Internationales Verkehrswesen (70) 4 | 2018 60 Proaktive Disposition luftverkehrlicher Prozesse Analyse der Zeitbudgets von Fluggästen am Flughafen Stuttgart zur Weiterentwicklung eines Dispositionsmodells Proaktive Disposition, passagierbezogene Abflugprozesse, Bedienungs- und Reservezeiten, Zeitbudgets, Flughafen Die Durchführung luftverkehrlicher Prozesse ist in hohem Maße vom volatilen Verkehrsaufkommen abhängig. Um einerseits aus Sicht des Flughafenbetreibers die Nachfragespitzen im Sinne eines verringerten Ressourcenbedarfs abzuschwächen und andererseits die Servicequalität für Fluggäste unter dem Aspekt reduzierter Wartezeiten zu steigern, soll ein proaktiver Dispositionsansatz im Luftverkehr etabliert werden. Zu dessen Weiterentwicklung wurden am Beispiel des Stuttgarter Flughafens die Zeitbudgets abfliegender Passagiere analysiert. Markus Tideman, Ullrich Martin I m Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projektes (DFG- Projektnummer MA 2326/ 22-1 - in Bearbeitung [1]) wurde am Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen (IEV) der Universität Stuttgart ein eisenbahnbetrieblicher Dispositionsalgorithmus entwickelt, der zufallsbedingte Unsicherheiten im künftigen Betriebsablauf miteinbezieht. Auf diese Weise soll durch die Steigerung der Qualität der dispositiven Lösungen auch die Qualität des gesamten Betriebsablaufs signifikant erhöht werden. Ausgehend von zahlreichen grundsätzlichen Gemeinsamkeiten zwischen dem Eisenbahn- und dem Luftverkehrswesen wird am IEV künftig auch die Anwendung dieses Dispositionsansatzes im Zusammenhang mit luftverkehrlichen Prozessen erforscht. Um hierbei auf eine möglichst realitätsnahe Datengrundlage zurückgreifen zu können, wurden auch entsprechende Erhebungen am Stuttgarter Flughafen durchgeführt. In den nachfolgenden Abschnitten wird zunächst der Dispositionsalgorithmus im Allgemeinen vorgestellt, ehe auf dessen Anwendungsmöglichkeiten im Luftverkehr mit Schwerpunkt auf den passagierbezogenen Abflugprozessen eingegangen wird. Im dritten Abschnitt werden daran anknüpfend die wesentlichen Erkenntnisse der Erhebung am Stuttgarter Flughafen vorgestellt und anschließend das weitere Vorgehen skizziert. Foto: pixabay MOBILITÄT Wissenschaft Internationales Verkehrswesen (70) 4 | 2018 61 Wissenschaft MOBILITÄT Vorstellung des Dispositionsansatzes Der proaktive Dispositionsalgorithmus setzt sich aus zwei grundlegenden Teilprozessen zusammen. Dies sind zum einen die Ermittlung des betrieblichen Risikos bei der Inanspruchnahme der Bedienungsstellen und zum anderen die automatisierte Generierung von dispositiven Lösungen. Im Rahmen des ersten Teilprozesses wird gemäß Bild- 1 bestimmt, wie signifikant die Auswirkungen von zufällig auf einer Bedienungsstelle auftretenden Störungen für die Betriebsqualität im gesamten Bedienungssystem sind. Hierzu werden nach und nach isoliert an den einzelnen Bedienungsstellen Szenarien für Betriebsstörungen aufgebracht, der Betriebsablauf in deren Folge simuliert und jeweils der Wert der Zielfunktion berechnet. Aus den zugehörigen Mittelwerten ergibt sich für jede Bedienungsstelle ein spezifischer Risikoindex, mithilfe dessen die Bedienungsstellen entsprechend ihres betrieblichen Risikos klassifiziert werden können [2]. Der Hauptnutzen dieses ersten Prozesses des Dispositionsansatzes liegt aus Sicht des Anwenders darin, eine Art Vorhersage zu den Auswirkungen von auf den Betriebsablauf zufällig einwirkenden Störungen zu erhalten. Darauf aufbauend ist es zum einen möglich, den Basisbelegungsplan robuster zu gestalten, indem zeitliche Reserven in Abhängigkeit des betrieblichen Risikos