Verfahren, Anordnung und Kontrolleinrichtung zum Navigieren von Luft- und Bodenfahrzeugen unter Einsatz Satelliten-ge- stützter Positionsbestimmung

Die Erfindung bezieht sich auf die Satelliten-gestützte Navi ^¬ gation von Bodenfahrzeugen und gelandeter Luftfahrzeugen im Flughafenbereich .

Für den reibungslosen Ablauf des Luftverkehrs spielt nicht nur eine sichere und effektive Bewegung der Luftfahrzeuge während des Fluges eine Rolle. Auch ihre Bewegungen am Boden sind hierfür von großer Bedeutung. Vor dem Start muss das Luftfahrzeug von seiner Abstellposition zu seiner Startposition bewegt werden. Nach der Landung muss es von seiner Landeposition zu seiner Abstellposition, die sich häufig an einer Abfertigungsposition (sog. Gate) befindet, bewegt werden.

Nach der Landung eines Luftfahrzeugs hat der Pilot die Auf ^¬ gabe, das Luftfahrzeug an die ihm von einer Kontrolleinrichtung (z.B. einer Einsatzzentrale im Flughafen-Tower) zugewiesene Abstellposition zügig und sicher zu bewegen. Dabei können Landeposition und Abstellposition mehrere Kilometer von- einander entfernt sein.

Der Pilot hat dabei nach der Landung häufig das Problem, sich nicht sofort eindeutig orientieren zu können. Gründe hierfür können z.B. die Größe des Flughafens, die plötzliche änderung des Bezugsumfelds vom weitläufigen Luftraum zum vergleichs ^¬ weise engen Bodenraum eines Flughafens oder schwierige Sicht ^¬ verhältnisse sein. Der Pilot hat in vielen Fällen, insbesondere wenn er den Flughafen zum ersten Mal anfliegt, keinen Hinweis darauf, wo sich seine vorgesehene Abstellposition be- findet. Hinzukommt, dass die Funkfrequenzen der Bodenkon ^¬ trolle, die ihm Hinweise geben könnte, häufig überlastet sind. Auch die Beschilderung der Flughäfen, z.B. auf den

Roll- und Vorfeldbahnen (sog. Taxiways), ist weder optimal noch standardisiert.

Die Problematik tritt insbesondere dann auf, wenn - z.B. aus Wetter- oder Sicherheitsgründen - Ausweichflughäfen (sog. Al- ternates) angeflogen werden müssen. Mit den dortigen Verhältnissen am Boden sind die Luftfahrzeugführer in vielen Fällen nicht vertraut, da sie bisher nur selten oder nie angeflogen wurden .

Grundsätzlich leitet der Lotse der Vorfeldkontrolle den Luft ^¬ fahrzeugführer über Sprechfunk zur vorgesehenen Position. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Funkfrequenzen am Boden und in der Luft derart überlastet sind, dass es europaweite Programme gibt, die darauf abzielen, den Funkverkehr erheb ^¬ lich zu reduzieren.

Auf manchen Flughäfen ist das Sprechtempo der Lotsen derartig hoch oder ihre Verständlichkeit über den Sprechfunk derart gering, dass von den Luftfahrzeugführern höchste Konzentration erforderlich ist, um die Anweisungen der Lotsen zu verstehen und ihnen Folge leisten zu können. Erschwerend kommt hinzu, dass der Sprechfunkverkehr immer allgemein ist und damit von allen - und damit auch von denen, die von einer be- stimmten Anweisung, die per Sprechfunk erteilt wird, nicht betroffen sind - mitgehört wird. Dies erhöht die Anforderun ^¬ gen an die Konzentration der Luftfahrzeugführer zum Erreichen der Standposition weiter, denn sie müssen ständig darauf achten, ob gerade ihnen in einem bestimmten Augenblick eine An- Weisung erteilt wird.

Zögerndes Verhalten bei der Bewegung der Luftfahrzeuge auf Start-, Lande- und Vorfeldbahnen und an den Abstellpositionen wirken sich - gerade in ihrer Summe - negativ auf den gesam- ten Luft- und Bodenverkehr eines Flughafens aus. In vielen

Fällen sind sie mitverantwortlich für die Entstehung von Verspätungen .

Die bekannteste Lösung stellt das Mitführen von Kartenmate ^¬ rial mit Darstellungen der geografischen Gegebenheiten des Flughafens an Bord des Luftfahrzeugs dar. Die Cockpit-Besat ^¬ zung führt standardmäßig solches Kartenmaterial für den ei- gentlichen Zielflughafen, Ausweichflughäfen und Flughäfen entlang der Flugstrecke, die in Notfällen angeflogen werden können, (sog. Emergencies) mit.

