Nos últimos anos, os países desenvolvidos vêm dedicando crescentes esforços para integrar o Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) no espaço aéreo controlado, visando sua utilização para fins civis. Embora este tema ainda não tenha consenso quanto aos critérios a serem adotados, é de comum acordo na comunidade que, no mínimo, devam ser mantidos os atuais níveis de segurança (\"Safety\") praticados pela aviação civil mundial. Neste cenário, a convivência entre aeronaves comerciais, com cada vez mais passageiros e aeronaves não tripuladas, traz sérias preocupações com relação à capacidade que o sistema atual de navegação, controle, vigilância e de Gerenciamento de Tráfego Aéreo tem para lidar com situações de perigo decorrentes da aproximação entre estas duas categorias de aeronaves. Neste contexto, esta tese propõe uma modelagem de um VANT, tendo-se como ponto de partida os conceitos de robô móvel, cujo modelo de inteligência é fundamentado em Inteligência Artificial Distribuída (IAD), implementável segundo o paradigma de Sistemas Multi-Agentes (SMA) e que leve em consideração os principais requisitos de \"Safety\" exigidos pelo \"Communication Navigation System/Air Traffic Management\" (CNS/ATM), de modo a permitir a futura inserção destas aeronaves no espaço aéreo controlado. / During the last years, developed countries are conducting efforts to integrate Unmanned Aircraft Vehicles (UAVs) to the controlled airspace, aiming at their civilian use. So far, there has been no common consensus on the criteria to be adopted by the community that should, at least, keep the minimum safety levels international aviation has already attained. In this scenario, commercial aircrafts - with more and more passengers - and UAVs will share the same space. There will be a lot of concern related to the actual navigation, control and surveillance system capacity as well as to the air traffic control management ability to handle potentially dangerous situations due to the approximation between aircrafts of these two categories. Based on this scenario, this thesis proposes an UAV modeling having as starting point the mobile robot concept, of which the intelligence model based on Distributed Artificial Intelligence, can be implemented by using the Multi Agent Systems paradigm. This paradigm should take the main safety requirements as an obligation, as defined by the Communication Navigation System/Air Traffic Management (CNS/ATM), as a way of handling the future insertion of UAVs into the controlled airspace.

Made available in DSpace on 2010-04-20T20:19:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1997-08-26T00:00:00Z / O texto trata da questão da previsão do tráfego aéreo de passageiros. Caracteriza a importância do tema para o negócio das companhias aéreas. Aborda os aspectos mais importantes envolvidos, características específicas e revisa as metodologias utilizadas no âmbito da indústria de transporte aéreo. Ilustra a questão com a aplicação de um dos métodos para a solução de um problema real

O desenvolvimento de sistemas críticos é atualmente um dos problemas mais desafiadores enfrentados pela Engenharia. Há frequentemente uma pressão para se reduzir o tempo total de desenvolvimento, o que dificulta a entrega de sistemas com um mínimo aceitável de defeitos. Nos últimos anos, houve um aumento no tráfego aéreo, o que demanda uma modernização dos sistemas de tráfego aéreo atuais, muito dependentes na figura do controlador. Sistemas de tráfego aéreo são sistemas considerados críticos em segurança e de tempo real. O objetivo do presente trabalho é estabelecer um método de modelagem e verificação formal para sistemas críticos, com aplicação no domínio de tráfego aéreo. Com a adoção de técnicas de modelagem e verificação formal, pretende-se garantir a corretude dos sistemas frente aos requisitos inicialmente especificados e a detecção de erros em fases mais iniciais do projeto, o que resultaria em menores custos envolvidos na sua correção. São fornecidas diretivas para a aplicação do método através de um estudo de caso, baseado em três módulos de um sistema ATC em baixo nível de abstração, para a validação do funcionamento de módulos de software. Para verificação formal, é utilizada a ferramenta NuSMV e as propriedades a serem verificadas são descritas na lógica computacional de árvore (CTL) para garantir que o sistema satisfaça requisitos dos tipos vivacidade e segurança. / Developing safety critical systems is one of the most challenging problems in Engineering nowadays. There is usually a pressure to reduce the total time of the development, what makes it difficult to deliver systems with an acceptable low level of defects. In the recent years, there has been an increase in air trffic, what demands a modernization in the current air traffic systems, which are very dependent on the human controller. Air traffic systems are considered safety critical and real time systems. The objective of the present work is to establish a modeling and formal verification method for critical systems, applicable to the air traffic domain. By adopting modeling and formal verification techniques, it is expected to ensure the systems\' correctness compared with the initially specified requirements and the error detection in the initial phases of the project. Guidelines are provided for applying the method by means of a case study, based in three modules of and ATC system in a low abstraction level, for the validation of the operation of software modules. For the formal verification, it is used the NuSMV tool and the properties to be checked are described in the computational tree logic (CTL) to ensure that the system satisfies requirements of liveness and safety types.

