Hvordan forholder flygeleder seg til vindendringer?

[Joelspeanuts]

Jeg studerer industriell design ved NTNU, og jobber nå på et interaksjonsdesignprosjekt hvor vi har i oppgave å bedre flygeleders situasjonsforstålse ved dirigering av fly i approach, med særlig fokus på visualisering av vind.

Slik jeg har forstått det endrer gjerne vindretningen seg etter hvert som flyene går lavere før landing. Jeg forstår det også slik at fly fort kan endre hastighet hvis de bes om å svinge med eller mot vinden. Kort sagt jobber jeg nå med å visualisere vindforholdene rundt fly i radardisplayet. Dette skal forhåpentligvis kunne føre til en mer effektiv flytrafikkavvikling, uten å gå på bekostning av sikkerhet og kognitiv belastning på flygelederen.

Så det jeg lurer på er om noen her har erfaring med vind som påvirker farten på fly i approach, særlig med tanke på fartsendring ved sving? Er dette noe en flygeleder typisk tenker på og vil prøve å utnytte, eller er det vanskelig å holde styr på vindforholdene når flyet hele tiden endrer høyde? Hvor stor endring i vindhastighet eller vindretning må det eventuelt være før man begynner å ta hensyn til dette?

Har det noen gang oppstått skumle situasjoner på grunn av slike plutselige fartsendringer?

All innsikt er god innsikt kt - setter pris på tankene deres.

[bamseh]

Hallais!

Originally Posted by Joelspeanuts

Jeg studerer industriell design ved NTNU, og jobber nå på et interaksjonsdesignprosjekt hvor vi har i oppgave å bedre flygeleders situasjonsforstålse ved dirigering av fly i approach, med særlig fokus på visualisering av vind.

Jeg tror flygeledere flest har en god situasjonsforståelse på vind. Vi har dog ingen visualisering, men utfordringen ligger hovedsakelig å vite nøyaktig vind, som egentlig bare flyet/pilotene vet.

Slik jeg har forstått det endrer gjerne vindretningen seg etter hvert som flyene går lavere før landing.

Det kan den gjøre, og gjør sikkert ofte, i blant er det relevant - i blant ikke. (Da har jeg vel tatt hensyn til alle muligheter ).
Per i dag har vi (Norge/Avinor) ikke tilgang til så mye mer enn følgende info:

(Eksempel fra Sola: https://www.ippc.no/ippc/aisiga.jsp?...&tbl=upperwind
FBNO56 ENMI 190526
UPPER WIND TEMP PROG VALID 190600-191200UTC APR16
OVER STAVANGER/SOLA
06Z 09Z 12Z
FL050: 320/035KT MS05 330/030KT MS04 340/030KT MS04
FL100: 330/035KT MS16 340/030KT MS15 340/025KT MS15
FL180: 330/060KT MS32 330/055KT MS31 330/055KT MS29
FL240: 320/065KT MS42 330/075KT MS42 330/075KT MS41
FL300: 320/065KT MS47 330/070KT MS49 330/080KT MS50
FL340: 310/050KT MS48 320/055KT MS49 330/060KT MS52
FL390: 300/035KT MS49 310/030KT MS49 320/035KT MS50
TROPOPAUSE.....: FL270 MS46, BECMG FL310
0-ISOTHERM.....: 2000FT
ICE............: FBL, OCNL MOD/SEV IN CB
TURB...........: FBL/MOD, OCNL MOD/SEV ASSW CB
OVER FOERDE/BRINGELAND
06Z 09Z 12Z
FL050: 330/020KT MS05 340/025KT MS04 310/020KT MS04
FL070: 330/020KT MS09 340/025KT MS08 330/020KT MS08
FL100: 340/025KT MS15 350/020KT MS14 330/020KT MS15
FL180: 010/025KT MS34 340/015KT MS33 320/025KT MS31
0-ISOTHERM.....: SFC-1000FT
ICE............: FBL, OCNL MOD/SEV IN CB
TURB...........: FBL, OCNL MOD/SEV ASSW CB=

>>> END-OF-BULLETIN <<<

I tillegg til denne informasjonen, hender det (ofte) at vi spør pilotene om de kan rapportere "spotwind". F.eks. på 10 NM finale før landing, i 3000 ft. Da kan vi jo i dette tilfellet f.eks. få til svar 356/22 KTS. Og da har vi den "erfaringen" som vi kan bruke på de neste flyene. Det er ofte vi spør om dette i forbindelse av når det er nødvendig å endre inn/ut-flygningsretning (rullebane-i-bruk).

