop Landing mit Autobrake Medium
und Parking Brake
Lufthansa Anflugkarten
(ATLAS-Jeppesen, siehe Abbildung)
Keine spezifische Information zu der
HALS/DTOP Befeuerung (d.h.
Doppelbefeuerung)
Versuchsdurchführung
Variation der Befeuerung
DTOP
13
HALS
ICAO
Versuchsdurchführung
Szenariendesign & Permutation
Aufgabe (Anflug, Befeuerung)
CAVOK
Sicht
Minimal
Referenz 1
ILS
25L
ICAO
Referenz 2
NDB/DME 25L
ICAO
02
ILS/DME
26L
HALS
03
ILS
25L
DTOP
„geringe Last“
„hohe Last“
Versuche
HALS
01
04
05
Versuche
DTOP
ILS/DME
14
26L
DTOP
06
Wiederholungen
07 08 09
Versuchsdurchführung
Ablaufplan 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
• Interview mit der Crew
15
Versuchsauswertung
Interviews – DTOP Bewertung allgemein
„
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)
16
Versuchsauswertung
Interviews – DTOP Hinweise an Kollegen
„
Mental vorbereiten (22)
•
•
•
•
“Visueller Eindruck”
“Welche Schwelle ist meine?”
“In Approach Briefing einbeziehen”
“Glideslope awareness”
„
Lange automatisch fliegen (8)
„
Instrumente (7)
• “… auf Instrumente schauen”
• “… länger nach ILS fliegen”
17
18
IL
S
IL
S
26
L
25
L
Autopilot = OFF
Autothrust = OFF
IL
S
IL
S
IL
S
26
L
26
L
26
L
C
25
L
DT
O
P
DT
O
P
DT
O
P
AV
O
K
DT
O
P
AV
O
K
HA
LS
(9
)
(8
)
(7
)
(6
)
(5
)
(4
)
(3
)
(2
)
(1
)
Radiohöhe [ft]
2500
DT
O
P
IL
S
C
26
L
DT
O
P
IL
S
O
K
IC
AO
CA
V
25
L
AO
E
IC
B/
DM
25
L
ND
IL
S
Versuchsauswertung (TUB)
Abschalten Autopilot & Autothrust
3000
CAVOK
2000
1500
1000
500
0
Versuchsauswertung (TUB)
Abschalten Autopilot (DTOP Befeuerung)
1200
DTOP - CAVOK
1000
600
400
Radiohöhe [ft]
800
26L
DTOP - schlechte Sicht
25L
200
0
25L
25L
26L
26L
CAVOK
19
schlechte Sicht
DH
Versuchsauswertung (TUB)
Ansagen der Schwelle
16
CAVOK
14
12
10
8
6
4
2
O
DT
L
DT
26
L
IL
S
IL
S
26
L
26
S
IL
P
P
O
P
O
DT
AV
O
C
P
O
DT
L
26
IL
S
25
S
IL
K
P
DT
L
25
S
IL
L
DT
IL
S
O
P
26
C
L
HA
AV
O
O
K
LS
0
Wie oft wurde die Schwelle angesagt bei welchem Szenario?
20
Versuchsauswertung (TUB)
3D Darstellung Szenario 01
21
Versuchsauswertung (TUB)
3D Darstellung Szenario 02
Side Stick Inputs
NDB-DME Approach
Æ 5 Go-Arounds !!!
22
Ergebnisse der 1. Simulatorstudie
Zusammenfassung (TUB & HFC)
„
Erkennbarkeit und Unterscheidbarkeit
•
•
•
•
„
Klare visuelle Trennung 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
„
23
Beanspruchung
• NDB-DME stellt mit Abstand die höchste Beanspruchung dar
• Einfluß der Sicht ist größer als der Einfluß der Schwelle
• Leicht höhere Beanspruchung bei DTOP 26L Anflug zurückzuführen
auf größeres Bemühen, genau zu fliegen
• Subjektive und physiologische Daten
unterstützen einander
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Lotsenuntersuchung
24
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Simulatoren der DFS
„
Advanced Function Simulator AFS
• Forschungssimulator für En-Route- und TMA-Bereich
• Lotsenarbeitsplätze entsprechen weitgehend denen im
operationellen Bereich
• Touch-Input-Device für Online- und NASA-TLXBefragungen
„
Towersimulator TOWSIM
• nur zur Steigerung der Realitätsnähe, nicht Gegenstand
der Untersuchung
• daher vereinfachte Simulation (Emulation)
• ohne Darstellung der Außensicht
25
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Aufbau Simulatorkopplung
„
Kopplung des Airbus A330/340 Flugsimulator mit
dem Advanced Function Simulator
• Unterschiedliche Standorte Berlin und Langen/Hessen
• Bandbreite Æ Internet
• Sicherheit Æ IPSec & Gateway mit Firewall (PIX)
26
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Durchführung Simulatorkopplung
„
nicht realisiert
• offiziell zu teuer (DFS wollte zusätzlich Geld)
„
Nachteile/was wurde dadurch verpaßt
• Simulationspiloten keine echten Piloten
• kein Abgleich Radar-/Flugzeugdaten (Flaps/Gear)
• zukünftige Projekte
„
DFS interne Kopplung
• nur zwischen Tower Simulator und AFS
• hat nichts mit der im Projekt geplanten Kopplung zu tun!
