Introduction to Development of a Time-Space Diagram to Assist ATC in Monitoring

Continuous Descent Approaches Continuous Descent Approaches (CDA) have shown to result in considerable reductions of aircraft noise during the approach phase of the flight (Erkelens, 2002). Due to uncertainties in aircraft behaviour, Air Traffic Control (ATC) tends to increase the minimum spacing interval in these approaches, leading to considerable reductions of runway capacity (Clarke, 2000). To enable the application of such procedures in higher traffic volumes, research has advanced in the creation of airborne tools and 4-dimensional prediction algorithms. Little research has addressed the problem of sequencing and merging aircraft in such an ap- proach, however.  In this chapter we present the Time-Space Diagram (TSD) display that shows the aircraft along-track distance to the runway versus the time.  On this display, the in-trail separation is presented as the horizontal distance between two predictions. It is hy- pothesised that this display will enable the air traffic controller to meter, sequence and merge aircraft flying a CDA at higher traffic volumes.  In this chapter, the TSD will be introduced and the effects of various common separation techniques on the predictions of the display are discussed in detail. The display is currently being evaluated by actual air traffic controllers in a simulated traffic scenario to provide an initial validation of the design. Problem statement ATC in CDA procedures According to Annex 11 to the Convention on Civil Aviation (ICAO, 2003), the primary goal of ATC is to provide service for the purpose of safe, orderly and expeditious flow of traffic. In approach control, this task can be described as minimising delays while maintaining suf- ficient separation between the aircraft. During the TDDA, the in-trail distance between two approaching aircraft should therefore reach, but not go below, the minimal distance required. To achieve this, the primary tool common to all approach controllers is the two-dimensional Plan View Display (PVD). This screen shows the, mostly radar-derived, planar positions of the aircraft combined with numeric data on their velocity and altitude. Using this data, the Air Traffic Controller (ATCo) builds a mental model of the traffic scenario, commonly referred to as the “picture” (Nunes & Mogford, 2003).  By mentally predicting the trajectories of the aircraft on the screen, the controllers can anticipate on the future spacing and select the ap- propriate actions to adjust spacing if necessary. The certainty of predicting the aircraft future positions depends on the skill of the controller, the behaviour of the aircraft involved and the length of the interval over which the prediction is made (Reynolds et al., 2005). Controller prediction accuracy…

Boomi Nathan

Introduction to Investigating requirements for the design of a 3D weather visualization environment for air traffic controllers

This chapter involves a long-term investigation into  the  applicability of three-dimensional (3D)  interfaces  for  Air  Traffic  Control  Officers   (ATCOs).   This  investigation  is  part   of collaboration between  EUROCONTROL Experimental Centre (EEC)  and  the  Norrköping Visualization and Interaction Studio  (NVIS) of Linköping University in which  a test-bed was developed in order to evaluate the different features of a 3D interface for ATCOs. This test- bed, known as the 3D-Air Traffic Control (3D-ATC) application, provides controllers with  a detailed semi-immersive stereoscopic 3D representation of air  traffic.   Different aspects  of the  3D-ATC  application include 3D  visualization and  interactive resolution  of  potential conflict  between flights  (Lange  et al., 2006), a voice  command interface for visualizing air traffic (Lange  et al., 2003), and  interactive 3D weather images  (Bourgois  et al., 2005). Among these  various features, the 3D weather visualization was  chosen  as a first case for carrying out a more accurate users’ study. Weather  is  considered  as  one   of  the   major   factors   contributing  to  aviation  accidents (Spirkovska and  Lodha,   2002). As  stated by  Kauffmann and  Pothanun (2000)  “weather related accidents comprise 33% of commercial carrier  accidents and 27% of General Aviation (GA) accidents”. Moreover, adequate weather information (both  for now-cast and  forecast information) is often  not  available to  pilots  or  controllers. The  limitation in  the  way  the weather information is represented in current weather displays has been also pointed out in…