Considering the need to improve the level of proficiency of air traffic controllers (ATCO) in the English language, in order to avoid incidents and accidents due to lack of proficiency, many language courses started offering English classes to those professionals. According to ICAO (2010), all ATCO must be approved in a specific proficiency exam, so that they can control international traffic. Nevertheless, the number of published textbooks in aviation English field is still low; therefore, choosing the most appropriate textbook becomes difficult due to the few options. The general objective of this paper is to contribute with researches in the field of textbook evaluation and Englisht learning and teaching. The specific objectives are: to set criteria in order to create a checklist to evaluate textbooks used in English language courses to air traffic controllers, based on criteria already found in the literature about textbook evaluation, adapting those criteria to what ICAO requirements and to the Proficiency Exam tasks; and to evaluate the book Aviation English using the checklist. The checklist criteria were created in the light of the Document 9835 (ICAO 2010), as well as in the light of the theories of language, Widdowson (1978), and others; the theory of English as a lingua franca of aviation, Oliveira E. (2007), Hülmbauer et al (2008), and others; the principles of language teaching and learning, Larsen-Freeman (2000), Brown (2007), and others; the tenets of English for Specific Purposes, Hutchinson and Waters (1987), Dudley-Evans and St. John (1998), and others; and the conception of materials development, Cunninsworth (1995), Tomlinson (1998; 2003), Mc Grath (2002), Dias (2007), and others. The checklist has as main categories the theoretical principles (language role and language teaching and learning), graphical features, lexical, grammatical and functional competences described in the Document 9835, support materials and English proficiency test preparation and it was subdivided into 117 items. The material evaluated by the means of the checklist fulfilled 71,8% of the checklist items in a positive way; on the other hand, 20,5% of the items were not identified in the material, and 7,7% of the items were partially identified in the textbook. Using the checklist to evaluate materials will enable professionals engaged in English teaching to air traffic controllers to choose the most appropriate textbook according to their audience, as well as to identify gaps in the book, in order to adapt the material, since there is no such thing as perfect material. / Considerando a necessidade de aumentar o nível de proficiência em língua inglesa de controladores de tráfego aéreo (ATCO), a fim de prevenir incidentes e acidentes, cujas causas também estejam relacionadas à falta de proficiência na língua, vários cursos de idiomas começaram a oferecer aulas de inglês para esses profissionais. Segundo OACI (2010), os ATCO devem ser aprovados em exame de proficiência específico, para operarem em órgãos que controlam o tráfego aéreo internacional. No entanto, o número de livros didáticos (LD) de inglês aeronáutico continua modesto e, com isso, a escolha do mais adequado torna-se difícil, devido às poucas opções. O objetivo geral deste trabalho é contribuir com pesquisas na área de avaliação de material didático e de ensino-aprendizagem de inglês. Os objetivos específicos são: estabelecer critérios para a elaboração de uma checklist para avaliação de livro didático utilizado na formação de língua inglesa de ATCO, a partir de critérios existentes na literatura sobre avaliação de LD, adequando-os aos requisitos estabelecidos pela OACI (Organização de Aviação Civil Internacional) e às atividades aplicadas no Exame de Proficiência a que são submetidos os controladores de tráfego aéreo no Brasil; e aplicar a checklist elaborada na avaliação do livro didático Aviation English. A Checklist ATCO será elaborada à luz do Documento 9835, de OACI (2010); das teorias de linguagem Widdowson (1978) e outros; da língua inglesa como língua franca da aviação, de Oliveira E. (2007), Hülmbauer et al (2008) e outros; dos princípios de ensino-aprendizagem de línguas, de Larsen-Freeman (2000), Brown (2007) e outros; do ensino de inglês para propósito específico, de Hutchinson e Waters (1987), Dudley-Evans e St. John (1998) e outros; e