Development of a generic model to depict airspace-related trajectory inefficiencies for global air traffic scenarios

Abstract

In an ideal air transportation system, all aircraft using the airspace would be able to fly on optimal trajectories between their origin and destination. In reality, however, this ideal is not achievable due to various constraints entailing the worsening of tra-jectory efficiency. To enhance conventional simulations, the developed model de-picts airspace-related trajectory inefficiencies required for the evaluation of prospec-tive improvements or degradations of flight guidance by considering various dispari-ties in different world regions. Due to inefficiency variations related to different flight phases and in favor of more precise simulation results the trajectory is split into three flight phases: departure, enroute and arrival. By means of these and in ac-cordance to the passed world regions the trajectory is divided into fragments. The starting and ending coordinates of these fragments as well as the underlying ineffi-ciencies are provided as input parameters for the subsequent simulation. In contrast to conventional simulation results, the results of the simulation regarding inefficien-cies show an approximation to the available real data trajectories obtained from an online database.

In einem idealen Lufttransportsystem wären alle Flugzeuge die den Luftraum nutzen in der Lage, auf optimalen Trajektorien zwischen deren Start- und Zielflughafen zu fliegen. In der Realität ist dieses Ideal jedoch nicht erzielbar, da unterschiedlichste Einschränkungen zur Verschlechterung der Trajektorien Effizienz beitragen. Um herkömmliche Simulationen dahingehend zu verbessern, bildet das entwickelte Mo-dell luftraumbezogene Trajektorien Ineffizienzen ab, die zur Bewertung zukünftiger Verbesserungen oder Verschlechterungen der Flugführung benötigt werden und be-rücksichtigt dabei Ungleichheiten in unterschiedlichen Regionen. Durch Schwan-kungen der Ineffizienzen hinsichtlich unterschiedlicher Flugphasen und zugunsten genauerer Simulationsergebnisse wird die Trajektorie in drei Flugabschnitte unter-teilt: Abflug, Enroute und Anflug. Mittels dieser und gemäß der durchflogenen Regi-onen wird die Trajektorie in Fragmente unterteilt. Sowohl die Start- und Endpunkt-koordinaten dieser Fragmente als auch die zugrundeliegenden Ineffizienzen werden als Eingangsparameter für die nachfolgende Simulation bereitgestellt. Gegenüber herkömmlichen Simulationsergebnissen zeigen die Simulationsergebnisse unter Be-rücksichtigung von Ineffizienzen eine Annäherung an die von einer Online-Datenbank zur Verfügung stehenden Realdatentrajektorien.