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ESPAÇO AÉREO BRASILEIRO - ANÁLISE DA CARGA DE TRABALHO DOS CONTROLADORES DE TRÁFEGO AÉREO POR MEIO DE SIMULAÇÃO “FAST
TIME” - ESTUDO DE CASO NA TERMINAL RECIFE.
Marcus Luiz Pogianelo Carlos Müller
Instituto Tecnológico de Aeronáutica RESUMO
O presente trabalho se propôs a analisar por meio de simulação fast time, a carga de trabalhos dos controladores de tráfego aéreo brasileiros nos diversos cenários de uma Área de Controle Terminal. Convencionais procedimentos foram comparados com novos baseados em navegação por satélites. A ferramenta computacional utilizada para tal foi o software RAMS PLUS. Um estudo de caso foi desenvolvido utilizando a área de controle terminal Recife (TMA-RF). A carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo foi mediada nos atuais cenários e nos procedimentos propostos, os resultados permitiram uma comparação da carga de trabalho em cada procedimento executado.
ABSTRACT
This paper analyses the workload of Brazilian air traffic controllers using fast time simulation and specific scenarios of a Terminal Control Area. Conventional procedures were compared to new ones based on satellite supported navigation. RAMS PLUS was used as the simulation tool. A case study was developed using Recife Terminal Control Area (TMA-RF). Air traffic controller workload was measured for current and new proposed procedures and the results allowed a comparison of the workload due to each procedure.
6. INTRODUÇÃO
A aviação no mundo evoluiu muito nos últimos anos em termos tecnológicos, aeronaves cada vez maiores, mais pesadas e velozes cruzam os continentes. A prestação do serviço de controle de tráfego aéreo vem se desenvolvendo visando à promoção de uma atividade segura, ordenada e com a máxima fluidez.
Desde os primórdios do controle não-radar até o emprego de técnicas que utilizam a navegação por satélite, muitas fases foram consolidadas no controle de tráfego aéreo. Porém, o gerenciamento e a aplicação de novas tecnologias no espaço aéreo devem ser feitos com embasamento científico, procurando minimizar a possibilidade de falhas no Sistema. Além da segurança, que é o pilar principal que norteia a atividade de controle de tráfego aéreo, a busca por rotas e procedimentos que tragam a redução de custos para os usuários deve ser uma meta constante.
Apesar da introdução de equipamentos com modernas tecnologias e novas Regras de procedimentos de tráfego aéreo, a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo ainda será um limitante na capacidade do espaço aéreo (Majumdar & Polak, 2001).
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Neste contexto, a simulação fast time aplicada ao gerenciamento de tráfego aéreo e orientada para análises das principais restrições na busca de alternativas é de fundamental importância. Assim, todo o espaço aéreo, processos e procedimentos devem ser devidamente mapeados, relacionados, planejados, simulados e testados antecipadamente pelos gestores. Desta forma, a garantia da segurança dos usuários e a promoção de uma melhor utilização do espaço aéreo e da infra-estrutura dos aeroportos poderão ser alcançadas.
Este trabalho visa analisar o gerenciamento estratégico nos controles de tráfego aéreo com fundamentação na “administração moderna” pautada na gestão dos recursos humanos. Assim, será analisado nessa pesquisa a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo. Estes que atualmente, devido problemas na gestão administrativa, são indicados como a principal restrição da capacidade de controle dos órgãos de tráfego e conseqüentemente também são apontados como sendo os limitantes da capacidade do espaço aéreo.
Para auxiliar na tomada de decisão será usada a ferramenta de simulação em tempo acelerado RAMS PLUS, que tem sido ao longo dos anos amplamente utilizada em estudos do
EUROCONTROL e também nos EUA (Labancová, 2004). Além disso, essa ferramenta já é
validade e verificada por controladores de vôo, sendo comprovadamente eficiente na medição da carga de trabalho e considerada um dos melhores apoios para análise do lado aéreo dos aeroportos. Desta forma, este trabalho busca contribuir a respeito da proposição e utilização da ferramenta de simulação “fast time” RAMS PLUS, para avaliação operacional do espaço aéreo e análise da carga de trabalho dos controladores de vôo com aplicação ao caso prático brasileiro na área de Controle Terminal Recife.
