Fusion von Radar und Wärmebildkamera zur 24/7-Vogelschlagprävention an einem Drehkreuzflughafen

Projekt-Snapshot

Hintergrund

Vogelschläge stellen eines der am häufigsten dokumentierten Risiken für die Luftfahrtsicherheit dar und werden von ICAO, FAA und EASA als vorrangiges Anliegen anerkannt. Dieser Flughafen ist ein bedeutendes internationales Drehkreuz in einer Küstenregion Nordostasiens mit hoher ganzjähriger Vogelaktivität. Geschützte Feuchtgebiete und Ästuarhabitate in der Umgebung liegen nur wenige Kilometer vom Start- und Landebahnsystem entfernt und sorgen für eine anhaltende Exposition, die sich während der saisonalen Wanderung verstärkt, wenn großflächige Vogelbewegungen häufig mit Spitzenflugoperationen zusammenfallen.

Das bestehende Vogelmanagement des Flughafens setzte auf Bodenpatrouillen, Turmbeobachtung und reaktive Reaktionen, sobald die Vögel bereits gesichtet wurden. Vier Einschränkungen machten diesen Ansatz mit wachsendem Luftverkehrsaufkommen zunehmend unzureichend:

· Keine Deckung bei Nacht oder schlechter Sicht: Visuelle Überwachung kann die Vogelbewegungen in Dunkeln, Nebel oder Regen nicht verfolgen – Bedingungen, die während des normalen Flugbetriebs andauern

· Unzureichende Warnreichweite: Als Vögel in der Nähe von Start- und Landebahnen visuell entdeckt wurden, war die Vorlaufzeit für die Ausbreitung häufig zu kurz, bevor ein Flugzeug Anflug- oder Abflugrolle erreichte

· Keine Schwarmquantifizierung: Die Betreiber hatten keine systematische Möglichkeit, Schwarmdichte, Höhenverteilung oder Bewegungsbahn zu messen, was die Risikobewertung subjektiv und schichtabhängig machte

· Keine Daten für Lebensrauminterventionen: Ohne kontinuierliche Beobachtungsaufzeichnungen fehlte dem Flughafen die Evidenzgrundlage, um Maßnahmen zur Reduzierung von Vogelanziehungsstoffen rund um den Perimeter zu verfolgen

Vogelschläge nahmen zu und trugen zu Flugzeugschäden, ungeplanten Wartungen und Betriebsverzögerungen bei. Ein Übergang zu einer Radarbasiertes, sensorgesichertes Detektionssystem wurde als notwendig erachtet, um operative Anforderungen und zivile Luftfahrtsicherheitsverpflichtungen gemäß ICAO Doc 9137 zu erfüllen.

Funktionsweise des Systems

Das eingesetzte System folgt einem Ablauf aus Erkennen → Verfolgen und Klassifizieren → Alarmieren und Reagieren. Zwei MR-RDT10K-Radare gewährleisten eine kontinuierliche 360°-Luftraumabdeckung. Sobald ein Vogelziel erkannt und klassifiziert wurde, steuert die Plattform automatisch die nächstgelegene MR-HTVC12035-2132-Wärmebildkamera zur visuellen Verifikation an, löst im Kontrollraum abgestufte Alarme aus und übermittelt gleichzeitig Live-Trackdaten an die Tablets der Außenteams. Die Architektur ist auf eine Ende-zu-Ende-Reaktionszeit von unter 100 ms ausgelegt.

Lösung

MR-RDT10K Tiefflug-Überwachungsradar — Flächenweite Allwettererkennung

Zwei MR-RDT10K-Einheiten sind auf 10 Meter hohen frangiblen Stützstrukturen installiert, die eine überlappende Abdeckung über die gesamte Start- und Landebahnumgebung und den umliegenden Luftraum in niedriger Höhe ermöglichen. Mit mechanischer Azimut-Scanning und Elevation Digital Beamforming (DBF) ist der MR-RDT10K so konzipiert, dass er eine kontinuierliche 360°-Überwachung unabhängig von Licht oder Wetter ermöglicht.

