Documentación

El OIDATM (Observatorio para el fomento de I+D en ATM), promovido por ISDEFE, se plantea como Foro de referencia para fomentar las ideas y proyectos encaminadas a la mejora y optimización en el uso y explotación del espacio aéreo aprovechando el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías. Pretende aglutinar las expectativas y necesidades de los distintos agentes y usuarios que participan en la operación del Transporte Aéreo, y hacerlas compatibles entre ellos y con los intereses de la sociedad y el sector industrial. El trabajo se centra en tres áreas tecnológicas de interés:

– Estructuración sistema RPAS. Prospectiva del estado del arte de la detección de drones y protección frente a los mismos en los distintos escenarios en los que pueden ser utilizados.

– Predicción y sincronización de trayectorias de aeronaves. Prospectiva sobre la gestión y optimización de la trayectoria de un modo integrado, teniendo en cuenta los diferentes actores ATM involucrados

– Planificación de procesos aeroportuarios: sistemas, gestión e integración. Prospectiva sobre la evolución de los procesos de planificación en el entorno aeroportuario, centrándose en la gestión proactiva e integrada de los diferentes sistemas y agentes involucrados en la operativa del aeropuerto.

En la primera fase del trabajo se desarrolla una prospección de desarrollo tecnológico, con los siguientes objetivos:

– Analizar el estado del arte en determinados ejes de interés (prospectiva del desarrollo tecnológico en ATM).

– Englobar la información según temáticas similares y destacar su influencia en los distintos campos de interés (especificando distintos niveles de clasificación). – Profundizar dentro de cada temática y desarrollarla hasta un nivel detallado (establecer una taxonomía del desarrollo tecnológico en ATM).

– Elaborar una clasificación clara y sencilla en la que se recoja toda la información disponible (mapa conceptual del desarrollo).

– Ofrecer una priorización de campos de interés en base a una serie de parámetros establecidos (indicadores y métricas de decisión). El documento presenta los resultados de esta primera fase de trabajo correspondientes al área de “Predicción y sincronización de trayectorias de aeronaves”

El OIDATM (Observatorio para el fomento de I+D en ATM), promovido por ISDEFE, se plantea como Foro de referencia para fomentar las ideas y proyectos encaminadas a la mejora y optimización en el uso y explotación del espacio aéreo aprovechando el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías. Pretende aglutinar las expectativas y necesidades de los distintos agentes y usuarios que participan en la operación del Transporte Aéreo, y hacerlas compatibles entre ellos y con los intereses de la sociedad y el sector industrial.

El trabajo se centra en tres áreas tecnológicas de interés:

– Estructuración sistema RPAS. Prospectiva del estado del arte de la detección de drones y protección frente a los mismos en los distintos escenarios en los que pueden ser utilizados.

– Predicción y sincronización de trayectorias de aeronaves. Prospectiva sobre la gestión y optimización de la trayectoria de un modo integrado, teniendo en cuenta los diferentes actores ATM involucrados

– Planificación de procesos aeroportuarios: sistemas, gestión e integración. Prospectiva sobre la evolución de los procesos de planificación en el entorno aeroportuario, centrándose en la gestión proactiva e integrada de los diferentes sistemas y agentes involucrados en la operativa del aeropuerto.

En la primera fase del trabajo se desarrolla una prospección de desarrollo tecnológico, con los siguientes objetivos:

– Analizar el estado del arte en determinados ejes de interés (prospectiva del desarrollo tecnológico en ATM). – Englobar la información según temáticas similares y destacar su influencia en los distintos campos de interés (especificando distintos niveles de clasificación).

– Profundizar dentro de cada temática y desarrollarla hasta un nivel detallado (establecer una taxonomía del desarrollo tecnológico en ATM).

– Elaborar una clasificación clara y sencilla en la que se recoja toda la información disponible (mapa conceptual del desarrollo). – Ofrecer una priorización de campos de interés en base a una serie de parámetros establecidos (indicadores y métricas de decisión). El documento presenta los resultados de esta primera fase de trabajo correspondientes al área de “Estructuración sistema RPAS

El OIDATM (Observatorio para el fomento de I+D en ATM), promovido por ISDEFE, se plantea como Foro de referencia para fomentar las ideas y proyectos encaminadas a la mejora y optimización en el uso y explotación del espacio aéreo aprovechando el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías. Pretende aglutinar las expectativas y necesidades de los distintos agentes y usuarios que participan en la operación del Transporte Aéreo, y hacerlas compatibles entre ellos y con los intereses de la sociedad y el sector industrial. El trabajo se centra en tres áreas tecnológicas de interés:

– Estructuración sistema RPAS. Prospectiva del estado del arte de la detección de drones y protección frente a los mismos en los distintos escenarios en los que pueden ser utilizados.