7. REVISÃO DE LITERATURA
Modelagem é uma abstração da realidade, uma representação adaptada de acordo com o problema a ser analisado. Os primeiros modelos de simulação de fluxo de aeronaves na área de movimento e espaço aéreo terminal de aeroportos foram desenvolvidos nos Estados Unidos no final dos anos 60, pela FAA - Federal Aviation Administration, com o objetivo de investigar os problemas associados a congestionamentos e atrasos nos aeroportos em decorrência do aumento da demanda pelo transporte aéreo, (Pereira, B. D. et al. 2001).
Ao longo dos anos, a simulação tem se firmado cada vez mais como alternativa principal dos pesquisadores em terminais de passageiros e organizações aeroportuárias, em virtude de sua confiabilidade, eficiência e capacidade de descrever situações no nível de detalhamento requerido pelas análises, (McCabe, 1975).
As principais aplicações das ferramentas de simulação nos aeroportos tem sido: em construção de novos sítios aeroportuários, ampliação dos aeroportos e da capacidade aeroportuária, impacto de ruído e condições climáticas, áreas de degelo, projetos de setorizações nas terminais, avaliação da carga de trabalho dos controladores, impacto nas mudanças da regra de tráfego aéreo (separações), calculo de atrasos, avaliações nos índices de segurança, calculo de consumo de combustível, estudo de custos, dentre outros. A pergunta: “o que aconteceria se ocorresse o novo cenário?”, pode ser respondida e comparada com outras soluções, podendo-se estimar o custo/ benefício para cada alternativa.
Sitraer 7 (2008) 79-91 – Tr. 144 1ª Fase: Criação do modelo com base atual:
Definição do problema e objetivo. Definição das restrições;
Levantamento e preparação dos dados de entrada; Verificação e validação
2ª Fase: Geração de alternativas: Alteração da infra-estrutura Alteração dos procedimentos
3ª Fase: Avaliação e seleção das alternativas: Formulação de medidas de efetividade; Experimentações;
Análise e interpretações; Seleção
Para a elaboração de planejamentos aeroportuários e dimensionamento da carga de trabalho dos controladores de vôo diversos autores utilizaram-se de modelos de simulação. Destaca-se Mujamadar & Polak (2001), que estudaram os direcionadores da capacidade do espaço aéreo Europeu por meio de simulação fast time; Oliveira (2007), que estudou a carga de trabalho dos controladores de vôo na área de controle terminal Brasília utilizando-se do Simulador RAMS; Majumdar & Ochieng (2002), que analisaram os fatores os quais afetam a carga de trabalho dos controladores via modelo de simulação por computador, destacando algumas propostas de melhorias na infra-estrutura aeroportuária, na estrutura do espaço aéreo e citando o fator humano como parte essencial dessas interações.
Quanto aos objetivos, os trabalhos analisados podem ser divididos em duas vertentes, uma de planejamento e outra operacional. Os estudos de planejamento procuram estimar a quantidade e a capacidade em termos de tamanho, para atender a uma demanda atual ou futura. Já os estudos operacionais visam identificar os “gargalos” operacionais propondo melhorias nessas restrições, buscando atender a demanda com nível de serviço desejado.
8. MÉTODO - SIMULADOR RAMS PLUS
O RAMS - Reorganized ATC Mathematical Simulator foi desenvolvido em 1991 pela ISA
softwares para o EEC - EUROCONTROL no Experimental Center, para avaliar as mudanças propostas na reconfiguração de setores do espaço aéreo europeu.
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O RAMS PLUS é um simulador do grupo microscópico mais voltado para análise da estrutura do espaço aéreo. Ele atua também na medição da carga de trabalho dos controladores, capacidade de processamento do aeroporto, atrasos, detecção e solução de conflitos, utilizando o novo conceito de ATM - Air Traffic Management, como também medindo os benefícios físicos ou modificações nos procedimentos e rotas. A ferramenta disponibiliza monitoramento de tráfego aéreo com recurso de simulação e de relatórios.