auf die Bedienungsstellen verteilt werden, um dadurch ihre Nutzung effizienter zu gestalten. Zum anderen können verschiedene Maßnahmen der Ressourcenerweiterung miteinander verglichen und anhand ihres potentiellen Nutzens priorisiert werden. Zuletzt kann durch Kenntnis des betrieblichen Risikos die Qualität der dispositiven Lösungen gesteigert werden, weshalb die Risikoklassifizierung auch eine wichtige Eingangsgröße für den zweiten Teilprozess des vorgestellten dispositiven Ansatzes ist, in welchem die Dispositionslösungen proaktiv generiert werden [4]. Zur Gewährleistung einer möglichst nachhaltigen Wirkung der dispositiven Maßnahmen auf die Betriebsqualität, werden diese im Rahmen eines rollierenden Zeithorizonts ermittelt und der künftige Betriebsablauf durch die Einbeziehung zufallsbedingter Unsicherheiten jeweils modifiziert. Hierbei wird auf die Ergebnisse des vorausgehenden Klassifizierungsprozesses zurückgegriffen, sodass bei Bedienungsstellen mit höheren Risikoindizes auch entsprechend größere betriebliche Störungen miteinbezogen werden. Einen vollständigen Überblick über die Funktionsweise dieses Prozesses bietet Bild 2. Anwendung des Dispositionsansatzes im-Luftverkehr Unter der Voraussetzung, dass sämtliche vorhandene Ressourcen eines Verkehrssystems als Bedienungssystem und die in diesem ablaufenden Prozesse mithilfe von Belegungsplänen beschrieben werden, kann der dispositive Ansatz nahezu universell auch für luftverkehrliche Fragestellungen eingesetzt werden [5]. Aufgrund der großen Variantenvielfalt bei der Zusammensetzung der Art der Fluggäste einerseits und den betrieblichen sowie infrastrukturellen Ressourcen andererseits bieten die passagierbezogenen Abflugprozesse ein ideales Anwendungsfeld für den entwickelten Dispo- Legende: Start Wurden alle Bedienungs-stellen bearbeitet? Ende Bedienungsstelle des aktuellen Bedienungssystems (Pm) als Ziel-Bedienungsstelle (Bj) auswählen Satz an Störungsszenarien (S) für Bj generieren «informa on» Wahrscheinlichkeitsverteilung der zufälligen Störungen Betrieb unter Anwendung von s nachbilden Ein Störungsszenario (s) aus S auf jedes Bewegungsobjekt, das Bj nutzt, anwenden Zielfunk on berechnen Nächstes Störungsszenario (s=s+1) auswählen Wurden alle Störungsszenarien simuliert? Mi elwert des Zielindikators (RI: Risikonindex) von allen Störungsszenarien auf Bj berechnen «interface» Betriebsnachbildungstool Nächste Bedienungsstelle als Ziel- Bedienungsstelle Bj (j=j+1) auswählen Bedienungsstellen anhand der berechneten RI für das aktuelle Bedienungssystem klassi zieren «resource» Bedienungsstellen und Belegungsplan Soll das betriebliche Risiko für weitere Bedienungssysteme klassi ziert werden? Nächstes Bedienungssystem Pm (m=m+1) auswählen B: Bedienungsstelle j: Index der Bedienungsstelle m: Index des Bedienungssystems P: Bedienungssystem RI: Risikoindex einer Bedienungsstelle S : Satz an Störungsszenarien s: Störungsszenario [Nein] [Nein] object ow [Ja] [Ja] [Nein] [Ja] Bild 1: Ablauf der Klassifizierung des betrieblichen Risikos [3] Bild 2: Ablauf der Generierung von Dispositionslösungen [3] 3. Arbeitsschritt 2. Arbeitsschritt Start Ende Werden Konflikte erkannt? 