– Predicción y sincronización de trayectorias de aeronaves. Prospectiva sobre la gestión y optimización de la trayectoria de un modo integrado, teniendo en cuenta los diferentes actores ATM involucrados

– Planificación de procesos aeroportuarios: sistemas, gestión e integración. Prospectiva sobre la evolución de los procesos de planificación en el entorno aeroportuario, centrándose en la gestión proactiva e integrada de los diferentes sistemas y agentes involucrados en la operativa del aeropuerto.

En la primera fase del trabajo se desarrolla una prospección de desarrollo tecnológico, con los siguientes objetivos:

– Analizar el estado del arte en determinados ejes de interés (prospectiva del desarrollo tecnológico en ATM).

– Englobar la información según temáticas similares y destacar su influencia en los distintos campos de interés (especificando distintos niveles de clasificación).

– Profundizar dentro de cada temática y desarrollarla hasta un nivel detallado (establecer una taxonomía del desarrollo tecnológico en ATM).

– Elaborar una clasificación clara y sencilla en la que se recoja toda la información disponible (mapa conceptual del desarrollo).

– Ofrecer una priorización de campos de interés en base a una serie de parámetros establecidos (indicadores y métricas de decisión). El documento presenta los resultados de esta primera fase de trabajo correspondientes al área de “Planificación de procesos aeroportuarios: sistemas, gestión e integración”

A lo largo del documento se reflejan las referencias en las que se apoya el proyecto, definiendo previamente la justificación, los objetivos, el alcance y la utilidad del mismo.

Se repasa el estado del arte en cuanto al concepto operacional de las trayectorias 4D en el ámbito de SESAR (Single European Sky ATM Research) y se analizan los diferentes requisitos, implicaciones y beneficios de estas trayectorias. Además, se estudian los proyectos e investigaciones que se han llevado a cabo en temas relativos a las trayectorias 4D.

Por un lado se examinan los avances que se han conseguido en lo concerniente a factores de influencia en la definición de una trayectoria 4D y se observa la sensibilidad de las trayectorias a la variación de los parámetros de estudio, mientras que, por otro lado, se incluyen algunos casos en los que se han tenido en cuenta ventanas de paso por waypoints y su proceso de gestión.

Por último, se menciona la manera en que se aplica al proyecto el contenido anteriormente expuesto. Con todo ello se trata de determinar el ámbito de aplicación del proyecto, con el objetivo de conocer el estado actual de las trayectorias 4D, sus necesidades y posibles soluciones a los problemas que presenta

El objetivo de este documento es contextualizar el escenario base de operación de la aeronave e identificar las características del mismo que tienen especial influencia en la definición de las trayectorias 4D.

De esta forma se pretende conseguir un entorno que reproduzca la realidad y a partir de él analizar los parámetros de influencia y las interdependencias que existen entre éstos, con el fin de mejorar la secuenciación de vuelos. Conocer los parámetros y las relaciones entre ellos permitirá contar con una mayor fiabilidad y concreción en el seguimiento de las trayectorias.

Posteriormente, se definen las diferentes partes de las que consta un vuelo, centrando el estudio de forma única en la fase de crucero puesto que es la fase del vuelo más larga en tiempo y alcance. La mejora en la precisión de las trayectorias repercutirá directamente en la reducción de los costes operativos. El estudio representa una primera parte del análisis global de la trayectoria, centrándose en la fase de crucero para construir el estudio desde la fase más sencilla de modelizar hasta otras más complejas (como vuelo en evolución).

La intención es extender el análisis a otras fases si los resultados de esta primera parte son concluyentes y de interés. Entonces se modelizarán las diferentes fases de una trayectoria completa y se estructurará la conexión entre ellas. De manera subsiguiente se especifican los diferentes escenarios que pueden darse durante la fase de vuelo elegida.

El primer escenario consiste en una trayectoria rectilínea, sin virajes y a un nivel de vuelo establecido (Escenario 1).

En el segundo se introducen cambios de nivel de vuelo, aunque sigue también una trayectoria rectilínea (Escenario 2).

Por último, se describe un escenario en el que no se tienen cambios en el nivel de vuelo, pero sin embargo, se producen virajes en la trayectoria (Escenario 3). Una vez se han determinado los escenarios en los que se va a desarrollar la trayectoria, se detallan los parámetros que influyen en ella. Para fijar estos parámetros, se realiza una distinción entre parámetros físicos del entorno y parámetros propios de la aeronave.

Los primeros son los relacionados de forma directa con la atmósfera mientras que los segundos corresponden a la operación y desempeño de la propia aeronave. Para el cálculo de estos últimos parámetros se emplea la metodología BADA (Base of Aircraft Data), una importante base de datos de aviones comerciales publicada por EUROCONTROL.

El objetivo de este documento es, por un lado, detallar la modelización desarrollada para caracterizar la trayectoria a seguir por una aeronave y, por otro, obtener la ventana de tiempo de paso de la aeronave por un punto establecido (la ventana se generará mediante la aplicación de simulaciones de Monte Carlo al modelo de trayectoria).