de avaliação de livro didático, de Cunningsworth (1995), Tomlinson (1998; 2003), Mc Grath (2002), Dias (2007) e outros. A checklist tem como principais indicadores os princípios norteadores (linguagem e princípios de ensino-aprendizagem), os aspectos gráficos, as competências lexicais, gramaticais e funcionais descritas no Documento 9835, os materiais de apoio e a familiarização com as atividades aplicadas no exame de proficiência aplicado no Brasil, totalizando 117 itens. A partir da aplicação da Checklist ATCO na avaliação do material, foi possível verificar que 71,8% dos itens estão presentes no livro avaliado; 20,5% não estão presentes no material; e 7,7% estão parcialmente presentes. A avaliação de LD utilizando a checklist proposta facilita a identificação de lacunas e fornece informações ao professor que avalia, a fim de que ele planeje as adaptações de atividades, já que o material perfeito será difícil de encontrar.

A crescente demanda por Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) tem sido objeto de preocupação por parte das organizações internacionais responsáveis pela segurança do espaço aéreo. O uso de VANT em condições restritas tem sido realizado pelos interessados e envolvidos, mas para que o VANT seja economicamente viável, há a necessidade de regulamentação ainda não existente para sua integração segura no Espaço Aéreo Controlado e Não Segregado. Em função dessa demanda não atendida, nesta Tese foi desenvolvido um método (Safety-VANT) que avalia a segurança crítica da condução do VANT, tarefa realizada por um Sistema Autônomo de Pilotagem. O desenvolvimento do Método Safety-VANT tem como missão fornecer aos órgãos reguladores, assim como aos desenvolvedores de VANT, meios de quantificar a avaliação de segurança na navegabilidade aérea dessas aeronaves. Uma hipótese considerada para o método é a de que o hardware e software (aviônicos, fuselagem, sensores e atuadores) do VANT estejam previamente avaliados e certificados pelos mesmos procedimentos e regras aplicáveis para os equipamentos de aeronaves tripuladas. Essa hipótese permitiu que o desenvolvimento do método de avaliação de segurança Safety-VANT fosse direcionado para avaliar a capacidade de comando autônomo de um VANT para voar, navegar e comunicar de acordo com as regras do sistema de gerenciamento e controle do tráfego aéreo. A aplicação do Safety-VANT foi exercitada sob um VANT hipotético definido como sendo capaz de voar, navegar e se comunicar com o Controle de Tráfego Aéreo e que tenha os equipamentos e estrutura da aeronave (fuselagem) que o constitui, devidamente certificados. Adicionalmente são realizadas considerações sobre como implantar a utilização do Safety-VANT no desenvolvimento de VANT Autônomo com a missão de ser integrado no Espaço Aéreo. / The growing demand for unmanned aerial vehicles (UAV) has been a subject of concern on the part of international organizations responsible for airspace safety. UAV has been used by stakeholders in strict conditions, but for UAV to become economically viable, it is necessary to issue regulations that still do not exist for safe integration in the controlled non-segregated airspace. In the light of this unattended demand, a method (Safety-VANT) was developed in this Thesis to evaluate the critical safety of UAV conduction, a task performed by a Piloting Autonomous System. The development of the Safety-VANT method aims to provide UAV regulators and developers, means of quantifying the safety assessment in the aircraft airworthiness. A hypothesis used in the method considers that the UAV hardware and software (avionics, fairing, sensors and actuators) are previously evaluated and certified by the same procedures and rules applicable to manned aircraft equipment. This hypothesis allowed the Safety-VANT - the developed safety assessment method - to evaluate the ability of an autonomous command embedded in an UAV to fly, to navigate and to communicate, according to the management of air navigation system rules. The Safety-VANT application was exercised under a hypothetical UAV set to being able to fly, to navigate and to communicate with Air Traffic Control and it has the equipment and the certified aircraft structure (fairing). In addition, considerations are performed for deploying the use of Safety-VANT in autonomous UAV development to integrate it into the Airspace.