O RAMS possui um programador de eventos e um relógio de simulação que trabalham juntos para processar os eventos na seqüência adequada. Em cada seqüência o modelo pula o intervalo de tempo em que nenhum evento ocorre. Esta simulação é o que se chama de
“fast-time simulation” ou simulação em tempo acelerado, onde cada evento é processado de acordo com a ordem de aparição no programador, o que resulta num menor tempo de simulação. A Figura 3.1 mostras as entradas (inputs) e saídas (outputs) no simulador RAMS PLUS.
Figura 3.1 – Idéia do Funcionamento do simulador RAMS PLUS. Fonte: RAMS PLUS User Manual -Release 5.26 –March, 2006. 9. CONTROLE DO ESPAÇO AÉREO
Foi instituído, em 1990, o Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SISCEAB), tendo por finalidade integrar os seguintes Sistemas: Sistema de Proteção ao Vôo (SPV), Sistema de Telecomunicações do Ministério da Aeronáutica (STMA), Sistema de Busca e Salvamento (SISSAR) e Sistema de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo (SISDACTA).
O SISCEAB (Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro) é conduzido pelo Comando da Aeronáutica, através do órgão central do Sistema, o DECEA (Departamento de controle do Espaço Aéreo). O espaço aéreo brasileiro é dividido em cinco Regiões de Informação de Vôo (FIRs), cada qual sob responsabilidade de um CINDACTA (Centros Integrados de Defesa Aérea e Controle do Tráfego Aéreo). Esses CINDACTA’s coordenam os órgãos locais de controle de tráfego aéreo, ACCs, APPs e TWRs.
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conduz as aeronaves para as diferentes rotas na decolagem e seqüencia as aeronaves para o pouso nos aeroportos. O Centro de Área (ACC) tem jurisdição na UTA/CTA e nessa área monitora as aeronaves nas aerovias e alimenta as áreas de controle terminal.
O DECEA é o gerente no espaço aéreo do Brasil através de seus múltiplos órgãos Regionais, destacando-se os CINDACTA’s, elos permanentes do SISDACTA que têm a incumbência de manter rápido, seguro, ordenados e com viabilidade econômica o fluxo do tráfego aéreo nas áreas sob sua jurisdição.
4.1 Carga de Trabalho nos ATCs
Vários estudos indicam que com o crescimento no volume de aeronaves em um setor de controle, há um aumento na carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo. A capacidade do setor está relacionada prioritariamente com o volume de tráfegos e as características geométricas, tamanho e configuração do setor. Estas análises foram realizadas pelos autores Steim, Hurt e Rose, Laudenan, Corker, e Rogers e estão citadas no trabalho científico de (Majumdar & Ochieng, 2002).
A carga de trabalho do controlador de vôo está diretamente relacionada com o número de atividades no exercício da profissão de controle de tráfego aéreo e com o tempo gasto para execução de cada uma dessas tarefas. Teoricamente, quanto maior o volume de tráfego para ser controlado, maior o número de atribuições totais dos controladores de vôo, maior o tempo total para executar essas tarefas e assim, maior a carga de trabalho desses profissionais.
Um aumento exagerado na carga de trabalho eleva as pressões sobre os controladores de vôo, uma vez que tendem a aumentar o número de informações que chegam ao seu conhecimento. O stress e o desgaste físico e mental desses controladores podem contribuir para algum tipo de erro. A profissão de controlador de tráfego aéreo exige sempre urgência e rapidez, requisitos básicos, que associados ao fator negativo do stress, podem não permitir ao controlador de vôo uma análise mais cuidadosa do problema, podendo contribuir para um incidente aéreo.
Estudos mostram que a carga de trabalho experimentada pelo controlador é afetada pela interação dos seguintes elementos: situação do espaço aéreo (características do tráfego e dos setores), estado dos equipamentos (design, confiabilidade, precisão) e o estado dos controladores (idade, experiência, estratégia para tomada de decisão). Estes parâmetros são tidos como direcionadores da carga de trabalho e, consequentemente, da capacidade do espaço aéreo (Majumdar & Polak, 2001).