Boomi Nathan

Introduction to Time-based Spaced Continuous Descent

Approaches in busy Terminal Manoeuvring Areas Mitigation of aircraft noise for approaching aircraft is an area where considerable improve- ments are still possible through the introduction of noise abatement procedures, such as the Continuous Descent Approach (CDA) (Erkelens, 2000). One of the main issues when imple- menting CDAs is their negative effect on runway throughput, especially during busy oper- ations in daytime. A reduction in landing time intervals might be achieved through precise inter arrival spacing. The combination of aircraft performing the CDA controlled by precise spacing algorithms is seen as one of the solutions to safely increase runway throughput, re- duce delay times for arriving aircraft, and reducing fuel burn, emissions and noise impact (De Gaay Fortman et al., 2007; De Leege et al., 2009; De Prins et al., 2007). The main algorithms used in these researches are all based on the Flap/Gear Scheduler (FGS) developed by Koeslag (2001) and improved by In ‘t Veld et al. (2009). The FGS is evaluated in these researches to investigate the effects of different flight path angles, different types of aircraft, different aircraft weight configurations and different wind conditions on FGS perfor- mance. The FGS is also combined with time and distance based spacing algorithms to ensure proper spacing between aircraft in arrival streams. There are more spacing algorithms developed to control the Time-based Spaced CDA (TSCDA), such as the Thrust Controller (TC) by De Muynck et al. (2008) and the Speed Constraint De- viation controller (SCD), both developed at the National Aerospace Laboratory (NLR). The performances of these three controllers are evaluated in this chapter. Fast-time Monte Carlo Simulations (MCS) are performed using a realistic simulation environment and a realistic sce- nario. The effects of different wind conditions, aircraft weight configuration, arrival stream setup and the position of the aircraft in the arrival stream on the performance of the controllers are also evaluated. In Section 2 the definition of the TSCDA is elaborated by discussing the goals of this concept and by giving the description of the approach used in this research. In Section 3 the working principles of the controllers are discussed. The results of the initial simulations performed to…

Boomi Nathan

Introduction to The potential of some of the innovative operational procedures for increasing the airport landing capacity

Despite continuous efforts by the air transport system operators, regulators, and  researchers (academic and  consultants), the problem of providing sufficient airport runway capacity to match continuously growing demand safely, efficiently, and effectively has had rather limited success. A[art from growing demand, the specific environmental (mainly noise) constraints at many  large airports both in US and Europe have prevented the full utilization of the designed runway  capacity. The  sharp  concentration of  atms  (air  transport  movements) (one  atm corresponds to one landing or one take  off) within the rather short  time  periods at the hub airports due to operating the hub-and-spoke networks has created sharp peaks causing further already existing imbalance between demand and the available runway capacity. At some other airports  one   of  which   is,  for   example  New   York   La  Guardia  airport  (US),  a  high demand/capacity imbalance has been created simply because of their  attractiveness and  not primarily due  the type  of airline  scheduling practice. In addition, specifically in the US, the operation of airports under IMC (Instrument Meteorological Conditions) and  VMC (Visual Meteorological Conditions) and the corresponding difference in the ATC (Air Traffic Control) minimum landing distance-based separation rules (IFR – Instrument Flight Rules, and VFR – Visual Flight Rules, respectively) have  inherently created instability of the airports’ declared runway  landing   capacities and  consequently their  rather high  vulnerability to  weather conditions. In Europe, such capacity instability caused by weather has also been relatively high, even though the aircraft landings have been carried out exclusively by applying IFR under both IMC and  VMC. As well, the shortage of land  for expanding the airport runway capacity at many airports has also contributed to the above-mentioned demand/capacity imbalance there…

Boomi Nathan

Introduction to Link Capacity Dimensioning

Model of ATS Ground Voice  Network Apart from  a number of new  technologies which  are  currently implemented in air  traffic control  for the exchange of messages the ground/ground (G/G) voice communication is still very  significant and  is currently irreplaceable. The problem regarding introduction of new technologies that  would replace  voice  communication lies in insufficient development and linking of very  expensive ATM (Air Traffic Management) systems that  have  been  already in implementation   for   a   number  of   years.    The   best    indicator   showing   this    is   the implementation of MFC (Multi  Frequency Coding) standard which  is still being  implemented in the majority of Eurocontrol member countries. The introduction of advanced automatic message exchange system in ATM will result  in the reduction of  voice  communication  in  coordination. It  will  not  be  possible, however, to perform the implementation of the new  systems that  will enable  exchange of data  essential for  the  coordination, integrally for  all  the  ATM  users,  so  that  voice  communication will continue to be implemented either  as a basic service or as a backup service. In order to realize  the  planning and  dimensioning of the  telecommunication network for G/G voice communication which  is to be the basic task of this paper, it is necessary to have all the data  on the relevant network parameters that may affect the very operation…