A demanda pelo aumento do volume de tráfego aéreo tem pressionado as autoridades da aviação a adensar o espaço aéreo global, por meio de redução na separação entre aeronaves, permitindo operações mais eficientes no Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM). No entanto, questões relacionadas com a segurança das operações de tráfego aéreo surgem quando se considera a possibilidade de reduzir a separação de aeronaves. Objetivamente, para maior eficiência e redução da separação, sem que isso afete significativamente a segurança, a posição vigiada das aeronaves deve aparecer de forma não só mais exata e precisa para o controlador de tráfego aéreo (ATCo), como deve ser mais fiável, o que envolve a integridades dessa informação. Essa pesquisa propõe avaliar os impactos que esses parâmetros têm nos níveis de segurança crítica (safety) no sistema de controle de tráfego aéreo (ATC) inserido no novo conceito de ATM Global (CNS/ATM). Para isso, foi realizada uma análise dos dados de erro de posicionamento do Sistema de Navegação Global por Satélites (GNSS) visando estabelecer seu comportamento. Esse comportamento é utilizado para modelar um sistema de controle de tráfego completo para fins de simulação e, adotando-se a metodologia de análise de segurança desenvolvida por Vismari (2007), avaliar os efeitos que esses novos parâmetros exercem sobre os níveis de segurança encontrados na pesquisa desenvolvida por Vismari (2007) para ambientes de tráfego aéreo baseados na Vigilância Dependente Automática por Radiodifusão (ADS-B). São comparados diversos cenários em que houve a degradação do comportamento do sistema GNSS. Para cada cenário estudado verificou-se que a degradação do comportamento não foi suficiente para gerar eventos de risco relacionados à integridade dos dados posicionais das aeronaves. Assim, dentro das condições simuladas, o sistema manteve os níveis de segurança crítica no que se refere à integridade do posicionamento das aeronaves apresentadas na tela do controlador de tráfego aéreo em operações de resolução de conflito. O modelo computacional desenvolvido possui diversas características que, apesar de não serem totalmente utilizadas na presente pesquisa, constituem um legado para pesquisas futuras e para a integração com a Plataforma Integrada para Ensaios de Sistemas Embarcados Críticos (PIpE-SEC) desenvolvida dentro do Grupo de Análise de Segurança (GAS) da EPUSP. / The demand for increasing air traffic volume has pressed aviation authorities to densify the global airspace through separation reduction between aircraft, allowing operations that are more efficient in the Air Traffic Management (ATM). However, issues related to the safety of air traffic operations arise when considering the possibility of reducing the separation of aircraft. Objectively, for greater efficiency and separation reduction, without significantly affecting safety, surveillance positions of the aircraft must appear not only more accurate and precise to the air traffic controller (ATCo), it should be more trustworthy, which concerns the integrity of that information. This research proposes to assess the impacts of these parameters on the safety levels of air traffic control system (ATC) inserted in the new concept of Global ATM (CNS/ATM). To achieve it, an analysis of the data related to error in positioning of the Global Navigation Satellite System (GNSS) was made to establish its behavior. This behavior analysis is used to model a complete traffic control system for simulation purposes and, adopting the safety analysis methodology developed by Vismari (2007), evaluate the effects that these new parameters had on the safety levels found in the research developed by Vismari (2007) for air traffic environments based on Automatic Dependent Surveillance - Broadcast (ADS-B). They are compared to various scenarios in which there was a GNSS system performance degradation. For each studied scenario, it was found that GNSS behavior\'s degradation was not sufficient to create risk events in aspects related to integrity of the aircraft position data. Thus, within the simulated conditions, the system kept the safety levels regarding to the integrity of the aircraft position informed on screen to the air traffic controller in conflict resolution operations. The computational model developed has several features, which, although not totally applied in this research, constitute a legacy for future research and for integration with the Integrated Platform for Testing Critical Embedded Systems (PIpE-SEC) developed within the Safety Analysis Group (GAS) of EPUSP.

