Universidade de Brasìlia
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Ciência da Computação
Previsão de Cenário para o Controle de
Tráfego Aéreo do CINDACTA I
Vitor Filincowsky Ribeiro
William Rafael de Jesus Ribeiro
Monografia apresentada como requisito parcial para conclusão do Bacharelado em Ciência da Computação
Orientador Prof. Dr. Li Weigang
Brasília
2008
Universidade de Brasília – UnB Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Ciência da Computação
Curso de Bacharelado em Ciência da Computação
Coordenador: Prof. Dr. Guilherme Albuquerque Pinto
Banca examinadora composta por:
Prof. Dr. Li Weigang (Orientador) – CIC-UnB Prof. Dr. Díbio Leandro Borges – CIC-UnB
Cel. Carlos Profírio Júnior – Ministério da Defesa
CIP – Catalogação Internacional na Publicação
Vitor Filincowsky Ribeiro.
Previsão de Cenário para o Controle de Tráfego Aéreo do CIN-DACTA I/ William Rafael de Jesus Ribeiro, Vitor Filincowsky Ribeiro. Brasília : UnB, 2008.
92 p. : il. ; 29,5 cm.
Monografia (Graduação) – Universidade de Brasília, Brasília, 2008. 1. tráfego aéreo, 2. espaço aéreo, 3. previsão de cenário,
4. cinemática, 5. plano de vôo CDU 004
Endereço: Universidade de Brasília
Campus Universitário Darcy Ribeiro – Asa Norte CEP 70910–900
Universidade de Brasìlia
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Ciência da Computação
Previsão de Cenário para o Controle de
Tráfego Aéreo do CINDACTA I
Vitor Filincowsky Ribeiro
William Rafael de Jesus Ribeiro
Monografia apresentada como requisito parcial para conclusão do Bacharelado em Ciência da Computação
Prof. Dr. Li Weigang (Orientador) CIC-UnB
Prof. Dr. Díbio Leandro Borges Cel. Carlos Profírio Júnior CIC-UnB Ministério da Defesa Prof. Dr. Guilherme Albuquerque Pinto
Coordenador do Bacharelado em Ciência da Computação
Dedicatória
Dedicamos este trabalho aos nossos pais por sempre terem nos incen-tivado com muito amor no caminho da justiça e da verdade. Dedicamos o trabalho também aos companheiros de jornada neste curso de Ciência da Computação.
Agradecimentos
Em primeiro lugar, agradeço a Deus por sua fidelidade e cuidado sobre minha vida durante estes anos de estudo. A meus pais, Josué e Eliane, e minhas irmãs Lys e Nycole, por seu amor e apoio incondicionais. Ao pro-fessor Li Weigang, por sua confiança em meu sucesso e aos amigos Bueno, Hammurabi e capitão Crespo, sem os quais este trabalho não seria pos-sível. Aos colegas de curso e aos professores, por sua compreensão e auxílio. Aos companheiros do projeto SISCONFLUX. Aos demais amigos e colabo-radores.
– Vitor Filincowsky Ribeiro
Quero agradecer meus amados pais, Vani e Romiro, por sempre terem me apoiado em todos os momentos e por confiarem em mim. Agradeço tam-bém a meus irmãos Felipe e Ana Carolina pelos ótimos momentos de de-scontração e apoio que todo irmão precisa. E agradeço, é claro, a todos os companheiros do projeto SISCONFLUX. Por último mas não menos impor-tante, agradeço também a Ana C. Cabral M. N., meu bem.
Abreviaturas
ACC - Centro de Controle de Área
AIS - Serviço de Informação Aeronáutica ANAC - Agência Nacional de Aviação Civil
ATC - Controle de Tráfego Aéreo (Air Traffic Control)
ATFM - Gerenciamento de Fluxo de Tráfego Aéreo (Air Traffic Flow
Man-agement)
ATS - Serviço de Tráfego Aéreo (Air Traffic Service) APP - Controle de Aproximação
CGN - Centro Geral de NOTAM
CGNA - Centro de Gerenciamento da Navegação Aérea
CINDACTA - Centro Integrado de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo
DECEA - Departamento de Controle do Espaço Aéreo
EOBT - Hora estimada de calços-fora (Estimated Off Block Time) ERC - Cartas de Roda (En-route Charts)
FIR - Região de Informação de Vôo (Flight Information Region) FMC - Célula de Controle de Fluxo (Flux Management Cell) FPL - Plano de Vôo Eventual
GHP - Problema de Espera em Solo (Ground Holding Problem)
IATA - Associação Internacional de Transporte Aéreo (International Air
Transport Association)
ICA - Instrução de Comando Aeronáutica
ICAO - Organização de Aviação Civil Internacional (International Civil
IFR - Regras de Vôo Instrumentado (Instrumented Flight Rules) INFRAERO - Empresa Brasileira de Infra-Estrutura Aeroportuária IPV - Instituto de Proteção ao Vôo
MAAD - Módulo de Avaliação e Apoio à Decisão
MAPC - Módulo de Acompanhamento e Previsão de Cenário MBF - Módulo de Balanceamento de Fluxo
NM - Milha Náutica (Nautical Mile)
NOTAM - Alerta para Pilotos (Notice to Airmen) PLN - Plano de Vôo
RPL - Plano de Vôo Repetitivo
SISSAR - Sistema de Busca e Salvamento
SISCEAB - Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro
SISCONFLUX - Sistema de Aplicação e Gerenciamento das Medidas de Controle do Fluxo de Tráfego Aéreo
SISDACTA - Sistema de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo SRPV - Serviço Regional de Proteção ao Vôo
SPV - Sistema de Proteção ao Vôo
STMA - Sistema de Telecomunicações do Ministério da Aeronáutica STVD - Sistema de Tratamento e Visualização de Dados
SYNCROMAX - Sistema de Gestão e Fluência de Tráfego Aéreo TMA - Area Terminal de Controle
Resumo
Neste trabalho final de graduação, é estudado o problema do congestio-namento do tráfego no espaço aéreo controlado pelo CINDACTA I. Através deste documento, espera-se a prototipação de um modelo computacional de previsão de cenário que, integrado a um sistema de visualização de dados de aeronaves, fornecerá as informações necessárias para o balanceamento de fluxo a ser feita pelo sistema denominado SISCONFLUX, do qual o mó-dulo aqui proposto faz parte.
O ponto de entrada do SISCONFLUX é exatamente o Módulo de Acom-panhamento e Previsão de Cenário (MAPC). Após receber os dados referen-tes à situação momentânea do espaço aéreo, o MAPC deve armazená-los apropriadamente e modelar um determinado cenário corrente. Uma pro-jeção de cenário futuro baseada nesta situação atual é então efetuada. A projeção de cenário é disponibilizada para o módulo seguinte do SISCON-FLUX, responsável por efetuar o balanceamento de fluxo das aeronaves.
Um dos pontos de destaque do trabalho é a observação detalhada do movimento de cada aeronave a atuar no espaço controlado pelo CINDACTA I, com o objetivo de prever sua posição futura. As informações acerca do movimento da aeronave serão simuladas aqui através de um relatório es-pecífico, com dados reais de vôos já concluídos, que informa o horário exato no qual a aeronave entrou em cada novo setor de controle de tráfego aéreo. Para tal simulação, mostra-se adequado o emprego da cinemática, ou seja, a ciência que estuda o movimento dos corpos.
O protótipo apresentado se utiliza de três sub-módulos para efetuar seu trabalho. O primeiro deles é encarregado de armazenar tabelas com infor-mações úteis para o processamento, como por exemplo os planos de vôo já tratados das aeronaves. Os dois outros módulos são destinados à modela-gem do cenário de tráfego corrente e à evolução do mesmo, respectivamente. Como metodologia de modelagem do MAPC, utiliza-se a linguagem UML para a definição do relacionamento entre os sub-módulos. Os paradigmas de orientação a objeto são aplicados no MAPC, sendo a linguagem Java para a implementação.
Palavras-chave: tráfego aéreo, espaço aéreo, previsão de cenário, cinemática,
Abstract
In this graduation conclusion work, the problem of traffic congestion in the air space controlled by CINDACTA I is studied. Throughout this document, it is expected to provide a computing model to scenario forecast that, integrated with a system of aircrafts’ data viewing, will provide the necessary information to flow balancing to be done by the system named SISCONFLUX, which involves the module proposed here.
The entry point to SISCONFLUX is exactly the Scenario Accompani-ment and Forecast Module (MAPC). After receiving data referring to the momentary situation of the air space, the MAPC module shall store them properly and model a specific current scenario. Thus a scenario forecast can be build based in this current situation. The scenario forecast is provided to the next module in SISCONFLUX, which is responsible to permorm the flux balance of the aircrafts.
