27

Mai

2020

Status Quo der Digitalisierung der weltweiten Luftfahrtdaten

Übersicht der Digitalisierung der internationalen Luftfahrtdaten und ihrer Akteure .

Status Quo der Digitalisierung der weltweiten Luftfahrtdaten

In den letzten Jahren hat der weltweite Flugverkehr kontinuierlich zugenommen und somit auch die Digitalisierung in der Luftfahrt vorangetrieben. Trotzdem gibt es auch hier noch Bereiche, die bis dato nicht ohne manuelle Arbeitsschritte auskommen und in nicht nachhaltigen oder unsicheren Eigenentwicklungen abgebildet werden. Auf diese Problematik sind wir im Rahmen eines Projektes gestoßen und haben dies zum Anlass genommen den Status Quo hinsichtlich der Digitalisierung der weltweiten Luftfahrtdaten sowie deren zukünftig geplante Entwicklung näher zu betrachten und zu analysieren.

Der Austausch von Luftfahrtdaten lässt sich grob in vier Hauptkategorien kategorisieren, die bis dato in unterschiedlichen Update-Zyklen und Formaten sowohl den öffentlichen, kommerziellen Organisationen (z.B. Airlines) als auch dem Militär zugänglich gemacht werden. Die Wetter- und Flugdaten, die in Echtzeit verarbeitet werden und Aeronautische und Aerodrome Daten, die im Luftfahrthandbuch (Aeronautical Information Publication, kurz AIP) ausgetauscht werden.

Kategorisierung der Luftfahrtdaten

Aeronautische Daten und Aerodrome Daten werden in der Aeronautical Information Publication (AIP) verarbeitet und gemäß dem Aeronautical Information Regulation and Control (AIRAC) Cycle alle 28 Tage veröffentlicht. Der Umfang der AIP liegt bei ca. 1.000-2.000 Seiten. Die Deutsche AIP hat als Beispiel ca. 2.000 Seiten.

Damit nicht immer alle Seiten ausgetauscht werden müssen, werden Änderungen im sog. AIP-Amendment (AMDT) veröffentlicht. Diese enthalten im Normalfall ca. 100 Seiten pro Cycle. Ausnahmen bei denen >1.000 Seiten Amendments pro Cycle veröffentlicht werden, wie beispielsweise Norwegen gibt es allerdings auch. Je Update-Zyklus fallen dadurch Änderungen von ca. 43.000 AIP Seiten an.

Falls die Daten nur temporär gültig sind, werden diese in den Notice to Airmen (NOTAMs) publiziert.

Wetter- und Flugdaten werden heute meistens schon in den neuen IT-Systemen der Flugsicherung oder in den Cockpitsystemen in Echtzeit eingebettet.

Die Stakeholder im Aeronautischen Datenaustausch

Der Datenaustausch erfolgt innerhalb vier großer Stakeholdergruppen (Data Originator, AIS, Commercial Provider, End User)

Den Data Originators, welche Rohdaten liefern. Der Flugberatungsdienst (AIS), der diese Rohdaten verarbeitet und im Luftfahrthandbuch (AIP) publiziert. Die neuen Daten werden direkt als PDF oder im Papierformat, selten auch im XML- Format an die Endnutzer oder an die Commercial Providers verschickt. Die Commercial Providers verarbeiten das AIP dann weiter und übermitteln dieses digital an die Endnutzer. Bis auf diese Datenübermittlung ist immer eine nicht digitale Austauschkomponente vorhanden, weshalb die Prozesse als Hybrid bezeichnet werden.

Ein Konzept der UN ICAO namens System Wide Information Management (SWIM) sieht einen komplett digitalisierten Austausch von Flugdaten vor, der diesen quasi in Echtzeit zur Verfügung stellt.

Die ICAO ist als UN-Agentur zusammen mit den ICAO Mitgliedsstaaten und dem europäischen Eurocontrol für die Governance des Luftfahrtdatenaustausches verantwortlich. Jedes Land wird von der ICAO verpflichtet selbst oder in Zusammenarbeit mit einem anderen Land einen Aeronautical Information Service (AIS) zu betreiben und die Regelungen der ICAO umzusetzen. Dies wird auch in regelmäßigen Audits durch die ICAO überprüft.

Ein einzelner Stakeholder kann in verschieden Kategorien tätig sein. Besonders gut sieht man das am AIS. Der Flugberatungsdienst ist eine eigene Stakeholdergruppe, die als zentrale Anlaufstelle für Flugbesatzungen und -unternehmen dient und die AIPs und NOTAMs erstellt. In dieser Kategorie ist die Bundeswehr als militärischer AIS vertreten. Zusätzlich gehören sie jedoch sowohl zu den End Usern von ausländischen Daten als auch zur Gruppe der Data Originators für ausländische AIS.

Data Originators sind in erster Linie für die Rohdaten und im Fall der AIS auch für verarbeitete Daten verantwortlich. Diese werden in unterschiedlichen Formaten und mit unterschiedlichen Systemen erstellt. In Deutschland sind hier verschiedene Behörden für die Prüfung und Bereitstellung verantwortlich.