„
ICAS Hamburg:
• warum wurde 1. und 2. VR nicht gemeinsam durchgeführt?
27
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Simulierter Luftraum TMA Frankfurt
Vereinfachter Luftraum
Simulierter Luftraum
NR2
An- und Abflüge bei
Betriebsrichtung 25
NR3
NR4
NR1
TAU
OTKUR
Bahn 25R/25L/26L
incl. RWY 18
GED
OSMAX
RUD
APP EDDF
OR5
KIR
PSA
OR3
OR1
PFA
0
28
5
10
15
TMA
20
30
40
50
60
NKR
OR4
OR2
NM
= Terminal Manoeuvring Area
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
DFS-Simulationspersonal
„
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
•
•
•
•
29
Feeder
Pickup Nord
Pickup Süd
Departure
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Gemessene Lotsenpositionen
ROLIS
GED
MTR
ETARU
EPINO
Arbeitsteilung
der Lotsen am AFS:
ROKIM
EDDF APP
RWY 25
CHA
PSA
Æ 1 „Pickup Nord“
Æ 1 „Pickup Süd“
Æ 1 „Feeder“
Æ 1 Departure
30
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Durchführung am AFS in Langen
31
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Hypothesen
„
„
„
„
32
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.
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
33
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Methode
„
„
„
„
„
34
Tätigkeitsanalyse
Herzrate, HRV
Nasa TLX
Fragebogen,
Interview
Simulatordaten
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 Radar
„ Stripmarking
„ Sonstiges
35
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Die Auswertung erfolgte einzeln für die
Lotsenpositionen
Feeder, Pickup Nord, Pickup Süd
„
„
„
36
aktive Zeit
Gesamtdauer pro Tätigkeit
Dauer der Tätigkeiten pro Luftfahrzeug
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Feeder: Aktive Zeit
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
aktive Zeit
aktive Zeit
0
500
1000
1500
2000
2500
0
500
1000
1500
[s]
[s]
dtop
37
nodtop
dtop
nodtop
2000
2500
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Feeder: Dauer pro Tätigkeit
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
Sonstiges
Sonstiges
Radar
Radar
Gegensprechen
Gegensprechen
Telefon
Telefon
Ellbogen
Ellbogen
Stripmarking
Stripmarking
Kommunikation mit Piloten
Kommunikation mit Piloten
0
500
1000
1500
2000
2500
0
500
1000
[s]
dtop
38
nodtop
1500
[s]
dtop
nodtop
2000
2500
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Feeder: Dauer der Tätigkeiten pro LFZ
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
Sonstiges
Sonstiges
Radar
Radar
Gegensprechen
Gegensprechen
Telefon
Telefon
Ellbogen
Ellbogen
Stripmarking
Stripmarking
Kommunikation mit Piloten
Kommunikation mit Piloten
0
5
10
15
20
25
[s/LFZ]
dtop
39
nodtop
30
35
40
45
0
5
10
15
20
25
[s/LFZ]
dtop
nodtop
30
35
40
45
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Pickup Nord
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
Sonstiges
Sonstiges
Radar
Radar
Gegensprechen
Gegensprechen
Telefon
Telefon
Ellbogen
Ellbogen
Stripmarking
Stripmarking
Kommunikation mit Piloten
Kommunikation mit Piloten
0
500
1000
1500
2000
2500
0
500
1000
[s]
dtop
40
nodtop
1500
[s]
dtop
nodtop
2000
2500
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Tätigkeitsanalyse
Pickup Süd
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
DTOP vs. no DTOP, 20 heavies
Sonstiges
Sonstiges
Radar
Radar
Gegensprechen
Gegensprechen
Telefon
Telefon
Ellbogen
Ellbogen
Stripmarking
Stripmarking
Kommunikation mit Piloten
Kommunikation mit Piloten
0
500
1000
1500
2000
2500
0
500
1000
dtop
41
nodtop
1500
[s]
[s]
dtop
nodtop
2000
2500
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Physiologische Messungen
Messung erfolgt mittels Polar S810
Æ Nur IBI aufgezeichnet
42
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Physiologische Messungen
„
„
„
„
„
43
Herzrate
rmssd
Low frequency
High frequency
High frequency/low frequency
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Physiologische Messungen
Feeder
DTOP vs. no DTOP, 10 heavies
rMSSD [ms]
Herzrate
0
20
40
dtop
44
nodtop
60
80
2. Versuchsreihe - Realzeitsimulation
Zusammenfassung
„
„
„
„
„
45
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 DTOP
TLX: keine Unterschiede zwischen DTOP
und no DTOP
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
46