Die Nutzung solcher Karten für die Bewegung der Luftfahrzeuge am Boden ist jedoch nicht zwingend. Bei ihrer Nutzung ist außerdem eine gewisse Zeit erforderlich, um sich zu orientieren. Denn zunächst ist mit Hilfe des Bordkompasses die Karte nach Norden auszurichten („einzunorden") . Dann ist die Kartenansicht mit dem in übereinstimmung zu bringen, was für den Luftfahrzeugführer optisch aus dem Luftfahrzeug heraus erkennbar ist, z.B. markante Gebäude oder andere Anlagen.

Eine andere Lösung ist der oben besprochene Sprechfunkverkehr mit dem Tower mit seinen bereits angesprochenen Problemen.

Eine weitere bekannte Lösung stellt das sog. „Visual Gui ^¬ dance-System" dar, bei dem in einer Mittellinie der Rollwege eingelassene Lichtquellen (sog. Befeuerung) dem Luftfahrzeug ^¬ führer z.B. durch ein grünes Lauflicht den Weg zu seiner Ab- Stellposition weist. Diese Technologie ist in seiner Imple ^¬ mentierung sehr teuer und deshalb nur selten anzutreffen (z.B. Flughafen London-Heathrow und Hong Kong) .

Aus der Offenlegungsschrift US 2004/0225432 Al ist ein weite- res Verfahren bekannt, das zur Navigation auf einem Flughafen und im umgebenden Luftraum auf Satelliten-gestützte Naviga ^¬ tion (GPS) basiert. Es wird hierbei durch den Einsatz einer Referenzantenne ein Positionssignal zur Bezugnahme erzeugt, mittels dessen die übrigen GPS-Signale zum Zwecke höherer Ge- nauigkeit korrigiert werden können (sog. Differential GPS) .

Ziel der Erfindung ist es, die Bodennavigation von Luft- und Bodenfahrzeugen auf Flughäfen sicherer und effektiver zu ge-

stalten. Dieses Ziel wird ausgehend vom beschreibenden Teil der Ansprüche 1, 23 und 24 erreicht durch den kennzeichnenden Teil dieser Ansprüche.

Vorteile der Erfindung sind: effektivere und sicherere Gestaltung der Luftfahrzeug ^¬ bewegungen am Boden, die übermittlung hochaktueller, topografischer Karteninformationen und Zielpositionsinformationen an das Luft- fahrzeug zur Bodennavigation am Flughafen,

Entlastung der Luftfahrzeugführer und der Bodenlotsen bei der Bodennavigation, die übermittlung besonderer, den Verkehr lenkender Informationen von einer Kontrolleinrichtung an das Luft- fahrzeug, wie insbesondere Stopp-Anweisungen, Geschwindigkeitsbeschränkungen, Hinweise auf Gefahrenstellen, die integrierte Darstellbarkeit des gesamten Bodenge ^¬ schehens von Luft- und Bodenfahrzeugen in einer Kontrolleinrichtung, z.B. dem Tower oder einer Einsatz- zentrale in seiner Gesamtheit oder in funktionalen oder topografischen Ausschnitten, die drastische Reduzierung des Sprechfunkverkehrs, aufwändige Bodeninstallationen, wie z.B. Antennen oder Sensoren sind bei der Verwendung von GSM, GPRS oder UMTS nicht und bei WLAN oder WiMAX nur in vertretbarem Umfang vorzunehmen, was auch einen Einsatz auf Regionalflughäfen möglich macht,

Datenbanken für geografische Flughafenkarten an Bord der Luftfahrzeuge sind nicht notwendig, - durch Auswertung der gesammelten Informationen sind

Bodenstandzeiten zu Abrechnungs- oder Controlling-Zwe ^¬ cken nutzbar,

der Verbleib und momentane Standort von Bodeneinrichtun ^¬ gen kann über einen Monitor in einer Einsatzzentrale festgestellt werden, es können preisgünstige, handelsübliche Endgeräte einge- setzt werden, z.B. PDA mit GPRS und GPS.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei ^¬ spielen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1, 2: den schematischen Ablauf des Verfahrens, Fig. 3: eine schematische Darstellung der Flugbahn eines Luftfahrzeugs vor der Landung und dessen Rollweg nach der Landung, Fig. 4: eine schematische Darstellung des Rollwegs in einer Draufsicht.