Die Commercial Providers lassen sich unterteilen in:

  1. Data Providers, die Daten der weltweiten AIS und verschiedener anderer Stellen verarbeiten, um entweder einheitliche, digitale Luftfahrtkarten zu erstellen oder die Daten in ein maschinenlesbares Format (ARINC-424) zu kodieren. Hier sind Jeppesen, Lufthansa Lido oder Navblue die größten Unternehmen.
  2. Flugzeugausrüster, wie z.B. Thales und Rockwell Collins, die Daten für die Verwendung in ihren Cockpitsystemen formatieren.

Die Endnutzer sind vor allem Air Navigation Service Provider (ANSPs), also Organisationen, welche verschiedene Dienstleistungen für die Luftraumnutzer übernehmen, wie z.B. die Deutsche Flugsicherung (DFS). Sie sorgen für einen geregelten und sicheren Flugverkehr.

Am Ende der Datenkette sitzt der Pilot. Alle Daten werden gesammelt, verarbeitet und verteilt, um am Ende den Piloten in der Steuerung von Flugzeugen zu dienen.

Der Austauschprozess von Aeronautischen Informationen


Die Makroaustauschprozesse, zwischen den Stakeholdern werden in obiger Abbildung mit den Zahlen eins bis vier nummeriert. Die Pfeile geben die Richtung des Austausches an. Er erfolgt linear vom Data Originator zum Endnutzer. Der Austausch kann anhand des Digitalisierungsgrades (Digital, Hybrid, Analog) gegliedert werden. Um den Prozess verständlicher zu machen, wird zuerst der allgemeine Prozess erklärt und gleichzeitig anhand eines Beispiels beschrieben.

Hybrid

Datenaustauschpunkt 1, 2 und 3, sowie die interne Verarbeitung fallen in diese Kategorie.

Interne Verarbeitung der Data Originator

Die Verarbeitung bei den Data Originators erfolgt nach streng von der ICAO und Staaten geregelten Prozessen. In Deutschland entsteht bei einer Änderung der folgende Prozess:

Ein Flughafen (z.B.  Fraport) lässt die Landebahn erneuern und verlängern. Er beauftragt dann eine Firma (z.B. BKR Ingenieurbüro) mit der Vermessung der neuen Landebahn. Die neuen Daten werden von besagter Firma an den Flughafen weitergegeben und dort im AIXM 5.1 Format, in einem Tool des Flughafenverbandes (ADV) eingegeben. Die zuständige Behörde prüft die Daten online und gibt sie zur Verwendung der DFS frei.

Datenaustauschpunkt 1:

Dieser Austausch erfolgt in unterschiedlichen Digitalisierungsgraden, je nach Datentyp. In Deutschland erfolgt das wie folgt: Handelt es sich um sehr lange gültige Daten z.B. Kontaktadressen (siehe Anlage D), erfolgt die Übertragung analog auf Papier. Andere Daten werden digital im einheitlichen Aeronautical Information Exchange Model Format (AIXM) übertragen. Danach werden die Daten intern beim AIS weiterverarbeitet und der AIP hinzugefügt.

In Bezug auf die Flughafenvermessung geschieht dies wie folgt: Im AIXM 5.1 Format gibt die Behörde die nun validierten Daten über das ADV-Tool an die DFS weiter. Diese empfängt in dem Tool die Daten und verarbeitet diese, wie im nächsten Abschnitt beschrieben, weiter.

Interne Verarbeitung der AIS

Die Daten werden mit einer eindeutigen Kennung verknüpft und in die interne Datenbank eingefügt. Daraus wird die AIP bzw. die AMDT erstellt und online veröffentlicht. In der DFS sind für diesen Schritt rund 10 Angestellte zuständig, welche die Daten nochmal prüfen und in die Datenbank eintragen.

Die Flughafenvermessungsdaten, werden von einem Mitarbeiter geprüft. Danach werden die Daten in die Datenbank eingetragen und mit der eindeutigen Kennung des Flughafens (z.B. Frankfurt Airport = EDDF) verknüpft. Im militärischen Einsatz werden dafür auch eindeutige Kennungen verwendet, die sich jedoch unterscheiden. Die Daten werden nach diesem Schritt als Information bezeichnet und als Änderung im nächsten AMDT verarbeitet. Im nächsten Update-Zyklus wird diese Information mit den anderen Stakeholdern gemäß den nachfolgenden Prozessen geteilt. Diese müssen dann die entsprechende Seite der AIP austauschen.

Datenaustauschpunkt 2:

Ob Daten digital oder analog veröffentlicht werden, hängt vom jeweiligen Land ab. Der überwiegende Teil der Länder verteilt die Daten digital, meist im PDF-Format. Diese müssen dann manuell weiterverarbeitet werden. Eine maschinelle Abwicklung und Verarbeitung existierten bislang nicht. Hinzu kommen die AIPs auf Papier, welche eingescannt werden müssen, um die digitale Weiterverarbeitung zu ermöglichen. Die Deutsche AIP wird ausschließlich digital übertragen, eine Papierversion gibt es nicht mehr.

