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ASSIST - Integriertes Pilotenassistenzsystem

Konfliktdarstellung im Navigationsdisplay mit generiertem Lösungsvorschlag, der automatisch nach

1. Einführung

Sowohl im zivilen als auch im militärischen Bereich kommen ständig neue und komplexere Aufgaben auf die Flugzeugbesatzungen zu. Im zivilen Bereich wird dies hauptsächlich durch das starke Wachstum des Luftverkehrs ausgelöst, welches nur mit neuen Verfahren wie Free Flight und kooperativer Planung bewältigt werden kann. Diese neuen Verfahren führen natürlich zu neuen Aufgaben an Bord, die mit der vorhandenen Technik nicht bewältigt werden können. Im militärischen Bereich stehen erhöhte Anforderungen an den Einsatzbereich und die Effizienz der Durchführung von Missionen im Vordergrund. Auch hier sind neue Techniken und Verfahren wie kooperative Missionsplanung erforderlich, die ebenfalls mit der vorhandenen Technik nicht durchgeführt werden können. In beiden Bereichen müssen dem Piloten Systeme an die Hand gegeben werden, die ihn bei der Erfüllung dieser neuen Aufgaben unterstützen.
Hier offenbart das bisherige Vorgehen, für jede Aufgabe ein einzelnes System mit eigener Anzeige- und Bedieneinheit zu bauen, seine Schwächen. Unterschiedliche Bedienphilosophien und viele Einzelanzeigen beanspruchen die Piloten mehr als nötig und beeinträchtigen ihr Situationsbewusstsein. Erschwerend kommt hinzu, dass gerade in kritischen Situationen zum Teil komplizierte Eingaben in die Systeme erforderlich sind. So ist es heute zum Beispiel gängige Praxis, im Anflugbereich, wo häufige taktische Anweisungen von den Lotsen gegeben werden, auf die Unterstützung durch das Flight Management System zu verzichten.
Hier sollen nun neue Systeme zur Pilotenunterstützung helfen, die durch eine eigene Situationsanalyse kritische Situationen selbständig erkennen und geeignete Handlungsvorschläge generieren können. Darüber hinaus soll durch die Zusammenführung aller wichtigen Daten in einem integrierten Gesamtsystem und die Verwendung einer integrierten Mensch Maschine Schnittstelle für alle Aufgaben das Situationsbewusstsein der Piloten erhöht und die Bedienung der verschiedenen Funktionen erleichtert werden.
An derartigen wissensbasierten Pilotenunterstützungssystemen wird an verschiedenen Institutionen in Deutschland und im Ausland gearbeitet. Im Rahmen der Entwicklung des Pilotenunterstützungssystem CAMA besteht eine enge Zusammenarbeit mit der Universität der Bundeswehr sowie den Firmen ESG und EADS. Auf dem Gebiet des Flight Managements sind vergleichbare Arbeiten bei der DERA und dem NLR zu finden; mit beiden Institutionen besteht eine Zusammenarbeit. Kontakte bestehen auch zur Deutschen Lufthansa, die ihrerseits neue Flight Management Funktionen in ein operationelles Flight Management System in Zusammenarbeit mit den Geräteherstellern und den Flugzeugherstellern einbringt.
 
 
2. Programmatische Ziele

Das Ziel des Projekts ASSIST (Integriertes Pilotenassistenzsystem) ist der Aufbau und die Erprobung eines integrierten Pilotenunterstützungssystems. Dieses System soll einerseits dem Sicherheitsaspekt durch ein verbessertes Situationsbewusstsein der Crew Rechnung tragen, andererseits soll es die Piloten gezielt bei der Bewältigung der durch die neuen ATM-Konzepte Kooperative Planung, Free Flight und Rollverkehrsmanagement entstehenden zusätzlichen Aufgaben unterstützen.
Das Ergebnis von ASSIST ist im wesentlichen eine auf Standard UNIX Rechnern installierte Software, die mit Schnittstellen zum Demonstrationscockpit (ADVISE) und zum Versuchsflugzeug ATTAS ausgestattet ist. Die Software umfasst mehrere Komponenten, die zu einem Gesamtsystem mit einer zentralen Mensch-Maschine Schnittstelle integriert sind. Für den Aufbau des Systems kann weitgehend auf bereits bestehende Komponenten bzw. Einzelsysteme zurückgegriffen werden, wodurch mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ein beträchtliches Ergebnis zu erwarten ist.
 