Fig. 5: eine schematische Darstellung der Anzeigevorrichtung eines Navigationssystemes .

Ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft ein Luftfahrzeug F im Landeanflug auf einen Flughafen (Fig. 3) . Das Luftfahrzeug F hat ein Navigationssystem N (Fig. 2) an Bord, das in zyklischen Abständen über Satelliten-gestützte Positionsbestimmung (GPS), seine geografische Position ermittelt. Das Navigati- onssystem N ist über eine Sende- und Empfangsvorrichtung SEV- F mit einem Kommunikationsnetz KN verbunden (Fig. 2) .

Ebenfalls an dieses Kommunikationsnetz KN angeschlossen sind eine Kontrolleinrichtung KE und ein Speicher S, die genauso über Sende- und Empfangsanlagen SEV-KE, SEV-S (Fig. 2) verfügen .

Um eine sichere und geordnete Abfertigung des Luftfahrzeugs F am Boden zu gewährleisten, wird von der Kontrolleinrichtung KE vor oder während des Anfluges des Luftfahrzeugs F eine dem

Luftfahrzeug F zugewiesene endgültige Zielposition ZP am Bo ^¬ den gebildet und an einen Speicher S übermittelt (Fig. 1) .

Außerdem werden im Speicher S regelmäßig und/oder bedarfsab- hängig aktualisierte, digitalisierte topografische Informati ^¬ onen TI hinsichtlich der Gegebenheiten am Boden des Flughafens, wie etwa Rollbahnen, Vorfeldbahnen, Gates, Baustellen, Gefahrenstellen und Sperrungen hinterlegt (Fig. 1) .

Ebenfalls in diesem Speicher S abgelegt werden Routeninforma ^¬ tionen RI über den optimalen Weg des Luftfahrzeugs F von seiner Landeposition zu seiner Zielposition ZP am Boden. Dabei können bei der Berechnung dieses Weges auch kurzfristig auf ^¬ tretende Verkehrsbehinderungen und der weitere Luft- und Bo- denverkehr berücksichtigt werden (Fig. 1) .

Rechtzeitig vor Erreichen eines vorgegebenen geografischen Bereiches wird im Landeanflug über das Kommunikationsnetz zwischen dem Luftfahrzeug F und dem Speicher S eine Kommuni- kationsverbindung aufgebaut. Gelangt das Luftfahrzeug F im Landeanflug in diesen vorgegebenen Bereich um eine vorbestimmte geografischen Position VP (Fig. 3), wird dies an den Speicher S gemeldet und in diesem erkannt . Dabei wird vor ^¬ teilhaft insbesondere eine bestehende mobile Kommunikations- technologie und deren Protokolle - wie GSM, GPRS, UMTS oder WiMAX - verwendet .

Nachdem vom Speicher S erkannt ist, dass sich das Flugzeug F in dem vorgegeben geografischen Bereich befindet, werden die topografischen Informationen TI, die wenigstens die Zielposition ZP und die Routeninformationen RI enthalten, vom Speicher S an das Navigationssystem N übermittelt (Fig. 1, 2) .

Diese Informationen TI, ZP und RI können dann im Luftfahrzeug F in Form einer elektronischen Kartendarstellung auf einem Anzeigegerät dargestellt werden (Fig. 5) .

Aufgrund der Darstellung der Routeninformation RI kann der Pilot das Luftfahrzeug F unmittelbar zur Zielposition ZP bewegen, ohne dass er sich hierzu zunächst auf dem Flughafen orientieren müsste. Auch aufwändiger Funksprechkontakt mit der Kontrolleinrichtung KE ist zur Bodennavigation hierzu nicht mehr erforderlich. Der Pilot kann einfach der Darstellung auf der Anzeigevorrichtung folgen, die gegebenenfalls sogar weiterführende Verkehrshinweise, insbesondere Haltege ^¬ bote oder Beschränkungen der Rollgeschwindgkeit, Gefahren- stellen anzeigen kann (Fig. 5) .

Dabei kann jederzeit erneut eine Kommunikationsverbindung aufgebaut werden, um erneut aktualisierte topografische In ^¬ formationen TI an das Navigationssystem N zu übermitteln. Dies ist etwa dann hilfreich, wenn es beispielsweise zu einer unvorhergesehenen Sperrung eines Taxiways aufgrund eines Zwischenfalls gekommen ist. In einem solchen Fall kann dem Luftfahrzeug eine neue Route über eine aktualisierte Routeninfor ^¬ mation RI zugewiesen werden. Genauso kann dem Luftfahrzeug F auch eine andere Zielposition ZP zugewiesen werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft den koordinierten Einsatz von Bodenfahrzeugen BF, hier beispielhaft das Betanken des Luftfahrzeugs F durch ein Tankfahrzeug.