1. Arbeitsschritt Zeitabschnitte bilden Belegungszeiten unter Einbeziehung zufalls-bedingter Unsicherheiten modifizieren Generierung der Dispositionslösung für den aktuellen Zeitabschnitt Aktuellen Belegungsplan beibehalten 4. Arbeitsschritt Betrieb bis zum nächsten Zeitabschnitt durchführen Vorherrschenden Betriebszustand für den nächsten Zeitabschnitt erfassen Ist der Untersuchungszeitraum zu Ende? [Ja] [Ja] [Nein] [Nein] Internationales Verkehrswesen (70) 4 | 2018 62 MOBILITÄT Wissenschaft sitionsansatz. In diesem Zusammenhang könnten beispielsweise die Wartezeiten für abfliegende Passagiere und der Ressourceneinsatz auf Seiten des Flughafenbetreibers optimiert werden. Bei der Aufbereitung dieses Anwendungsfalls für die Anwendung des dispositiven Ansatzes gilt es zunächst, die eingangs dieses Abschnitts genannten Voraussetzungen zu erfüllen, sodass ein Bedienungssystem entsteht, das z. B. die (Teil-)Prozesse Anreise, Zugang zum Terminal, Check-in, Gepäckaufgabe, Sicherheitskontrolle, Grenzkontrolle und Boarding in Form von aneinandergereihten Bedienungsstellen nachbildet. Ausgehend vom betrachteten Szenario müssen anschließend Belegungspläne, individuell für jeden Fluggast erstellt werden. Diese geben Auskunft über die konkreten Prozesse, die ein Fluggast durchläuft. Zu betrachten sind diesbezüglich sowohl kleinteilige Unterscheidungen, beispielsweise eine schalterspezifische Aufteilung der Passagiere, als auch die grundsätzliche Zuordnung von Prozessen, z. B. ob eine Grenzkontrolle zu passieren ist oder nicht. Darüber hinaus geben die Belegungspläne zusätzlich die jeweiligen Bedienungs- und Reservezeiten an [3]. Basierend auf der mathematischen Beschreibung des Bedienungssystems und den Belegungsplänen wird schließlich der dispositive Ansatz angewendet. Anhand der Ergebnisse der betrieblichen Risikoklassifizierung kann der Flughafenbetreiber Engpässe im Betriebsablauf erkennen und grundsätzliche Maßnahmen zu deren Beseitigung zielgerichtet treffen. Das können u. a. die Ausweitung der genutzten Ressourcen, z. B. in Gestalt von zusätzlichen Check-in-Schaltern, eine Optimierung der Einsatzzeitpunkte betreffen oder auch Maßnahmen zur Anpassung des Passagierverhaltens sein. Als Ergebnis des Dispositionsprozesses entstehen im rollierenden Zeithorizont nahe am theoretischen Optimum liegende Reihenfolgen und Bedienungszeitpunkte der Fluggäste unter Berücksichtigung des betrieblichen Risikos der einzelnen Bedienungsstellen. Diesbezüglich könnten beispielsweise ausgehend von Erkenntnissen vergangener Flugtage Verzögerungen bei der Grenzkontrolle in Abhängigkeit vom Flugziel oder beim Boarding in Abhängigkeit von der Airline besondere Berücksichtigung finden. Durch die in der Folge verbesserte Verteilung der Passagiere können passend zum Anwendungsszenario u. a. deren pünktliches Erscheinen am Gate verbessert und deren Wartezeiten reduziert werden. Erkenntnisse der Erhebung am Flughafen-Stuttgart Eine grundlegende Voraussetzung, um diesen Nutzen aus dem dispositiven Ansatz ziehen zu können, ist eine detaillierte Kenntnis über das Verhalten der Fluggäste im Rahmen der passagierbezogenen Abflugprozesse zur Erstellung möglichst realitätsnaher Belegungspläne von entscheidender Bedeutung. Deshalb wurde im Kontext eines studentischen Seminars an insgesamt sieben Tagen im Mai bzw. Juni dieses Jahres eine persönliche Befragung mithilfe eines Erhebungsbogens durchgeführt, der sowohl aus offenen als auch geschlossenen Fragen besteht und neben der Flugnummer u. a. auch die Ankunftszeit am Terminal, den Anreisemodus, den Zeitpunkt sowie Hauptzweck der Nutzung der Reservezeiten, Angaben zum Check-in und der Gepäckaufgabe sowie den Grund des Flugs erfasst. Die Befragung wurde unmittelbar an den Zugängen des Terminal 1 durchgeführt, um durch Kenntnis der exakten Ankunftszeit des Fluggasts am Terminal und seiner geplanten Abflugzeit das gesamte zur Verfügung stehende Zeitbudget erfassen zu können. Ergänzt wurden die derart gewonnenen über 1100 Datensätze um rund 72 300 anonyme Datensätze der Flughafen Stuttgart GmbH, die