O presente trabalho propõe uma Abordagem de Monitoramento e Vigilância do Espaço Aéreo para a Região Amazônica. A Amazônia ocupa mais 50% do território brasileiro e possui áreas inóspitas e cobiçadas internacionalmente. As tecnologias de Vigilância, com base nos conceitos de Comunicação, Navegação e Vigilância para o Gerenciamento do Tráfego Aéreo (Communication, Navigation and Surveillance for Air Traffic Management - CNS/ATM), apoiadas por métodos, técnicas, ferramentas e procedimentos de Engenharia de Software, no atual estado da arte, servem de subsídio a este trabalho. Foram pesquisadas informações relacionadas aos sistemas existentes de vigilância, com o objetivo de verificar quais eram as inovações propostas pelo CNS/ATM em relação ao sistema atual, auxiliando na identificação das principais funcionalidades do Sistema Proposto denominado SIMOVE - Sistema de Monitoramento e Vigilância do Espaço Aéreo. Foi utilizado o Processo Unificado da Rational (Rational Unified Process - RUP), de maneira simplificada e adaptada composto pelas seguintes fases: 1 - Iniciação - responsável pela identificação do protótipo a ser desenvolvido, a qual originou-se um Estudo de Caso, e a partir dele levantou-se os requisitos iniciais; 2 - Elaboração - onde detalhou-se as funcionalidades encontradas na fase anterior de iniciação; 3 - Construção - onde coube o desenvolvimento do protótipo do SIMOVE, e algumas funcionalidades foram implementadas; e 4 - Transição - fase em que ocorreram, por fim, alguns testes para verificação, validação e entrega do Protótipo. Ao longo das fases do RUP foi possível aplicar os principais assuntos pesquisados tais como conceitos de novas tecnologias sobre Vigilância Dependente Automática (Automatic Dependent Surveillance - ADS), abrindo-se as portas para aplicações futuras da Vigilância Dependente Automática por Radiodifusão (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast - ADS-B). Dentre as contribuições deste trabalho acadêmico destacam-se a metodológica, a documental, a modelagem, a prototipação e a tecnológica. Conclui-se no presente trabalho sobre a importância da utilização de novas tecnologias como ADS e ADS-B para o auxílio na vigilância aérea, adequando-se o Sistema de Vigilância da Amazônia - SIVAM ao sistema CNS/ATM. Para que ele fosse desenvolvido com sucesso foi fundamental a utilização do RUP apoiado nas tecnologias de Engenharia de Software Auxiliada por Computador (Computer Aided Software Engineering - CASE) em conjunto com as tecnologias ADS e ADS-B, que proporcionaram o desenvolvimento do Protótipo de Sistema Software, que representa um apoio adicional para a capacitação dos profissionais que desejam atuar ou já atuam no domínio do conhecimento do CNS/ATM.

Nesta dissertação aplicam-se técnicas de mineração de dados no estudo do perfil de Tráfegos Aéreos Desconhecidos (TAD), registrados em relatórios armazenados em bases de dados do Comando de Defesa Aeroespacial Brasileiro. O objetivo é dotar o Comando da Aeronáutica de um estudo sobre instrumentos que aumentem a eficiência da análise dos Relatórios de Tráfegos Aéreos Desconhecidos, a fim de levantar padrões comportamentais que possam auxiliar no planejamento de operações aéreas do Comando da Aeronáutica ou de operações de fiscalização, executadas por órgãos de repressão policial. Aborda-se o problema sistemática e iterativamente, seguindo-se as etapas do processo KDD (Knowledge Discovery in Databases), que consiste nas fases de Identificação do Problema, Pré-Processamento, Mineração dos Dados e Pós-Processamento. Na fase de Pré-Processamento, foram desenvolvidos algoritmos para agrupar as trajetórias dos TAD, enriquecendo a base de dados original com dados sobre as rotas predominantes e os pontos onde se originam ou desaparecem os tráfegos, possibilitando a identificação de aeródromos clandestinos ou de maior incidência de TAD. Foram realizados experimentos com algoritmos genéticos, extraindo regras por meio de duas funções de avaliação: uma para retornar regras genéricas, na fase de Mineração; e outra para obter regras precisas, centradas nos dados, na fase de Pós-Processamento do KDD. Foram também realizados estudos com o algoritmo APRIORI, para uma tarefa de Associação. Os experimentos constituíram um passo importante para descobrir a necessidade de estabelecer a presença de determinados atributos no antecedente ou no conseqüente das regras geradas, em função das características do domínio de aplicação. Finalmente, foi proposto um algoritmo de mineração de dados denominado Perfil Pré-Fixado (PPF), de maneira a possibilitar a extração de regras a partir de um conjunto de informações conhecidas e a superar as dificuldades impostas pelas particularidades da base de dados dos TAD. As soluções foram então implementadas e validadas por meio de uma interface gráfica desenvolvida em linguagem JAVA.

