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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Anthropotechnische Untersuchung der Mensch-Maschine-Schnittstelle Fluglotsenarbeitsplatz in einem kooperativen Air Traffic Management
Forschungsprojekt

Projektleiter
Prof. Dr.-Ing. M. Fricke
Wissenschaftliche Mitarbeiter
Dipl.-Psych. Genia Grundmann
Dipl.-Ing. Alexander Schmid
Projektförderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektbeschreibung

Einführung
Um der massiven Nachfragesteigerung im Luftverkehr gerecht werden zu können, muß die Kontrollkapazität der einzelnen Radarsektoren stark erhöht werden. Zur Erreichung dieses Zieles muß die Flugsicherung in die Lage versetzt werden, den Luftverkehr auf der Basis verbesserter Plandaten langfristiger koordinieren zu können und damit die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Konfliktsituationen zu minimieren.

Im Rahmen aktueller Forschungsvorhaben auf nationaler und internationaler Ebene wird die Lösung in der Integration von Funktionen des an Bord der Luftfahrzeuge vorhandenen Flight Management Systems (FMS) gesehen. Das (FMS) berechnet ein sich laufend an die veränderten Bedingungen in der Luft anpassendes drei- bzw. vierdimensionales optimales Flugprofil. Eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung dieser vielfältigen Informationen besteht in der Verfügbarkeit einer automatischen Datenübertragung (Data Link), welches die Übertragung der hochgenauen Daten aus dem Flight Management System der Luftfahrzeuge gestattet.

Aus diesen Veränderungen ergeben sich Möglichkeiten für eine Modifikation der gegenwärtigen Kontrollphilosophie. Währenddessen die gegenwärtige Luftverkehrssteuerung über 'ad hoc' Maßnahmen erfolgt, soll sie in Zukunft durch sektorübergreifende, globalere Strategien ersetzt werden. Sowohl die technischen als auch die organisatorischen Veränderungen haben Auswirkungen auf die Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstelle der Fluglotsen und insbesondere auf die Formen der Kommunikation in einem zukünftigen Flugsicherungssystem.

Im Mittelpunkt des Forschungsvorhabens „Anthropotechnische Untersuchungen der Mensch-Maschine-Schnittstelle in einem kooperativen Air Traffic Management" steht die Entwicklung, Erprobung und Bewertung einer experimentellen Mensch-Maschine-Schnittstelle für ein zukünftiges Flugsicherungssystem. Resultierend aus der Verfügbarkeit eines Bord-Boden Data Link liegt der Schwerpunkt auf der Gestaltung der veränderten Kommunikationsstrukturen zwischen den beteiligten Stellen am Boden und an Bord. Im Unterschied zu gegenwärtig benutzten Systemen werden darüberhinaus alle für die Bewältigung der Flugsicherungsaufgabe erforderlichen Bedien- und Anzeigeelemente auf einem Bildschirm integriert und nach einer einheitlichen Bedienphilosophie gestaltet.

Zielsetzung ist die Untersuchung und Bewertung der oben genannten Funktionalitäten im Rahmen von Simulationsexperimenten mit aktiven Fluglotsen. Zu diesem Zweck wurde ein Experimentalsystem für die Flugsicherungssimulation und eine graphische Benutzungsoberfläche als Mensch-Maschine-Schnittstelle für den Fluglotsen entwickelt.

Experimentalsystem
Um das Experimentalsystem möglichst offen für verschiedene Anwendungsfälle zu gestalten, wurde der Entwicklung eine Client-Server-Architektur zugrunde gelegt. Das Serverprogramm ist der echtzeitfähige Kern des Simulationsystems. Er simuliert den Radarumlauf und hält Flugplan- und Flugverlaufsdaten vor. Die weiteren Programmsysteme, wie die Lotsenarbeitsplätze oder die Flugzeugsimulation, stellen Clients dar, die vom Server mit Daten versorgt werden oder wie die Flugzeugsimulation Dienste für den Server durchführen. Jeder Client kann mehrere Frontends besitzen. Frontends sind Fenster, die über verschiedene Funktionalitäten verfügen und Manipulationen von Objekten an der Oberfläche erlauben, wie z.B. Fenster zur Darstellung von Radardaten oder zur Bearbeitung von Flugplandaten. Für statische Daten existiert im Experimentalsystem eine zentrale Datenbank, die von Server, Clients und Frontends gelesen werden kann.

