Propõe-se no presente trabalho analisar, por meio de simulação, a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo do Controle de Aproximação de Brasília (APP-BR) em seis diferentes cenários de sua área. Para tanto, utiliza-se o software RAMS Plus, ferramenta computacional especialmente desenvolvida para operações em espaço aéreo e lado aéreo dos aeroportos. O escopo da análise foi montado para as operações no espaço aéreo que apresentam origem ou destino no Aeroporto Internacional de Brasília (Juscelino Kubitscheck). Os quatros primeiros cenários abordados, chamados de iniciais, apresentam configurações de trajetórias de vôo distintas realizadas em dois tipos de setorização (Norte/Sul e Leste/Oeste), cada um deles com dois setores. Após a análise dos cenários iniciais, foi criada uma nova situação com o intuito de avaliar a carga de trabalho dos Controladores num momento futuro onde deverá haver maior demanda do Tráfego Aéreo. No cenário proposto, o tráfego foi acrescido em 30% (trinta por cento) em relação aos primeiros. Assim, incrementou-se um terceiro setor, não utilizado nas primeiras situações, buscando verificar a eficácia da divisão do controle do espaço aéreo na redução da carga de trabalho ora estudada.

No presente trabalho foi realizada uma análise da redução do custo operacional direto de uma aeronave de transporte comercial através da implementação do algoritmo de otimização de trajetória com o alcance fixo desenvolvido por ERZBERGER; LEE (1980). O algoritmo foi implementado em MATLAB 6.5R e as simulações foram realizadas utilizando-se um modelo de aeronave fictício. A função objetivo utilizada no algoritmo de otimização de trajetória ée a função custo, que inclui o custo do combustível e o custo de tempo. O algoritmo se baseia em uma aproximação que considera a trajetória completa como sendo constituída de três segmentos: a subida, o cruzeiro e a descida. Os três segmentos são otimizados levando-se em consideração a iteração entre os segmentos, diferentemente do procedimento clássico, que considera a otimização de cada segmento independentemente. O processo de otimização ée efetuado pela aplicação da teoria do controle ótimo e a metodologia utilizada para o cálculo da trajetória ótima com o alcance fixo ée derivada do Método da Energia. Os resultados obtidos através das instituições foram: os perfis de trajetória ótima e de velocidade, a altitude e a velocidade ótima de cruzeiro, o consumo de combustível, o tempo de viagem e o custo operacional direto. A máxima economia obtida com a otimização da trajetória atingiu 24,52% para viagens de longo alcance, a redução no custo operacional se torna menos significativa. Com o objetivo de inserir a otimização da trajetória de uma aeronave isolada dentro do contexto operacional foi abordado o sistema de controle de tráfego aéreo; apresentando os órgãos reguladores, a divisão do espaço aéreo, as regras de vôo estabelecidas e os serviços de tráfego aéreo. O sistema atual tem se tornado ineficiente devido ao forte crescimento do tráfego aéreo verificado nos últimos anos, gerando problemas que refletem em custo para as operadoras aéreas, tais, como: atrasos, estruturas de aerovias ineficientes e imposição de níveis de vôos que não são econômicos para a operação. Tais restrições impossibilitam as companhias aéreas de operarem os vôos nas trajetórias ótimas, o que causa perda de eficiência econômica e de competitividade. Foi realizada uma pesquisa de trabalho e projetos atuais que visam aumentar a eficiência do sistema de controle de tráfego aéreo. Os diversos programas e estudos proposto apontam para a reformulação do conceito de sistema de tráfego aéreo visando aumentar a flexibilidade de operações e redução nas restrições impostas pelo controle de tráfego aéreo a um mínimo necessário, apenas para garantir a segurança de vôo, ou seja, a aproximação do conceito denominado "Free Flight". Para viabilizar o novo conceito de tráfego aéreo seriam necessárias a implementação de novas tecnologias de comunicação e vigilância; a automação de muitos processos que atualmente são realizados pelos controladores e pelos pilotos; a distribuição de responsabilidades entre a tripulação na cabine de comando, os centros de operação das companhias aéreas e os controladores de tráfego, bem como o desenvolvimento de algoritmos eficazes de resolução de conflitos de múltiplas aeronaves. A aplicação da otimização da trajetória só será efetiva no ambiente do novo conceito de sistema de tráfego aéreo, onde as restrições operacionais são minimizadas e as operadoras aéreas têm a flexibilidade de escolher a rota desejada e efetivamente voar na trajetória planejada.