Primeramente, se incluye una breve revisión del entregable anterior con ligeras variaciones en las líneas propuestas del proyecto. A continuación, se explica la modelización de la trayectoria en la fase de crucero, definiendo los tramos de la misma y los parámetros que influyen de manera importante en ella.

Se presenta la formulación empleada en MATLAB para su modelización y las hipótesis que se han tomado a la hora de elaborar el modelo. Una vez obtenidos los resultados procedentes de la modelización, se procede a su validación con datos reales. Estos datos reales pertenecen a un vuelo de Madrid a Colonia (empleando la herramienta NEST de EUROCONTROL) que se efectúa entre los niveles de vuelo elegidos y en un tiempo de vuelo similar al del modelo. El siguiente paso consiste en realizar las simulaciones de Monte Carlo mediante su formulación en MATLAB.

Se justifica y define la adecuación del método a la situación que se plantea, especificando tanto los parámetros de influencia a tener en cuenta como las distribuciones estadísticas que seguirán los mismos.

Posteriormente, se describe el procedimiento para llevar a cabo las simulaciones y se extraen los resultados para un experimento aleatorio a modo de ejemplo.

Con estos datos se puede estimar un primer intervalo de tiempo para las dos ventanas de tiempo de paso consideradas. Será necesaria la ejecución de múltiples simulaciones que evalúen un gran número de trayectorias para conseguir una reproducción fidedigna de la realidad, lo que permitirá alcanzar un intervalo de la ventana de paso aproximado al real.

Después de haber validado el modelo de predicción de trayectorias 4D desarrollado, se han utilizado diversas técnicas de ingeniería orientadas a explotar dicho modelo y así poder extraer los resultados orientados a cumplir con los objetivos propuestos al inicio del proyecto. En este sentido, la explotación del modelo se ha fundamentado en tres pilares, la Simulación de Monte Carlo, la estimación de ventanas de paso a partir de la síntesis de los resultados obtenidos, y el análisis de sensibilidad y relaciones causales mediante la utilización de Redes Bayesianas.

En último lugar, se ha tratado de extender los resultados obtenidos para puntos de paso concretos (waypoints) a cualquier punto de la trayectoria, con el fin de obtener una visión global de la evolución de las ventanas de paso en función de los parámetros que intervienen en la trayectoria 4D. En primer lugar, se ha hecho una breve descripción sobre el método de Simulación de Monte Carlo, explicando el porqué de la elección de dicho método. La metodología consiste en simular trayectoria 4D de la aeronave un elevado número de veces, variando los factores de influencia en la misma, de manera que cada trayectoria simulada sea única.

Con ello, se busca conseguir una base de datos (registros) lo suficientemente amplia para poder extraer las conclusiones en los próximos apartados. A partir de los datos de la simulación, se tomaron los datos en los puntos de control establecidos (waypoints). Se ajustaron dichos datos a una distribución de probabilidad conocida, para que fuesen más manejables a la hora de establecer predicciones y de extraer conclusiones.

Por otro lado, se han evaluado las relaciones e interdependencias entre los factores que afectan de algún modo en la trayectoria final de la aeronave. Posteriormente, se determinó el grado de influencia entre las mismas, mediante la utilización de redes bayesianas. Para completar este análisis de sensibilidad, se han estudiado las relaciones mediante un procedimiento “inverso”. Fijando un objetivo concreto, este enfoque aporta, en caso de que no se cumplan los requisitos establecidos, cuáles son los factores que con mayor probabilidad han ocasionado este incumplimiento.

Finalmente se han obtenido las estimaciones de las ventanas de paso de los puntos de control definidos para cualquier punto de la trayectoria, de manera que los resultados son válidos para el tramo completo de la fase de crucero estudiada

El objetivo de este documento es, por un lado, ampliar el modelo causal desarrollado en el Entregable 4, y, por otro lado, plantear un modelo de análisis de la degradación de la trayectoria.

Después de haber evaluado las relaciones e interdependencias entre los factores que afectan a la trayectoria final de la aeronave con un modelo causal basado en Redes Bayesianas, se ha ampliado este modelo a todos los tramos de la Trayectoria 4D planteada. Extrapolar el análisis a la trayectoria global permite conocer las relaciones entre los parámetros en diferentes instantes del crucero, así como detectar influencias cruzadas entre estos parámetros y las ventanas de tiempo.

El siguiente paso del proyecto es analizar la degradación de la trayectoria. El desarrollo de un modelo que permita cuantificar esta degradación y que permita plantear tiempos de actualización para la trayectoria en función de esta degradación. Por ello, en este documento se hace una introducción teórica de dos metodologías que ayudarán a desarrollar el modelo: Cadenas de Markov y Sistemas Multi-estado. Además, se incluye un planteamiento inicial del modelo.

