Erhebung der aktuellen und geplanten Maßnahmen zur Reduzierung der Umwelteinflüsse des Flugverkehrs durch Flugsicherungsorganisationen

In den letzten Jahren wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die Lärmbelastung sowie den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen aus dem Flugzeugbetrieb zu reduzieren. Verschiedene Interessengruppen wie Flughäfen, Fluggesellschaften, Flugsicherungsorganisationen und Regulierungsbehörden gehen dieses Problem aus verschiedenen Perspektiven in ihrem Einflussbereich an. Die meisten Initiativen zur Reduzierung negativer Umweltauswirkungen erfordern erhebliche Ressourcen und konzentrieren sich hauptsächlich auf strategischer Ebene. Auf operativer Ebene können Flugsicherungsorganisationen (ANSPs) durch die Änderung von Betriebsabläufen an Flughäfen und die Verbesserung der Effizienz des Flugverkehrs sowohl auf dem Boden, als auch in der Luft kurzfristige Verbesserungen erzielen, die im Vergleich zu Lösungen anderer Interessengruppen weniger kostspielig umzusetzen sind. In diesem Zusammenhang wurde die Optimierung von Flughafenbetriebsverfahren mit dem Ziel, Lärmbelastung, Luftverschmutzung und Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, in den letzten Jahrzehnten untersucht, und verschiedene Ansätze wurden ANSPs vorgeschlagen.

Daher untersucht diese Arbeit den aktuellen Stand der Systeme, Initiativen und Praktiken, denen ANSPs folgen, um die negativen Umweltauswirkungen des Luftverkehrs zu reduzieren. Um den aktuellen Stand zu ermitteln, wurden Textinformationen von den Webseiten der europäischen ANSPs gesammelt. Anschließend wurde der extrahierte Text systematisch vorbereitet und mithilfe verschiedener Text-Mining-Methoden analysiert. Das endgültige Ergebnis dieser Analyse ergab mehrere spezifische Listen für jeden der analysierten europäischen ANSP, welche die derzeit angewendeten Methoden und Techniken zur Reduzierung der negativen Umwelteinflüsse des Flugverkehrs zeigen. Alle derzeit angewendeten Methoden und Techniken wurden schließlich in einen gesamtheitlichen aktuellen Stand zusammengeführt und je nach Art in vier verschiedene Kategorien unterteilt.

Der nächste Schritt konzentriert sich auf die Überprüfung des abgeleiteten aktuellen Standes. Dazu wurde basierend auf den Text-Mining-Ergebnissen ein Fragebogen erstellt. Das angestrebte Ergebnis des Fragebogens besteht darin, von ANSP-Vertretern über die tatsächlich angewendeten Praktiken, Hindernisse bei der Implementierung, Motivationsfaktoren sowie zukünftige Absichten zur Ein-beziehung umweltfreundlicher Praktiken in ihre Aktivitäten zu erfahren. Unter Berücksichtigung all dieser genannten Faktoren und Interessensgebiete wurde ein ganzheitlicher Überblick über den aktuellen Stand erarbeitet. Verschiedene ANSP-Vertreter in Europa wurden kontaktiert und gebeten, bei dieser Studie teilzunehmen und ihre Erkenntnisse im Fragebogen zu teilen. Als Gesamtergebnis dieses Schritts wurde der bestätigte aktuelle Stand der derzeit angewendeten Methoden und Techniken zur Reduzierung negativer Umweltauswirkungen des Luftverkehrs abgeleitet.

Eine Bewertung der Eignung des verwendeten Web-Scrapings- und Text-Mining-Prozesses zur Dar-stellung des tatsächlichen aktuellen Standes der angewandten Techniken schloss diese Studie ab. Dies wurde durch einen Vergleich der erwarteten Ergebnisse, die durch das Web-Scraping und Text Mining abgeleitet wurden, mit den tatsächlichen Ergebnissen von den ANSP-Vertretern durch die Umfrage, durchgeführt. Im Falle von Abweichungen zwischen den erwarteten und den tatsächlichen Ergebnissen wurde der Web-Scraping- und Text-Mining-Prozess sorgfältig überprüft, um etwaige Probleme zu identifizieren.