10. MODELAGEM DE CENÁRIOS ALTERNATIVOS NA TMA-RF
Com o intuito de melhor representar a realidade existente na Área de Controle Terminal Recife foram modelados para esse estudo dois “cenários” distintos para serem simulados e analisados no software RAMS PLUS, conforme tabela 5.1. Atualmente na TMA-RF as aeronaves executam variadas rotas de chegadas e saídas. Essas mudanças nas rotas das aeronaves são alteradas conforme a habilidade e experiência do controlador de tráfego aéreo que estiver atuando no momento.
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representa a proposta da nova circulação aérea para a TMA-RF. Este cenário foi elaborado para a pista 18 de Recife. Essa proposta contempla os procedimentos de chegadas (STARs) e otimizações de saídas utilizando conceitos de navegação aérea através de satélites, GNSS.
Tabela 5.1 - Modelagem dos 2 (dois) “Cenários” para a TMA-RF.
Modelagem TMA-RF Separação
(horizontal/vertical)
cenário - (convencional) atual 5NM/1000' pés
cenário - (RNAV-18) novo 5NM/1000' pés
Fonte: CINDACTA 3 - APP-RF – Base de dados 14/06/ 2006.
Uma questão analisada em todos os “cenários” é que na prática as aeronaves podem ser penalizadas com mudanças inesperadas de pistas ou procedimentos mais alongados, devido a influências meteorológicas ou separações de tráfegos, o que ocasionaria atrasos. Para modelar essas situações de atrasos citadas acima, foram feitas distribuições estocásticas na base de dados, as quais geraram uma aleatoriedade em todos os horários das programações dos vôos. O atraso máximo considerado para cada vôo na entrada da TMA-RF ou durante a decolagem foi de 10 (dez) minutos. Desta forma considerou-se sobre os horários originais uma distribuição normal com média (µ = 5), desvio padrão (σ = 2,5) e grau de confiabilidade (2σ = 95,44%). Atribuindo “aleatoriedade” a nova base de dados foi garantida através da distribuição uniforme realizada no software EXCEL.
Para cada “cenário” estudado nessa pesquisa foram realizadas no mínimo 10 (dez) iterações no simulador RAMS PLUS. Também, para as análises dos resultados finais foram retiradas as médias desses valores obtidos na simulação, calculado o desvio padrão, a variância e ainda realizou-se o “teste de hipótese” aplicando do método “t-Stundet” para pequenas amostras. A representação da modelagem foi planejada baseando-se nas operações que ocorreram na TMA-RF no dia de maior movimento de tráfego aéreo no ano de 2006 (240 aeronaves). É demonstrado na Figura 5.2 abaixo, que a hora pico nesse dia de maior movimento 14/06/2006, ocorreu às 16:00h, com um movimento de 28 aeronaves.
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Após o processo de modelagem e preparação da base de dados, verificou-se a aderência do modelo. Esta fase é onde o modelo elaborado é testado logicamente (verificação) e numericamente (validação). Na verificação, testa-se o modelo através de uma pequena simulação com dados conhecidos analisando então se o modelo apresenta resultados numéricos de mesma ordem de grandeza dos esperados (Almeida, 1998).
6. ANÁLISE DOS RESULTADOS
Para obtenção dos dados de entrada no simulador RAMS, no que diz respeito à carga de trabalho dos controladores de vôo, foram realizadas medições das atividades executadas pelos controladores no laboratório do ICEA e as conformidades desses dados foram analisadas pelo pesquisador. Assim, tem-se uma medição global dos tempos que geralmente os controladores de vôo experientes nos APPs levam para executarem suas tarefas no dia-a-dia.