Este documento tiene como objetivo resumir el trabajado realizado durante el año 2017 en el proyecto «Análisis de parámetros de influencia en la definición de trayectoria 4D» realizado bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

La finalidad de este Resumen Ejecutivo es presentar un documento que resuma el trabajo realizado a lo largo del año 2017, destacando las principales actividades y logros alcanzados durante el mismo. Este documento se incluye una descripción general de:

1. Introducción al concepto operacional de las trayectorias 4D y un repaso al estado actual del sistema actual ATM. Se describen los objetivos y el alcance del proyecto.

2. La modelización de la trayectoria 4D: identificando los parámetros de influencia y caracterizando el escenario del modelo para finalmente modelar la trayectoria en MATLAB. Validación del modelo de trayectoria para la fase en ruta

3. Simulación de Monte Carlo de las trayectorias 4D para la explotación del modelo obtenido. Definición de las ventanas de paso

4. Análisis de las relaciones causales y de la sensibilidad: modelización de una red bayesiana para obtener estas relaciones. Globalización de la red para toda la trayectoria.

5. Generalización de los resultados con el fin de reducir la incertidumbre.

6. Conclusiones y trabajos futuros.

Para aquellos interesados en los detalles se recomienda la lectura de los entregables 1 a 5 elaborados durante el estudio.

El actual enfoque funcional de la gestión del tráfico aéreo (ATM) está cambiando. Tanto SESAR (Single European Sky ATM Research) como NEXTGEN (Next Generation Air Transportation System) apoyan la aplicación de la trayectoria de cuatro dimensiones (4D) dentro de sus conceptos operativos. Aparte de las tres dimensiones espaciales clásicas, el «tiempo» se integra ahora como una cuarta dimensión adicional, que restringirá los vuelos de los aviones sobre los waypoints indicados a lo largo de la trayectoria. Las trayectorias 4D pueden entenderse como sistemas multi-estado (MSS) complejos que dependen de las condiciones ambientales, internas y de uso. Un análisis de fiabilidad de los waypoints y las ventanas de tiempo que describen la trayectoria 4D puede permitir a los operadores aéreos y a los proveedores de servicios de tráfico aéreo establecer indicadores de rendimiento y métricas de cumplimiento. Este trabajo desarrolla un modelo para evaluar el potencial ‘mal funcionamiento’ de una trayectoria 4D, basado en la teoría de la fiabilidad de los Sistema Multi-estado (MSS). Esta es una extensión natural de la evaluación de estado binario clásica: las trayectorias presentan diferentes niveles de rendimiento y varios modos de fallo (un rango de degradación). La evaluación de la fiabilidad operacional, que se logra con los métodos de simulación de Monte Carlo y procesos aleatorios (Markov), ofrece un marco para predecir cuán probable es que la trayectoria entre en un estado degradado. Los parámetros que caracterizan la trayectoria 4D nos permiten definir un «vector de estado» que evoluciona con el tiempo y puede ser aplicado para evaluar el progreso de la trayectoria 4D. Se utiliza este análisis para cuantificar el nivel de variabilidad de la trayectoria en 4D y proponer medidas correctivas para resolver posibles degradaciones de la trayectoria o situaciones no planificadas. La metodología se valida a través de un estudio de caso práctico. La principal contribución de este trabajo es proporcionar una metodología para evaluar la robustez de las trayectorias 4D y tratar su perturbación, que es una piedra angular en la sincronización del tráfico y la resolución de conflictos. Los resultados iniciales indican que la teoría MSS proporciona un enfoque prometedor para la evaluación de la fiabilidad de las trayectorias 4D.

Después de haber evaluado las relaciones e interdependencias entre los factores que afectan a la trayectoria de la aeronave con un modelo causal en entregables anteriores, se amplía este modelo a todos los tramos de la trayectoria. Para ello, se modelizarán las fases de ascenso y descenso.
Al tener la trayectoria completa y extrapolar el análisis, se podrá conocer las relaciones entre los parámetros en diferentes instantes, así como detectar influencias cruzadas entre dichos parámetros y ventanas de tiempo en las 3 fases de vuelo.
Por un lado, se pretende ampliar el modelo causal desarrollado en el Entregable 4 2017 y, por otro lado, se quiere plantear un modelo de análisis que permita cuantificar la degradación de la trayectoria y plantear tiempos de actualización para la trayectoria en función de esta degradación. Para ello, se desarrollará la teoría de los Sistemas Multi-Estado y las Cadenas de Markov en procesos estocásticos (la predicción de las trayectorias se enfoca como un problema probabilístico en función de las diferentes fuentes de incertidumbre).
Con todo esto, se pretende cuantificar el nivel de variabilidad de la trayectoria 4D y proponer medidas correctivas para resolver posibles degradaciones de la trayectoria. La principal contribución de este trabajo es proporcionar una metodología capaz de evaluar la robustez de las trayectorias y tratar su perturbación, de forma que sea más sencilla la sincronización del tráfico y la resolución de conflictos.

El objetivo de este documento es revisar el concepto operacional de trayectorias 4D, definido en entregables anteriores, y realizar un análisis de los requisitos fundamentales y esenciales para la implantación de este concepto.

