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Professur Technologie und Logistik des Luftverkehrs
Institut für Luftfahrt und Logistik
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Analyse und Bewertung von 3D Punktwolken-basierten Lagedarstellungen zur effektiven Risikominderung auf dem Flughafenvorfeld

Projektinformation


Auftraggeber: DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit: 36 Monate, Oktober 2013 - September 2016

Motivation und Zielsetzung


Die in naher Zukunft zu erwartende Realisierung von Konzepten zur Außensicht- und auch Orts-unabhängigen Flugplatzkontrolle sowie die weltweit voranschreitende Implementierung des ICAO A-SMGCS-Konzepts hat den Bedarf an präzisen und zuverlässigen sensorbasierten Informationen für die (teil-) automatisierte Unterstützung bei der Flugplatzüberwachung wachsen lassen. Insbesondere Informationen über die Verkehrslage und Betriebszustände auf dem Flugplatz werden (weiterhin) als elementar für die Durchführung der Flugplatz- und Vorfeldkontrolle erachtet. Zahlreiche Aktivitäten auf den Bewegungsflächen eines Flugplatzes, insbesondere auf dem Vorfeld, wurden als erhebliche Risikotreiber, welche Vorfälle bis hin zu Unfällen induzieren, identifiziert. Dennoch richten diesbezügliche Forschungs-und Entwicklungsbemühungen bisher nur wenig Aufmerksamkeit auf die Detektion/Erkennung von Objekten mit kleineren Abmessungen, wie auch auf die Einführung einer flächendeckenden Überwachung des Vorfeldes, welches die Rolle einer dynamischen, objektvielfältigen Umgebung inne hat. Ein zu forcierender Aspekt ist hierbei die frühzeitige Detektion von Fremd-/Störobjekten (Foreign Object Debris, FOD) - eine Aufgabe, welche gegenwärtig noch nicht zufriedenstellend von MMW-Radar abgedeckt werden kann, da solche Systeme komplexe und umfangreiche Installationen am Flughafen voraussetzen.

Das zugrundeliegende langfristige Forschungsziel besteht in der Erhöhung des aktuellen Sicherheitsniveaus auf dem Vorfeld über die derzeitig gesetzten Ziele (z.B ICAO A-SGMCS Target Level of Safety) hinaus. Konkret zielt dieses Forschungsprojekt auf die Entwicklung einer Überwachungslösung auf Basis von LiDAR-generierten dreidimensionalen Punktwolken zur Verbesserung des Leistungsvermögens der zukünftigen Vorfeldüberwachung ab. Die zentrale Untersuchungsthese besteht darin, dass die Bereitstellung eines präzisen und kontrastreichen Umgebungsabbildes in Echtzeit mittels nicht-kooperativer LiDAR-Technologie zum situativen Lagebild des Vorfeldlotsen, welcher als einflussreichster Risikominderer auf dem Vorfeld identifiziert wurde, beitragen kann. Ferner wird untersucht, ob eine Punktwolken-basierte Visualisierung, in Kombination mit einer (teil-) automatisierten Situationserkennung, die Leistungsfähigkeit der Lotsen bei der Identifikation von potentiellen Gefahren erhöht, sodass letztlich das Risiko von Vorfällen und/oder Unfällen reduziert werden kann.

Bisherige Forschungsaktivitäten


Der oben skizzierte Forschungsansatz berücksichtigt die Ergebnisse eines Feldtests aus dem Jahr 2012, bei welchem ein Velodyne HDL-32E LiDAR am Flughafen Dresden montiert wurde, um Aktivitäten auf drei geeigneten Flugzeugparkpositionen zu erfassen. Dieser Feldtest zeigte das Potential von LiDAR-Sensortechnik zur Bereitstellung von Punktwolkeninformationen zur Unterstützung des Vorfeldlotsen bei der visuellen Detektion, Erkennung und Identifizierung von relevanten Objekten auf dem Vorfeld, z. B. Flugzeuge und Fahrzeuge. Nachfolgende Befragungen von Vorfeldlotsen offenbarten sowohl Vorteile (z.B. Möglichkeit zur Darstellung in der Aufsicht) als auch Nachteile eines Punktwolken-basierten Lagebilds. Die Nachteile (u.a. unzureichende Reichweite, geringe Auflösung) konnten jedoch wesentlich auf die technologische Reife des verwendeten Sensors zurückgeführt werden.