Esta dissertação engloba dois objetivos. O primeiro consiste em dotar o Comando da Aeronáutica de um estudo sobre as tecnologias: de manipulação de objetos georeferenciados; de gerenciamento de bancos de dados georeferenciados; de exibição de imagens georeferenciadas; e de Mineração de Dados que possam ser integradas para formar um Sistema de Informações Geográficas (SIG), como proposta para apoiar uma solução automatizada de análise dos Tráfegos Aéreos Desconhecidos (TAD), com o emprego de algoritmos de Mineração de Dados e apresentação dos resultados de forma gráfica e georeferenciada, a fim de aumentar a eficiência na descoberta de padrões e proporcionar agilidade no planejamento de operações aéreas. O segundo objetivo consiste em comparar os três algoritmos de agrupamento k-means, Leader e Kohonen, na tarefa de agrupar registros de tráfegos aéreos desconhecidos, representados por segmentos de reta, determinando o mais adequado a ser implementado como algoritmo de Mineração de Dados no sistema proposto. O problema foi abordado seguindo as etapas do processo de KDD (Knowledge Discovery in Databases). Na etapa de pré-processamento, houve a seleção dos atributos necessários à aplicação do algoritmo de Mineração de Dados, e a determinação das transformações necessárias dos dados, para formação da base de dados para o trabalho. Foram escolhidos a biblioteca TerraLib, desenvolvida em conjunto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e a Fundação de Ciência, Aplicações e Tecnologia Espaciais (FUNCATE), e o software TerraView, desenvolvido pelo INPE, para comporem a base de um protótipo de SIG. Os algoritmos selecionados foram implementados em C++, e passaram por testes de desempenho, para determinação do mais adequado a ser incluído para realizar a mineração dos tráfegos aéreos desconhecidos dentro do protótipo de SIG. Após os testes, o algoritmo Leader mostrou ser a melhor opção, devido ao seu desempenho geral. Assim estava completa a etapa de Mineração de Dados do KDD. Uma vez determinado o algoritmo de mineração, a etapa de pós-processamento foi completada através da integração das funcionalidades de importação de dados e aplicação do algoritmo de mineração ao protótipo de SIG composto pelo software TerraView e pela biblioteca TerraLib.

O crescimento regular do tráfego aéreo mundial e a introdução de grandes aeronaves impuseram a necessidade de aumentar a capacidade dos aeroportos e, consequentemente, reduzir a separação mínima entre as aeronaves. Um fator limitante desta distância mínima é a geração de vórtices de ponta de asa das aeronaves, cujas turbulências geradas pelo escoamento através das asas são mais intensas em aeronaves de grande porte. Este trabalho visa a explicação do fenômeno de geração de vórtices de ponta de asa, assim como suas consequências, aplicações tecnológicas que auxiliam na detecção deste fenômeno, melhorias na segurança de vôo (Safety assessment) e o impacto econômico gerado em aeroportos e operadoras. Diversas técnicas estão sendo desenvolvidas para a detecção e previsão das turbulências geradas pelos vórtices, sendo as principais: LIDAR (Light Detection and Ranging), Detecção acústica e Ultra-som. Além do conhecimento acadêmico desenvolvido, esta dissertação tem por finalidade capacitar tecnicamente o setor aeronáutico no sentido de conhecer novos sistemas (em aeronaves e aeroportos) economicamente viáveis que possam ser aplicados no gerenciamento do tráfego aéreo.