Jeg forstår det også slik at fly fort kan endre hastighet hvis de bes om å svinge med eller mot vinden. Kort sagt jobber jeg nå med å visualisere vindforholdene rundt fly i radardisplayet. Dette skal forhåpentligvis kunne føre til en mer effektiv flytrafikkavvikling, uten å gå på bekostning av sikkerhet og kognitiv belastning på flygelederen.

Fly flyr etter indikert hastighet i forhold til lufta, f.eks. 220 KTS. Hastighet over bakken vil naturlig nok være avhengig av vinden, så 220 KTS i 10 KT motvind blir 210 KT i bakkehastighet, og 220 KTS i 10 KT medvind blir 230 KTS i bakkehastighet. For en APP-flygeleder vil justering av bakkehastigheten være interessant, så da må man naturligvis ta hensyn til hvor vinden kommer fra.

Så det jeg lurer på er om noen her har erfaring med vind som påvirker farten på fly i approach, særlig med tanke på fartsendring ved sving? Er dette noe en flygeleder typisk tenker på og vil prøve å utnytte, eller er det vanskelig å holde styr på vindforholdene når flyet hele tiden endrer høyde?

Ja. For å ta Sola som et eksempel, med rullebaneretning 18/36. Ved RWY18 i bruk, med 30 KTS før sør vil flyene ha 60 kts endring i bakkehastighet fra de flyr "downwind" til de flyr "final" på vei inn for landing - uten at flyet sånn sett har endret hastighet (indikert).

Jeg vil ikke påstå det er vanskelig å holde styr på, men som tidligere nevnt - det er heller nøyaktigheten på vinddata som er utfordringen, blant annet med at vi ikke vet nøyaktig hvor/når vindstyrke tiltar/avtar eller retningen endrer seg. Flyene/pilotene vet dette, og uten at jeg har sjekket opp så antar jeg at det finnes systemer som kan uploade værdata fra fly til bakkesystemer (ATC?). Men slikt koster penger..

Hvor stor endring i vindhastighet eller vindretning må det eventuelt være før man begynner å ta hensyn til dette?

Man må "alltid" ta hensyn til vind, i alle den tid vår atskillelse til annen trafikk er en fast avstand i NM: 3, 5 eller 10 NM. Men vindstyrke har naturligvis en innvirkning.. jeg vil kanskje påstå at 20 KTS vind vil være en avgjørende vindstyrke på generelt grunnlag.

Har det noen gang oppstått skumle situasjoner på grunn av slike plutselige fartsendringer?
All innsikt er god innsikt kt - setter pris på tankene deres.

Jeg tviler på at det har oppstått så mange skumle situasjoner, men at flygeleder har blitt overrasket over endringer i hastighet skjer nok ofte. Det har hovedsakelig med at vi bare har tilgang til "grove data", som oppdateres "sjelden"...

mvh
twr/app-flygeleder på Sola

[Joelspeanuts]

Tusen takk for et fyldig svar!

Det var veldig interessant lesning. Som datagrunnlag tar jeg foreløpig utgangspunkt i Upper Wind prognosen, men som du sier er ikke den informasjonen særlig høyoppløst. Men jeg antar at i fremtiden vil datalinks mellom fly og bakke være mer vanlig, og oppdatert værdata vil streames hele tiden. Løsningen min kan lett implementere en slik stream.

Det er også morsomt å høre at du bare lagrer informasjonen om spotwind i bakhodet. De flygelederne vi har vært i kontakt med i forbindelse med prosjektet sier akkurat det samme - de bare husker masse stuff. Som utenforstående virker det litt rart å ikke notere ned slikt, men det har kanskje litt med at informasjonen bare er gyldig en kort stund for vinden bør sjekkes på ny? Anser du vindinfo som ferskvare, eller erfarer du at den er gyldig lenge?