Veröffentlichungen im Rahmen des Forschungsschwerpunktes


Mund, J., P. Latzel und H. Fricke (2016)
Can LiDAR Point Clouds effectively contribute to Safer Apron Operations?, SESAR Innovation Days (SID), Delft, The Netherlands

Mund, J., F. Michel, F. Dieke-Meier, H. Fricke, L. Meyer und C. Rother (2016)
Introducing LiDAR Point Cloud-based Object Classification towards Safer Apron Operations, International Symposium on Enhanced Solutions for Aircraft and Vehicle Surveillance Applications, International Symposium on Enhanced Solutions for Aircraft and Vehicle Surveillance Applications (ESAVS), Berlin

Mund, J., A. Zouhar, L. Meyer, H. Fricke und C. Rother (2015)
Performance Evaluation of LiDAR Point Clouds towards Automated FOD Detection on Airport Aprons, International Conference on Application and Theory of Automation in Command and Control Systems (ATACCS), University Paul Sabatier (IRIT), Toulouse, France

Mund, J., L. Meyer und H. Fricke (2015)
Einsatz von LiDAR-Sensorik zur Risikominderung auf dem Flugplatzvorfeld, Ingenieurspiegel, 03/2015

Mund, J., L. Meyer und H. Fricke (2014)
LiDAR Performance Requirements and Optimized Sensor Positioning for Point Cloud-based Risk Mitigation at Airport Aprons, International Conference on Research in Air Transportation (ICRAT), Istanbul

Meyer, L., J. Mund, B. Marek und H. Fricke (2013)
Performance test of LiDAR point cloud data for the support of apron control services, International Symposium on Enhanced Solutions for Aircraft and Vehicle Surveillance Applications (ESAVS), Berlin


Studien-/Diplomarbeiten im Rahmen des Forschungsschwerpunktes


    • P. Latzel (Diplomarbeit, 2016, in Bearbeitung)
      Bewertung des Risikominderungspotentials von Punktwolken-basierten Lageinformationen auf dem Vorfeld mittels Generierung und Auswertung von Experimentaldaten einer HITL Simulationsstudie
    • S. Schmidt-Roßleben (Diplomarbeit, 2015, in Bearbeitung)
      Experimentelle Quantifizierung der Objektdetektionsfähigkeit von LiDAR-Sensortechnik im Kontext der Vorfeldüberwachung an Flugplätzen
    • M. Leuthold (Studienarbeit, 2015, in Bearbeitung)
      Recherche und Bewertung von Sensorsystemen zur Erfassung von bodengebundenen Operationen auf dem Flugplatz
    • J. Bartsch (Diplomarbeit, 2015)
      Identifikation von Ursachen- und Gefahrenindikatoren für risikobehaftete Aktivitäten auf dem Flughafenvorfeld
    • M. Adam (Diplomarbeit, 2015)
      Bestimmung und Validierung des Potentials von LiDAR-Messtechnik zur effektiven Überwachung der Luftfahrzeugabfertigung
    • P. Latzel (Studienarbeit, 2015)
      Entwicklung eines Versuchsdesigns zur Potentialanalyse von Punktwolken-basierten Lageinformationen zur Risikominderung auf dem Vorfeld
    • A. Pilz (Studienarbeit, 2014)
      Entwicklung von Zielkriterien und Identifikation von Randbedingungen zur Standortbewertung von LiDAR-Sensorik zur Vorfeldüberwachung
    • J. Bartsch (Studienarbeit, 2014)
      Konzeptionierung einer Punktwolken-gestützten, visuellen Mensch-Maschine-Benutzerschnittstelle am Beispiel der Vorfeldkontrolle des Flughafens Dresden
    • S. Engler (Studienarbeit, 2014)
      Modellierung von Vorfeldkontrolltätigkeiten für eine qualitative Analyse des Einflusses fehlerhafter Informationswahrnehmung auf die Entscheidungsfindung von Vorfeldlotsen
    • D. Davidova (Diplomarbeit, 2013, Englisch)
      Entwicklung eines physikalischen Strahlenrastermodells für die Umgebungserfassung am Beispiel des Velodyne HDL 64 LIDAR (en.: Development of a physical beam grid model for 3 D scenery scanning using a Velodyne HDL 64 LIDAR)
    • J. Ludwig (Diplomarbeit, 2013)
      Bewertung von Sensorstandorten von LiDAR Überwachungstechnik für die optimale Objektdetektion auf dem Standplatz eines Flugplatzvorfeldes
    • B. Marek (Diplomarbeit, 2012)
      Bewertung von LiDAR Sensorstandorten für eine innovative Vorfeldkontrolle am Beispiel Flughafen Dresden mittels Feldtest
    • J. Mund (Diplomarbeit, 2012)
      Experimentelle Ermittlung der Diskriminierungsgüte von LiDAR Sensortechnik für den Einsatz bei der Vorfeldkontrolle eines Flughafens
    • C. Seiss (Studienarbeit, 2011)
      Bewertung von Sensortechnik für den sichtgestützten Bodenrollprozess eines unbemannten Luftfahrzeuges (Unmanned Aircraft)

 



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