A classe de um veículo em circulação é uma das informações mais importantes para os sistemas inteligentes de controle e gerenciamento de tráfego. Uma das abordagens utilizadas para se identificar a classe a que um veículo pertence consiste na análise e no reconhecimento de sua assinatura indutiva: uma série temporal representando a variação da impedância de um sensor de tráfego do tipo loop indutivo causada pela passagem do veículo pela zona de detecção do sensor. No entanto, a decisão sobre a classe veicular através desta abordagem torna-se bastante difícil nos casos em que o conjunto de assinaturas indutivas de uma classe apresenta grande variância interna e, ao mesmo tempo, contém exemplares muito similares a exemplares pertencentes a outras classes. Este é o caso, por exemplo, de caminhões com um eixo traseiro e caminhões com eixo traseiro duplo. Observando os caminhões de cada uma dessas classes separadamente o que se constata é que suas estruturas metálicas variam muito e comparando-se os caminhões das duas classes vê-se que suas estruturas metálicas são bastante semelhantes. Os respectivos conjuntos de assinaturas indutivas, em conseqüência, são fortemente correlacionados e, internamente, muito heterogêneos. Esta Tese versa sobre o desenvolvimento de um método de classificação para caminhões com um eixo traseiro e caminhões com eixo traseiro duplo utilizando as assinaturas indutivas destes veículos. Para alcançar percentuais elevados de classificação correta com baixo índice de falsos positivos, além dos problemas da sobreposição entre classes e da alta variância intraclasse, o método proposto foi concebido para contornar outras duas dificuldades presentes: o desbalanceamento de classes e a escassez de dados. Para lidar com o problema da heterogeneidade interna das classes, o desenvolvimento do método de classificação começou com uma etapa de pré-processamento na qual cada classe foi caracterizada morfologicamente e dividida em subclasses morfológicas. Estabeleceu-se uma correspondência de um para um entre as subclasses de cada classe. Com isso, o problema inicial, maior e mais complexo, ficou dividido em alguns problemas menores provavelmente menos complexos. A seguir, ainda na etapa de pré-processamento, para contornar o problema da sobreposição entre classes, os pares de subclasses correspondentes foram submetidos, separadamente, a uma mineração de dados. Partindo-se de hipóteses coerentes, baseadas no conhecimento a priori sobre o fenômeno físico que gera as assinaturas indutivas, a mineração de dados foi direcionada para a identificação de atributos morfológicos e apontou dois destes atributos como potencialmente úteis para diferenciar as duas classes. Para a etapa de classificação das assinaturas, foram escolhidos três classificadores neurais: uma rede Madaline e duas redes RBF. Foram escolhidos os classificadores com os quais se tirou o melhor proveito dos resultados do pré-processamento. Neste processo de escolha foram feitas também comparações de desempenho com outros tipos de classificadores. Depois de testados separadamente, as três redes neurais foram integradas para formar um ensemble. O ensemble de redes neurais proporcionou um alto índice geral de classificações corretas (>98%) e superou os problemas do desbalanceamento das classes e da escassez de dados. Além disso, o ensemble serviu para diminuir a probabilidade de falsos positivos uma vez que a classificação de uma assinatura foi considerada correta se duas redes neurais respondessem corretamente. Os pré-processamentos utilizados, as redes neurais escolhidas, a formação de um ensemble de redes neurais, constituem uma metodologia ainda não relatada na literatura para abordar o problema da classificação veicular por assinaturas indutivas. Para este tipo de aplicação, portanto, o método de classificação proposto corresponde a uma contribuição original e os altos percentuais de classificação obtidos com o ensemble neural permitem considerá-lo como estado da arte.

