Este trabalho de pesquisa concentra-se no desenvolvimento de um sistema de apoio a decisão para o gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo entre aeronaves em rota, que iniciarão procedimentos de Chegada utilizando Rotas Padrão em Área Terminal (Standard Terminal Arrival Routes - STAR). O sistema baseia-se no conceito de Comunicação, Navegação e Vigilância para o Gerenciamento de Tráfego Aéreo (Communication, Navigation and Surveillance/Air Traffic Management - CNS/ATM). Inicialmente foram realizadas pesquisas sobre sistemas de gerenciamento de tráfego aéreo existentes e tecnologias propostas pelo sistema CNS/ATM, a fim de identificar as principais necessidades de desenvolvimento do protótipo proposto. O protótipo desenvolvido é baseado em regras que representam os conhecimentos obtidos em entrevistas com especialistas em gerenciamento de tráfego aéreo. Para o seu desenvolvimento, uma metodologia baseada em fases de construção de Sistema Especialista (SE) foi seguida, e um Shell para desenvolvimento de SE foi utilizado. O Shell adotado foi o JESS (Java Expert System Shell). Testes foram realizados com o protótipo, através de cenários criados a partir dos conhecimentos adquiridos por especialistas em controle de tráfego aéreo, provendo verificação e validação dos vários conflitos detectados e solucionados pelo protótipo junto ao funcionamento das regras implementadas. Dentre as principais contribuições deste trabalho de pesquisa, encontram-se a adaptação do atual sistema de gerenciamento de tráfego aéreo ao sistema CNS/ATM, visando um melhor gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo por meio de detecções antecipadas de conflitos em rotas, auxílios aos controladores de tráfego aéreo na resolução desses conflitos, aumento na segurança dos vôos, proporcionados pelo protótipo desenvolvido.

A navegação aérea por meio de equipamentos convencionais como NDB, VOR, DME e ILS está saturada na estrutura atual. Estes equipamentos apresentam desempenho de navegação limitado e custos de aquisição e operação expressivos. Por outro lado, as tecnologias GNSS têm se destacado como um caminho promissor para a implantação do sistema CNS/ATM e para novas aplicações na aviação. Dentro de uma abordagem holística (integrada) foi estudado o desenvolvimento de um sistema de navegação aérea por GNSS (GPS, GLONASS e Galileo) e de sistemas de acréscimo (ABAS, GBAS, SBAS e GRAS). Avaliaram-se como os diversos participantes do setor aéreo (stakeholders) interagem neste ambiente dinâmico para: 1) solucionar os desafios enfrentados pelo sistema de transporte aéreo (garantir segurança e aumentar capacidade) e 2) conseguir oferecer um sistema de navegação confiável com boa relação custo-beneficio. Diversos países têm investido em pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias em GNSS (Galileo, modernização do GPS, GAGAN, MSAS) e em tecnologias inovadoras dependentes do GNSS (ADS-B, SVS, UAV). Um benchmarking destas tecnologias foi feito para identificar quais destas poderiam ser desenvolvidas e implantadas no Brasil em parcerias entre instituições de pesquisa, empresas e órgãos governamentais. Por fim, é apresentada uma proposta para o sistema de navegação aérea nacional com base nos conceitos GBAS e GRAS aliados à tecnologia ADS-B. Foi incluída também uma análise do sistema proposto em termos de vantagens, desvantagens, oportunidades e riscos (análise SWOT).

O presente trabalho se propôs analisar por meio de simulação "fast time", diversos cenários na Área de Controle Terminal Recife, TMA-RF. A ferramenta computacional utilizada para tal foi o software RAMS PLUS, desenvolvido especialmente para avaliar a capacidade do espaço aéreo no EUROCONTROL e, adicionalmente, para mensurar a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo. O escopo de análise inicialmente se direcionou para a modelagem dos cenários atualmente existentes na TMA-RF, e na seqüência foi proposta e avaliada a construção de novos cenários com procedimentos baseados em navegação por meio de Satélites, GNSS. Quatro cenários distintos foram criados e nestes foram verificadas alternativas que possibilitassem aumentar a capacidade do espaço aéreo. A principal contribuição deste trabalho diz respeito à proposição e utilização da ferramenta de simulação RAMS para avaliação operacional do espaço aéreo nos aeroportos e aplicação ao caso prático brasileiro. As análises dos resultados e conclusões finais tiveram como base aspectos relacionadas aos atrasos das aeronaves, custo de combustível, segurança de vôo e carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo na TMA-RF.

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 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.