Este trabalho de investigação envolve sistemas de comunicação no campo aeroespacial. Nele, foi desenvolvida uma Estrutura de Comunicação de Dados entre um Órgão de Controle de Tráfego Aéreo e Aeronaves. Ele descreve a necessidade de levantamento e acompanhamento dos mais evidentes e significativos avanços tecnológicos no ambiente de Comunicação, Navegação e Vigilância para o Gerenciamento de Tráfego Aéreo (Communication, Navigation, Surveillance/Air Traffic Management - CNS/ATM) brasileiro, com enfoque nas comunicações por enlace de dados. Ele aborda também as principais dificuldades atuais enfrentadas por controladores de tráfego aéreo e pilotos de aeronaves durante o processo de troca e compreensão de mensagens. Este trabalho pode servir de base para a investigação sobre o desenvolvimento e implementação de aplicativos que diminuam o esforço requerido por controladores e pilotos durante a troca e compreensão de mensagens. Nele, abordou-se tópicos relacionados ao ambiente CNS/ATM, ao controle de tráfego aéreo, aos sistemas de comunicação, à Engenharia de Software, às metodologias para o seu desenvolvimento, às ferramentas de auxílio à criação e às linguagens de programação orientadas a objeto. Nele, foram ainda utilizadas: a Técnica de Modelagem de Objetos (Object Modeling Technique - OMT) adaptada ao padrão da Linguagem de Modelagem Unificada (Unified Modeling Language - UML); e as Ferramentas de Engenharia de Software auxiliadas por computador, propiciando maior agilidade no desenvolvimento. Isso possibilitou a geração dos diagramas e documentação necessários para uma melhor compreensão. A etapa de implementação ocorreu, por meio de ferramentas com recursos visuais para edição e compilação do código, facilitando a geração do Protótipo e a realização de seus testes funcionais. Finalmente, uma Interface Gráfica para o Usuário foi desenvolvida como parte integrante de um Protótipo, para reduzir esforços de comunicação e assegurar o processo de troca e interpretação de mensagens entre Controladores e Pilotos.

Modelos híbridos são uma poderosa abstração utilizada para representar sistemas híbridos, que consistem de uma combinação de sistemas com dinâmica contínua e discreta. A natureza híbrida de um sistema pode ser resultante da atuação de um controle discreto sobre uma unidade de produção de natureza contínua ou da dinâmica da unidade em si. Um sistema híbrido é muito geral, uma vez que contêm tanto sistemas discretos quanto sistemas contínuos como casos particulares. Existem várias propostas de abordagem para a análise e síntese de estratégias de controle para tais sistemas. Podemos encontrá-las na literatura e citamos algumas alternativas no corpo deste trabalho. Este trabalho propicia a avaliação da aplicabilidade e desempenho de técnicas de aprendizado autônomo (baseadas em Aprendizado por Reforço) a um problema tipicamente formalizado como de controle híbrido. É adotado como estudo de caso um problema de Gerenciamento de Tráfego Aéreo (GTA) atuando sobre dois aviões em situação de colisão iminente. O problema em questão é de difícil modelagem no caso mais geral, o que motiva o uso de técnicas model-free tais como Aprendizado por Reforço (AR) para a sua solução. Apresentamos o projeto de um controlador aprendiz com estratégia de aplicação de reforços visando unicamente afastar um avião do outro e a sua atuação sobre: a) a velocidade angular; b) a velocidade linear e c) as velocidades angular e linear em conjunto. Fazemos um estudo sobre a indução de ruídos nas variáveis de controle. Por fim, apresentamos uma modificação do projeto do controlador incluindo uma estratégia de manutenção da rota, e em seguida comparamos os resultados aos obtidos por técnicas de controle híbrido.