Apropos nøyaktighet på vinddata: Hvilken vinddata er det dere bruker mest. Går det stort sett i Upper Wind prognosen, eller bruker dere METAR og TAF også? Hvor høyt opp gjelder egentlig METAR? Ber dere noen gang om vind- eller andre værrapporter fra de høyere lagene av approach-luftrommet? Isåfall, gjelder da rapporten kun for det punktet flyet befant seg i da det rapporterte, eller antar dere at informasjonen gjelder for hele luftlaget i den høyden?

Jeg har prøvd å tegne en modell av vinddataen dere har tilgjengelig. Er det presist?

[bamseh]

Nja, våre vinddata er jo som du kanskje ser oppgitt i 3 timers intervaller. Så i utgangspunktet så tenker vi bare "nå er vinden i 5000 ft fra 320 grader og 35 kts, om 3 timer skal den være 330 og 30 kts. (Liten forskjell i det tilfellet altså - og egentlig helt uvesentlig for vår del). Vi klarer ikke å se forskjellen på om vinden kommer fra 320 eller 330, og om den er 30 eller 35 kts. Dette er jo forøvrig også data fra MI, så det er jo en værmelding.. ikke en vær-rapport. Det er såpass mange andre variabler at dette blir uvesentlig.

I FL180 er vinden 65 kts, og da er det mer vesentlig at det skjer en vindendring på 30 knop fra FL180 og ned til 5000 ft. Det er informasjon vi benytter oss av i forbindelse med sekvensering.

For bruk i sekvensering og approach-arbeid er TAF rimelig uvesentlig/unytting, annet enn til å eventuelt planlegge et rullebaneskifte eller slike ting. METAR gjelder kun for flyplassen, altså på bakken. Vinden KAN være vesentlig forskjellig fra bakkenivå og f.eks i 2000 ft - det opplever vi ofte. F.eks. kan vinden på bakken være 6-7-8 knop fra 360 (nord), mens vinden i 2000 ft er fra 150 (sørøst) og 20 kts. Det er da en utfordring med trafikkavviklingen, fordi fly som kjent som regel vil lande mot vinden. Da ville vi i det tilfellet ha rullebane 36 i bruk (landing nordover), mens fly som flyr på finalen vil ha nesten 20 kts medvind (og sannsynligvis klage på det) frem til de kanskje er nede i 600 ft.

Jeg erfarer vel at den vinden vi får oppgitt (altså quoted lengre opp) er relativt nært virkeligheten, så det vil heller være sånn at man sjekker opp "ferskvaren" (altså pilotene) hvis det er varslet en signifikant vindendring på et tidspunkt, eller hvis vi lurer på hvor i luftlagene hvor vinden snur/endrer styrke. Hvis flyene oppfører seg "som forventet" (dvs, i henhold til de vinddataene jeg sitter med) så ber jeg vel heller sjelden om rapporter fra pilotene. Jeg noterer nok ned spotvinden jeg får fra pilotene, men det er vel bare for å kunne si det til "neste mann" som tar over fra meg f.eks.

For meg som jobber i approach/TMA-segmentet, så bryr jeg meg stort sett bare om vinden fra FL240 og nedover.. det er ca da vi får over fly fra overliggende sektor. Selve "fin-sekvenseringen" til final foregår på Sola i området 3000-5000 ft, så da er det i grunn vinden i 5000 ft som betyr noe. Nettopp derfor hender det at jeg spør som spotvinder i f.eks. 2000 eller 3000 ft, da denne kan være noe forskjellig fra 5000 ft - og METAR for selve flyplassen.

Rent praktisk det jeg nyttigjør meg fra overnevnte vindrapport er vel følgende:
- At det skjer en signifikant endring i styrke mellom FL100 og FL180 (30 kts)
- At vinden er fra mer eller mindre samme retning hele tiden (330)

Av det slutter jeg:
- Fly fra nordvest vil miste 30 kts av MEDvinden i sin nedstigning mot Sola, fly fra sørøst vil miste 30 av MOTvinden, fly som kommer mellom der får også en endring på 0-20 kts, avhengig av retning
- Ved landing på rullebane 36 vil flyene fly relativt sakte på finalen (nordover, eks. 110-120 kts bakkehastighet), men fort på en eventuell downwind (sørover).

[Joelspeanuts]

Igjen, takk for svar. Det er veldig hjelpsomt.