v. a. automatisiert an der Bordkartenkontrolle vor der Sicherheitskontrolle generiert worden sind und Rückschlüsse auf das luftseitige Zeitbudget von Passagieren ermöglichen. Neben der grundsätzlichen Erkenntnis zur Aufteilung der Zeitbudgets auf die land- und luftseitigen Prozesse, konnten bei der Erhebung weitere Feststellungen zu den Zeitbudgets getroffen werden. Diese umfassen beispielsweise: • Einfluss der Destination • Einfluss der Ausgestaltung des Check-in- und Gepäckaufgabeprozesses • Einfluss des Fluggasttyps • Einfluss des Anreisemodus • Einfluss der Anzahl an Mitreisenden • Nutzungszweck der Reservezeiten Bild 3 stellt den Einfluss der Destination auf die Zeitbudgets dar. Grundsätzlich übersteigt dabei der Anteil des luftseitigen Zeitbudgets am gesamten Zeitbudget den des landseitigen unabhängig von der Destination signifikant. Dies bedeutet, dass die Fluggäste die Sicherheitskontrolle verhältnismäßig früh passieren und ihre Reservezeiten schwerpunktmäßig auf der Luftseite aufbrauchen. Eine mögliche Ursache hierfür ist die hohe BEGRIFFSBESTIMMUNGEN Bedienungsstelle: Bestandteil eines Bedienungssystems, in dem die eigentliche Bedienung stattfindet. Bedienungssystem: System, das der Befriedigung von Bedienungswünschen dient. Belegungsplan: Einerseits Gesamtheit aller einzelnen Belegungspläne der in einem Untersuchungsraum verkehrenden Bewegungsobjekte. Andererseits bezogen auf ein einzelnes Bewegungsobjekt Festlegung der voraussichtlichen Zeitpunkte und/ oder Prozess- und Reservezeiten, die ein Bewegungsobjekt auf seinem Bewegungsobjektlauf einhalten soll. Bewegungsobjekt: Objekt, das sich in einem Verkehrssystem fortbewegt bzw. in diesem bedient wird. Bewegungsobjektlauf: Abfolge der Warteräume sowie Bedienungsstellen, die ein Bewegungsobjekt in einem Bedienungssystem nutzt bzw. nutzen soll. Warteraum: Bestandteil eines Bedienungssystems, in dem Forderungen (in Form von Bedienungswünschen) gespeichert werden. Zeitbudget gesamt: Zeitdifferenz zwischen der Ankunft der Passagiere am Flughafen und dem Abblocken des Flugzeugs. Zeitbudget Landseite: Zeitdifferenz zwischen der Ankunft der Passagiere am Flughafen und der Bordkartenkontrolle vor der Sicherheitskontrolle. Zeitbudget Luftseite: Zeitdifferenz zwischen der Bordkartenkontrolle vor der Sicherheitskontrolle und dem Abblocken des Flugzeugs. Internationales Verkehrswesen (70) 4 | 2018 63 Wissenschaft MOBILITÄT Aufenthaltsqualität verbunden mit einem attraktiven Retail-Angebot auf der Luftseite des Stuttgarter Flughafens. Nicht zuletzt auch deshalb gaben knapp die Hälfte der befragten Fluggäste an, dass sie ihre überschüssigen Reservezeiten hauptsächlich zum Zwecke des Einkaufens und insbesondere des Verpflegens nutzen würden. Aus Perspektive der dispositiven Steuerung der passagierbezogenen Abflugprozesse sollte jedoch nicht außer Acht gelassen werden, dass viele Fluggäste ein Verpassen ihres Fluges vermeiden möchten und deshalb eher frühzeitig die Sicherheitskontrolle passieren. Ein Indiz hierfür bietet der Umstand, wonach rund ein Drittel der Passagiere ihre Reservezeiten rein zum Warten aufbringen wollen [6]. Darüber hinaus beträgt gemäß Bild 3 das mittlere gesamte Zeitbudget von inländischen Fluggästen 98 Minuten, wohingegen Reisende für Flüge in den restlichen Schengen-Raum 124 Minuten und für Flüge in den Non- Schengen-Raum 135 Minuten im Durchschnitt zur Verfügung haben. Interessant für die Nachbildung des Passagierverhaltens ist diesbezüglich auch, dass das luftseitige Zeitbudget der Non-Schengen-Reisenden das der Schengen-Reisenden um lediglich drei Minuten übersteigt und sich die restlichen acht Minuten