Das System ETNA (Electronic Taxiway Navigation Array), ein Anwendungsbeispiel f¨ur den Einsatz hochgenauer Navigationssysteme f¨ur Flughafenfeuerwehrfahrzeuge, wird im Folgenden dargestellt. Dabei wird das Gesamtsystem, zur L¨osung der Pro-blematik des Vorfeldverkehrs f¨ur die Flughafenfeuerwehr vorgestellt sowie die Ein-zelkomponenten dargestellt (siehe Abbildung 1.3).
ETNA, welches von der Firmen Honeywell Regelsysteme GmbH (Maintal), Honey-well Airport Systems GmbH (Wedel) und der Fraport AG in Zusammenarbeit eines Teams des Fachgebiets Flugsysteme und Regelungstechnik (FSRT) der Technischen Universit¨at Darmstadt entwickelt wurde, verwendet als Navigationskomponente eine hochwertige Inertialnavigationseinheit mit faseroptischem Kreisel (FOG) in Verbin-dung mit GPS.
Das System wurde aufgrund des zunehmendes Luftverkehrs und des daraus resultie-renden Flughafen-Bodenverkehrs entwickelt. Mit diesem System sollen die erh¨ohten Sicherheitsanforderungen des Fahrzeugbetriebs auf dem Vorfeld erf¨ullt werden sowie die Effizienz vergr¨oßert werden. ETNA ist ein Teil des am Flughafen Frankfurt auf-gebauten A-SMGCS (Advanced Surface Movement Guidance and Control System) Systems zur schnelleren, effizienter und sicheren Abwicklung des Rollverkehrs bei allen Witterungsbedingungen.
Ein Teil dieses gesamten A-SMGCS Systems ist das TACSYS/CAPTS (Taxi and Control System/Cooperative Area Precision Tracking System) System am Frank-furter Flughafen zur Unterst¨utzung der Vorfeldaufsicht besonders bei ung¨unstigen Wetterverh¨altnissen zur Darstellung der Bodenverkehrslage. CAPTS erfasst durch eine Fusion von Bodenradar- und Mode-S Multilaterationsdaten die Flugzeugpo-sitionen und stellt sie der Vorfeldaufsicht zur Verf¨ugung. Das ETNA System soll die Positionsdaten der Fahrzeuge erfassen und dem TACSYS Gesamtsystem zur Verf¨ugung stellen, sodass eine Gesamtverkehrslage darstellbar ist.
Zus¨atzlich werden die erfassten Positionen eines Fahrzeugs dem jeweiligen Fahr-zeugf¨uhrer zur Verf¨ugung gestellt und visualisiert. Vor kreuzendem oder kollidie-rendem Verkehr soll gewarnt, sowie die Route zum Zielort dargestellt werden, zur Verbesserung der Situational Awareness eines jeden Fahrzeugf¨uhrers.
Zur Realisierung dieser Funktionalit¨at besteht das ETNA Gesamtsystem aus den folgenden Komponenten:
• Informationsbroker
• Flottenleitstand
• Fahrerinformationsdisplay mit einer hochgenauen Datenbank zur graphischen Darstellung des Flughafens
• Fahrzeug-Navigationssystem
• Kommunikationssystem zwischen einem Leitstand und den Fahrzeugen
• Anbindung an eine GPS-Differentialstation
1.2.1 Informationsbroker
Der Informationsbroker des ETNA Systems, ist die zentrale Komponente in der alle Informationen zusammenlaufen. Der Informationsbroker sammelt und verteilt die Informationen die durch die angebundenen Systeme TACSYS/CAPTS und ETNA erfasst werden. An den Informationsbroker bietet die Schnittstelle zu den Flotten-leitst¨anden und den Fahrzeugen, und verwaltet alle relevanten Daten die ausge-tauscht werden sollen. Dar¨uber hinaus bietet er offene Schnittstelle um zus¨atzlich Daten, wie z.B. Differential-GPS, in das System einzuspeisen.
1.2.2 Flottenleitstand
Die Flottenleitst¨ande bestehen aus Rechnern mit hochaufl¨osenden Bildschirmen, auf denen die aktuelle Verkehrslage auf einer hochgenauen Datenbank des Flughafens graphisch dargestellt wird. Die Leitstand-Software erm¨oglicht die ¨Uberwachung und Steuerung der Flotte, durch Zuweisen von Routen, Zielen sowie Sperrfl¨achen an die jeweiligen Fahrzeugf¨uhrer.
1.2.3 Fahrerinformationsdisplay mit einer hochgenauen Datenbank zur graphischen Darstellung des Flughafens
Das Fahrerinformationsdisplay ist die Komponente zur Darstellung der eigenen Po-sition des Fahrzeugs auf einer hochgenauen Datenbank, in Form einer Karte, des
Flughafens. Dem Fahrzeugf¨uhrer werden auf diesem Bildschirm seine eigene Positi-on, Positionsinformationen der anderen Fahrzeuge sowie die erfassten Positionsin-formationen der Flugzeuge aus dem CAPTS System dargestellt. Zus¨atzlich werden dem Fahrzeugf¨uhrer Vorgaben und Anweisungen und Routeninformationen durch die Flottenleitst¨ande dargestellt (siehe Abbildung 1.3).
Die digitale, grafische Datenbank des Flughafengel¨andes beinhaltet Start- und Lan-debahnen, Rollbahnen, Betriebsstraßen und Geb¨aude. Je nach Anwendung k¨onnen viele weitere wichtige Informationen wie Hydranten, Hindernisse und Schutzzonen (z.B. CAT32) ebenfalls Bestandteil dieser Datenbank sein.