O filtro de Kalman ée uma ferramenta que tem sido o assunto de várias pesquisas e aplicações, particularmente na área de navegação. Isto se deve basicamente a relativa simplicidade e robustez natural do filtro. Será apresentada neste trabalho análise da aplicação do filtro de Kalman à detecção e rastreamento de alvos móveis. O cenário do trabalho ée composto pelo controle de tráfego aéreo que recebe informações em solo de diferentes tipos de aeronaves via datalink. Será estudada a detecção de duas aeronaves no momento do seu cruzamento. Inicialmente será apresentado o estudo da modelagem de uma aeronave, a simulação da dinâmica látero direcional e as equações da trajetória para um e dois alvos. Em seguinda, será utilizado o filtro de Kalman para rastreio e detecção dos alvos, que é, basicamente, um conjunto de equações matemáticas que implementam um algoritmo corretor/preditor. Foi observado como o erro entre a trajetória real e a estimada ée influenciado pela variação de diversos parâmetros. ÉE feita a análise de sensibilidade em relação aos seguintes parâmetros: covariância do processo, covariância do ruído da medida, taxa de atualização do filtro, velocidade das aeronaves, tempo de perda dos sensores e mudança na manobra. Desde que sejam respeitados os limites de operação dos parâmetros citados anteriormente, os bons resultados qualificam o filtro de Kalman como uma potencial ferramenta para rastreamento e detecção de duas aeronaves no momento de cruzamento.

A Área de Controle Terminal de São Paulo (TMA-SP) tem papel fundamental no desempenho operacional do espaço aéreo brasileiro, além de ser o espaço aéreo controlado acima dos aeroportos Internacional de Viracopos/Campinas, Internacional de São Paulo/Guarulhos e de Congonhas/São Paulo. Todas as aeronaves que se aproximam ou decolam destes aeroportos são, obrigatoriamente, controladas pelo órgão responsável por esta área, o Controle de Aproximação de São Paulo (APP-SP), gerando uma carga de trabalho para os controladores de tráfego aéreo. Estes profissionais têm a função de coordenar o fluxo de aeronaves, conseqüentemente acompanhar a evolução do tráfego a todo instante e coordenar com outros setores dentro de seu próprio órgão de controle ou com outros órgãos criando um sistema. Devido às dimensões e a grande quantidade de tráfegos, a TMA-SP é dividida em setores com características e finalidades específicas. Os objetivos deste trabalho são: 1) propor um modelo de cálculo de carga de trabalho do controlador de tráfego aéreo; 2) apresentar os resultados de sua aplicação para o APP-SP; e 3) apresentar índices de complexidade de cada setor da TMA-SP, relacionando-os às cargas de trabalho do controlador de tráfego aéreo. Para isso será utilizada ferramenta de simulação computacional RAMS PLUS. Após ser encontrada a carga de trabalho do controlador em cada setor do APP-SP, foi possível definir a sua capacidade máxima em tráfegos por hora e em tráfegos que poderão ser controlados simultaneamente. Embora os tempos das tarefas dos controladores utilizados na simulação tenham sido os mesmos em todos os setores da TMA-SP, os resultados obtidos de máxima carga de trabalho e capacidade foram diferentes entre si, devido às diferentes características e índices de complexidade de cada setor da TMA-SP. Estes índices foram obtidos na simulação e apresentam os níveis de dificuldade que o controlador de tráfego aéreo encontrou em determinados momentos da operação, podendo significar a necessidade de: reestruturação do espaço aéreo, mudança de procedimentos de chegada e saída e melhoria nas coordenações entre os órgãos de controle para definição de sequenciamento entre os tráfegos que chegam.(O uso do RAMS PLUS and ATM Analyser neste estudo está de acordo com os Termos de Licença Acadêmica concedido ao ITA pela ISA Software Ltda).

O aumento do tráfego aéreo nos grandes aeroportos brasileiros, aliado a uma configuração de rede de rotas estabelecida por auxílios à navegação aérea convencionais baseados no solo (VOR, DME, NDB), tem gerado constantes congestionamentos nas áreas de controle terminal e respectivas regiões circunvizinhas. A fim de dirimir estas questões, a ICAO instituiu o conceito de Navegação Baseada em Performance (PBN), objetivando aumentar a capacidade do espaço aéreo e diminuir os custos operacionais. Baseado neste conceito, este trabalho visa analisar as rotas ATS de Salvador de acordo com a futura expansão do seu aeroporto internacional, prevista em plano diretor e na qual é considerada a implantação de pistas paralelas. Os efeitos no tráfego aéreo de Salvador são aqui analisados confrontando três cenários modelados: (a) a configuração atual da rede de rotas considerando as pistas convergentes existentes nesse aeroporto; (b) a configuração atual de pistas com uma estrutura de rotas PBN e (c) uma estrutura de rotas PBN numa possível configuração de pistas paralelas. Neste contexto são adotadas métricas de tempo e distância de vôo, resolução de conflito, tempo de atraso nas decolagens e complexidade do espaço aéreo. O RAMS PLUS é utilizado como ferramenta de simulação computacional fast-time para esta análise de espaço aéreo.

In order to increase arrival rates at many of today's heavily congested airports, simultaneous approaches are conducted on parallel runways. For many years, the FAA has permitted simultaneous independent instrument approach operations only for those parallel runways with a minimum separation of 4300 feet. Nowadays, new criteria have been developed to increase the utilization on those runways, where the most recent procedures, called PRM/SOIA (Precision Runway Monitor/Simultaneous Offset Instrument Approach), make simultaneous approaches possible in systems of runways spaced as close as 750 feet. On October 26, 2004, San Francisco International Airport (SFO) implemented this new landing system (PRM/SOIA), allowing the airport to increase the capacity of runways in inclement weather conditions by as much as twenty-five percent. This research analyzes these simultaneous approaches procedures in closely-spaced runways, addressing the potential benefits of the implementation of PRM/SOIA at São Paulo/Guarulhos Aeroporto Internacional Governador André Franco Montoro (GRU) with a computer simulation tool, and also the influence of this implementation at other airports inside the same terminal airspace. The results show that this implementation provides decreases in the total airborne flight delays between 45 and 51%, regarding all the instrumental traffic at the terminal airspace analyzed (i.e. the traffic of three airports inside the São Paulo Terminal Area with IFR procedures). We also find an increase of 18% in the arrivals capacity of the TMA-SP by 18%, approximately. However, isolated analysis shows small increases in delays in departure procedures (ground queue) and also for the airborne flight delays at a specific airport (RAMS Plus and ATM Analyzer utilization in this study is in accordance with the Academic Software License Agreement granted by ISA Software Ltd. to ITA).

As perspectivas de expansão no volume de tráfego aéreo global para os próximos anos criam importantes desafios para os setores de controle e monitoramento. Nesse cenário surge um novo conceito para controle de tráfego aéreo baseado na cooperação das aeronaves denominado ADS-B. A técnica vem sendo difundida com a ajuda de órgãos homologadores de todo o mundo tornando-se popular gradativamente. Baseada na utilização de informações provenientes de sistemas de posicionamento e navegação por satélites, a mesma busca uma integração com os atuais sensores radar para o provimento de informações de maior precisão para monitoramento de tráfego. O presente trabalho avalia a utilização eficiente dos dados de ambos os sensores - radar e ADS-B - através de técnicas de fusão de dados. Fusões do tipo centralizada e descentralizadas são avaliadas mostrando ganhos na estimação de rotas de aeronaves, em ambos os casos, quando da utilização de informações de um sistema GPS simulado. As conclusões apresentadas apontam para o fato de que o sistema pode ser capaz de acomodar o crescimento do tráfego com reduções da distância de separação entre as aeronaves.

A infraestrutura do sistema de transporte aéreo brasileiro e mundial vem sofrendo nos últimos anos pressão contínua e crescente, devido às grandes solicitações a que é submetida. Este cenário pode levar setores de ATC em Áreas de Controle Terminal, TMA, a condições de congestionamento e saturação. Diante da limitada capacidade de expansão dos recursos de infraestrutura, as alternativas de solução encontram-se voltadas para a necessidade de melhoria das atividades de Gerenciamento de Fluxo de Tráfego Aéreo, ATFM, envolvendo a fase de planejamento pré-tática e a forma de ATM pró-ativa. Neste sentido, o atual desafio é conceber soluções que ofereçam suportes mais apropriados ao processo de tomada de decisão, conferindo maior segurança e racionalidade às operações de tráfego aéreo. Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo de decisões colaborativas para sequenciamentos de pousos e decolagens, utilizando a técnica de SMA, em conjunto com os conceitos da arquitetura de Crenças, Desejos e Intenções, BDI. A análise e avaliação dos resultados obtidos mostra que a aplicação destas abordagens contribui para a melhoria da eficiência do sequenciamento do fluxo de aeronaves em uma TMA, ajustando a demanda à capacidade, evitando desbalanceamentos.