One of the distinguished points of this work is the detailed observation of the movement of each aircraft acting in the air space controlled by CIN-DACTA I, aiming to preview its future position. The information about the aircraft’s movement shall be simulated here using a specific report, with real data of flights already concluded, which informs the exact time when the aircraft entered in a new air traffic control sector. To this simulation, it is shown to be appropriate the usage of kinematics, that is, the science which describes the motion of bodies.
The prototype presented uses three sub-modules to perform its work. The first of them is encharged to store tables with utile information to the processing, for example the already treated flight plans of the aircrafts. The other two sub-modules are destined to the current traffic scenario and to its evolution, respectively. As a modeling methodology of MAPC, the UML language to intermodule relationship definition is utilized. The paradigms of object orientation are applied in MAPC, and Java language was chosen to implementation.
Sumário
Lista de Figuras 12 Lista de Tabelas 14 Capítulo 1 Introdução 15 1.1 Motivação . . . 15 1.2 Objetivos . . . 16 1.3 Aspectos metodológicos . . . 17 1.4 Organização do documento . . . 17Capítulo 2 Conceitos e Considerações em Tráfego Aéreo 19 2.1 Conceitos Gerais . . . 19
2.1.1 Utilização do Espaço Aéreo . . . 19
2.1.2 Serviços de Tráfego Aéreo - ATS . . . 20
2.1.3 Gerenciamento de Tráfego Aéreo - ATM . . . 20
2.1.4 Gerenciamento do Fluxo de Tráfego Aéreo . . . 20
2.2 Classificação dos Espaços Aéreos ATS . . . 22
2.3 Fases do Vôo IFR . . . 23
2.4 O Tráfego Aéreo no Brasil . . . 24
2.4.1 Histórico . . . 24
2.4.2 Órgãos competentes . . . 24
2.4.3 Estrutura do Espaço Aéreo Brasileiro . . . 26
2.4.4 Espaços Aéreos não Controlados . . . 27
2.4.5 Espaços Aéreos Controlados . . . 28
2.4.6 Espaços Aéreos Condicionados . . . 29
2.5 Movimentação de Passageiros . . . 29
2.6 Distâncias Mínimas Entre Aeronaves . . . 29
2.6.1 Esteira de Turbulência . . . 30
2.6.2 Separação Radar . . . 31
Capítulo 3 Abordagens relevantes para ATFM 32 Capítulo 4 Planejamento do Vôo 36 4.1 Planos de Vôo . . . 36
4.2 Facultabilidade da apresentação de planos de vôo . . . 37
4.3 Regras para apresentação dos Planos de Vôo . . . 37
4.3.2 Formulário de Plano de Vôo Repetitivo (RPL) . . . 38
4.3.3 Formulário de Notificação de Vôo . . . 40
Capítulo 5 Os Sistemas STVD e SISCONFLUX 41 5.1 Sistema de Tratamento e Visualização de Dados . . . 42
5.1.1 Apresentação do sistema STVD . . . 42
5.2 O Sistema SISCONFLUX . . . 43
5.2.1 Motivação . . . 43
5.2.2 Metodologia do Sistema . . . 44
Capítulo 6 O Módulo de Acompanhamento e Previsão de Cená-rio 48 6.1 Cinemática aplicada ao MAPC . . . 48
6.1.1 Conceitos básicos de cinemática . . . 48
6.1.2 Obtenção do cenário atual . . . 49
6.1.3 Previsão de cenário . . . 50
6.2 Como atuará o MAPC . . . 51
6.3 Arquitetura do MAPC . . . 53
6.4 Metodologia . . . 56
6.4.1 Considerações instantâneas de aeronaves . . . 58
6.4.2 Evolução de aeronaves considerando a linha temporal . 59 6.4.3 Representação Lógica dos Setores . . . 61
6.5 Implementação do MAPC . . . 62
6.5.1 Design Patterns na Interface do MAPC . . . 62
6.5.2 Utilização da interface . . . 64
6.5.3 Modelagem do Cenário Atual . . . 64
6.5.4 Modelagem e Previsão de Cenário . . . 68
Capítulo 7 Experimentos e Resultados das Simulações do MAPC 71 7.1 Ambiente de desenvolvimento . . . 71
7.2 Simulação dos dados obtidos do STVD . . . 71
7.2.1 Dados de entrada do MAPC . . . 72
7.3 Estudos de caso . . . 73
7.3.1 Resultados . . . 74
7.3.2 Previsão estática . . . 75
7.3.3 Previsão dinâmica . . . 78
7.3.4 Previsão estática e dinâmica . . . 83
Capítulo 8 Conclusão 85 8.1 Trabalhos futuros . . . 86
Apêndice A Velocidades médias desenvolvidas 87
Apêndice B Relatório por aeronave 89
Lista de Figuras
2.1 Regiões de Informação de vôo no Brasil . . . 28
2.2 a) Relação entre categoria de pesos de aeronaves com distân-cias mínimas. b) Esquema ilustrativo das separações entre as aeronaves. . . 31
3.1 Sala de controle ATC. Fonte: Atech Tecnologias Críticas . . . . 33
4.1 Exemplo de plano de vôo repetitivo. . . 39
5.1 Interface entre os sistemas STVD, SYNCROMAX e SISCON-FLUX . . . 41
5.2 Arquitetura do sistema SISCONFLUX . . . 46
5.3 Rotina funcional do sistema SISCONFLUX . . . 47
6.1 Região de Informação de Vôo sob jurisdição do CINDACTA I . 52 6.2 Divisa sudeste entre a FIR-BS e a FIR-CW . . . 53
6.3 Arquitetura do Módulo de Acompanhamento e Previsão de Cenário . . . 54
6.4 Representação dos valores de FOM baseados na acurácia da previsão dos momentos de saída de setores da FIR-BS. . . 58
6.5 Representação de um vôo em um grafo dirigido . . . 62
6.6 Classes componentes da interface e do sub-módulo CTG . . . . 64
6.7 Diagrama de classes do sub-módulo MCA . . . 65
6.8 Algoritmo Calcula Tempos Médios de Percorrimento de Se-tores(). . . 66
6.9 Algoritmo Atualiza Distâncias(). . . 67
6.10 Algoritmo Calcula Tempo de Vôo no Setor Atual(). . . 67
6.11 Algoritmo Previsão(). . . 70
7.1 Utilização do espaço aéreo da FIR-BS, com pico atingido às 16:49. . . 75
7.2 Utilização real dos setores da FIR-BS entre os horários 16:20 e 19:55 do dia 01/05/2008, tendo como base as aeronaves es-colhidas. . . 76
7.3 Utilização prevista dos setores da FIR-BS com base nos planos de vôo com execução prevista entre às 15:10 e às 16:53. . . 77 7.4 Utilização prevista dos setores obtida com o modo STATIC_ONLY. 79
7.5 Utilização prevista dos setores obtida com o modo
DYNA-MIC_ONLY com o cenário atual das 16:39h. . . 82
7.6 Ocupação prevista dos setores a partir das 16:39h no modo
STATIC_AND_DYNAMIC. . . 84
7.7 Estimativa de ocupação dos setores a partir do horário de pico. 84 B.1 Exemplo de relatório de status da aeronave no cenário atual
Lista de Tabelas
2.1 Previsão de movimentação dos maiores aeroportos brasileiros
entre os anos de 2006 e 2015. . . 29
6.1 Valores de Figure of Merit . . . 57
6.2 Exemplo de distribuição de aeronaves por setor . . . 58
6.3 Evolução de aeronaves através dos setores navegados . . . 59
6.4 Ocupação dos setores, por quantidade de aeronaves . . . 61
7.1 RPLs selecionados para a simulação do MAPC . . . 73
7.2 Horários previstos e reais de saída da FIR-BS para cada ae-ronave. . . 80
7.3 Horários nos quais ocorreram transferências entre setores. . . 81
7.4 Cenário calculado para a aeronave GLO1901 às 16:21h. . . 81
7.5 Previsão dinâmica de cenário a partir de 16:39h. . . 82
Capítulo 1
Introdução
Este trabalho tem como cerne o problema do congestionamento do tráfego aéreo no espaço controlado pelo CINDACTA I. Através deste documento, espera-se a viabilização de um modelo computacional para o Módulo de Acompanhamento e Previsão de Cenário (doravante denominado MAPC).
Tal operação se baseia na construção de uma expectativa para a confi-guração de cenário de tráfego a ser enfrentada decorrido dado tempo [20]. A partir das informações dos movimentos aéreos em evolução na FIR-BS (região de informação de vôo - Brasilia), recolhidas pelo Sistema de Trata-mento e Visualização de Dados (STVD), já em operação no CINDACTA I, deverá ser possível fornecer as informações necessárias para o balancea-mento de fluxo a ser feito pelo sistema denominado SISCONFLUX, do qual o módulo aqui proposto faz parte [7] [1].