Con esto se consigue un avance del proyecto de “Análisis de parámetros de influencia en la definición de trayectorias 4D” en un ámbito más teórico en cuanto a las necesidades requeridas para la implantación de este tipo de operaciones.

Después de haber evaluado las relaciones e interdependencias entre los factores que afectan a la trayectoria de la aeronave, así como la degradación que sufre la trayectoria 4D a lo largo de todas las fases de vuelo en entregables anteriores, se pretende ampliar el proyecto en el ámbito de las relaciones que tiene con otros conceptos y sistemas del ATM futuro y las necesidades que requerirá para su implantación.

La finalidad es presentar un entregable que reúna los requisitos y condicionantes asociados a la implantación de trayectorias 4D proyectándose con las principales herramientas, programas y sistemas ATM/CNS que se deben desplegar.

La principal contribución de este trabajo es proporcionar una visión de los sistemas y conceptos que serán necesarios para que las trayectorias 4D se puedan implantar de manera eficaz y obteniendo el máximo rendimiento de ellas.

El objetivo de este documento es revisar el concepto operacional de trayectorias 4D, definido en entregables anteriores, y realizar una evaluación práctica de los condicionantes y limitaciones para la implantación de este concepto.

Con esto se consigue un avance del proyecto de “Análisis de parámetros de influencia en la definición de trayectorias 4D” en un ámbito más práctico en cuanto a las condiciones para la implantación de este tipo de operaciones.

Después de haber evaluado en el anterior entregable los requisitos fundamentales y necesidades esenciales para la implantación de las trayectorias 4D y haber analizado las relaciones que tiene con otros nuevos conceptos y sistemas del ATM futuro, se pretende ampliar el proyecto hacía el análisis de la planificación y gestión de este tipo de trayectorias, pasando por las fases de análisis, modificación, negociación y actualización. Tras ello, se amplía en un ámbito más práctico mediante la evaluación de la degradación de la trayectoria y la propuesta de medidas correctoras a lo largo de la trayectoria. Adicionalmente, se analizará la implicación del piloto y del controlador en dichas medidas.

La finalidad es presentar un entregable que reúna de forma práctica las condiciones y limitaciones asociadas a la implantación de trayectorias 4D desde el punto de vista de los servicios ATM y sistemas CNS.

La principal contribución de este trabajo es proporcionar unas medidas correctoras que serán necesarias para que las trayectorias 4D se puedan implantar de manera eficaz y obteniendo el máximo rendimiento de ellas.

El objetivo de este documento es resumir el trabajo realizado durante los años 2018 y 2019 en el proyecto “Análisis de parámetros de influencia en la definición de trayectorias 4D” realizado bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE. Así pues, se destacarán las principales actividades y logros alcanzados durante estos años, para mostrar los avances del proyecto.

En primer lugar, durante el 2018 se amplió el estudio a las fases de vuelo de ascenso y descenso de los modelos desarrollados durante 2017 para la fase de crucero. Con ello se realizaron los análisis de degradación (obteniendo las ventanas temporales y de posición), de predictibilidad y de fiabilidad de la trayectoria 4D, haciendo uso de la metodología de Sistemas Multi-Estado y Cadenas de Márkov.

Tras esto, se pasó en 2019 a analizar de forma teórica los requisitos fundamentales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D, analizando las herramientas, programas y sistemas ATM/CNS necesarios para el desarrollo eficaz de este nuevo concepto.

La parte final del estudio se centró en reunir las condiciones y limitaciones de forma práctica asociadas a la implantación de trayectorias 4D desde el punto de vista de los servicios ATM y sistemas CNS. Se trató además las fases de gestión de este tipo de trayectorias, con sus procesos de renegociación, actualización y sincronización con el resto de implicados, y se propusieron unas ventanas de tolerancia que marcarán la aplicación de medidas correctoras de la trayectoria en caso de degradación de la misma.

Este trabajo cubre la fase inicial investigadora del proyecto y caracteriza los primeros pasos a realizar para modelizar las mínimas de separación actuales para la integración de los RPAS en un espacio aéreo no segregado.

Este primer documento ha englobado las siguientes tareas:

1 Revisión bibliográfica de los distintos trabajos, proyectos, investigaciones y documentar un estado del arte sobre la integración de los RPAS en un espacio aéreo no segregado.

2 Definición, caracterización y descripción del concepto operacional de los RPAS en un espacio aéreo no segregado, así como trazar los principales aspectos que van a caracterizar el desarrollo de este proyecto.

3 Definición, modelización y caracterización de las trayectorias realizadas por las aeronaves convencionales a partir de la metodología BADA1 4.0 desarrollada por EUROCONTROL.