1.2.4 Navigationssystem
Das Navigationssystem zur Erfassung der Position in den Fahrzeugen ist das wichtig-ste Sywichtig-stem zur Navigation und Orientierung f¨ur den Fahrzeugf¨uhrer. Abh¨angig vom Verwendungszweck werden in ETNA aus Kostengr¨unden zwei verschiedene Klassen von Navigationssystemen verwendet. Es wird unterteilt in die Klassen I und II.
Klasse I Systeme sind vorgesehen f¨ur sicherheitskritische Anwendungen wie bei Eins¨atzen der Rettungs- und Feuerwehrfahrzeug. Hier ist vor allem bei schlech-ten Sichtverh¨altnissen eine qualitativ hochwertige Navigationsl¨osung mit hoher Zu-verl¨assigkeit, notwendig. Ein Klasse I System soll nach Forderung der FRAPORT AG einen CEP95 von unter 5 Metern erreichen, um neben einer hohen Navigations-genauigkeit, auch eine hohe Verl¨asslichkeit bieten zu k¨onnen. Zur Erf¨ullung dieser Anforderungen ist in der ersten Entwicklungsphase eine dreiachsige Laserkreisel-Navigationseinheit als Funktionsdemonstrator eingesetzt worden. Diese L¨osung ver-bietet sich jedoch aus Kostengr¨unden f¨ur einen Einsatz in einer ganzen Flotte. Daher wurde im weiteren Verlauf f¨ur Klasse I Fahrzeuge als Navigationssystem ein faser-optischer Kreisel und ein Hodometer in Verbindung mit einem hochwertigen GPS eingesetzt, welches f¨ur diese Anwendung eine ¨ahnlich gute Performanz zeigt. Die-ses Navigationssystem wurde vom Fachgebiet Flugsysteme und Regelungstechnik der TU-Darmstadt eingehend in vielen Versuchsfahrten und unter verschiedensten Bedingungen untersucht und stellte die Leistungsf¨ahigkeit unter Beweis. Der Ko-stenfaktor ist jedoch auch bei diesem Systeme erheblich.
Zu den Fahrzeugen mit einem Klasse II System z¨ahlen Fahrzeuge, bei denen die Anforderungen an die Qualit¨at und Integrit¨at an die Navigationsl¨osung geringer sind. Im ETNA System wird hier eine L¨osung eingesetzt, die ausschließlich GPS als Navigationssystem verwendet. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Kostenfak-toren f¨ur Klasse I und Klasse II Systeme, sind hier wiederum wirtschaftliche Gr¨unde ausschlaggebend f¨ur die Auswahl eines Systems. Die Systeme unterscheiden sich in
2Beim Instrumentenlandesystem ILS m¨ussen je nach Wetterbedingungen ILS-Kategorien CAT eingehalten werden. Diese Kategorien setzen voraus, dass bestimmte Zonen um die Landebahn von Flugzeugen und Fahrzeugen freigehalten werden m¨ussen.
den Kosten um Faktor 50, daher werden die Klasse 1 Systeme nur in ausgew¨ahlten Fahrzeugen eingesetzt.
Es stehen somit 2 verschiedene Klassen von Navigationsger¨aten zur Verf¨ugung, die f¨ur diese Anwendung genutzt werden k¨onnen.
1.2.5 Kommunikationssystem zwischen einem Leitstand und den Fahr-zeugen
Leitst¨ande, Fahrzeuginformationssysteme und der Informationsbroker ben¨otigen f¨ur den Austausch der Positionsdaten, Meldungen, Routenvorgaben und viele weitere Daten ein Kommunikationssystem. Am Flughafen Frankfurt existierte ein WLAN (Wireless Local Area Network), welches f¨ur den zuverl¨assigen Austausch der Daten auf dem gesamten Rollfeld durch das ETNA System genutzt wird.
1.2.6 Anbindung an eine GPS-Differentialstation
Eine Verbesserung der Genauigkeit des GPS-Navigationssystems kann durch eine GPS-Differentialstation erreicht werden. Diese station¨ar stehende GPS-Station, er-mittelt Korrekturdaten, die an den jeweiligen GPS-Empf¨anger gesendet werden. Die Korrekturdaten werden ¨uber den Informationsbroker an alle Fahrzeugnavigations-systeme ¨uber WLAN gesendet.
GPS
(Global Positioning
System)
Fahrerinformationssystem
• Kartendarstellung
• Anzeige von Flugzeug- und Fahrzeugpositionen
• Konflikterkennung
LAN
Flottenleitstände:
• Feuerwehr
• Ambulanz
• Follow Me...
Fahrzeugposition
Information
Informations Broker
WLAN
Externe Schnittstellen:
• CAPTS-Daten
• D-GPS Signal
• andere Anwendungen
Array von Onboard Sensoren (inkl. INS)
Fehlertolerante Software
Abb. 1.3: ETNA System¨ubersicht
1.2.7 Zwischenbilanz
ETNA hat w¨ahrend seiner mehrj¨ahrigen Einsatzphase seine Funktionsf¨ahigkeit und Einsatzeffektivit¨at gezeigt, ist jedoch f¨ur eine breite Anwendung zu kostenintensiv.
Die Herausforderung der im Folgenden beschriebenen Forschungs- und Entwick-lungsarbeit war es, eine weitgehend gleichwertige Navigationsl¨osung (die der Haupt-kostentreiber bei ETNA ist) auf der Basis von vorhandener Onboard-Sensorik, oder preiswerten in Massenproduktion hergestellten MEMS-Sensoren, zu erarbeiten.