Este trabalho de pesquisa propõe uma Estrutura para o Apoio a Detecção de Conflitos de Tráfego Aéreo em Rotas, com base no conceito CNS/ATM (Comunication, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management), integrando o uso de técnicas, ferramentas e procedimentos de Engenharia de Software. Foram pesquisadas informações relacionadas ao sistema atual de controle de tráfego aéreo, com o objetivo de verificar quais eram as inovações propostas pelo CNS/ATM em relação ao sistema atual, auxiliando o autor na identificação das principais funcionalidades da estrutura proposta. Foi seguida uma metodologia de desenvolvimento baseada em técnicas de programação orientada a objetos denominada RUP (Rational Unified Process), composta pelas seguintes fases:Iniciação - responsável pela identificação inicial dos requisitos e funcionamento da estrutura;Elaboração - responsável pelo detalhamento das funcionalidades encontradas na fase de Iniciação;Construção - responsável pelo desenvolvimento da estrutura proposta;Transição - responsável pela entrega do produto final ao usuário.Testes, através de cenários, foram realizados com a estrutura desenvolvida, baseando-se nos modelos criados a partir dos requisitos, proporcionando a verificação e validação dos diversos conflitos detectados pela estrutura junto às funcionalidades e regras impostas por profissionais da área de controle de tráfego aéreo. Além desses testes envolvendo conflitos específicos, outros relacionados à quantidade de aeronaves suportadas pela estrutura, foram realizados. Dentre as principais contribuições deste trabalho de pesquisa, encontram-se a documentação, a modelagem, a prototipação, a simulação de conflitos de tráfego aéreo, a adaptação das funcionalidades de controle de tráfego aéreo atual ao CNS/ATM, a padronização de procedimentos para a detecção de conflitos em rota e o aumento da segurança em vôo proporcionada pela estrutura. Dentre as principais conclusões durante a pesquisa realizada encontram-se: a importância do FANS (Future Air Navigation System) no controle de fluxo de tráfego devido ao aumento previsto para os próximos anos, a importância no emprego de sistemas de posicionamento global, o compartilhamento de informações através da rede ATN (Aeronautical Telecommunications Network), a segurança proporcionada por simuladores na identificação antecipada de conflitos e o grande auxílio proporcionado por técnicas de orientação a objeto e pela metodologia RUP apoiada por ferramentas CASE (Computer Aided Software Engineering).

Com o crescimento do setor aeronáutico faz-se necessário a criação de novas tecnologias para que a capacidade do sistema possa aumentar sem provocar perdas nos níveis de segurança. Para isso foi criado o CNS/ATM, um paradigma que integra tecnologias de comunicação, navegação e vigilância em um sistema de gerenciamento de tráfego aéreo global. No âmbito das comunicações entre controlador e piloto, o atual sistema de fonia via rádio analógico é substituído por um enlace de dados, chamado de Controller-Pilot Data Link Communication (CPDLC). Esta alteração promove polêmica entre aeronautas e autoridades, de forma que é essencial um estudo aprofundado que comprove sua eficácia. Dessa forma, esta pesquisa visa avaliar a segurança do CPDLC quando utilizado em Áreas Terminais do Espaço Aéreo. Para a realização desta pesquisa, foi criada uma metodologia de avaliação de segurança utilizando simuladores de voo, de tráfego aéreo e de comunicação CPDLC combinados com uma análise por meio de modelos de Markov. O procedimento de chegada ao aeroporto de Congonhas, situado na Terminal São Paulo, foi utilizado como referência para aplicação desta metodologia. Os resultados obtidos mostraram que o sistema atual de comunicação, via voz, está no limite do atendimento dos níveis internacionais de segurança para a demanda atual. Contudo, a comunicação por enlace de dados atende, e em alguns casos inclusive melhora, o nível de segurança desta região do espaço aéreo. / With the growth of the aviation industry it is necessary to create new technologies that can increase the system capacity without loss in the safety levels. Because of this the CNS/ATM was created, a paradigm that integrates communication, navigation and surveillance technologies with a global air traffic management. For the communications between controllers and pilots, the current system of voice over analog radio is being replaced by a data link, called the Controller-Pilot Data Link Communication (CPDLC). This replacement raises debates between airmen and authorities, demanding a detailed study that proves its effectiveness. Thus, this research aims to evaluate the CPDLC safety when used in Terminal Airspace Areas. For this research, was created a methodology for security assessment using flight, air traffic, and CPDLC simulators combined with a Markov model analysis. The Congonhas airport arrival procedure, located in São Paulo Terminal, was used as reference for this methodology application. The results showed that the current system of voice communication is on the limit of fulfilling the international safety levels for the current demand. However, the data link communication addresses, and in some cases even improve, the safety level for this airspace region.