Debido a la naturaleza diversa de estas tres tareas se ha considerado que lo mejor es dividir el Entregable 1 en tres sub-entregables de modo que cada uno de ellos responde a cada una de las anteriores tareas. Así, dentro de este entregable se detalla la estructura que compone este entregable y sus tres subentregables, los objetivos y el alcance de cada uno de ellos. Además, se presentan las principales conclusiones que se han obtenido a lo largo de esta fase investigadora.

La revisión bibliográfica es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

Este documento tiene como objetivo, como su propio título indica, la revisión bibliográfica de los distintos documentos, investigaciones y trabajos que se están realizando actualmente o ya han sido realizados a lo largo del mundo en cuanto a la integración de los RPAS en un espacio aéreo no segregado.

El análisis bibliográfico no se ha cerrado únicamente a este ámbito puesto que es necesario analizar conceptos ajenos como safety, mínimas de separación o riesgos, entre otros. La justificación, objetivos y alcance del proyecto en su conjunto se presentan en este documento para centrar al lector sobre el tema a constituir por este proyecto.

A partir de esta descripción detallada de las grandes líneas de trabajo, a lo largo del documento se presenta una revisión detallada de la distinta documentación existente. Se ha constatado que uno de los principales aspectos a evaluar, la integración de los RPAS en un espacio aéreo no segregado, no ha sido analizado en profundidad en todos sus aspectos por lo que es un tema que tiene una potencialidad muy elevada.

Por otro lado, la definición de mínimas de separación para la operación de RPAS en un espacio aéreo no segregado es un tema completamente en proceso de desarrollo en el cual la documentación existente es muy escasa, centrándose esta en la evasión de conflictos en el plano horizontal. Este ámbito que es el objetivo principal del proyecto confirma la necesidad de profundizar en este tema y a su vez la complejidad del mismo.

El concepto operacional de los RPAS es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

Este documento tiene como objetivo la descripción detallada del concepto de operación de los RPAS bajo una perspectiva operacional, así como de las principales características de la integración de los RPAS es un espacio aéreo no segregado. Las principales tareas que se han desarrollado y se presentan en este entregable son:

• Definición, descripción y caracterización del sistema RPAS.

• Clasificación de los RPAS en función de las principales agencias internacionales.

• Definición de dos tipos de misiones a realizar por un RPAS:

Misión 1: Aeronave en crucero con vuelo estabilizado, no se producen virajes ni cambios de niveles de vuelo.

Misión 2: Aeronave en crucero realizando cambios de niveles de vuelo y sin virajes.

• Análisis de los tipos de RPAS disponibles en BADA que pueden cumplir con los requisitos operacionales impuestos para cada una de las misiones anteriores.

• Análisis inicial de los requisitos operativos propios de la operación de un sistema RPAS.

De este modo, este entregable pretende definir las bases sobre las que se desarrollará el resto del proyecto de investigación en términos del concepto de operación de un sistema RPAS

La modelización de las trayectorias de aeronaves convencionales con BADA 4.0 es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

Este documento tiene como objetivo la modelización de la trayectoria para aeronaves convencionales utilizando el último modelo de aeronaves desarrollado por EUROCONTROL, BADA 4.0. Con este fin se han desarrollado las siguientes tareas:

• Descripción del modelo ‘Total-Energy’

• Análisis del modelo ‘Total-Energy’ y taxonomía de las variables de vuelo.

• Definición, caracterización y modelización de dos misiones:

Misión 1: Aeronave en crucero con vuelo estabilizado, no se producen virajes ni cambios de niveles de vuelo.

Misión 2: Aeronave en crucero realizando cambios de niveles de vuelo y sin virajes.

• Implementación de ambos modelos en la herramienta de simulación MatLab. Los códigos desarrollados permiten obtener la trayectoria realizada por la aeronave convencional así como un análisis de la evolución de las distintas variables operativas, empuje, resistencia, consumo de combustible, velocidad, etc.

En este caso, se ha implementado el modelo para una aeronave convencional tipo (B737-900) pero la propia modelización es válida para cualquier tipo de aeronave. Finalmente, estas trayectorias serán la base para el análisis futuro de las mínimas de separación entre RPAS y aeronaves convencionales

El análisis de los factores para el estudio de la distancia mínima de protección para mantener la separación entre una aeronave convencional y un RPAS es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

Este documento tiene como objetivo, como su propio nombre indica, el estudio en profundidad de la mínima distancia a la cual un RPAS debe iniciar la maniobra que proteja las distancias mínimas de separación respecto de las aeronaves convencionales dentro del espacio aéreo. Las principales tareas que se han desarrollado y se presentan en este entregable son:

• Clasificación, definición, descripción y caracterización de los modelos de RPAS recogidos en BADA.

• Modelización de las trayectorias seguidas por el RPAS para cada una de las misiones a realizar e implementación de ambos modelos en MatLab

Misión 1: aeronave en crucero con vuelo estabilizado, no se producen virajes ni cambios de nivel de vuelo.

Misión 2: aeronave en crucero realizando cambios de nivel y sin virajes. • Descripción de los factores involucrados en la determinación de las mínimas de protección.