O cenário será definido mediante o processamento das informações das intenções de vôo (ver Capítulo 4) disponibilizados pelo Centro de Geren-ciamento da Navegação Aérea (CGNA). A base de dados para o MAPC é, portanto, composta das informações estáticas obtidas do CGNA, ou seja, os formulários de planos de vôo, bem como das informações a respeito da atual movimentação das aeronaves já em curso na FIR-BS, de forma dinâmica.
Para que este procedimento de processamento seja possível, será neces-sária uma interface entre o SISCONFLUX e o STVD [25], sabendo que o último disponibiliza em detalhes as informações a respeito dos movimentos aéreos em evolução na FIR-BS.
1.1 Motivação
Atualmente, o sistema SYNCROMAX, operante no CINDACTA I, estabe-lece projeções de tráfego baseando-se simplesmente nas informações dos planos de vôo das aeronaves, com uma antecedência de até seis horas.
No entanto, esta previsão não considera a evolução dos vôos que já es-tão impactando o cenário do tráfego, ou seja, os controladores de vôo têm a inteira responsabilidade de estimar uma configuração para as aeronaves em curso e, a partir daí, tomar decisões para balancear o fluxo. Tal balan-ceamento deve ser feito de maneira que um setor do espaço aéreo, sempre
monitorado por pelo menos um controlador, nunca comporte mais de qua-torze aeronaves, conforme regulamentação do DECEA (Departamento de Controle do Espaço Aéreo).
Estes procedimentos geralmente levam a previsões incorretas e à inad-equada - e por vezes crítica - tomada de decisões. Esta é a principal causa dos tão inconvenientes atrasos na maioria dos vôos comerciais, pois não há heurísticas bem definidas a respeito de quanto tempo uma determinada ae-ronave deve esperar para decolar (problema chamado de Ground Holding
Problem), ou quanto deve diminuir ou aumentar sua velocidade de cruzeiro,
enquanto os controladores tentam solucionar os problemas de seus respec-tivos setores.
A proposta deste trabalho é, portanto, prover um modelo computacional, baseado em metodologias de previsão de posicionamento, que sejam ca-pazes de construir um cenário futuro, partindo das informações obtidas nos planos de vôo previamente apresentados e da configuração instantânea do cenário provida pelo STVD.
1.2 Objetivos
O objetivo primário deste trabalho é elaborar uma ferramenta computa-cional que auxilie o controlador em sua tarefa de gerenciamento do fluxo do tráfego aéreo, melhorando, assim, a qualidade dos serviços prestados pelo CINDACTA I, em Brasília.
Para tal, deseja-se obter corretamente as informações a respeito do ce-nário corrente, vindas dos sistemas de monitoramento e controle atual-mente vigentes, e a partir dele prover um cenário futuro do espaço aéreo da FIR-BS (FIR Brasília) e disponibilizar o resultado deste processamento ao restante do sistema que o engloba, para que os demais módulos pos-sam realizar suas operações. Desta forma, a expectativa é que a aplicação de medidas restritivas ao tráfego aéreo seja substancialmente reduzida de-vido à melhoria nos processos de controle e gerenciamento de trafego aéreo que o novo sistema irá prover.
Tendo em vista a especificidade do produto em questão, são também objetivos deste trabalho:
• Compreender o funcionamento do serviço de controle do espaço aéreo no Brasil, bem como das regulamentações vigentes;
• Obter um panorama estatístico do tráfego aéreo no país;
• Apresentar o sistema SISCONFLUX e a descrição do papel do MAPC dentro deste sistema;
• Simular uma interface entre o MAPC e o STVD, de onde os dados relativos ao cenário corrente são obtidos;
• Simular uma interface entre o MAPC e o CGNA, de onde os dados relativos a planos de vôo são obtidos;
• Verificar a adequação da metodologia utilizada para a solução do pro-blema em questão, mediante a análise dos resultados obtidos;
1.3 Aspectos metodológicos
A metodologia escolhida para a modelagem e previsão do cenário aéreo da FIR-BS é a cinemática, que é capaz de tratar a evolução de cada aeronave em particular de forma simplificada e precisa.
1.4 Organização do documento
O Capítulo 2 apresenta algumas noções abrangentes sobre o tráfego aéreo, como os serviços prestados e as diversas fases presentes no vôo de uma aeronave. Os órgãos reguladores e a divisão do espaço aéreo brasileiros são mostrados em detalhes, assim como uma visão geral da utilização da malha aérea no Brasil. Uma Seção sobre os parâmetros de separação entre as aeronaves em cruzeiro encerra o Capítulo.
O Capítulo 3 explicita as dificuldades existentes nos atuais procedimen-tos de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo (ATFM) no CINDACTA I através de um sucinto diagnóstico. Apresenta como embasamento metodo-lógico para o corrente trabalho duas propostas já elaboradas, que foram in-troduzidas à comunidade científica através de duas dissertações de mestrado. É importante que se realize a leitura deste capítulo apenas depois de certo conhecimento prévio sobre os conceitos inerentes ao tráfego aéreo.
O Capítulo 4 mostra os procedimentos para a documentação de intenção de vôo. Explicita as regras para a apresentação do mesmo às autoridades competentes e define os dados presentes no documento.
O Capítulo 5 apresenta dois sistemas: o SISCONFLUX e o STVD. São trazidos os aspectos de alto nível acerca do funcionamento do STVD, e como o mesmo se relaciona com os sistemas operantes atualmente. Define tam-bém sucintamente a arquitetura na qual se espera que o SISCONFLUX seja baseado e apresenta a funcionalidade de cada módulo em particular, sendo que o MAPC é tratado com maior minúcia.
O Capítulo 6 mostra como o MAPC foi implementado. O mecanismo de trabalho de cada sub-módulo é elucidado e quais são os dados de entrada e saída de cada um deles. A metodologia de solução empregada no MAPC, a
cinemática, é apresentada em detalhes, e como ela é de fato implementada.
A simulação do protótipo é descrita no Capítulo 7. São apresentados o ambiente de desenvolvimento e a maneira como a interface com o STVD foi simulada. Os vôos escolhidos para a simulação e as situações de teste utilizadas são descritos detalhadamente. O processamento dos vôos den-tro de um contexto abstrato é posteriormente comparado aos dados reais nos relatórios de cada vôo, e daí são inferidas as conclusões a respeito do trabalho.
Finalmente, o Capítulo 8 consta da apreciação final concernente aos re-sultados obtidos frente aos rere-sultados esperados, juntamente com as pro-posições para trabalhos futuros.
Capítulo 2
Conceitos e Considerações em
Tráfego Aéreo
Antes deste trabalho ser efetivamente iniciado, é importante que alguns conceitos e definições básicas a respeito de tráfego aéreo estejam muito bem compreendidos por parte do leitor. Este Capítulo se encarrega ex-atamente disto, trazendo noções importantes a respeito de como o espaço aéreo é tratado com relação aos princípios técnicos das operações nele efe-tuadas. Portanto, será descrito como ele é utilizado e que tipos de serviços são prestados em sua utilização.
Em seguida, são apresentados os conceitos de ATM (Air Traffic
Manage-ment) e ATFM (Air Traffic Flow ManageManage-ment). Um leitor não familiarizado
com tais conceitos equivocadamente os consideraria iguais, daí a importân-cia destes tópicos. Os espaços para os quais são prestados serviços ATS (Air
Traffic Services) também são colocados em pauta, para que haja uma clara
distinção do escopo de atuação da implementação alvo deste trabalho. Como ponto principal do Capítulo, é apresentado um panorama do trá-fego aéreo no Brasil, com um breve resumo histórico, apresentação das or-ganizações responsáveis pela sadia manutenção da navegação aérea no país e descrição da configuração do espaço aéreo brasileiro. É mostrado tam-bém um sumário da movimentação de passageiros nos principais aeropor-tos do país. Finalmente, uma Seção sobre distanciamento entre aeronaves encerra o Capítulo.
2.1 Conceitos Gerais
2.1.1 Utilização do Espaço Aéreo
Apenas algumas décadas atrás, a utilização do espaço aéreo não apresen-tava as mesmas dificuldades da atualidade, pois as aeronaves eram sobre-modo lentas e os vôos eram realizados apenas durante o dia. O piloto da aeronave não possuía os recursos instrumentais providos na atualidade, ou seja, seu único instrumento de navegação era a visão. Neste período, o espaço aéreo não apresentava problemas como congestionamentos ou
prob-abilidades significativas de colisão, pois o volume de aeronaves em vôo era inexpressivo [5].