A questão fundamental considerada nesta dissertação foi a implementação de um protótipo de software capaz de detectar e solucionar conflitos de tráfego aéreo simulados, adaptando-se algoritmos utilizados na indústria do entretenimento (biblioteca OpenSteer ), a fim de estudar parâmetros envolvidos na resolução desses conflitos (por esta abordagem) e avaliar as trajetórias de solução. Para alcançar o objetivo proposto, as aeronaves foram modeladas como pontos, a superfície terrestre como plana e o espaço aéreo como bidimensional. O simulador VisSimCEA (Visualizador de Simulações em Controle do Espaço Aéreo), desenvolvido em linguagem Java e contendo as adaptações da OpenSteer, foi concebido para permitir o planejamento e execução dos ensaios nos quais variaram-se os ângulos de apresentação (de 30 a 180), as velocidades (de 100 a 200 Kt) e alguns parâmetros determinantes para alteração das trajetórias de solução. Considerando-se a capacidade de resolução, 100% dos conflitos foram solucionados, para determinada configuração de parâmetros, independentemente dos ângulos de apresentação e das velocidades. Quanto ao desempenho, observadas as reduções de velocidade abaixo de 75% da velocidade de cruzeiro, os algoritmos de resolução mostraram que 60%, do total de 45 ensaios registrados, foram solucionados. O critério de otimização não foi objeto de estudo aprofundado, no entanto, escolheu-se um padrão de comparação, encontrado na literatura como simplificação de um algoritmo em teste pela NASA, para avaliar o grau de otimização obtido pelas trajetórias. As diferenças entre as trajetórias produzidas pelo simulador e as calculadas analiticamente foram de 0,38%. Deduziu-se que o simulador, na fase de protótipo, ao utilizar métodos significativamente distintos dos demais encontrados na literatura, apresentou capacidade e desempenho de solução coerentes com o padrão de comparação utilizado.

Uma solução para um sistema de defesa computadorizado ée o sistema de monitoramento, vigilância, comando e controle C4I2SR. Existem diversos tipos de informação nesse sistema, dentre os quais estão os dados de tráfego aéreo da aviação civil. Estes dados são utilizados pelos diversos centros de controle de tráfego aéreo para coordenar o tráfego de aeronaves em seu espaço aéreo. A comunicação entre os diversos centros ée realizada através de troca de mensagens num formato padrão estabelecido pela ICAO que são utilizadas nos serviços ATS. No desenvolvimento de um sistema C4I2SR ée interessante, primeiramente, desenvolver um simulador C4I2SR para a realização de exercícios táticos e treinamento operacional num cenário simulado. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um módulo de simulação de centros de controle de tráfego aéreo para ser incorporado ao simulador de um sistema C4I2SR. Esse módulo ée responsável por simular mensagens de tráfego aéreo civil de diversos centros de controle no formato ATS. Este trabalho consiste no levantamento de requisitos do projeto e na identificação de casos de uso típicos para a proposição de uma arquitetura para o simulador de mensagens ATS. A implementação do simulador ée detalhada e os casos de uso são testados.

In many parts of the world, future air traffic demands are expected to exceed air traffic capabilities and, at times, the system does already become overloaded. In this context, in the United States, the Next Generation Air Transportation System (NGATS) vision arises, which calls for a set of system modifications, with the increase and addition of capabilities that are expected to allow a proper response to the future needs of the American air transportation system. As a consequence of these modifications, the controller's tasks and roles are going to change, but it is anticipated that the cognitive complexity is going to remain a limiting factor to the system capacity. Therefore it is necessary to understand the complexity's mechanisms and how it might behave under current and future operations. This work deals with the identification of the key factors that drive complexity and the development of cognitive complexity metrics for the current and future operations. It is presented the experimental setup designed for measuring effects of four-dimensional trajectories and different schedules on air traffic controller perceived complexity. A complexity measure indicator based on the implemented complexity subjective metrics has been derived. This indicator has shown higher sensibility to complexity behavior compared to any of the other metrics alone. Nonetheless, it was found that this complexity indicator has to be used together with metrics that capture aircraft individual complexity, in order to fully describe the underlying cognitive complexity. It is found that Time-Based control induces lower perceived complexity than Position-Based control. Optimized schedules prove to be proner to higher cognitive complexity levels, due to the difficulty of conforming to a tight throughput and executing aircraft swaps. Nevertheless, if optimized schedules are used under Time-Based control, the least complexity measures are detected. This suggests how automation tools and optimized schedules must be considered in the design of future air traffic control operations.

Guiding arriving flights through congested terminal airspace has always been a challenge. As traffic builds up, controllers must often move traffic away from the airport until they can bring those flights in for landing, causing inefficiencies. A widespread implementation of Continuous Descent Approach (CDA) would result in significant reductions in environmental impact and airline operating costs, however, a significant barrier to system wide CDA implementation is the difficulty to merge and space flights so that the CDA is flown safely. The en route metering essentially allows flights to absorb any necessary arrival delays en route, with transition to the terminal area in a pre-planned sequence. When delays would be imposed, the priority of landing would be based on the calculated time of arrival for each flight at the last metering fix, using a First-Come-First-Served policy. The spacing between successive arriving flights needs to be sufficient to allow for other flights downstream to merge into the overall flow while maintaining the minimum required separation according to the applicable rules. This work describes the fundamental design of a decision-support tool and procedures for CDA in the Sao Paulo Terminal Radar Approach Control (SP-TRACON) with flight spacing based on Required Time of Arrival (RTA) at a metering fix. A linear programming model was used to establish required time of arrival at TRACON entry points to provide adequate separation on final approach following the Standard Terminal Arrival Routes (STARs). For this purpose, typical actual traffic data approaching to airports in the SP-TRACON were used to apply the sequence model and evaluate the potential benefits on throughput and delays for Sao Paulo - Guarulhos airport. Using the ATFM methodology developed in this work, the general delays applied to the traffics of the two selected days were 53.5% and 55.1% lower than the delays observed with ATFM measures used by air traffic controllers. For the peak hours considered, the methodology provided 25.5% and 30.1% delay reduction. The air traffic controllers role in the process and workload reduction is also discussed.