• Definición de las geometrías de conflicto consideradas a la hora de realizar el análisis y modelización en detalle de la primera de ellas.

• Establecimiento de conclusiones derivadas del análisis y próximos pasos a realizar dentro del proyecto.

La explicación en detalle de todos los factores englobados dentro del análisis de las mínimas de protección entre el RPAS y la aeronave convencional permite obtener una mejor conciencia sobre cómo todos ellos afectan al propósito global del entregable.

Los códigos desarrollados permiten obtener la trayectoria realizada por el modelo de RPAS seleccionado, así como un análisis de la evolución de las distintas variables operativas, como el empuje, la resistencia, el consumo de combustible, la velocidad, etc

El análisis de los factores para el estudio de la distancia mínima de protección para mantener la separación entre una aeronave convencional y un RPAS es uno de los módulos a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE. El entregable 3: Estimación de las Distancias Mínimas de Protección para evitar conflictos entre RPAS y aeronaves convencionales tiene como objetivo presentar los resultados obtenidos determinar la Distancia Mínima de Protección (DMP). La DMP es la mínima separación entre un RPAS y una aeronave convencional que debe permitir un ATC, puesto que si se vulnera esta dsancia no se puede asegurar que no se produzca un conflicto entre el RPAS y la aeronave convencional.
Las tareas llevadas a cabo en este entregable incluyen:
• Modelización, Caracterización y simulación de dos geometrías de conflicto: o Geometría de conflicto 1: aeronave convencional y RPAS volando en oposición. o Geometría de conflicto 2: aeronave convencional y RPAS que se cruzan con un ángulo 𝛼𝛼.
• Modelización, caracterización y simulación de las geometrías de conflicto con la inclusión de las variables CNS obtenidas en el Entregable 2.
• Análisis de sensibilidad de la DMP en función de las principales variables de la operación: Mach RPAS, Mach aeronave convencional, viento, ratio de ascenso y nivel de vuelo.
• Simulaciones de Monte Carlo con el objetivo de introducir la variabilidad de cada una de las variables CNS y de las variables operativas. A partir de las tareas anteriores se ha ido profundizando en la determinación de la DMP que sirva como valor representativo para el ATC. Estos valores están basados en un estudio estadístico que engloba al 95% de los casos simulados para el ATC. Así, las DMP obtenidas presentan en unos valores que oscilan entre 25 millas náuticas (RLP A) y 28 (RLP C), aunque estos valores pueden aumentar en función del ratio de ascenso seleccionado para el RPAS.

Este entregable tiene como objetivo presentar los resultados obtenidos tras aplicar una metodología de riesgo de conflicto. Esta metodología permite analizar el impacto que supone la integración de RPAS en términos de riesgo de conflicto. Este ha sido un módulo clave para entender cómo afecta la integración de RPAS en un escenario de ruta atendiendo a características morfológicas del escenario de estudio y operativas de los agentes involucrados. Las tareas que se han llevado a cabo son las siguientes:

  • • Desarrollo de una metodología de riesgo de conflicto que permita analizar el impacto que supone la integración de RPAS.
  • • Caracterización de un escenario operativo de ruta de acuerdo a la metodología considerada.
  • • Identificación, caracterización y modelización de las de las principales variables que van a afectar al riesgo de conflicto.
  • • Análisis de los resultados para analizar el impacto que supone la integración de RPAS tanto en términos de seguridad como en términos de capacidad.

Las tareas anteriores han permitido realizar una primera aproximación al impacto que supone la introducción de RPAS en un escenario de ruta real con unas características operativas específicas. El análisis dependiente del riesgo de conflicto no ha permitido únicamente analizar este mismo, sino que también ha permitido realizar una primera aproximación sobre el impacto de la capacidad que supone la integración de los RPAS.

 

documento tiene como objetivo resumir el trabajado realizado durante el año 2017 en el proyecto «Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales» realizado bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE.

La finalidad de este Resumen Ejecutivo es presentar un documento que resuma el trabajo realizado a lo largo del año 2017, destacando las principales actividades y logros alcanzados durante el mismo. Este documento se estructura en los siguientes apartados:

1. Introducción: Breve introducción sobre la justificación y motivación para el análisis de las nuevas mínimas de separación y distancias necesarias para la integración segura de RPAS en un espacio aéreo no segregado.

2. Objetivos y alcance: Enumeración de los principales objetivos alcanzados durante la realización del proyecto y descripción del alcance del mismo.

3. Concepto operacional: descripción del concepto operacional sobre la introducción de RPAS en un espacio aéreo no segregado y las principales características y limitaciones de su operación.

4. Mínima distancia de protección: descripción de los algoritmos para el cálculo de la mínima distancia de protección entre un RPAS y una aeronave convencional, así como la simulación de distintos casos de estudio para su cuantificación.

5. Riesgo de conflicto: análisis sobre el riesgo que supone la introducción de RPAS en un espacio aéreo no segregado.

Finalmente se presentan las principales conclusiones y futuros trabajos.