Com o aumento da complexidade da malha aérea global, foi necessário o desenvolvimento de novas tecnologias para a manutenção adequada do tráfego aéreo, com vistas a diminuir o número de incidentes e a contornar a falibilidade humana, potencialmente fatal nesta modalidade de transporte. Isto levou ao estabelecimento de diversas regras para a execução de vôos com auxílio instrumental, que são a maioria dos vôos operados atualmente, chamados de IFR flights (instrumented flight rules) [24].
2.1.2 Serviços de Tráfego Aéreo - ATS
Serviços de tráfego aéreo incluem várias modalidades de prestação de ser-viços que auxiliam a navegação das aeronaves [24]. São classificados em:
1. Serviços de Informação de vôo; 2. Serviços de Alerta;
3. Serviços de Auxílio Instrumental à Navegação; 4. Serviços de Controle de Tráfego Aéreo:
• Controle de Área (Setor); • Controle de Aproximação; • Controle de Aeródromo.
2.1.3 Gerenciamento de Tráfego Aéreo - ATM
O Gerenciamento de Tráfego Aéreo tem por objetivo permitir que as aeron-aves cumpram com seus horários previstos de partida e chegada, a partir de planos de vôo bem definidos, tendo garantidas todas as exigências de segurança [27]. Ele é feito através da manutenção de um fluxo ótimo do tráfego aéreo, condicionado à capacidade do ATC (Air Traffic Control) e às limitações impostas pelas autoridades provedoras dos serviços de tráfego aéreo [24].
Os órgãos de controle de tráfego aéreo devem operar com extrema pre-cisão operacional, ou seja, com o menor volume possível de informações empíricas, pois neles está confiada a tarefa de prevenção de incidentes no tráfego aéreo [9]. Tal controle é dividido entre o controle terrestre e o trole aéreo. Neste trabalho, entretanto, somente será considerado o con-trole aéreo.
2.1.4 Gerenciamento do Fluxo de Tráfego Aéreo
O Gerenciamento do Fluxo de Tráfego Aéreo (ATFM) é um dos serviços de tráfego aéreo (ATS), provido com vistas a controlar a fluência da malha
aérea nas regiões para as quais tal serviço é prestado [26]. Espera-se a garantia da execução de um vôo de acordo com o plano de vôo previsto, cumpridos os seus exatos horários de decolagem e aterrissagem. De fato, a fase crítica do vôo se dá quando a aeronave chega a uma terminal [5]. Esta situação introduz algumas complicações no transporte aéreo, pois é necessário garantir que um vôo decole e pouse com segurança em seu des-tino, com o menor atraso possível.
Para que este objetivo seja satisfatoriamente alcançado, algumas
me-didas restritivas devem ser adotadas eventualmente, como, por exemplo,
a já mencionada espera em solo, a diminuição de velocidade por parte da aeronave e, em casos mais extremos, a espera em ar (Airborne Holding
Problem) ou desvios de rotas. Estas situações freqüentemente causam
de-sconfortáveis e caros atrasos, mas são criadas a fim de que o número de congestionamentos seja reduzido e a segurança no vôo seja garantida.
Uma das dificuldades na aplicação de medidas restritivas está em dis-tribuir de maneira justa (de acordo com critérios pré-estabelecidos para ajustes de prioridade de aeronaves) tais restrições de movimentação entre os usuários da malha aérea. Para tal, mecanismos computacionais são de-senvolvidos para dar suporte ao trabalho dos prestadores de serviço e, con-seqüentemente, ao deslocamento seguro e com o menor custo dos usuários (entenda-se por custo o impacto causado por atrasos e por deslocamentos não anteriormente considerados nos planos de vôo). De fato, os atrasos em vôos apresentam um alto custo financeiro em termos de consumo de com-bustível. Portanto, qualquer alteração no traslado de uma aeronave vem acompanhada de um desvio no consumo planejado de combustível e, por conseguinte, no custo financeiro associado.
O serviço ATFM tem como principal objetivo a busca de um fluxo ótimo de tráfego aéreo onde a demanda de tráfego supera a capacidade da infra-estrutura instalada destinada ao controle de tráfego aéreo. Esta tentativa da correta aplicação de medidas restritivas é, portanto, papel do
Gerencia-mento do Fluxo de Tráfego Aéreo [27].
Esta tarefa é executada em três fases de planejamento, de acordo com o período que antecede o vôo [26][4]:
• Planejamento estratégico: é a fase de coordenação das atividades rela-cionadas ao balanceamento entre a demanda e a capacidade. Inicia-se até seis meses antes do vôo e encerra-se na antevéspera.
• Planejamento pré-tático: ocorre na véspera da ocorrência do vôo, com-preendendo as ações da projeção de demanda junto aos órgãos de con-trole.
• Planejamento tático: ocorre no dia da ocorrência do vôo, e as ativi-dades compreendem as medidas de regulação a serem aplicadas em conjunto com o ATC (Air Traffic Control)
2.2 Classificação dos Espaços Aéreos ATS
Os espaços aéreos ATS são aqueles para os quais são providos os servi-ços de tráfego aéreo. Estes espaservi-ços são categorizados de acordo com as modalidades de vôo neles permitidas, ou seja, vôos com ou sem auxílio de instrumentos, para os quais valem, respectivamente, as Regras de Vôo
In-strumental (IFR) e Regras de Vôo Visual (VFR) [24].
A classificação dos espaços aéreos ATS é feita da seguinte maneira [12]: 1. Classe A: Somente são permitidos os vôos IFR; estes vôos estão, em sua totalidade, sujeitos ao serviço de controle de tráfego aéreo (ATC) e são separados entre si em termos de tempo, distância e altitude. 2. Classe B: São permitidos tanto vôos IFR quanto vôos VFR; no entanto,
todos os vôos estão sujeitos ao serviço ATC e são separados entre si. 3. Classe C: São permitidos tanto vôos IFR quanto vôos VFR, e todos são
sujeitos aos serviço ATS; a diferença com relação à Classe B é que os os vôos IFR são separados entre si e dos vôos VFR, enquanto que os vôos VFR são separados apenas dos vôos IFR, e recebem informação de tráfego em relação aos outros vôos VFR, bem como avisos para evitar tráfego quando solicitado pelo piloto.
4. Classe D: São permitidos tanto vôos IFR quanto vôos VFR, e todos são sujeitos aos serviço ATS, sendo que:
• os vôos IFR são separados entre si, recebendo informação de trá-fego inerentes aos vôos VFR;
• os vôos VFR recebem apenas informação de tráfego em relação a todos os outros vôos;
Ambos os vôos recebem aviso para evitar tráfego, quando há solici-tação do piloto.
5. Classe E: São permitidos tanto vôos IFR quanto vôos VFR, mas apenas os vôos IFR estão sujeitos ao serviço ATS e são separados dos demais vôos IFR; todos os vôos recebem informação de tráfego, sempre que possível. Neste espaço aéreo, aeronaves VFR podem voar sem autor-ização prévia e sem notificação, ou seja, sem apresentação prévia de plano de vôo.
6. Classe F: Ambas as modalidades de vôo são permitidas, mas apenas os vôos IFR recebem serviço de assessoramento de tráfego aéreo. Todos os vôos recebem serviço de
informação de vôo, quando solicitado pelo piloto.
7. Classe G: Ambas as modalidades de vôo são permitidas, onde estes recebem somente o serviço de informação de vôo.
Somente os espaços aéreos de classes A, B, C, D e E estão inclusos no escopo deste trabalho, pois são os únicos para os quais são prestados os serviços ATC.
2.3 Fases do Vôo IFR
Desde o planejamento do vôo até à aterrissagem da aeronave, um vôo IFR passa por diversas fases de operação [5] [23]. Algumas delas não são tratadas neste trabalho, mas serão aqui mencionadas para que o leitor se familiarize com os procedimentos efetuados durante o deslocamento da aeronave entre dois aeródromos e entenda como os mesmos são decisivos para o cenário de tráfego aéreo.
• Fase pré-vôo: compreende as fases de planejamento pré-tático e plane-jamento tático, já abordadas neste Capítulo.
• Taxeamento (taxi out): a aeronave recebe autorização para acionar os motores e para manobrar até a cabeceira da pista, onde o piloto aguarda permissão para decolar.
• Decolagem (take off ): a torre de controle do aeródromo autoriza a deco-lagem da aeronave. Ao atingir a altitude de 35 pés1, a aeronave deixa
o controle da torre (TWR) e passa para o controle de aproximação (APP), que guiará a aeronave durante o procedimento de subida den-tro do setor terminal (TMA).