Damit Jeppesen, z.B. die Flughafendaten bekommt, muss sich die Abteilung, welche sich um die Aktualisierung der AIPs kümmert, die AMDT von Deutschland herunterladen. Dann ändert die Abteilung die internen Daten und tauscht die entsprechenden Seiten aus. Die Änderung der Landebahnlänge wird nun in die Jeppesen Karten übernommen und wie in Datenaustauschpunkt 4 beschrieben an den Endnutzer übermittelt.

Datenaustauschpunkt 3:

Die Datenaustauschpunkte 2 und 3 sind vergleichbar. Die einzigen Unterschiede bestehen darin, wer die AIP erhält und wie diese dann verarbeitet wird. Aus Sicht der AIS ist der Austauschprozess nach Punkt 3, anders als bei Punkt 2 vollständig abgeschlossen. Die Endnutzer in Deutschland können die AIP über die DFS online kaufen und herunterladen. Wofür die Informationen danach verwendet werden, ist abhängig von dem jeweiligen Stakeholder. Die Information über eine Verlängerung der Landebahn, wird dabei zum Beispiel von der Lufthansa heruntergeladen und intern in komplexen Prozessen verarbeitet, um die Daten dann für die Flugplanung zu verwenden.

Digital

Datenaustauschpunkt 4:

Lediglich dieser Austausch erfolgt rein digital. Die relevanten Daten und Dokumente können von den Nutzern (z.B. Airlines oder Privatpiloten) über die Server der Commercial Providers heruntergeladen oder von Resellern weiterverkauft werden. Der genaue Prozess hängt vom jeweiligen Anbieter ab. Jeppesen verkauft die Karten dabei nur über sogenannte „Dealer“ an die Luftfahrtorganisationen weiter. Bei Navblue können dahingegen die Karten ausschließlich direkt gekauft und online heruntergeladen werden.  Meistens werden die Karten für ein Jahr gekauft, sodass nicht bei jedem Update Cycle eine neue Karte gekauft werden muss.

Bei der Verlängerung der Landebahn werden die in den Karten geänderten Teile bei den Käufern automatisch synchronisiert, sodass die Nutzer sofort die aktuelle Länge der Landebahn in den Karten sehen können.

Analog

Rein Analoge Prozesse gibt es nur noch als Teil des Hybriden Prozesses, weil einige Länder die neuen digitalen Prozesse noch nicht übernommen haben. Gerade in Entwicklungsländern ist es noch möglich, dass viele Prozesse analog ablaufen. Eine Bestätigung hierfür konnte jedoch im Laufe der Hintergrundrecherchen und Experteninterviews nicht erlangt werden, da diese Länder alle Anfragen ignorierten. Generell dominiert der Austausch von PDF-Dokumenten. Die AIP Veröffentlichung auf Papier von Ländern wie Yemen oder Syrien könnten jedoch als Indiz für rein analoge Prozesse interpretiert werden. Betroffen davon sind dann entsprechend alle Punkte des Hybriden Prozesses.

Zukünftige Pläne und Trends

Die ICAO hat in internationaler Zusammenarbeit zwei Konzepte für die Zukunft entwickelt. Das System Wide Information Management (SWIM) Konzept und das Aeronautical Information Management (AIM) Konzept.

 

SWIM ist dabei eine online zugängliche Cloud zum Austausch von Luftfahrtdaten. Wer diese Cloud betreiben soll ist bislang nicht definiert. Vermutlich übernehmen diese Aufgabe verschiedene Behörden aus Zusammenschlüssen von Ländern, wie etwa Eurocontrol in Europa und die AfI für die Afrikanische Union. Bei Änderungen der Daten, werden diese sofort von berechtigten Stakeholdern in die Datenbank eingefügt und somit für alle sofort zugänglich gemacht. Damit ist es unabhängig von der Verfügungsfrequenz möglich alle Daten in Echtzeit vorliegen zu haben. Anhand von Datenstandards im XML-Format wird gewährleistet, dass die verschiedenen Software- oder Computersysteme die Daten sicher verarbeiten können. Die SWIM Applications (SWIM APP) verknüpfen dann je nach Bedarf der Nutzer verschiedenste Daten miteinander und stellen sie den Endnutzern zur Verfügung.

AIM ist dabei der Nachfolger von AIS. Die Rolle des AIS ändert sich dabei zu einem Informationsmanagement Dienst. Anstatt weiter die AIP zu produzieren, verwaltet und verteilt der AIS die Aeronautischen Daten innerhalb des globalen SWIM Netzwerks durch eine Datenbank. Die ICAO plant bis 2030 dieses Konzept komplett zu implementieren. Dazu sind verschiedene Gesetzgebungen bzw. Vereinbarungen geändert worden und es werden regelmäßige Audits durchgeführt.

Die gesamte Analyse zum Stauts Quo – Digitalisierung von Luftfahrtdaten gibt es als download.

Profil/Autor
Niclas Schmidbauer, Dr. Alexander Schellong
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