MTI/GMTI-Algorithmen unterdrücken Boden- und Meeresstörungen und ermöglichen so eine zuverlässige Erkennung langsam fliegender, niedrig-RCS-Objekte, darunter einzelne große Vögel und kleine Schwärme, die bei herkömmlichen Überwachungsradaren verdeckt wären. Die MR-RDT10K-KI-Klassifikations-Engine ermöglicht in Echtzeit eine Mehrklassen-Zieldiskriminierung zwischen Vogelschwärmen, einzelnen Vögeln, UAVs und Flugzeugen. Eine Mikro-Doppler-Funktionserkennungsschicht unterscheidet rotorgetriebene UAV-Echos zusätzlich von biologischen flügelschlagenden Vogelechos auf Signalverarbeitungsebene und reduziert so Störalarme von Nicht-Vogelzielen in der Luft erheblich.

MR-HTVC12035-2132 Fahrzeugmontierte PTZ-Wärmebildkamera — Langstrecken-thermische PTZ-Verifikation

Sieben MR-HTVC12035-2132-PTZ-Wärmebildkameras sind an fünf Installationspunkten im Einsatz: drei Mastpositionen auf Bodenniveau, drei Dachpositionen auf Gebäuden und ein erhöhter Turmstandort. Damit werden insbesondere die aktivsten Anflugkorridore des Vogelzugs erweitert abgedeckt.

Der Wärmebildkanal liefert zuverlässige Zielaufnahmen bei völliger Dunkelheit, Regen, Nebel und direktem Gegenlicht. Diese Bedingungen beeinträchtigen Kameras im sichtbaren Spektralbereich gerade dann, wenn Zugvogelschwärme besonders aktiv sind. Mit einer Fahrzeugdetektionsreichweite von 21 km und einer Erkennungsreichweite von 9 km für Ziele in Menschengröße bleibt die Wärmebild-Verifikation wirksam, lange bevor Vögel in die kritische Nähe der Start- und Landebahn gelangen. Die Kamerasteuerung erfolgt über Midradars optoelektronische Verknüpfungsschnittstelle vollständig automatisiert: Die nächstgelegene Einheit schwenkt auf die GPS-Koordinaten des Ziels, erfasst es und beginnt ohne manuellen Eingriff mit der Verfolgung.

Vereinheitlichte Plattform für das Vogelrisikomanagement

Die integrierte Plattform bietet das gesamte operative Leistungsspektrum für Verhinderung von Vogelschläge am Flughafen:

· Vereinheitlichte Lageanzeige: Radarspuren, thermisches und sichtbares Video, Flugzeugbewegungen (MLAT-Integration) und Risikozonen-Überlagerungen auf einer einzigen GIS-basierten Bedienerschnittstelle

· Risikozonenmanagement: Start- und Landebahnsegmente und Anflugkorridore, unterteilt in horizontale und höhenbasierte Stufen, jeweils mit konfigurierbaren unabhängigen Alarmschwellen

· Zieldatenerfassung: Jedes verfolgte Ereignis wird mit GPS-Koordinaten, Höhe, Entfernung, Geschwindigkeit, Kurs, Schwarmgrößenschätzung und Klassifikationsetikett aufgezeichnet

· Vogelrisikobewertung: Echtzeit-Risikoindexberechnung, die Schwarmgröße, Geschwindigkeit, Höhe, Flugbahn und Nähe zu aktiven Startbahnzonen integriert

· Trajektorienwiedergabe und Statistiken: Vollständige historische Spurdaten, die nach Zone, Zeit und Zieltyp abfragbar sind; Automatisierte Berichterstattung für regulatorische Dokumentation und Lebensraummanagement

· Tablet-Feldschnittstelle: Echtzeit-Radar-Track-Anzeige auf fahrzeugmontierten Tablets für Vogelvergrämungspatrouillen – ermöglicht gezielte Vergrämung ohne Sprachübertragung vom Kontrollzentrum