Com a modelagem da carga de trabalho na hora pico, buscou-se verificar o impacto que o horário de grande movimento de aeronaves causou ao órgão de controle de tráfego aéreo. Como esperado os resultados do cenário “convencional” apresentaram-se maiores do que os do cenário “RNAV-18”. Assim constatou-se que a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo é mais elevada quando se utiliza procedimentos “convencionais” do que com procedimentos através de satélites. A seguir seguem detalhes das comparações entre o cenário “Convencional” e “RNAV-18”.
6.1. Carga de Trabalho dos Controladores na Hora Pico (Cenário - “Convencional”)
Pode-se notar na Figura 6.3 que o tempo total de trabalho na hora pico do controlador de vôo tático e planejador somaram 82,03min. Nessa análise, observa-se que o controlador tático trabalhou efetivamente na hora pico 40,19min. e o planejador 41,84min.
Figura 6.3 – “Convencional”. Carga de trabalho dos controladores tático e planejador no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
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Figura 6.4 – “Convencional”. Divisão percentual da Carga de Trabalho dos controladores no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Quanto à distribuição das atividades no serviço de controle de tráfego aéreo, a Figura 6.5 mostra que no cenário “convencional”, para o “controlador tático”, na hora pico, houve um maior tempo de comunicações com as aeronaves (52%), menos tempo para dados dos vôos (33%), coordenação (11%) e menos tempo para procurar possíveis conflitos entre os tráfegos no setor (4%).
Figura 6.5 – “Convencional”. Divisão percentual das atividades do controlador “tático” no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Ainda analisando a distribuição das atividades no serviço de controle de tráfego aéreo, a Figura 6.6 mostra que no cenário “convencional”, para o “controlador planejador”, na hora pico, houve um maior tempo para a coordenação entre as posições operacionais (65%), menos tempo para comunicação (18%), dados dos vôos (10%) e menos tempo foi utilizado para procurar possíveis conflitos existentes entre as aeronaves naquele espaço aéreo (7%).
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6.2. Carga de Trabalho dos Controladores na Hora Pico (Cenário - “RNAV-18”)
Ao analisar o cenário “RNAV-18” na hora pico, o objetivo foi contemplar as diferenças marcantes com o cenário “convencional” apresentado anteriormente. Também, com foco na carga de trabalho, foi verificado o comportamento dos setores do órgão de controle (APP-RF), quando submetidos a um grande volume de aeronaves como o da hora pico.
Na Figura 6.7 é possível analisar a carga de trabalho dos controladores de vôo na hora pico no cenário “RNAV-18”. Pode ser observado que o tempo total de trabalho dos controladores de vôo, tático e planejador, somaram 58,82min. Nessa análise, observa-se que o controlador tático trabalhou efetivamente na hora pico 27,64min. e o controlador planejador 31,18min.
Figura 6.7 – “RNAV-18”. Carga de trabalho dos controladores tático e planejador no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Outro aspecto importante, que visa analisar a divisão percentual de trabalho entre o controlador tático e planejador no cenário “RNAV-18”, na hora pico, é mostrado na Figura 6.8. Nessa Figura, verifica-se que do tempo total trabalhado na hora pico (58,82min.), o controlador tático teve uma carga de trabalho de 47% e o controlador planejador de 53%.
Figura 6.8 – Divisão percentual da Carga de Trabalho dos controladores tático e planejador no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
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Figura 6.9 – “RNAV-18”. Divisão percentual das atividades do controlador “tático” no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
A Figura 6.10 mostra também a distribuição das atividades no serviço de controle de tráfego aéreo, no cenário “RNAV-18”, para o “controlador planejador”. Na hora pico para o planejador, houve um maior tempo de coordenações entre as posições operacionais (71%) e menos tempo foi direcionado para procurar possíveis conflitos existentes entre as aeronaves naquele espaço aéreo (8%). Já as outras atividades, executadas pelo controlador planejador, como comunicação e dados do plano de vôo, tem uma distribuição da carga de trabalho de 8% e 13% respectivamente.
