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Estimating the environmental impacts of aicraft operations around airports: a novel framework and its application
2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak03
Hauptberichter/Gutachter
; ;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-08-04
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-07066
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1016994/files/1016994.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Automation (frei) ; Emissionen (frei) ; Flughäfen (frei) ; Fluglärm (frei) ; aircraft noise (frei) ; airports (frei) ; emissions (frei) ; open-data (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624
Kurzfassung
Die präzise Quantifizierung und Berichterstattung der Umweltauswirkungen von Flugzeugbewegungen an Flughäfen, insbesondere in Bezug auf Lärm- und Schadstoffemissionen, stellt einen wesentlichen Schritt dar, um Transparenz gegenüber der Öffentlichkeit zu gewährleisten und sicherzustellen, dass politische Maßnahmen zur Minimierung dieser Auswirkungen fundiert und wirksam umgesetzt werden. Die derzeit verfügbaren Instrumente und Rahmenwerke zur Quantifizierung dieser Umweltauswirkungen sind jedoch in erster Linie für Anwendungsfälle konzipiert, die durch den rechtlichen Rahmen von Flughäfen vorgegeben sind, und verfügen nicht über die notwendigen Funktionalitäten für weiterführende Anwendungen. Diese Dissertation greift diese Einschränkung auf, indem sie das erste Open-Source-Software-Framework vorstellt, das in der Lage ist, sowohl Lärm- als auch lokale Luftschadstoffemissionen von Flugzeugbewegungen in Flughafennähe zu modellieren. Das Framework ist datenbankunabhängig konzipiert und bietet uneingeschränkten Zugang zu allen verwendeten Daten und Modellen, während es gleichzeitig eine durchgehende Automatisierung des gesamten Prozesses ermöglicht – von der Generierung der Eingabedaten bis hin zur Aufbereitung der Ergebnisse. Die mit dem entwickelten Software-Framework bereitgestellten Funktionalitäten werden genutzt, um einen automatisierten Prozess zur Schätzung der Umweltauswirkungen von Flugzeugbewegungen an Flughäfen zu implementieren. Dieser Prozess greift umfassend auf Online-Datenquellen zurück, darunter Flugtrajektoriedaten, Wetterinformationen und verschiedene Datenbanken. Die Auswahl eines Flughafens sowie eines bestimmten Zeitraums initiiert den Prozess, der eine Abfolge von Datenerfassung, Vorverarbeitung, Szenariendefinition und Berechnungsschritten in Gang setzt. Die entwickelte Automatisierung wurde erfolgreich auf den Flughafen Köln/Bonn angewendet, für den ein zusätzliches Validierungsdatenset mit einem Jahr an Betriebsdaten zur Verfügung stand. Der Vergleich der durch den automatisierten Prozess erzeugten Lärmergebnisse mit dem Validierungsdatensatz bestätigte die Plausibilität und Genauigkeit der Automatisierung. Die auf Grundlage detaillierter Trajektoriedaten berechneten Emissionsmengen wurden darüber hinaus genutzt, um Schwächen im gängigen Emissionsberichterstattungssystem von Flughäfen aufzuzeigen. Das entwickelte Software-Framework bietet eine belastbare Grundlage, die sowohl von der Forschung als auch von der breiten Öffentlichkeit für weiterführende Anwendungsfälle zur Untersuchung der Umweltauswirkungen von Flughafenbetrieben eingesetzt werden kann. Ein solcher Anwendungsfall ist der in dieser Arbeit entwickelte automatisierte Prozess, der ein Proof of Concept für einen standardisierten Ansatz zur Quantifizierung der Umweltauswirkungen von Flughäfen darstellt. Dieser Prozess kann künftig weiterentwickelt werden, um seine Anwendbarkeit durch die Integration strengerer Qualitäts- und Vollständigkeitskontrollen zu erhöhen und seinen Anwendungsbereich auf zukünftige Szenarien auszuweiten.Accurately quantifying and reporting the environmental impacts of aircraft operations around airports, namely noise and pollutant emissions, is an essential step to ensure transparency with the public and that policies and measures to minimise these impacts are correctly informed and implemented. However, the tools and frameworks currently available for quantifying these environmental impacts are designed for use cases driven by the legal framework governing airports and lack the capabilities required for more advanced applications. This dissertation addresses this limitation by presenting the first open source software framework capable of estimating both noise and local air quality emissions from aircraft operations near airports. The framework is designed to be database independent, providing complete accessibility to data and models, while enabling automation across the entire process, from input data generation to output processing. The capabilities provided by the software framework developed in this work are utilised to define an automated process for estimating the environmental impacts of aircraft operations near airports. The process makes extensive use of online data sources, including aircraft trajectory data, weather data and multiple databases. A selection of airports and a specified time frame triggers the process, initiating a sequence of data fetching, pre-processing, scenario definition and calculation steps. The automation developed was successfully applied to the case of Cologne Bonn Airport, for which an additional validation dataset containing one year of operations was made available for this work. The comparison of the noise results produced by the automated process with the validation dataset demonstrated the plausibility and accuracy of the automation. The estimated quantities of emitted pollutants, calculated using detailed trajectory data, were used to identify shortcomings in the typical airport emissions reporting system. The software framework developed provides a foundation that can be utilised by researchers and the wider public for advanced use cases to estimate the environmental impacts of airport operations. One such use case is the automated process developed in this work, which demonstrates a proof of concept for a standardised approach to estimating airport environmental impacts. This process can be further iterated upon to enhance its applicability by incorporating strict controls for data quality and completeness and to extend its scope to future scenarios.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT031259363
Interne Identnummern
RWTH-2025-07066
Datensatz-ID: 1016994
Beteiligte Länder
Germany
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