· Systemredundanz: Redundante Verarbeitungsserver und eine resiliente Netzwerkarchitektur, die darauf ausgelegt ist, einzelne Ausfallpunkte zu eliminieren

· Integrationsbereit: Offene Schnittstellen für ATIS, MLAT, UAM-Plattformen und Anti-Drohnen-Effektorsysteme

Systemarchitektur

Einsatzhöhepunkte

Design und Einhaltung von Frangible Structures: Beide MR-RDT10K-Stützstrukturen erforderten vor der Installation eine strukturelle Belastungsberechnung, Kollisionsanalyse und eine Überprüfung der Bodenstabilität, koordiniert mit der Flughafenbehörde und der zivilen Luftfahrtaufsichtsbehörde gemäß den Luftfahrtsicherheitsvorschriften für frangible Bauten.

Nächtliche Installation: Die gesamte Integration mit der Live-Kommunikationsinfrastruktur des Flughafens erfolgte während der nächtlichen Wartungsfenster über einen mehrmonatigen Zeitplan, was eine Koordination zwischen der Flugsicherung, dem Gebäudemanagement und dem Installationsteam erforderte, um die Kontinuität des Flugbetriebs zu gewährleisten.

RF-Koordination in einer Multi-Radar-Umgebung: Da Anflugradar, Oberflächenbewegungsradar und Wetterradar bereits vor Ort betrieben wurden, erforderte die Frequenzzuweisung für die MR-RDT10K eine vollständige Radiowellensimulation und RF-Umweltüberprüfung während des Detaildesigns, gefolgt von einer formellen nationalen Frequenzlizenzierung.

12-monatige saisonale Optimierung: Nach der Bauübergabe kalibrierte eine spezielle Optimierungsphase die MR-RDT10K-Empfindlichkeitsschwellen, passte die Warnparameter für Risikozonen an und verfeinerte die KI-Klassifikationsleistung unter Verwendung eines vollständigen saisonalen Zyklus tatsächlich beobachteter Vogelaktivität – wobei die lokale Artenzusammensetzung, Zugzeiten, Herdengrößenvariationen und der Betriebsplan des Flughafens berücksichtigt wurden.

Ergebnisse

Nach der Inbetriebnahme und Optimierung wechselte der Flughafen von reaktiver visueller Beobachtung zu proaktivem, datenbasiertem Vogelrisikomanagement über alle Betriebszeiten und Wetterbedingungen. Die folgenden operativen Verbesserungen wurden während der Optimierungsphase erreicht und bestätigt:

· Kontinuierliche Allwetterabdeckung der Start- und Landebahn: Die Radarschicht bietet eine Erkennungsfähigkeit bei Nacht- und Sichtverhältnissen, die zuvor nicht überwacht wurden, und deckt alle Betriebszeiten ohne zusätzliches Personal ab

· Erweiterte Frühwarnreichweite: Die Vogelaktivität wird nun auf Entfernung verfolgt, bevor Schwärme sich der kritischen Start- und Landebahn nähern, was den Feldteams Vorlaufzeit gibt, um Streuungsmaßnahmen vor der Flugzeugbewegung einzusetzen – eine grundlegende Abweichung vom vorherigen reaktiven Modell

· Konsistenter, bewerteter Alert-Workflow: Automatisierte gestufte Alarme ersetzen unklassifizierte visuelle Sichtungen und ermöglichen standardisierte Reaktionsentscheidungen über alle Schichten und Wetterbedingungen hinweg

· Strukturierte Dokumentation pro Vorfall: Jedes verfolgte Ereignis wird mit Schwarmgrößenschätzung, Höhe, Geschwindigkeit, Flugbahn und Risikowert protokolliert – was den objektiven Vorfallprotokoll liefert, den manuelle Beobachtung nicht liefern konnte

· Zielgerichteter Einsatz von Feldteams: Vogelkontroll-Patrouillenfahrzeuge werden durch Live-Radardaten zu aktiven Bedrohungsstandorten geführt, anstatt feste Patrouillenrouten zu betreiben

· Datenbank zur saisonalen Vogelaktivität: Die 12-monatige Optimierungsphase ergab eine kontinuierliche räumliche und zeitliche Vogelaktivitätsaufzeichnung, die der Flughafenbehörde eine Datengrundlage für Lebensraummanagemententscheidungen rund um den Flughafenperimeter liefert

Hinweis: Quantitative Kennzahlen, darunter die Reduzierung der Vogelschlagrate und die systemweiten Fehlalarmraten, unterliegen der laufenden Prüfung durch die Flughafenbehörde sowie Vertraulichkeitsanforderungen. Leistungskennzahlen werden nach Freigabe aktualisiert.