Hvor jevnt går egentlig fly ned når de er i approach? Jeg har nemlig tenkt å bruke informasjonen om hvor fort et et fly stiger til å predikere i hvilken høyde flyet vil være etter hvert som det beveger seg langs fartsvektoren. Tanken er at når man vet hvilket høydeintervall flyet vil bevege seg gjennom det neste minuttet kan man si noe om hvilken fartsendring flyet kan forvente å oppleve basert på vinddataen.

Dette forutsetter jo at man kan stole på at flyet vil stige nedover med en gitt nedstigningsfart i en periode. Går det linært nedover i approach, eller gir dere ofte beskjed om å pause nedstigningen, endre nedstigningsfart eller lignende?

Her en skisse på løsningen så langt:



Flyet i figuren har en nedstigningsfart på 1000ft/min (har forstått det slik at dette er ganske vanlig nedst.fart), og vektoren viser posisjon ett minutt frem i tid. Den lille streken nederst på vektoren indikerer hvor god fart flyet vil ha ved enden av vektoren - vektoren vil bli kortere, altså vil flyet miste fart pga. vindendringen.

Buen som går ut til siden sier hvilken vei sidevinden kommer fra. Se på den som et seil som blåses opp. Seilet vil vokse avhengig av hvor mye potensiell medvind det er å hente ved å svinge flyet med vinden. Tanken er at høyden fra bølgetoppen på seilet ned på vektoren skal reflektere potensiell gain i fart (altså potensiell lengde man kan plusse på vektoren). Den potensielle gainen er basert på gjennomsnittet av vinden i høydeintervallet.

Flyr man helt med eller mot vinden, legger seilet seg helt inn med vektoren og forsvinner. Om vinden ikke endrer seg på de 1000 fotene, holder streken seg på enden av fartsvektoren.

Kunne du verdsatt denne grafikken? Tanken er at den skal være et lag man kan skru av og på i radardisplayet, og som legger seg over alle flyene i FLXXX og nedover. Jeg er kanskje mest redd for at et intervall på 1000ft vil være for kort til at det er nyttig å forholde seg til. Ville du foretrukket et lengre intervall, say 2000ft/3000ft?

Det er forøvring kun tenkt som et supplement, ikke en erstatning for noe annen vindinformasjon dere har i dag.

[bamseh]

Originally Posted by Joelspeanuts

Igjen, takk for svar. Det er veldig hjelpsomt.

Hvor jevnt går egentlig fly ned når de er i approach? Jeg har nemlig tenkt å bruke informasjonen om hvor fort et et fly stiger til å predikere i hvilken høyde flyet vil være etter hvert som det beveger seg langs fartsvektoren. Tanken er at når man vet hvilket høydeintervall flyet vil bevege seg gjennom det neste minuttet kan man si noe om hvilken fartsendring flyet kan forvente å oppleve basert på vinddataen.

Dette forutsetter jo at man kan stole på at flyet vil stige nedover med en gitt nedstigningsfart i en periode. Går det linært nedover i approach, eller gir dere ofte beskjed om å pause nedstigningen, endre nedstigningsfart eller lignende?

Ideelt sett prøver vi å gi flyene en kontinuerlig nedstigning. Flyet selv styrer som hovedregel rate of descend.
Hvis det er "tett mellom flyene", så bruker man midlertidige høyder. Det finnes ingen fasit..

Her en skisse på løsningen så langt:



Flyet i figuren har en nedstigningsfart på 1000ft/min (har forstått det slik at dette er ganske vanlig nedst.fart), og vektoren viser posisjon ett minutt frem i tid. Den lille streken nederst på vektoren indikerer hvor god fart flyet vil ha ved enden av vektoren - vektoren vil bli kortere, altså vil flyet miste fart pga. vindendringen.

Buen som går ut til siden sier hvilken vei sidevinden kommer fra. Se på den som et seil som blåses opp. Seilet vil vokse avhengig av hvor mye potensiell medvind det er å hente ved å svinge flyet med vinden. Tanken er at høyden fra bølgetoppen på seilet ned på vektoren skal reflektere potensiell gain i fart (altså potensiell lengde man kan plusse på vektoren). Den potensielle gainen er basert på gjennomsnittet av vinden i høydeintervallet.

Flyr man helt med eller mot vinden, legger seilet seg helt inn med vektoren og forsvinner. Om vinden ikke endrer seg på de 1000 fotene, holder streken seg på enden av fartsvektoren.