• Ascendência (climbing): a aeronave continua a subir rumo à altitude de cruzeiro prevista no plano de vôo. Ao atingir a altitude especificada em carta de rota (em média 15000 pés), a aeronave sai da TMA e entra na aerovia pretendida.
• Cruzeiro (cruise): a aeronave ajusta sua altitude e velocidade, pas-sando a ser responsabilidade do centro de controle de área (ACC). É exatamente nesta fase do vôo que o MAPC deve atuar nesta etapa inicial do projeto SISCONFLUX.
• Descida inicial (descent): a aeronave reduz gradativamente sua alti-tude até atingir a TMA. Caso a terminal esteja congestionada, é apli-cada uma medida restritiva sobre a aeronave para atrasar a sua en-trada na TMA. As aeronaves sob esta condição entram em uma fila lógica, geralmente voando em círculos e provocando o indesejado pro-blema de espera em rota (airborne holding problem), o que aumenta consideravelmente o custo financeiro do traslado [20].
• Aproximação final (approach and landing): quando chega à terminal destino, o controle volta a ser do APP. A partir deste ponto, a aeronave
diminui o gradiente de descida a fim de chegar na pista de pouso com a velocidade adequada. Para a aterrissagem, a aeronave conta com a aprovação da torre de controle.
• Taxeamento (taxi in): após tocar a pista, a aeronave diminui gradati-vamente a velocidade e manobra rumo ao portão de desembarque. O controle de solo é responsável por conduzir a aeronave pelo pátio sem que isto interfira nos pousos e decolagens, até a parada completa da aeronave.
2.4 O Tráfego Aéreo no Brasil
2.4.1 Histórico
No ano de 1990, o Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SIS-CEAB), conduzido pelo Comando da Aeronáutica através de seu órgão cen-tral, o DECEA (Departamento de Controle do Tráfego Aéreo), foi instituído, visando integrar o Sistema de Proteção ao vôo (SPV), Sistema de Telecomu-nicações do Ministério da Aeronáutica (STMA), Sistema de Busca e Salva-mento (SISSAR) e Sistema de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo (SISDACTA). Os CINDACTAs são elos do SISDACTA que têm a respon-sabilidade de assegurar a confiabilidade e segurança do fluxo do tráfego aéreo nas áreas sob sua jurisdição [7].
2.4.2 Órgãos competentes
A distribuição de deveres e responsabilidades entre as entidades que geren-ciam o espaço aéreo brasileiro são muito claras e concisas, tendo caráter legal [13]:
• Departamento de Controle do Espaço Aéreo - DECEA
O DECEA tem a atribuição de coordenar os serviços de navegação aérea e o Controle do Espaço Aéreo Brasileiro. O órgão tem por mis-são planejar, implantar, integrar, normatizar, coordenar e fiscalizar as atividades de controle do espaço aéreo brasileiro, de telecomunicações aeronáuticas e de informática.
• Serviço Regional de Proteção ao Vôo/CINDACTA
Informar ao CGNA (ver adiante) os eventos sazonais que possam al-terar a demanda de tráfego aéreo que venham a comprometer a circu-lação aérea geral.
• Centro de Gerenciamento da Navegação Aérea
O CGNA conta com todas as Células de Gerenciamento de Fluxo (FMC), usuários, ANAC e INFRAERO para dirigir a operação do sistema de
gerenciamento do tráfego. Para isso, utiliza-se de informações mete-orológicas e informações sobre inoperâncias no sistema de gerencia-mento de tráfego para então executar as seguintes ações, conforme necessário [13]:
1. Implementar programas nacionais de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo;
2. Recomendar e aprovar alternativas de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo quando os procedimentos nacionais não forem ade-quados;
3. Determinar quando a capacidade do SISCEAB será impactada a ponto de demandar a implementação de um procedimento de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo;
4. Emitir ao Centro Geral de NOTAM (CGN) um documento rela-tivo à declaração de aeroportos coordenados e de aeroportos mon-itorados, contendo informações de interesse da navegação aérea, ou seja, aquelas que possam influir direta ou indiretamente na segurança, eficiência e regularidade da navegação aérea. Tal doc-umento é denominado PRENOTAM;
5. Monitorar a efetividade dos procedimentos de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo aplicados no SISCEAB, modificando-os ou cancelando-os quando necessário;
6. Avaliar a propriedade da aplicação dos procedimentos de geren-ciamento de fluxo de tráfego aéreo entre os órgãos de controle, tendo ascendência operacional para arbitrar o procedimento mais adequado;
7. Monitorar e analisar os componentes do SISCEAB e as condições meteorológicas para verificar impactos potenciais;
8. Definir os valores das capacidades praticadas de aeroportos ou de setores ATC em função da disponibilidade de elementos de suas infra-estruturas instaladas por um período de tempo especi-ficado;
9. Alocar os slots ATC2 para os aeroportos coordenados e/ou
moni-torados e divulgar os slots ATC alocados relativos aos aeroportos coordenados para as Salas AIS e TWR (torre de controle) daque-les aeroportos;
10. Controlar o uso dos slots ATC alocados nos aeroportos coordena-dos e monitoracoordena-dos;
11. Divulgar na página oficial na internet a relação dos aeroportos monitorados e dos aeroportos coordenados;
2Intervalo de tempo estabelecido para uma aeronave realizar uma operação de pouso
Em suma, o CGNA deve ser o ponto central para regulação diária das funções de gerenciamento de fluxo de tráfego aéreo.
• Órgãos de Controle de Tráfego Aéreo
Fornecer ao CGNA ou às FMC (Células de Gerenciamento de Fluxo) dados técnicos e/ou operacionais referentes às respectivas áreas de ju-risdição, quando solicitados. As FMC são responsáveis pelo apoio ao Órgão ATC, abastecendo-o, com antecedência de 12 horas, com as in-formações da análise de demanda. Elas coordenam inclusive as apli-cações das medidas táticas de gerenciamento de fluxo.
• Órgãos de Meteorologia
Fornecer ao CGNA ou às FMC dados de previsão e/ou de observação dos fenômenos meteorológicos referentes às respectivas áreas de ju-risdição, quando solicitados.
• Salas de Serviço de Informação Aeronáutica
Ao receber um Plano de Vôo (PLN) envolvendo um aeroporto coorde-nado, verificar a existência do código referente ao slot ATC alocado. Caso não exista o código, o procedimento previsto para slot ATC de oportunidade deverá ser seguido.
2.4.3 Estrutura do Espaço Aéreo Brasileiro
O espaço aéreo brasileiro é dividido em duas grandes categorias, distintas por meio dos níveis de vôo nele definidos [12]: superior e inferior. As limi-tações espaciais são fornecidas a seguir, bem como as limilimi-tações das rotas a eles pertencentes:
2.4.3.1 Espaço aéreo superior
• limite vertical superior: ilimitado;
• limite vertical inferior: estritamente superior a FL 245 (24500 pés); • limites laterais: indicados nas ERC (cartas de rota);
As aerovias dos espaços aéreos superiores levam o mesmo nome e pos-suem as mesmas limitações verticais da categoria deste espaço, com lim-itações também em dimensionamento horizontal. No caso das aerovias superiores, esses limites laterais são de 80 km (ou 43 NM) de largura, estreitando-se a partir de 400 km (216 NM), antes de um auxílio à nave-gação, atingindo sobre este a largura de 40 km (21,5 NM). No entanto, as aerovias superiores entre dois auxílios à navegação, distantes entre si até 200 km (108 NM), terão a largura reduzida a 40 km (21,5 NM) em toda a sua extensão [12].
2.4.3.2 Espaço aéreo inferior
• limite vertical superior: FL 245, inclusive; • limite vertical inferior: solo ou água; • limites laterais: indicados nas ERC;
As aerovias inferiores possuem o mesmo limite superior de 24500 pés, mas o limite inferior é de 500 pés (ou 150 metros) abaixo do mínimo nível de vôo indicado nas cartas náuticas. Os limites laterais são de 30 km (16 NM) de largura, estreitando-se a partir de 100 km (54 NM) antes de um auxílio à navegação, onde a largura é reconfigurada para 15 km (8 NM) [12].
Com relação à categoria de controle, o espaço aéreo pode ser classificado como espaço não controlado, espaço controlado e espaço condicionado [27].