Significant efforts have been made over the past years to reduce noise impact as well as fuel consumption and pollutant emissions from aircraft operations. Different stakeholders such as airports, airlines, air navigation service providers, and regulatory bodies are tackling this problem from various perspectives in their sphere of influence. Most initiatives for the reduction of negative environmental impacts require substantial resources and are concentrated mainly on a strategic level. On a practical level, for example by changing operational procedures at airports and enhancing the efficiency of air traffic, both on ground and air level, Air Navigation Service Providers (ANSPs) can achieve short-term improvements, which are less expensive to implement compared to solutions at the disposal of other stakeholders. In this regard, the optimisation of airport operational procedures with the aim to reduce noise impact and fuel burn has been well studied over the past decades, and various approaches have been proposed to ANSPs. However, the implementation of possible theoretical solutions into ANSP practice proved not to be as widely spread as expected.

Therefore, in this paper, the state-of-the-art regarding current systems, initiatives and practices that ANSPs are following to reduce the environmental impact of air traffic, including the factors of local air quality, fuel consumption and noise emissions is investigated. In order to derive the current state-of-the-art, websites of the European ANSPs have been scraped to extract relevant information material. Subsequently, the extracted text information was systematically prepared and analysed by the usage of various text-mining-methods. The final outcome of this analysis resulted in several specific lists, for each of the scraped European ANSP, showing the currently applied methods and techniques for each of the analysed organisations. All of these currently applied methods and techniques were finally merged into the concluding current state, and allocated into four different categories depending on the type and expected result of usage.

The next step focuses on validation of the derived current state. In order to do that, the text mining results were integrated into a questionnaire. The pursued outcome of the questionnaire was to learn from ANSP representatives about the actual currently applied practices, barriers when implementing new or additional techniques, motivational factors, as well as future intentions to include environmental friendly practices in their activities. Considering all these mentioned factors and areas of interest, a comprehensive but holistic overview of the current state should be derived. Different ANSP representatives in Europe were contacted and asked to help with this important study and to share their insights in the questionnaire. As the overall result of this step, the confirmed and validated current state of currently applied methods and techniques in order to reduce negative environmental impacts of air traffic, was derived.

Commenting on the suitability of the used Web-Scraping and text mining process in order to reflect the true current state of applied techniques concluded this study. This was done by comparing the expected results which were derived by the usage of Web-Scraping and text mining, with the validated results obtained from the ANSP representatives. In case of discrepancies between the expected and the validated results, Web-Scraping and text mining process was carefully reviewed, starting from the end and working backwards, to identify any encountered issues.

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Identifizierung der derzeit angewandten Maß-nahmen europäischer Flugsicherungsorganisationen zur Reduktion negativer Umweltauswirkungen durch den Flugbetrieb, insbesondere in Bezug auf Luftqualität, Lärmentwicklung und Treibstoffverbrauch. Angesichts der zunehmenden globalen Herausforderungen im Umweltschutz und der Dringlichkeit, die Luftfahrt nachhaltiger zu gestalten, schien es mir wichtig, den aktuellen Stand der Maß-nahmen im Flugbetrieb aus Sicht der europäischen Flugsicherungsorganisationen darzustellen. Die Ergebnisse einer ersten Analyse dieses Sachverhalts, durchgeführt durch Internet- und Literatur-recherchen, wurden auf der EASN (European Aeronautics Science Network) Konferenz 2023 in Salerno, Italien, präsentiert. Diese Gelegenheit bot nicht nur die Möglichkeit, wertvolles Feedback aus der Fachwelt zu erhalten, sondern gab auch den Anstoß, tiefer in die Thematik einzutauchen und die Forschung weiterzuentwickeln. Mein besonderer Dank gilt Herrn Dr. Emir Ganic, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Verkehrs- und Transportwesen der Universität Belgrad, der mich während des gesamten Forschungs-prozesses mit seinem umfassenden Fachwissen und seiner Unterstützung begleitet hat. Seine Expertise war entscheidend für die Ausarbeitung und Erstellung der Methodik sowie des verwendeten Fragebogens im Rahmen dieser Masterarbeit. Ebenso möchte ich mich bei Dr. Christoph Schütz und Simon Staudinger, MSc, vom Institut für Data ? Knowledge Engineering der Johannes Kepler Universität für ihre wertvolle Unterstützung und konstruktiven Rückmeldungen bedanken. Ihre Beiträge haben wesentlich zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen.