Resolution of Potential Conflicts caused by Contingency Events in an AAM Traffic Network

Abstract

Este estudio presenta un enfoque para el proceso de replanificación previa al vuelo que se utilizará en el futuro sistema de Movilidad Aérea Avanzada (AAM), especialmente después de que se produzcan situaciones de contingencia y actividades relevantes. La metodología para la fase de replanificación previa al vuelo se analiza y modela en dos pasos como optimización basada en la resolución de conflictos potenciales y el equilibrio de la capacidad de demanda, que respectivamente proporciona seguridad para el tráfico circundante y eficiencia para la red de tráfico en caso de una contingencia. Estos dos modelos pueden trabajar de forma iterativa para lograr la replanificación previa al vuelo para la Gestión del Tráfico del Sistema de Aeronaves No Tripuladas (UTM). El modelo de replanificación previa al vuelo desarrollado también se puede utilizar en la fase de planificación estratégica. Para los casos de uso, se considera que una red de tráfico UTM muy grande tiene un entorno de tráfico altamente denso, ya que la complejidad esperada es alta con el sistema AAM y para mostrar la eficiencia y escalabilidad de los modelos. Se examinan dos casos de uso. La primera se refiere a la planificación inicial del vuelo, donde los planes de vuelo en conflicto se separan de forma segura y se proporciona un equilibrio en la demanda y la capacidad en los vertiportes. El segundo escenario está relacionado con la posible resolución de conflictos para los vuelos en la fase pretáctica después de los eventos de contingencia observados dentro de la red y el equilibrio de la capacidad de demanda después de que se resuelvan los eventos relacionados con la seguridad. El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un servicio de replanificación previa al vuelo para trabajar compatible con las actividades de gestión de contingencias para construir el concepto de gestión de contingencias introducido en todo el sistema para el sistema AAM.Cette étude présente une approche pour le processus de replanification avant vol à utiliser dans le futur système Advanced Air Mobility (AAM), en particulier après les situations d'urgence et les activités pertinentes. La méthodologie de la phase de replanification avant vol est analysée et modélisée en deux étapes en tant que résolution de conflit potentiel basée sur l'optimisation et équilibrage de la capacité de la demande, qui assure respectivement la sécurité du trafic environnant et l'efficacité du réseau de trafic en cas d'urgence. Ces deux modèles peuvent fonctionner de manière itérative pour réaliser une replanification avant vol pour la gestion du trafic du système d'aéronef sans pilote (UTM). Le modèle de replanification pré-vol développé peut également être utilisé lors de la phase de planification stratégique. Pour les cas d'utilisation, un très grand réseau de trafic UTM est considéré comme ayant un environnement de trafic très dense car la complexité attendue est élevée avec le système AAM et pour montrer l'efficacité et l'évolutivité des modèles. Deux cas d'utilisation sont examinés. La première concerne la planification initiale des vols où les plans de vol en conflit sont séparés en toute sécurité et où l'équilibre entre la demande et la capacité aux vertiports est fourni. Le deuxième scénario est lié à la résolution potentielle des conflits pour les vols à la phase pré-tactique après les événements d'urgence observés au sein du réseau et à l'équilibrage de la demande et de la capacité après la résolution des événements liés à la sécurité. L'objectif principal de ce travail est de développer un service de replanification avant vol pour travailler de manière compatible avec les activités de gestion des imprévus afin de construire le concept de gestion des imprévus introduit à l'échelle du système pour le système AAM.This study presents an approach for pre-flight replanning process to be used in the future Advanced Air Mobility (AAM) system especially after contingency situations and relevant activities take place. The methodology for pre-flight replanning phase is analyzed and modeled in two steps as optimization based potential conflict resolution and demand capacity balancing, which respectively provides safety for the surrounding traffic and efficiency for the traffic network in case of a contingency. These two models can work iteratively to achieve pre-flight replanning for the Unmanned Aircraft System Traffic Management (UTM). The developed pre-flight replanning model can also be used at strategic planning phase. For the use cases, a very large UTM traffic network is considered to have a highly dense traffic environment since the expected complexity is high with the AAM system and to show the efficiency and scalability of the models. Two use cases are examined. First one is about initial flight planning where the conflicted flight plans are safely separated and balance in demand and capacity at vertiports is provided. Second scenario is related to potential conflict resolution for the flights at pre-tactical phase after contingency events observed within the network and demand-capacity balancing after safety related events are resolved. The main objective of this work is to develop a pre-flight replanning service to work compatible with contingency management activities to build the introduced system-wide contingency management concept for the AAM system.تقدم هذه الدراسة نهجًا لعملية إعادة التخطيط قبل الرحلة لاستخدامها في نظام التنقل الجوي المتقدم (AAM) المستقبلي خاصة بعد حدوث حالات الطوارئ والأنشطة ذات الصلة. يتم تحليل منهجية مرحلة إعادة التخطيط قبل الرحلة ونمذجتها في خطوتين كحل النزاع المحتمل القائم على التحسين وموازنة سعة الطلب، والتي توفر على التوالي السلامة لحركة المرور المحيطة وكفاءة شبكة المرور في حالة الطوارئ. يمكن أن يعمل هذان النموذجان بشكل متكرر لتحقيق إعادة التخطيط قبل الرحلة لإدارة حركة نظام الطائرات بدون طيار (UTM). يمكن أيضًا استخدام نموذج إعادة التخطيط المطور قبل الرحلة في مرحلة التخطيط الاستراتيجي. بالنسبة لحالات الاستخدام، تعتبر شبكة مرور UTM كبيرة جدًا تتمتع ببيئة مرور كثيفة للغاية نظرًا لأن التعقيد المتوقع مرتفع مع نظام AAM ولإظهار كفاءة النماذج وقابليتها للتطوير. يتم فحص حالتين من حالات الاستخدام. الأول يتعلق بالتخطيط الأولي للرحلة حيث يتم فصل خطط الطيران المتضاربة بأمان ويتم توفير التوازن في الطلب والسعة في الموانئ الرأسية. يرتبط السيناريو الثاني بحل النزاع المحتمل للرحلات الجوية في مرحلة ما قبل التكتيكية بعد أحداث الطوارئ الملحوظة داخل الشبكة وتحقيق التوازن بين الطلب والقدرة بعد حل الأحداث المتعلقة بالسلامة. الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تطوير خدمة إعادة التخطيط قبل الرحلة للعمل بشكل متوافق مع أنشطة إدارة الطوارئ لبناء مفهوم إدارة الطوارئ على مستوى النظام لنظام AAM.