der Differenz auf die Landseite verteilen, obwohl bei Non-Schengen- Flügen vor Betreten des Abfluggates eine Grenzkontrolle zu passieren ist. Eine andere wesentliche bei der Erhebung gewonnene Erkenntnis ist, dass das von den Passagieren eingeplante Zeitbudget knapp 40 Minuten größer ausfällt, wenn sie am Flughafen Gepäck aufzugeben haben. Des Weiteren gibt Tabelle 1 darüber Auskunft, dass sich bei bereits vorab erfolgtem Check-in das Zeitbudget der Fluggäste um elf bzw. 13 Minuten reduziert [6]. Zu berücksichtigen ist hierbei allerdings, dass aufgrund der mitunter geringen Stichprobengröße die Repräsentativität der Ergebnisse nicht zwingend gegeben ist. Ausblick Im Rahmen der weiteren Forschungsaktivitäten am IEV wird der vorgestellte, ursprünglich eisenbahnbetriebliche Dispositionsansatz für luftverkehrliche Fragestellungen weiterentwickelt. Einerseits sollen mit ihm aufbauend auf den Ergebnissen der Erhebung die passagierbezogenen Abflugprozesse optimiert werden können. Andererseits wird weitestgehend unabhängig davon auch seine Eignung für die Disposition der Flug- und Rollbewegungen von Flugzeugen auf dem Vorfeld, den Rollwegen, einer Start- und Landebahn sowie den angrenzenden An- und Abflugstrecken untersucht. ■ Die Autoren bedanken sich bei der Flughafen Stuttgart GmbH, speziell bei Marvin König, für die professionelle Unterstützung und Bereitstellung von Daten bei der durchgeführten Erhebung. LITERATUR [1] Martin, U.: Risk Oriented Dispatching of Railway Operation under the Consideration of Random Disturbances in Dynamic Circumstances (DICORD). DFG-Forschungsprojekt (MA 2326/ 22-1). Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Stuttgart, 2018. [2] Zhao, W.: Hybrid Model for Proactive Dispatching of Railway Operation under the Consideration of Random Disturbances in Dynamic Circumstances. VWI Neues verkehrswissenschaftliches Journal, Band 9. Books on Demand GmbH, Norderstedt, 2017. [3] ideman, M.: Übertragung eines eisenbahnbetrieblichen proaktiven Dispositionsalgorithmus auf das Luftverkehrssystem. Masterarbeit, Universität Stuttgart, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Stuttgart, 2018. [4] Zhao, W.; Martin, U.; Cui, Y. et al.: Operational risk analysis of block sections in the railway network. Journal of Rail Transport Planning & Management 7 (2017), Heft 4, S. 245-262. [5] Tideman, M.; Martin, U.; Zhao, W.: Disposition von verkehrlichen Prozessen unter Einbeziehung von zufallsbedingten Unsicherheiten. Eisenbahntechnische Rundschau 67 (2018), Heft 10, S. 22-25. [6] Koch, K.; Mitterrutzner, M.; Nguyen, K.-T.: Zeitbudget von Fluggästen. Seminararbeit, Universität Stuttgart, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Stuttgart, 2018. Ullrich Martin, Prof. Dr.-Ing. Direktor, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart ullrich.martin@ievvwi.uni-stuttgart.de Markus Tideman Akademischer Mitarbeiter, Institut für Eisenbahn- und Verkehrswesen, Universität Stuttgart markus.tideman@ievvwi.uni-stuttgart.de Passagiereigenschaften Anzahl Erhebungen [-] Zeitbudget gesamt [min] Standardabweichung [min] Vorab eingecheckt, mit Aufgabegepäck 350 125 46 Vorab eingecheckt, ohne Aufgabegepäck 357 87 40 Nicht eingecheckt, mit Aufgabegepäck 349 136 43 Nicht eingecheckt, ohne Aufgabegepäck 58 100 38 Tabelle 1: Zeitbudget in Abhängigkeit von Check-in und Gepäckaufgabe [6] Bild 3: Zeitbudgets in Abhängigkeit von der Destination [6] 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 Schengen-Raum (ohne D) Non-Schengen-Raum National [min] Destination Zeitbudgets in Abhängigkeit der Destination Zeitbudget Luftseite Zeitbudget Landseite