2.4.4 Espaços Aéreos não Controlados
São as Regiões de Informação de vôo (FIRs), destinadas à prestação dos ser-viços de informação de vôo e serviço de alerta. Uma FIR possui o seguinte dimensionamento [12]:
• limite vertical superior: ilimitado; • limite vertical inferior: solo ou água; • limites laterais: indicados nas ERC;
Atualmente, o espaço aéreo brasileiro é dividido em quatro FIRs, cada uma delas sob responsabilidade de um CINDACTA:
• FIR Brasília (FIR-BS), de responsabilidade do CINDACTA I, com-preendendo as regiões Sudeste, Centroeste e a costa sudeste brasileira; esta FIR comporta cerca de 50% do tráfego aéreo do Brasil;
• FIR Curitiba, de responsabilidade do CINDACTA II, compreendendo a região Sul, parte de São Paulo, Mato Grosso do Sul e a costa sul brasileira;
• FIR Recife, de responsabilidade do CINDACTA III, compreendendo a região Nordeste. O CINDACTA III também é responsável pela FIR Atlântico, que é a área oceânica entre Brasil, África e Europa;
• FIR Amazônia, de responsabilidade do CINDACTA IV (Manaus), com-preendendo a região amazônica;
A Figura 2.1 mostra a disposição das referidas regiões que, juntas, so-mam 22.000.000 quilômetros quadrados, incluída a FIR Atlântico [18].
Figura 2.1: Regiões de Informação de vôo no Brasil
2.4.5 Espaços Aéreos Controlados
São espaços aéreos com dimensões bem definidas, destinados à prestação do serviço de controle do tráfego aéreo. Estes espaços são classificados em:
1. Áreas Superiores de Controle (UTA) - aerovias superiores e outras partes do espaço aéreo superior definidas nas cartas de rota.
2. Áreas de Controle (CTA) - aerovias inferiores e outras partes do espaço aéreo inferior definidas nas cartas de rota.
3. Áreas de Controle Terminal (TMA) - áreas situadas na confluência de rotas ATS e nas imediações de aeródromos.
4. Zonas de Controle (CTR) - áreas nas quais estão definidas trajetórias de decolagem e pouso de vôos repetitivos (RPL).
5. Zonas de Tráfego de Aeródromos (ATZ) - espaço onde as aeronaves evoluem sob condições visuais, ou seja, durante o pouso, decolagem ou manobras em solo.
2.4.6 Espaços Aéreos Condicionados
São espaços onde a aeronave deve obedecer a restrições devido a riscos à navegação aérea. Há três categorias de espaços aéreos condicionados, de dimensões bem definidas:
1. Área Perigosa: existem riscos potenciais ou reais para a navegação. Geralmente, estes riscos são de natureza física, como montanhas ou condições meteorológicas adversas.
2. Área proibida: espaços aéreos nos quais o vôo é proibido.
3. Área restrita: o vôo é permitido apenas sob determinadas condições.
2.5 Movimentação de Passageiros
Como já mencionado, o escopo deste trabalho é a FIR-BS, região respon-sável por cerca de cinqüenta por cento do tráfego aéreo nacional, com de-manda sempre crescente. Mais especificamente, tal dede-manda apresenta uma média de crescimento anual de 5% desde o início da década de 90 [10]. Uma breve análise dos dez mais movimentados aeroportos do país (em vol-ume de passageiros - pax), sendo seis deles situados na FIR-BS, pode for-necer um quadro do que está para acontecer nos próximos anos, conforme a Tabela 2.13:
Aeroporto IATA ICAO Pax-2006 Pax-2010 Pax-2015 Congonhas (SP) CGH SBSP 18.459.191 22.292.482 30.351.426 Guarulhos (SP) GRU SBGR 15.759.181 22.334.707 30.784.445 Brasília-JK (DF) BSB SBBR 9.699.911 14.881.869 20.452.428 Galeão (RJ) GIG SBGL 8.856.527 13.946.990 19.581.527 Salvador-LEM (BA) SSA SBSV 5.425.747 3.485.338 4.991.407 Guararapes (PE) REC SBRF 3.953.845 4.809.630 6.953.267 Salgado Filho (RS) POA SBPA 3.846.508 4.858.200 6.840.420 Confins (MG) CNF SBCF 3.727.501 3.066.576 4.153.227 Santos Dumont (RJ) SDU SBRJ 3.553.177 4.715.662 6.529.806 Afonso Pena (PR) CWB SBCT 3.532.879 4.522.444 6.294.129 Tabela 2.1: Previsão de movimentação dos maiores aeroportos brasileiros entre os anos de 2006 e 2015.
Todos os aeroportos se situam nas capitais de seus respectivos estados.
2.6 Distâncias Mínimas Entre Aeronaves
A distância entre as aeronaves, tanto em vôo quanto em solo, é um fator crítico de segurança, pois esta distância deve garantir que as manobras
feitas pelas aeronaves não ponham em risco a si próprias, bem como seus tripulantes, nem a terceiros, como edifícios ou outras aeronaves.
A segurança é sem dúvida o aspecto mais importante a ser considerado, porém não é o único. Deve-se levar também em consideração aspectos como o aproveitamento máximo do espaço disponível, esteira de turbulência (ver Seção 2.6.1), situações de emergência, estado do sistema de radares, fase do vôo entre outros. Todos estes fatores em conjunto definem os valores que devem ser adotados para a distância mínima entre as aeronaves.
Os fatores para aplicação da separação apropriada entre aeronaves são relativos a dois momentos críticos de um vôo, que são:
• durante o seqüenciamento de aproximação;
• nas saídas e chegadas nos aeródromos controlados;
As distâncias mínimas adotadas visam sempre agilizar o fluxo de trá-fego e garantir a segurança. Alguns conceitos técnicos importantes para a completa compreensão que devem ser ressaltados são:
• A Separação Radar é a separação utilizada quando a informação de posição da aeronave é obtida utilizando um sistema de radar;
• O Seqüenciamento de Pouso é a ordem na qual as aeronaves são posi-cionadas para o pouso; e
• O Seqüenciamento de Aproximação é a ordem na qual duas ou mais aeronaves são posicionadas na aproximação para o aeródromo dentro de uma TMA, CTR ou próximo destas.
2.6.1 Esteira de Turbulência
A esteira de turbulência provocada pelas aeronaves de médio e grande porte sempre foi um assunto conhecido da maioria dos aviadores, e nada mais é do que um conjunto de vórtices gerados nas pontas das asas. Estes vórtices se intensificam com o aumento do arrasto induzido da aeronave [6].
Devem ser considerados os mínimos de separação em relação à esteira de turbulência, previstos em função da categoria das aeronaves, quando for aplicada a Separação Radar. Aplica-se o valor de separação mínima que for maior.
A esteira de turbulência tem maior ou menor intensidade observando-se três fatores principais que são:
• O peso da aeronave, • velocidade
• configuração.
Levando em consideração todos estes fatores, as aeronaves são classifi-cadas em categorias. Para cada categoria uma distância mínima é especifi-cada de acordo com a Figura 2.24[6].
Figura 2.2: a) Relação entre categoria de pesos de aeronaves com distâncias mínimas. b) Esquema ilustrativo das separações entre as aeronaves.
2.6.2 Separação Radar
As distâncias mínimas de separação radar, estabelecidas em função das características técnicas e operacionais do equipamento radar e da estru-tura do espaço aéreo, normalmente não são inferiores a 5NM (cinco milhas náuticas). Em TMA ou CTR, poderá ser utilizada uma separação radar mí-nima com valor compreendido entre 3NM e 5NM se atendidas as seguintes condições:
• As aeronaves envolvidas estejam a menos de 40 NM da antena radar; • As informações de posição da aeronave sejam oriundas de fonte de
radar primário;
• As informações radar sejam de uma única antena, não devendo ser utilizadas com sistema múltiplos radares;
• Os controladores de tráfego aéreo e os pilotos estejam familiarizados com este procedimento.
Capítulo 3
Abordagens relevantes para
ATFM
Em sistemas de vigilância, é feito o acompanhamento das mudanças de posição das aeronaves. Isto é possível através de monitoramento radar ou por meio de controle procedural, ou seja, por meio de contato direto entre o controlador de vôo e o comandante da aeronave. Este acompanhamento é a base do mecanismo pelo qual a posição futura das aeronaves é esti-mada [22]. No específico escopo do controle do espaço aéreo brasileiro, o principal sistema destinado para tal é o SYNCROMAX. A partir das In-tenções de Vôo constantes na base de dados do Sistema de Tratamento e Visualização de Dados, previsões de cenário são feitas com uma antecedên-cia de até seis horas, a partir das quais são elaborados relatórios de es-timativa de ocupação dos setores da FIR-BS. O termo Intenções de Vôo é utilizado devido ao fato de não haver qualquer garantia de que o plano de vôo entrará em operação, cabendo ao controle de tráfego aéreo confirmar ou não a sua execução. Em verdade, setenta por cento dos vôos realizados no país apresentam esta característica [27]. Situações onde a capacidade do setor é extrapolada são remediadas ou atenuadas com o atraso planejado da decolagem da aeronave [2].