Kunne du verdsatt denne grafikken? Tanken er at den skal være et lag man kan skru av og på i radardisplayet, og som legger seg over alle flyene i FLXXX og nedover. Jeg er kanskje mest redd for at et intervall på 1000ft vil være for kort til at det er nyttig å forholde seg til. Ville du foretrukket et lengre intervall, say 2000ft/3000ft?

Jeg er litt usikker på nytteverdien, kanskje hovedsaklig fordi jeg ikke forstår den store "kongstanken" bak. Det vil i svært få tilfeller være sånn at jeg "velger" å legge flyet i "medvind" for å oppnå noe, jeg har jo definerte trekk å forholde meg til, og flyet må ende opp på final til rullebane-i-bruk uansett, så å velge å legge flyet i medvind (når det ikke skal den veien) virker litt... rart??
(Med forbehold om at jeg ikke forstår helt hva du mener)

Det er forøvring kun tenkt som et supplement, ikke en erstatning for noe annen vindinformasjon dere har i dag.

[Joelspeanuts]

Originally Posted by bamseh

Ideelt sett prøver vi å gi flyene en kontinuerlig nedstigning. Flyet selv styrer som hovedregel rate of descend.
Hvis det er "tett mellom flyene", så bruker man midlertidige høyder. Det finnes ingen fasit..

Jeg er litt usikker på nytteverdien, kanskje hovedsaklig fordi jeg ikke forstår den store "kongstanken" bak. Det vil i svært få tilfeller være sånn at jeg "velger" å legge flyet i "medvind" for å oppnå noe, jeg har jo definerte trekk å forholde meg til, og flyet må ende opp på final til rullebane-i-bruk uansett, så å velge å legge flyet i medvind (når det ikke skal den veien) virker litt... rart??
(Med forbehold om at jeg ikke forstår helt hva du mener)

Kongstanke, ja... Løsningen er i hovedsak ment for å gi flygeleder bedre situasjonsforståelse med hensyn på vind. Om det å vise vind i tre dimensjoner på et todmensjonalt radardisplay er den mest hensiktsmessige måten å gjøre det på kan jo diskuteres, men det er i hvert fall det jeg prøver på. Da falt det seg på et punkt i utviklingen naturlig å visualisere vinden rundt hvert fly, siden man kan forutsi(-ish) i hvilken høyde de vil være i fremover i tid, og koble disse høydene til værdata. Senere gikk jeg bort fra å vise rådata til å vise hvordan flyet vil påvirkes av vinden hvis det svinger eller holder kursen. Ville du sett mer nytte i rådata, et sett med f.eks. tre vektorer langs PTL som viser retning og styrke på vind?

Eksempel på bruk av løsningen: Hvis et fly med kurs mot nord har sidevind fra vest vil man lett kunne se at flyet vil plukke opp fart om det dirigeres mot øst (på grunn av at "seilet blåses opp" av vinden fra vest). Det er ikke dermed sagt at man ønsker å dirigere flyet mot øst, men hvis flyet om noen minutter skal svinge østover som en del av ruten sin er man forberedt på at dette flyet vil plukke opp fart. Det ideelle, og det nærmeste jeg kommer en kongstanke her, ville vært om dette kunne bidratt til mer effektiv sekvensering -> kortere reisetid, mindre utslipp etc. I tilfeller der to fly mot formodning skulle komme inn mot flyplassen på likt fra hver sin retning kan du som flygeleder be det flyet du ser vil oppleve motvind om å sakke ned, og det flyet du ser vil oppleve medvind om å holde farten eller speede opp, alt ettersom.

[Joelspeanuts]

Ok, nytt forslag. Og jeg ville satt utrolig pris på en liten kommentar på hvorvidt du synes løsningen høres troverdig eller verdifull ut:

I stedet for å si noe om vindsituasjonen rundt hvert fly, sier jeg heller noe om vindsituasjonen i Point Merge. Har inntrykk av at man kan spare noen reiseminutter her ved å ta ordentlig hensyn til eventuele motvinder og medvinder i point merge-"viftene".