Nach der Landung eines Luftfahrzeugs F und dem Erreichen der Zielposition ZP wird das Luftfahrzeug abgefertigt. Dazu ge ^¬ hört unter anderem auch die Betankung, um den Weiterflug zum nächsten Ziel zu ermöglichen.

Hierzu entscheidet die Kontrolleinrichtung KE, welches der Tankfahrzeuge diese Betankungsaufgabe übernimmt. Bislang ist diese Information dem Bodenfahrzeug BF vor allem mittels ei ^¬ nes schriftlichen Auftrages und Sprechfunk übermittelt wor- den.

Erfindungsgemäß wird eine Aktionsinformation AI „Betanken" gemeinsam mit einer Bodenzielinformation BZI - nämlich dem

Standort des zu betankenden Luftfahrzeugs F - nun in der Kon ^¬ trolleinrichtung KE gebildet und über eine drahtlose Kommunikationsverbindung an den Speicher S und von hieraus dann an das Tankfahrzeug, das ebenfalls über eine Sende- und Emp- fangsanlage SEV-BF verfügt, übermittelt.

Günstig ist - wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel auch -, dass zur übermittlung keine besonders aufwändige Technik erforderlich ist, sondern auf bekannte und bewährte Technik und deren Protokolle - wie z.B. GSM, GPRS, UMTS, WLAN oder WiMAX - zurückgegriffen werden kann.

Das Tankfahrzeug verfügt über ein GPS-System zur Standortbe ^¬ stimmung. Neben der reinen Positionsbestimmung ist es eine Standardfunktion von GPS-Systemen aufgrund von Zeitmessung und Bestimmung der zurückgelegten Strecke auch Geschwindig- keit sInformationen bereitzustellen.

Diese Standort-, Ausrichtungs- und Geschwindigkeitsinforma- tion werden über das Kommunikationsnetz KN an die Kontrolleinrichtung KE übermittelt, die damit über genaue Informatio ^¬ nen hinsichtlich der entsprechend ausgerüsteten Luftfahrzeuge und Bodenfahrzeuge verfügt. Zur besseren Verständlichkeit der Informationen der vielen verschiedenen Informationen und de- ren Interpretierbarkeit können diese vorteilhaft auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden.

Hat nun beispielsweise die Kontrolleinrichtung KE ein bestimmtes Bodenfahrzeug mit der Betankung des Luftfahrzeugs F an einem bestimmten Gate beauftragt, so wird die entspre ^¬ chende Aktionsinformation AI und die Bodenzielinformation BZI an das Bodenfahrzeug übermittelt .

Manchmal kommt es im weiteren Verlauf der Abfertigung zu Ver- zögerungen.

Bislang hat die Kontrolleinrichtung eine Sprechfunkverbindung aufbauen müssen, um den Grund für die Verzögerung zu ermit-

teln (sog. „Eskalation") . Nunmehr reicht ein einfacher Blick auf die Anzeigevorrichtung. Dort ist sofort zu erkennen, dass das Tankfahrzeug seit kurzer Zeit wartet (Geschwindigkeit 0) und das Luftfahrzeug gerade eben in seine Abstellposition einschwenkt. Da das Luftfahrzeug im Normalfall erst betankt werden kann, wenn alle Passagiere ausgestiegen sind, ist es sinnvoll, diesem Tankfahrzeug umgehend einen anderen akuten Auftrag zuzuweisen um Wartezeiten zu eliminieren und Ressourcen besser zu nutzen. Andererseits muss eine überwachungsinstanz der Bodenabferti ^¬ gung keine „Eskalation" für die bisher überfällige Betankung durchführen, wenn an der Kontrolleinrichtung KE erkennbar ist, dass sich das Betankungsfahrzeug aktuell auf dem Weg zu dem entsprechenden Luftfahrzeug befindet. Dadurch wird er- kennbar der Abstimmungsaufwand vermindert, was zu einer Ar ^¬ beitsersparnis führt.

Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel be ^¬ schränkt, sondern kann auch für das Steuern weiterer Luft- und Bodenfahrzeuge wie Gepäck- oder Cateringfahrzeuge einge ^¬ setzt werden. Diese Fahrzeuge sind entsprechend der Erfindung auszugestalten .