Um eine einfache Portierbarkeit des Kernsystems zu ermöglichen, wurden Server und Flugzeugsimulation in ANSI-C realisiert. Für die Entwicklung der graphischen Oberflächen (Clients und Frontends) wurde das Tcl/Tk®-Toolkit eingesetzt. Dieses Toolkit ist hervorragend „prototyping" geeignet aber benötigt aufgrund der Interpreterstruktur hohe Graphik- und Rechenleistungen der Geräte.

Das Experimentalsystem folgt dem an der TUB entwickelten Simulationsmodell (H. Fricke & A. Schmid, 1995). Dadurch konnte bei der Entwicklung auf existierende Teilkomponenten wie die 4D-Flugzeugsimulation und die Flugplandatenbank zurückgegriffen werden.

Um Netzwerkfähigkeit des Gesamtsystems zu gewährleisten, erfolgt der Datenaustausch zwischen mehreren Clients - z.B. Lotsenarbeitsplätzen - immer über das Serverprogramm. Im Server werden die Befehle und Nachrichten ausgewertet und ausgeführt oder weitergeleitet. Die Netzwerkstruktur des Experimentalsystems bietet neben der Simulations- und Prozeßsteuerung die Möglichkeit, die Eigenschaften anderer Netze, wie des Aeronautical Telecommunication Network (ATN), zu simulieren. Auf diese Weise wird die Bord-Boden und Boden-Boden Data Link Kommunikation im System abgebildet. Gegenwärtig sind im Experimentalsystem Kontrollstrukturen für je einen Planungslotsen, einen Radarlotsen und einen Arbeitsplatz zur Simulationssteuerung (Pseudopilot und Dummylotse) implementiert.

Mensch-Maschine-Schnittstelle für Data Link - gestützte Flugsicherung
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle Fluglotsenarbeitsplatz besteht in den meisten gegenwärtigen Systemen aus mehreren Teilkomponenten. Dazu gehören im wesentlichen ein Bildschirm zur Darstellung der Radarinformation, die Kommunikationselemente Funk und Telefon , ein Bildschirm zur Anzeige von Wetter und Flugplatzinformationen sowie die Papierstreifen, auf denen díe Informationen über den Flugplan enthalten sind.

Die Entwicklung im Rahmen des Forschungsprojektes fokussiert einerseits auf die Integration der einzelnen Subkomponenten in einen Bildschirm - vor allem jedoch auf die Entwicklung und Gestaltung alternativer Wege der Kommunikation zwischen Bord - Boden und Boden - Boden.

In Anlehnung an die Arbeitsabläufe der Lotsen in einem gegenwärtig im Einsatz befindlichen System wurden Handlungsabläufe für die Mensch-Maschine-Interaktion abgeleitet. Insbesondere für die Funktionsweise des „Verhandlungsführungsfenters" wurde nach neuen, effizienten und leicht erlernbaren Handlungsfolgen gesucht. Das Verhandlungsführungsfenster verfügt über je einen Bereich zur Darstellung und Manipulation ausgewählter Flugwege und eine Schnittstelle für die Kommunikation mit Nachbarlotsen und Piloten. Für Darstellung und Manipulation stehen den Lotsen ein Vertikal- und ein Horizontalprofil zur Verfügung. Die Bedienung erfolgt mit der Maus über Softkeys und direkte Eingaben an der Oberfläche. Nach dem Absenden der Nachricht werden dem Empfänger die Änderung des Flugweges ebenfalls grafisch dargestellt.

Im Rahmen der Simulationsexperimente soll geprüft werden, welche Auswirkungen eine Data Link gestützte Flugsicherung auf die Aufgabenerfüllung der Fluglotsen hat.

Veröffentlichungen

  • Fricke, H. und Schmid, A., (1995). Experimentelles Flugführungsmodell zur Validierung von ATC-Data Link Applikationen, DGLR Jahrbuch 1995, Bonn-Bad  Godesberg.
  • Grundmann, G. Schmid, A., Ulbrich, B., Wattler, A. (1996). Mensch-Maschine-Kommunikation bei zukünftigen Fluglotsenarbeitsplätzen. In: Interaktive Informationssysteme in Fahrzeugen und Leitstellen, DGLR-Bericht 96-02

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