Dette er et screenshot av løsningen slik den kunne sett ut:



Tanken er at to fly kan sendes inn mot FAP samtidig, hvis de holder samme IAS (har her antatt max IAS ved Værnes (220KTS)). Da vil vinddifferansen hvis den er stor nok, føre til at flyene separeres automatisk på veien. Her får medvindsflyet ca 260KTS, og motvindsflyet 180, nok til å separere med god margin.

I grafikken ser man for hvilke baner en slik samkjøring gjelder. Hvis to fly skulle komme inn på likt pga forsinkelse eller whatnot, kan man sende medvindsflyet inn så lenge motvindsflyet ikke har nådd en hvit strek. HVis motvindsflyet har nådd en hvit strek før medvindsflyet, har det fått for stort forsprang, og separasjonen vil brytes hvis medvindsflyet sendes inn. Det er altså et mulighetsvindu mellom den ytre buen og starten på de hvite "trege banene".

Skjønner du tegninga? Kunne dette vært noe?

Vi har ikke tilgang til så mange flygeledere gjennom prosjektet, dessverre, så beklager at jeg hamrer deg med spørsmål. Igjen, jeg setter stor pris på feedbacken din. Det er en styrke i å være uviten, sier vi designere til oss selv, for da tør vi prøve nye, "uhørte" ting. Men vi må på et punkt teste løsningene, eller i dette tilfellet, det nest beste, be om respons.

God helg!

(grafikken er forøvrig basert på STARen til Værnes)

[bamseh]

Nå klarer ikke jeg å se noe vedlagt bilde her (til tross for at jeg ser de andre), så jeg får prøve å visualisere i hodet mitt

Jeg antar at matematikken og regnemaskin i form av en PC vil være i stand til å regne ut dette ja. Den må naturligvis også ta hensyn til at når et fly passerer merge-punkt så vil det mer eller mindre fortsette i motvind (under normale forhold), slik at flyene bak må ta hensyn til det i forhold til atskillelse (3-5 NM).

Dette forutsetter at vi VET hvilken hastighet flyene vil holde på ethvert tidspunkt, slik at begrensningene som de ligger i dag "MAX 220 IAS", må f.eks. være "220 IAS", altså en tvungen hastighet. I turbulens ønsker fly kanskje å fly saktere - ved landing ønsker de å fly fortere ved sidevind etc - avhengig av flytype/pilot..

60 KTS forskjell i bakkehastighet gir som du sikkert vet 1 NM per minutt, så en forskjell på 80 KTS gir 1,3 NM per minutt. Dette er jo regnestykker vi gjør i dag basert på det vi ser på skjermen. Siden jeg ikke ser bildet du hadde lagt med, vil det jo være forskjell på om du bruker Mergepunkt eller FAP som "tid du regner fra". I instrumentforhold vil det være normalt for oss å sende flyene mot merge (BAMPU/IRKIX til 09 på Værnes).
(FAP på Værnes har ikke noe navn såvidt jeg kan se, mens IF er LANBO).

På Sola har FAP/FAF navn, f.eks. NEPMO til 18. Vi sender fly til disse punktene kun til visuelle innflygninger. Som hovedregel vil vi bruke IAF eller IF som punktet vi sender fly til.

Skjønner du tegninga? Kunne dette vært noe?

Hvis jeg nå har skjønt tegninga rett (uten å ha sett den) - så tror jeg dette hadde vært en bedre løsning enn vindseil på target, absolutt.

[Joelspeanuts]

Her er et førsteutkast til grafikken:



Så basically, hvis vinddataen og berengingene til systemet er til å stole på kan et fly fra nord som har medvind her sendes inn på en hvilken som helst markert bane i den nordlige viften, så lenge flyet fra sør ikke har kjørt forbi noen av markeringene i den sørlige viften.

Hvis vinden er sterk nok vil det gå a å åpne flere og flere slike "speedlanes" i den nordlige viften etter flygeleders ønske. Men jo flere speedlanes man åpner, jo mindre vil åpenrommet fra den ytre radien i sør til markeringene bli. Dette for å ta hensyn til den åpne banen som har minst medvind. For å minke den kognitive belastningen på flygeleder tenker jeg det er greit å gjøre det slik at man kan mikse og matche baner akkurat som man vil, selv om det betyr at mulighetsvinduet sør vil krympe jo flere baner man åpner. Men det er details... Hovedkonseptet er som beskrevet i første avsnitt.