Future air traffic management (ATM) systems have been identified as a matter of great significance for the evolution of future air navigation systems (FANS). As one function of ATM, Air Traffic Flow Management (ATFM) provides a service complementary to Air Traffic Control (ATC). In this research, a Knowledge-Based System (KBS) has been designed to try to solve the ATFM problem. For timetable rescheduling, the system attempts to modify airlines tiemtable to smooth traffic peaks at airports during rush-hours. For centralized flow control, the system works on-line to forecast the place, time and magnitude of the congestion and to take some actions to prevent this congestion. As an Artificial Intelligence language, Prolog was chosen for developing the prototype of the Knowledge-Based ATFM System. The research gives a conceptual description of the application of KBS (specially in Prolog) in the ATFM domain. Using this system, a study of the Brazilian ATFM systemincluding the main airports of the country has been done.

Esta dissertação tem por objetivo descrever o trabalho de pesquisa realizado que consistiu no desenvolvimento de um sistema computadorizado de baixo custo para permitir a simulação do controle de trafego aéreo em Zona de Aproximação de Aeródromos, denominado SIPAR. Este sistema tem por objetivo auxiliar os órgãos de controle de tráfego aéreo brasileiros, na tarefa de treinar controladores em operação de Radar de Aproximação de Precisão "Precision Approach Radar (PAR)", a fim de prevenir colisões de aeronaves e acelerar e manter o fluxo de Tráfego Aéreo no espaço aéreo em que for utilizado. O hardware para o qual foi desenvolvido constitui-se de dois microcomputadores, compatíveis com IBM PC/AT, equipados com placas controladoras de vídeo e monitores padrão VGA, interligados via interface serial RS-232C. Os recursos de software básico utilizados no desenvolvimento do SIPAR compreendem MODULA-2 Top Speed JPI, PC Paintbrush IV Plus e PCX Programmer';s Toolkit e o código fonte correspondente a um módulo de software de aplicação desenvolvido durante o trabalho de pesquisa encontra-se no apêndice C. A metodologia de desenvolvimento utilizada na pesquisa baseou-se nos conceitos de prototipação.

O crescente aumento no volume de trafego aéreo a nível mundial, nos últimos anos, trouxe como desafio importantes mudanças no gerenciamento desse trafego. A Organização de Aviação Civil Internacional (OACI), com os seus estados membros, tem incentivado à implantação do conceito FANS CSN/ATM (Future Air Navigation, Systems, Communication Navigation / Air Traffic Management), com o intuito de tornar mais segura a aviação civil a nível mundial. Em função deste novo cenário e da disponibilidade de novas tecnologias, surgiram o sistema GNSS (Global Navigation Satellite System), e os novos conceitos de vigilância cooperativa, como a ADS (Automatic Dependence Surveillance). Um dos desafios atuais é incorporar ao conjunto das novas tecnologias de vigilância os sistemas até então utilizados, como o Radar, que não pressupõe a cooperação do alvo no processo de detecção e rastreio da sua trajetória. O trabalho realizado analisa os conceitos CNS/ATM e ADS e mostra como os dados de posição de uma aeronave, obtidos pelo ADS, podem ser utilizados em conjunto com as medidas de um Radar de vigilância aérea, considerado como o modo principal de vigilância. Considera-se uma dinâmica para a trajetória da aeronave e são realizadas filtragem da medida Radar e a fusão dessa medida com informações ADS, originadas por um sistema de navegação por satélites. A filtragem e a fusão são realizadas por um filtro de Kalman. O bom desempenho da fusão Radar e ADS foi avaliado por meio de simulações, onde foi estabelecido um cenário com uma aeronave com três tipos de manobrabilidade, e três graus de intensidade de ruído de leitura da sua posição.