Cada setor do espaço aéreo do CINDACTA I é controlado por uma posição operacional, composta por um operador e um assistente. Um supervisor deve sempre estar presente quando uma região é controlada por duas ou mais posições operacionais. É este supervisor que aprova ou não as medi-das restritivas sugerimedi-das pelos controladores [4]. Atualmente, a Região de Informação de Vôo Brasília (FIR-BS) está subdividida em doze setores de controle, agrupados em três regiões: Região Brasília, Região Rio de Janeiro e Região São Paulo. Seis terminais de controle (TMAs) se situam na FIR-BS: Anápolis, Belo Horizonte, Brasília, Cuiabá, São Paulo e Vitória. A TMA Rio de Janeiro também pertencia à FIR-BS, mas no dia doze de março de 2008, a TMA-RJ e dois setores de controle, S13 e S14, foram transferidos para a jurisdição do CINDACTA II, na FIR Curitiba (FIR-CW). Isto ocorreu a fim de reduzir a sobrecarga de trabalho da FIR-BS.
Figura 3.1: Sala de controle ATC. Fonte: Atech Tecnologias Críticas • controle do tempo que uma aeronave leva para sobrevoar um dado
ponto ou região geográfica;
• determinação da separação mínima entre duas aeronaves voando na mesma direção;
• contabilização dos atrasos em solo, que são a discrepância entre o horário previsto para a decolagem da aeronave e o horário em que a mesma efetivamente decolou.
O problema com o atual mecanismo de estimação de utilização da malha aérea é a ineficiência na previsão de cenário baseada no cenário atual, ou seja, na evolução da situação enfrentada no momento corrente. Sabendo que a responsabilidade desta previsão cabe exclusivamente ao controlador, tem-se que a previsão é ineficaz em grande parte dos casos, afetando, por conseguinte, a adequação das medidas restritivas aplicadas às aeronaves que impactam o cenário, estejam elas em rota ou em solo.
Diversas propostas para a otimização da malha aérea e do tráfego aéreo já foram apresentadas à comunidade científica. Naturalmente, cada es-tratégia tem fundamentação teórica suficiente para a crença em sua viabil-idade, mas, à medida que novas técnicas e limitações são descobertas, surge a necessidade da renovação destas abordagens.
O desafio do nosso trabalho é fazer uma boa previsão de um cenário futuro num curto tempo de resposta considerando fatores críticos como:
• determinação dos horários-chave inerentes ao vôo: estipulam o horário exato no qual um dado evento deve ocorrer, como decolagem, aterris-sagem e transferência de setor de controle. Sabendo que podem ocor-rer atrasos na decolagem e que a velocidade da aeronave pode variar durante o vôo, estes horários devem ser presumidos para o próximo evento agendado.
• obtenção da velocidade da aeronave: a informação é obtida direta-mente de uma base de dados específica, descrita no Capítulo 5.1.
• previsão de posição futura de aeronave: para a verificação de situ-ações futuras de congestionamento, deve-se saber quantas aeronaves ocuparão um dado setor e em que momento. Logo, é necessário obter alguma noção acerca do deslocamento futuro da aeronave.
Duas abordagens muito relevantes que levam em consideração os pontos enfatizados anteriormente, e outros específicos, e que merecem destaque a seguir:
1. Trajectory Synthesis
Para a previsão de cenário de tráfego no espaço aéreo, Mauricio Navar-rete [22] propõe um modelo de previsão da posição futura de aeronaves a ser utilizado em tais sistemas de vigilância. O modelo consiste na construção de uma trajetória (trajectory synthesis) para a aeronave, baseando-se em três fundamentais fontes de dados: plano de vôo, da-dos de desempenho da aeronave e condições do espaço aéreo. Em seu plano de vôo, a rota da aeronave provê uma seqüência de pontos de no-tificação pelos quais a mesma deverá passar, chamados de fixos, bem como a velocidade que a aeronave deve desenvolver em cada desloca-mento entre dois destes pontos. Então, a partir desta seqüência de deslocamentos, presume-se o tempo consumido para o traslado e, por-tanto, o horário de chegada ao próximo fixo. Cada vez que um fixo é atingido, o conjunto de fixos é recalculado e, então, o ciclo de pre-visões recomeça. Com isso, é feita a extrapolação da posição atual da aeronave utilizando-se regressão linear para obter uma reta, que é a trajetória da aeronave no plano.
2. Sistema de Simulação Acelerado
Alexandre Gonzaga, em [27], apresenta uma abordagem mais semel-hante com a proposta neste trabalho. Seu sistema, denominado Sis-tema de Simulação Acelerado para Análise de Fluxo de Tráfego Aéreo, busca representar o movimento das aeronaves através da cinemática. Os parâmetros das aeronaves podem assumir duas categorias de val-ores: a primeira representa o estado atual do parâmetro, recuperado diretamente da base de informações das aeronaves, e a segunda rep-resenta o estado final desejado para o parâmetro em particular. Este valor é alterado de maneira incremental durante a evolução tempo-ral do modelo. Os parâmetros relativos à movimentação da aeronave (como velocidade, altitude e aceleração, entre outros) são calculados via análise cinemática, sendo após isto confrontados com os valores da tabela de performance existente para cada aeronave.
Os dados necessários para estes cálculos são disponibilizados no plano de vôo da aeronave e pelo Sistema de Tratamento Radar, apresentado no Capítulo 5.1, tornando viáveis as abordagens propostas. Nosso trabalho
evolui no sentido de conectar os pontos fortes de tais abordagens, trazendo-as para o contexto do SISCONFLUX.
Capítulo 4
Planejamento do Vôo
Este Capítulo trata do planejamento do vôo, ou seja, como os prestadores de serviços ATS inserem um determinado vôo em sua agenda de tarefas.
Para cada aeronave que parte de um aeródromo e entra em um espaço aéreo para o qual são prestados serviços ATS (Air Traffic Services), exis-tem parâmetros procedimentais estabelecidos pelo Comando da Aeronáu-tica que estabelecem uma documentação descritiva da intenção de execução de vôo por parte desta aeronave.
A apresentação do plano de vôo é, na maioria dos casos, obrigatória. Como não há sempre esta obrigação, uma Seção do Capítulo se destina à elucidação da facultabilidade na entrega dos planos de vôo, dadas deter-minadas situações. No entanto, para que os mesmos sejam apresentados, existem certas regulamentações e formulários específicos para cada modal-idade de vôo.
4.1 Planos de Vôo
Um Plano de Vôo é o documento que contém informações relacionadas ao vôo planejado de uma aeronave ou com parte do mesmo que são fornecidas aos órgãos prestadores de serviços de tráfego aéreo [8].
Existem três tipos de Plano de Vôo: • Plano de Vôo Completo;
• Notificação de Vôo (Plano de Vôo Simplificado); • Plano de Vôo Repetitivo (RPL).
Estes são respectivamente apresentados pelos documentos IEPV 100-20, IEPV 100-7 e IEPV 100-21, do Instituto de Proteção ao Vôo. Salvo exceções específicas, os planos de vôo poderão ser apresentados por meio de telefone, fac-símile ou telex, radiotelefonia, ou rede de computadores.
Ao decolar de um aeródromo desprovido de órgão do serviço de tráfego aéreo, a aeronave deve apresentar, durante o vôo, um plano denominado AFIL. O AFIL deve ser apresentado até o momento em que haja certeza de
que o órgão ATS adequado possa recebê-lo, pelo menos, dez minutos antes da hora em que a aeronave estime chegar ao ponto previsto de entrada em uma CTA (Control Transfer Area) ou em uma área de assessoramento de tráfego aéreo. Os itens que devem ser fornecidos ao órgão ATS no caso do AFIL são quase idênticos aos previstos para o formulário IEPV 100-20 [8].
4.2 Facultabilidade da apresentação de planos
de vôo
Usualmente, a apresentação do plano de vôo é obrigatória. Mais especifica-mente, exige-se a apresentação sempre:
• antes da realização de um vôo IFR;
• antes da partida de aeródromo provido de órgão ATS;
• após a partida de localidade desprovida de órgão ATS, se a aeronave dispuser de equipamento capaz de estabelecer comunicação com órgão ATS;
• quando há pretensão de vôo através de fronteiras internacionais. No entanto, alguns casos dispensam a apresentação do plano de vôo: • O vôo de aeronave em missão de resgate salvamento (SAR);
• Vôo VFR (Visual Flight Rules), cuja decolagem seja realizada de aeró-dromo desprovido de órgão ATS, até que haja possibilidade de estab-elecer comunicação com um órgão ATS para apresentação do AFIL; • O vôo VFR de aeronave que não disponha de equipamento de rádio,
desde que a decolagem seja realizada de aeródromo desprovido de órgão ATS e a aeronave não cruze fronteiras internacionais.