Häufig gestellte Fragen

Warum ist Radar erforderlich – können Wärmebildkameras die Vogelerkennung am Flughafen allein übernehmen?

Wärmebildkameras eignen sich sehr gut für die visuelle Verifikation und die Identifizierung im Nahbereich, können jedoch auf Flughafengröße keine großflächige, volumetrische Erfassung bei allen Wetterlagen leisten. Der MR-RDT10K ist für die kontinuierliche Abtastung eines Radius von mehreren Kilometern bei völliger Dunkelheit oder ohne Sicht ausgelegt – Bedingungen, unter denen kamerabasierte Systeme an physikalische Grenzen stoßen. Die Quantifizierung der Schwarmdichte, die Kartierung der Höhenverteilung und die gleichzeitige Verfolgung von Hunderten von Zielen im gesamten Luftraumvolumen des Flughafens sind Aufgaben des Radars. Die Kombination aus Radar- und Wärmebilddetektion gilt als anerkannter Standard für professionelle Systeme zur Vogelschlagprävention an Flughäfen.

Wie unterscheidet der MR-RDT10K gleichzeitig Vögel von Flugzeugen und Drohnen?

Die MR-RDT10K-KI-Klassifikations-Engine ermöglicht Multi-Class-Zieldiskriminierung über Vogelschwärme, einzelne Vögel, UAVs und Flugzeuge mit einem einzigen Sensor. Die Mikro-Doppler-Funktionserkennung unterscheidet rotorgetriebene UAV-Echos zudem von biologischen Flügelflügel-Vogelechos auf Signalverarbeitungsebene. Flugzeugbewegungsdaten aus der bestehenden MLAT-Infrastruktur können auf das Display gelegt werden, um das Luftbild zu kombinieren, und durch Bedienerwahl ausgeschaltet werden. Dieser geschichtete Ansatz ist darauf ausgelegt, Fehlalarme von nicht-vogelbezogenen Luftzielen während des normalen Flughafenbetriebs zu minimieren.

Wie werden Alarmschwellen kalibriert, um unerwünschte Alarme zu vermeiden?

Die 12-monatige Optimierungsphase kalibriert alle Alarmparameter anhand eines vollständigen saisonalen Zyklus tatsächlicher Vogelaktivitätsdaten am jeweiligen Flughafen – lokale Artenzusammensetzung, typische Schwarmgrößen, Zugzeiten und aktive Betriebspläne der Start- und Landebahn. Dies erzeugt eine standortspezifische Alarmkonfiguration statt generischer Werksstandardwerte, sodass das System die Erkennungsempfindlichkeit gegen die Rate unerwünschter Alarme für die jeweilige Betriebsumgebung abwägen kann.

Kann das System mit vorhandenen Vogelvergrämungsanlagen und künftigen Anti-Drohnen-Plattformen verbunden werden?

Ja. Die Standardschnittstellen von Midradar unterstützen die Anbindung akustischer, laserbasierter und pyrotechnischer Vergrämungsgeräte, sodass vorhandene Anlagen automatisch auf Basis per Radar erfasster Vogelaktivität ausgelöst werden können. Die Plattform bietet außerdem offene Integrationsschnittstellen für ATIS, UAM-Betriebsplattformen und Anti-Drohnen-Effektorsysteme. Damit bleibt die Investition in die Vogelerkennung architektonisch mit der umfassenderen Roadmap des Flughafens für die Verwaltung des Tiefflugsraums kompatibel.