Forschungsdesign
Fundament der Arbeit. Modelldetails: modellkonzept. Baseline-Entwurf: fsm-zustandstabellen. Gliederung: outline.
Leitprinzip
Methoden-offen und vergleichend. Nicht „ich baue Verfahren X”, sondern: Welches Verfahren steuert die Passagiere empirisch am besten? Heuristische (zustandsbasiert/Kostenmodell), optimierende und lernende (ML/RL) Ansätze sind gleichberechtigte Kandidaten — das empirisch beste gewinnt.
Roter Faden
Leitfrage (die die ganze Arbeit beantwortet):
Welches automatische Steuerungsverfahren erreicht die manuelle Steuerung mindestens (Non-Inferiorität) — idealerweise besser — und warum?
Jedes Kapitel verdient seinen Platz nur, wenn es diese eine Frage beantworten hilft (Maßstab gegen Ausufern).
Der Bogen → Kapitel (outline):
- Problem + Frage + Kriterium → Kap. 1
- Stand der Technik (zeigt die Lücke) → Kap. 2
- Ausgangslage BER/APLS/Xovis + FSM-Baseline → Kap. 3
- Konzept + begründete Auswahl der 2–3 aussichtsreichsten Verfahren → Kap. 4
- Umsetzung dieser Kandidaten auf Realdaten → Kap. 5
- Dreivergleich manuell/FSM/Kandidaten + Non-Inferiorität → Kap. 6
- Diskussion/Ausblick → Kap. 7–8
Umfang-Leitplanken:
- Kern ist die Evaluation auf Realdaten, nicht die Theorie — Grundlagen nur so tief wie nötig, um die Auswahl zu begründen.
- 2–3 Kandidaten, nicht mehr (FSM/Kostenmodell · optimierend · optional ML/RL).
- Prototyp offline auf historischen Daten, kein Produktiv-Deployment.
- „Methoden-offen = das beste gewinnt” ist das Sicherheitsnetz: der begründete Vergleich ist das Ergebnis, auch wenn ein ambitionierter Ansatz nicht gewinnt.
- Risiko-Reihenfolge: FSM/Kostenmodell zuerst (sicher), dann das Ambitionierte.
Forschungsfragen
- FF1 (Kern): Kann eine anzeigebasierte, algorithmische Steuerung die heutige manuelle Steuerung mindestens erreichen (Non-Inferiorität), ohne durch die Rückkopplung neue Staus zu erzeugen?
- FF2 (Vergleich): Welche Verfahrensfamilie (heuristisch/zustandsbasiert, optimierend, lernend) liefert unter realen Bedingungen die beste Steuerungsleistung?
- FF3 (Modellierung): Wie lassen sich Wegkosten (standortgenau) und die volatile Wartezeitprognose zu einer belastbaren Entscheidungsgröße verbinden?
Vergleichsdesign (drei Ebenen)
- Manuelle Steuerung — produktiver Status quo = Baseline.
- FSM-Erstentwurf — zonenbasiert, erster Algorithmus (nicht produktiv) = Zwischen-Vergleichspunkt.
- Kandidatenverfahren — Kostenmodell-basiert · optimierend · ML/RL = die untersuchten Vorschläge.
Ergebnis zeigt sowohl absolute Güte (vs. manuell) als auch den Fortschritt über die Verfahrensfamilien.
Evaluation
- Datengrundlage: reale APLS-Betriebsdaten (PWT, WT, Warteschlangenlängen, Abfluss); ergänzend Simulation für unterabgedeckte Szenarien.
- Metriken: Auslastungs-Ungleichheit (Varianz vs. Max — offen), Ø-/Max- Gesamtdurchlaufzeit (Weg + Wartezeit), Steuerungsleistung.
- Erfolgskriterium — zweiteilig (beides nötig für „funktioniert als Ersatz”):
- Leistung: Non-Inferioritäts-Test gegen die manuelle Baseline (Marge Δ vorab festgelegt und begründet); Verbesserung wünschenswert.
- Betriebstauglichkeit (autonomer Betrieb): Abdeckung aller Betriebssituationen (nicht nur Normalfall), Graceful Degradation bei Störungen (Sensorausfall, Extremspitzen), Einhaltung von Worst-Case-Schranken (nicht nur Ø), Autonomie ohne Mensch-in-der-Schleife. Robustheitslatte höher, weil keine menschliche Rückfallebene mehr existiert (unbeaufsichtigte Automatisierung).
- WT liefert realisierte (nicht nur simulierte) Wartekosten und Ground Truth zur PWT-Kalibrierung.
Formales Vorgehen (spiegelt die Zulassungsarbeit)
- Literaturrecherche entlang der Themen-Map (s. u.) → Kandidaten-Quellen.
- Beschaffung — zentrale Bibliothek index, Drei-Wege- Konsistenz (Quellenkarte · PDF · BibTeX), Tracking analog beschaffung.
- Lesen/Synthese — Quellenkarten
01_arbeiten/01_zulassungsarbeit/B_literatur/quellen/<BibKey>.md, Wissensdomänen unterD_fachwissen/, roter Faden. - Gliederung outline finalisieren.
- Schreiben (ab SS 2027) in LaTeX (i-studis), Methodik nach
01_arbeiten/00_methodik/.
Formvorgaben der MA-PO sind noch TBD — Literatur-Disziplin wird übernommen, exakte Zitier-/Abgaberegeln werden bestätigt, sobald die MA-PO vorliegt.
Themen-Map (Recherche, methoden-offen)
- Flughafen-Passagiersteuerung / Sicherheitskontrollen (dynamic signage, wayfinding, checkpoint operations)
- Warteschlangentheorie & Wartezeitprognose (Queueing, Little, Fluidmodelle; ML-Wartezeitprognose)
- Routing unter Kongestion (Wardrop, User-/System-Optimum, Congestion Games, Braess)
- Online-Load-Balancing / dynamische Zuweisung (OR, Scheduling)
- Zeitreihenprognose & ML (ARIMA, LSTM/RNN, Gradient Boosting; RL für Routing/Zuweisung; predictive control)
- Steuerung über Information / Compliance / Nudging
- Regel-/zustandsbasierte Steuerung & Hysterese (Schaltsteuerung)
- Fairness & Mehrkriterien-Optimierung (min-max, Multi-Objective)
- Evaluations-/Non-Inferioritäts-Methodik