4.3 Regras para apresentação dos Planos de
Vôo
Todos os planos de vôo devem ser apresentados para cadastramento, reg-ularização e processamento de suas informações pelos órgãos responsáveis pelo ATS. A seguir, seguem as regras específicas de apresentação de cada tipo de formulário de plano de vôo:
4.3.1 Formulário de Vôo Completo
Deve ser utilizado o IEPV 100-20. A apresentação do plano de vôo deve ser realizada pessoalmente na Sala AIS (Aeronautical Information Service) do local de partida ou, na inexistência desta, no órgão ATS local. Os planos de vôo IFR (ou com trechos IFR) podem ser apresentados em qualquer Sala AIS de aeródromo, não necessariamente naquela do aeródromo de partida. A apresentação do plano de vôo pode ser realizada por telefone, fax ou telex, contatando a Sala AIS credenciada.
O plano de vôo completo deve ser apresentado com antecedência mí-nima de quarenta e cinco minutos antes da EOBT (Estimated Off Block
Time), ou seja, do horário UTC (Universal Time Coordinate). A hora
ofi-cial de Brasília é dada pelo horário UTC, descontadas três horas (ou duas, no horário brasileiro de verão). Cancelamentos, modificações e atrasos rel-ativos a um plano de vôo apresentado devem ser notificados em qualquer sala AIS de aeródromo, não necessariamente a do aeródromo de partida, até trinta e cinco minutos além da EOBT.
4.3.2 Formulário de Plano de Vôo Repetitivo (RPL)
O RPL é o plano de vôo relativo a uma série de vôos regulares, com base em Horário de Transporte, que se realiza, freqüentemente, com idênticas características básicas, apresentado pelo explorador para retenção e uso repetitivo pelos órgãos ATS. Os RPL somente serão utilizados para vôos regulares que se realizem ao menos uma vez por semana, perfazendo um total mínimo de dez vôos e quando houver previsão para uma utilização mí-nima de dois meses. Somente aos vôos IFR aplicam-se os RPL. Considera-se requisito básico de utilização que os dados dos RPL tenham um alto grau de estabilidade, de modo que as mudanças que porventura ocorram possam ser facilmente executadas.O RPL deve ser apresentado, alternativamente, à Central de Planos de Vôo Repetitivos (CPVR):
• por meio de formulário eletrônico, utilizando a Internet; • por meio de remessa via FAX;
• pessoalmente por meio de formulário impresso (IEPV 100-21).
As empresas deverão apresentar à CPVR as correspondentes propostas de RPL, com antecedência mínima de dez dias do início de cada período. Os RPL serão então processados pela CPVR, que distribuirá as correspon-dentes listagens eletrônicas, ou impressas aos ACC envolvidos, para depois emitir um relatório de erros para as empresas usuárias do sistema.
As propostas de RPL, após processadas e aceitas pela CPVR, serão in-cluídas em uma listagem, atualizada três vezes ao mês, para remessa aos órgãos envolvidos, com os seguintes períodos de vigência:
• do décimo primeiro ao vigésimo dia do mês; • do vigésimo primeiro ao último dia de cada mês.
No entanto, podem haver certas alterações nos RPL. Neste tipo de ocor-rência, devem ser executados procedimentos bem definidos:
• Quando, devido a circunstâncias excepcionais, houver necessidade de um ACC suspender temporariamente o uso da série de RPL em sua área de responsabilidade, o referido órgão deverá informar, imediata-mente, às empresas aéreas pertinentes e aos órgãos ATC envolvidos. • Quando, por qualquer motivo, um determinado vôo da série de RPL for
cancelado e substituído por um plano de vôo completo, uma Mensagem de Cancelamento de Plano de Vôo (CNL), com prioridade DD, deverá ser encaminhada ao ACC responsável pelo início do vôo, seguida de transmissão da Mensagem de Plano de Vôo Apresentado (FPL), pelo órgão ATS do local onde se verificou a substituição.
Um exemplo de RPL pode ser visto na Figura 4.11.
Figura 4.1: Exemplo de plano de vôo repetitivo.
Este exemplo mostra os dados do vôo 3823 da companhia aérea TAM, válido para execução a partir do dia 11 de novembro de 2007, com validade indefinida. Os números 1234507 indicam que o vôo ocorre diariamente, exceto aos sábados. Além da rota a ser seguida e de outras observações inerentes ao vôo, e.g. equipamentos de segurança a bordo, tem-se:
• aeródromo de origem: SBBR (BSB - DF); • aeródromo de destino: SBGL (GIG - RJ); • horário de partida: 16:25h;
• duração prevista de vôo: 1:15h;
• modelo da aeronave: Airbus A320; • velocidade média de cruzeiro: 440 nós; • nível de vôo: FL 370 (37000 pés).
4.3.3 Formulário de Notificação de Vôo
A Notificação de Vôo aplica-se ao vôo VFR realizado inteiramente em Zona de Tráfego de Aeródromo (ATZ), Zona de Controle (CTR), Área de Controle Terminal (TMA) ou, na inexistência desses espaços aéreos, em um raio de 50 Km (27 milhas náuticas) do aeródromo de partida.
Deve ser utilizado o IEPV 100-7 e apresentado da seguinte forma: • pessoalmente, à Sala AIS do local de partida ou, na inexistência desta,
ao órgão ATS local;
• por telefone, fax ou telex à Sala AIS credenciado;
• por radiotelefonia ao órgão ATS do local de partida, se não houver proibição para o aeródromo em causa.
Não será exigida antecedência se a apresentação da Notificação de Vôo (NTV) for realizada por radiotelefonia diretamente ao órgão ATS. Porém, caso a NTV seja apresentada à Sala AIS, a antecedência mínima será de dez minutos antes da EOBT.
Capítulo 5
Os Sistemas STVD e
SISCONFLUX
Neste Capítulo, serão apresentados dois sistemas de fundamental importân-cia para o presente trabalho. O primeiro deles é o Sistema de Tratamento e Visualização de Dados (STVD), responsável por apresentar ao controle de tráfego aéreo a situação atual da malha aeroviária, e o segundo, já proposto em [7] mas ainda não implementado, destina-se ao controle de fluxo de tráfego aéreo, sendo este denominado SISCONFLUX. A importância desta proposta é elucidada e, em seguida, a modelagem estrutural do sistema é fornecida de maneira abrangente. A Figura 5.1 apresenta a maneira como estes sistemas devem se relacionar.
Figura 5.1: Interface entre os sistemas STVD, SYNCROMAX e SISCON-FLUX
grandes detalhes a respeito da implementação ou metodologia dos módu-los em particular. O Sistema de Tratamento e Visualização de Dados será descrito também, para que a origem dos dados de entrada do sistema SIS-CONFLUX seja bem conhecida pelo leitor: os dados oriundos dos radares são codificados em informação digital e então podem ser tratados por um sistema computacional que os reconheça, que é o Servidor de Tratamento Radar (STR). Os planos de vôo são igualmente disponibilizados por um servidor, através do sistema SYNCROMAX: o Servidor de Tratamento de Planos de Vôo (STP)1.
5.1 Sistema de Tratamento e Visualização de
Dados
O gerenciamento do tráfego aéreo deve ser feito de modo a organizar a malha aérea local. Para tal, são necessários mecanismos de comunicação entre os agentes do cenário (isto é, as aeronaves) e as centrais de controle. Um sistema próprio para a identificação de aeronaves em curso, bem como das que vão posteriormente entrar no espaço aéreo, opera no CINDACTA I. Esta Seção é responsável por apresentar este sistema.
5.1.1 Apresentação do sistema STVD
O Sistema de Tratamento e Visualização de Dados (STVD), formalmente denominado x-4000, é um ferramental automatizado dedicado a auxiliar o gerenciamento e controle do espaço aéreo brasileiro, tanto nos vôo civis quanto nas operações aéreas militares [15].
Isto é possível através da integração de dois sistemas: o do Centro de Operações Militares (STVD - CopM1) e o do Centro de Controle de Área da FIR-BS (STVD - ACC-BS), utilizando-se dos meios de telecomunicações, do sistema de energia, do sistema de climatização e dos sensores radar. Algumas das funcionalidades providas pelo STVD são as seguintes:
• tratamento das informações e imagens obtidas pelos radares da FIR-BS;
• gerenciamento das informações relativas aos planos de vôo, elabora-dos sempre quando da ocorrência de uma movimentação aeronáutica; • supervisão dos postos operacionais do ACC-BS e do COpM1;
• armazenamento das informações obtidas por meio de radar e dos planos de vôo, para que seja possível nova análise posterior, se necessária;
1O capitulo 7.2.1 mostra como o funcionamento do STVD foi simulado em nosso