Figura 6.10 – “RNAV-18”. Divisão percentual das atividades do controlador “planejador” no APP-RF. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Na Figura 6.11 pode-se observar que a carga de trabalho dos controladores de tráfego aéreo aumentou do cenário “RNAV-18” para o “convencional” em 39,45% se considerado somente os aspectos na hora pico. Este aumento é expressivo e fundamentado em médias de carga de trabalho para cada cenário verificado como significantemente diferentes para nível de significância 5% (teste de hipótese).
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Figura 6.11 – Comparação da carga de trabalho individual dos controladores e somatório total hora pico. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Nesse aspecto da carga de trabalho, observa-se na Figura 6.11, que na hora pico, no cenário “convencional”, tanto o controlador tático como o planejador já estão próximos dos 42 min. de trabalho na hora. Nessa mesma Figura, nota-se para esse cenário “convencional” que o controlador de tráfego aéreo tático atingiu 40,19 min. de carga de trabalho na hora pico e o planejador 41,84 min.
Figura 6.12 – Aumento do número de ACFTs com elevação da carga de trabalho numa maior razão. Fonte: Simulador – RAMS. Hora pico (16:00h), número de aeronaves 28, (output - Task), 2008.
Finalmente, analisando a Figura 6.12 observa-se que com um aumento de 17,85% no volume de aeronaves na hora pico, a carga de trabalho dos controladores aumentou mais do que essa proporção. No cenário “RNAV-18” o aumento foi de 20,81% e no cenário “convencional” o acréscimo na carga de trabalho foi de 23,90%. Os aumentos observados mostraram-se significativos para nível de significância de 5%.
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Teoricamente, poderia se dizer que quanto maior o volume de tráfegos, maior a carga de trabalho no setor de controle. Contudo, a avaliação da carga de trabalho dos controladores de vôo é algo bastante subjetivo e está vinculada não só ao volume de aeronaves, mas a inúmeras variáveis não técnicas, como idade, experiência e habilidades as quais são difíceis de serem medidas.
7. CONCLUSÕES
Baseado na proposta dessa pesquisa a simulação em tempo acelerado “fast time”, mostrou-se bastante útil para avaliação do espaço aéreo quando o objetivo é a comparação entre cenários e se deseja uma visão global dos eventos ocorridos. Tendo em vista os resultados obtidos, verifica-se a viabilidade da utilização dessa metodologia no âmbito do planejamento estratégico para os administradores do espaço aéreo.
A partir da aplicação da Simulação com o “RAMS” para otimização do espaço aéreo e aumento da capacidade, vislumbra-se, além dos limites do resultado deste trabalho do ponto de vista acadêmico ou científico, oportunidades imediatas de sua aplicação, quanto aos aspectos de gerenciamento de tráfego e controle de recursos humanos. Pela sua potencialidade como ferramenta de apoio à tomada de decisão na atividade de planejamento estratégico, pode-se usar o RAMS para analisar a qualidade na gestão de outros órgãos de controle e outros espaços aéreos. Quanto à velocidade durante a Simulação “fast time”, foi registrado para os cenários um tempo médio de 20 segundos.
Sobre o problema da situação operacional na TMA-RF, o procedimento através de Satélite propostos no estudo “RNAV-18” deixou as aeronaves cumprindo perfis de vôo pré-definidos, não sendo necessário nenhum tipo de improviso dos Pilotos ou intervenção imediata dos Controladores de vôo. Nessa pesquisa comparou-se o cenário “convencional” com o cenário “RNAV-18” e este último quanto à carga de trabalho dos controladores de vôo, mostrou melhores resultados.
Desta forma, houve redução da carga de trabalho dos controladores (cenário “convencional” para o “RNAV-18” na hora pico redução de 28,29%), o que gera também menor “nível de stress”, menor desgaste físico e mental, contribuindo para diminuição de possíveis erros. Além disso, as decisões tomadas com mais cuidado podem conduzir a soluções mais econômicas, dentro de um conjunto de soluções possíveis. Por outro lado, estando agora o controlador de vôo com menos atribuições durante o serviço, ele poderá controlar se for preciso, um número maior de aeronaves por setor, além de ter mais tempo para recuperação, planejamento e coordenações, melhorando a segurança de vôo.
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