 
Der Funktionsumfang des Pilotenunterstützungssystem ASSIST ist im Folgenden charakterisiert:

• Konsistentes Display Layout und Bedienphilosophie für alle implementierten Funktionen:
  Die Mensch-Maschine Schnittstelle umfasst mehrere Displays, auf denen die üblichen Flugführungsanzeigen moderner Flugzeuge sowie die für die neuen Funktionen erforderlichen Informationen angezeigt und mit denen auch Eingaben in das System getätigt werden können. Dies sind im Einzelnen ein Primary Flight Display (PFD), welches Flugzustandsdaten und Autopilotenbetriebsarten anzeigt, ein interaktives Navigations-Display (NAV), welches eine grafische Darstellung der geplanten Trajektorie sowohl in der Draufsicht als auch im Vertikalprofil zeigt und eine interaktive Planung mit grafischer Eingabemöglichkeit bietet und eine Control and Display Unit (CDU), über die alphanumerische Eingaben getätigt und Statusmeldungen angezeigt werden können
• Zeitgenaue Flugbahnplanung inklusive Verhandlung mit der Flugsicherung:
  Sowohl im zivilen als auch im militärischen Einsatz wird es in Zukunft erforderlich sein, dass die Flugbahn zeitgenau und kooperativ mit dem Boden (ATC oder Missionsleitstelle) geplant wird. Dies wird vom Bordsystem durch entsprechende Funktionen zur Verhandlung von 4D-Trajektorien unterstützt.
• Automatische zeitgenaue Führung des Flugzeugs:
  Das Bordsystem erlaubt die vollautomatische zeitgenaue Führung des Flugzeugs entlang einer geplanten 4D-Trajektorie.
• Darstellung von Verkehrsinformationen auf dem NAV-Display (CDTI):
  Für die in einem Free Flight erforderliche bordautonome Sicherstellung der Separation werden im NAV-Display Verkehrsinformationen und im Falle eines Konfliktes auch mögliche Ausweichmanöver angezeigt. Die Anzeige solcher Funktionen kann auch in militärischen Szenarien von großem Interesse sein, um das Situationsbewusstsein der Piloten zu erhöhen.
• Automatische Planung von konfliktfreien Trajektorien im Free Flight Luftraum:
  Im zivilen Free Flight Szenario soll die Sicherstellung der Separation auf die Bordseite verlagert werden. Hierzu wird der Pilot mit einer automatischen Planung von Ausweichmanövern unterstützt.
• Darstellung von Flughafenkarten und Verkehrsinformationen auf dem Taxi-Display:
  Beim Rollen am Boden wird das NAV-Display in eine Taxi-Betriebsart umgeschaltet, in der dem Piloten alle für das sichere Rollen am Boden notwendigen Informationen angezeigt werden. Dies ist insbesondere auf fremden Flughäfen eine große Hilfe.
• Erkennung von Hindernissen sowie genaue Positionsbestimmung im Endanflug mit Hilfe von Enhanced Vision:
  Durch die Verwendung abbildender Sensoren können Hindernisse im Endanflug auch bei schlechten Sichtbedingungen erkannt und angezeigt werden. Mit Hilfe von bildbasierenden Navigationsverfahren können Landehilfen auch auf nicht instrumentierten Flughäfen angeboten werden. Dies ist insbesondere für die Landung auf militärischen Behelfsflugplätzen von großer Bedeutung. 

Die für die angegebene Funktionalität erforderlichen Komponenten sind im Einzelnen:

• Ein Basissystem bestehend aus einem zentralen Datenpool sowie einem Modulmanager, der die Kommunikation der einzelnen Funktionsmodule untereinander steuert. Dieses Basissystem wurde im Rahmen der wehrtechnischen Aufgabe "Wissensbasierte Pilotenunterstützung" entwickelt und soll für die Anwendung in diesem System weiter ausgebaut werden.
• Ein Flight Management System mit Planungs- und Führungsfunktionen, das eine 4D-Planung, eine zeitgenaue Führung des Flugzeugs und die Verhandlung der Trajektorie mit einer Bodenstelle unterstützt. Ein solches FMS existiert und soll geringfügig angepasst sowie in das System integriert werden.
• Die Mensch-Maschine Schnittstelle bestehend aus Displays und Eingabegeräten. Hier wird das existierende Advanced Human Machine Interface (AHMI) um Anzeige und Bedienfunktionen für die neu hinzukommenden Funktionalitäten ergänzt und ebenfalls in die Gesamtsystemarchitektur integriert.
• Die Module Traffic Monitor und Free Flight Planner zur Unterstützung des Free Flight Konzepts. Diese wurden in einer ersten Version in den letzten Jahren entwickelt und sollen im Rahmen des hier beschriebenen Projekts weiter ausgebaut werden.
• Das Rollführungsdisplay, das im Projekt TARMAC weiterentwickelt wird. Zur Integration in das Assistenzsystem sind geringfügige Änderungen erforderlich.
• Module zur Bilddatenfusion und -verarbeitung. Diese Funktionen werden im Rahmen des Projekts ADVISE erstellt und in das hier beschriebene Assistenzsystem integriert.