Boomi Nathan

Introduction to Stability of switched stochastic nonlinear systems

Hybrid systems are digital real-time systems which  are embedded in analog  environment. Analog  part  of the hybrid system is described with  differential equations and  discrete part of the  hybrid systems is an  event  driven dynamics which  can  be described using  concept from  discrete event  systems (Cassandras & Lafortune, 2008) and  (Tabuada, 2009). In this paper  we   will   consider  the   switched  systems  which   can   be  viewed  as   higher-level abstraction  of  hybrid  systems  (Liberzon, 2003)  and   (Sun  &  Ge,  2005).We  model  each subsystem of a switched system by differential equation. There  are two ways  for analysis of stability of switched deterministic systems. The first one is a construction of common Lyapunov function. Find the common Lyapunov functions is a difficult  task  (Narendra & Balakrishnan, 1994). The second one utilizes  multiple Lyapunov functions for analysis of switched systems (Branicky,  1998). In this paper we will consider a stability of switched stochastic systems. We assume that  (i) there  is no jump  in the state  at switching instants and  (ii) there  is no Zeno behaviour, i.e. there  is finite number of switches on every  bounded interval of time. The situation with  jump  in the state of x at the switching instants is considered in (Guan  et. al., 2005) and (Li et al., 2005). In recent  years  the  stochastic hybrid systems become  hot  research topic.  There  are  a few approaches to the problem. In the stochastic setting we have  jump  diffusion as the solution of stochastic differential equation driven by Levy process which  is a linear  combination of time,   Brownian  motion  and   pure   jump   process  (Oksendal  &  Sulem,   2005).  Close   to deterministic hybrid systems is the  concept of Piecewise deterministic …

Boomi Nathan

Introduction to Dynamic Airspace Management

Models and Algorithms Global  air  transport has  been  growing for decades and  is expected to continue increasing in the  future.  The development of the  air transport system has  significantly increased the demands on airspace system resources. During the past several years, the operational concept of Dynamic Airspace Management has been developed to balance the mushrooming demands and limited airspace resources. The Dynamic Airspace Management is an important approach to extend  limited airspace re- sources  by using  them  more efficiently  and more flexibly.  Under the Dynamic Airspace Man- agement paradigm, the national airspace is administrated as a unified resource with  tempo- rary utilization clearances assigned to various airspace users on demand and reclaimed at the end of the utilization period. The structure of airspace can be changed as well if needed. The airspace system typically has civil users and military users.  In China, for example, most of the airspace is administrated by the military except for a few air routes reserved for civil avi- ation,  that resemble a lot of tubes  through the airspace. The air transport system is restricted not only by insufficient airport capacities (as in the United States) and sector capacities (as in Europe), but  also by the structure and  the management policy  of air route  networks. When there is a temporary increase  of the air traffic demands or a decrease of airspace capacities, the civil air traffic controllers usually have to apply for additional routes from the military. In the last two decades, the models and algorithms for Air Traffic Flow Management (ATFM) have  been …

Boomi Nathan

Engine Room Bottom Platform Explored

We have been reading a lot about the engine room of the ship and layout of components on various platform. We have also learnt about the engine control room. In this article we will take…

senseadmin

Diagnosing Causes of High EGT in Marine Engines

There are several common reasons for high exhaust temperatures in marine diesel engines, but MOST causes can be attributed to a scavenge fire and/or a defective fuel valve, both of…

senseadmin

Altimeter

Description A barometric altimeter consists of a barometric capsule linked to a pointer by a suitable mechanical or electronic system. The pointer moves across the dial in response to changes…

Boomi Nathan