Para aquellos interesados en los detalles se recomienda la lectura de los entregables 1 a 4 elaborados durante el estudio.

Este entregable tiene como objetivo desarrollar un marco metodológico de riesgo que permita determinar cómo se debe realizar una integración segura de los RPAS en un espacio aéreo no segregado. Este marco metodológico se caracteriza porque abarca distintos horizontes temporales: fase de diseño y operativa.

 

 

Este entregable constituye un nuevo módulo a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid.
El “Entregable 6: Desarrollo de una Herramienta para la Integración de RPAS (RIT) en un escenario de ruta” tiene como objetivo determinar cuáles son las aerovías por las que deben operar los RPAS. Para ello es necesario aplicar la metodología centrada en la fase de Diseño planteada en el Entregable 4 en un sector del espacio aéreo. Los principales resultados que se han alcanzado son:
• Análisis de distintos espacios aéreos en los que se plantea la integración de RPAS y selección del sector LECMZGZ como el más adecuado para ello debido a sus características geométricas y de tráfico.
• Caracterización del sector LECMZGZ a partir de las principales variables que constituyen los indicadores técnicos y dinámicos necesarios para aplicar la metodología de la fase de Diseño.
• Desarrollo de una Herramienta para la Integración de RPAS en MatLab® en la que se puede modelizar distintos escenarios del espacio aéreo y desarrollo de la metodología del Entregable 4 para obtener los principales indicadores que permiten analizar la integración de RPAS.
• Aplicación de la metodología centrada en la fase de Diseño para la integración de RPAS a partir de los tres niveles que la componen.
o Nivel 1: Caracterización de los indicadores técnicos y dinámicos.
o Nivel 2: Segregación del espacio aéreo para aerovías y niveles de vuelo.
o Nivel 3: Cuantificación del riesgo que supone la introducción de RPAS.
• Se han detectado que existen dos aerovías que permiten la segregación de RPAS en unos niveles de vuelo específicos debido a que su introducción no supone un aumento del riesgo.
• Además, se ha analizado cuales de las aerovías que componen el sector LECMZGZ favorecen, limitan e impiden la introducción de RPAS.

Este entregable constituye un nuevo módulo a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid.
El “Entregable 7: Integración de RPAS en Fase Operativa del espacio aéreo: Aplicación de una Herramienta para la Integración de RPAS (RIT) en un escenario de ruta” tiene como objetivo desarrollar una herramienta para la integración de RPAS que permita analizar su integración de RPAS en un horizonte táctico. Este horizonte parte de la simulación de trayectorias de aeronaves convencionales basadas en una programación original y determina la viabilidad de la integración segura de RPAS en la misma. Para ello es necesario aplicar la metodología centrada en la fase operativa desarrollada en el Entregable 5 en un sector del espacio aéreo. Los principales resultados que se han alcanzado son:
• Desarrollo de los módulos necesarios de la herramienta RIT para simular trayectorias de aeronaves y RPAS en un espacio aéreo determinado (LECMZGZ).
• Desarrollo de los distintos módulos que evalúan estas trayectorias con el objetivo de determinar conflictos y las características intrínsecas de los mismos.
• Introducción de RPAS basados en unas determinadas condiciones operativas y cálculo de los indicadores globales definidos en el Entregable 5.
• Cálculo de las ventanas de tiempo que bloquean la introducción de RPAS para una programación determinada.
• Se han evaluado la disponibilidad de las aerovías a partir de una programación de vuelo y de la introducción de una operación RPAS.
A partir de estos resultados se han determinado las restricciones temporales que debe cumplir un RPAS de acuerdo a una programación de aeronaves convencionales y el bloqueo impuesto por las ventanas de tiempo.

Este entregable constituye un nuevo módulo a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid.

El “Entregable 8: Análisis dinámico sobre la disponibilidad del espacio aéreo y aplicación de la fase táctica para la integración de RPAS en un escenario de ruta” tiene como objetivo determinar cuáles son los intervalos horarios en los cuales deben operar los RPAS en un espacio aéreo sin que supongan un impacto sobre la seguridad de las operaciones. Para ello es necesario continuar con la aplicación de la metodología planteada en el Entregable 5. Los principales objetivos que se han alcanzado son:

• Caracterización dinámica del sector LECMZGZ a partir de las principales variables que constituyen los indicadores técnicos y operativos necesarios para aplicar la metodología de la fase de Diseño.

• Análisis dinámico de la capacidad de las aerovías del sector LECMZGZ en función de la hora de operación mediante la segregación en la operación de RPAS por cada una de las aerovías.

• Introducción de RPAS basados en unas determinadas condiciones operativas y cálculo de los indicadores globales definidos en el Entregable 5.

• Cálculo de las ventanas de tiempo que impiden la operación de un RPAS en cada una de las aerovías para una programación determinada de aeronaves convencionales.
• Evaluación de los indicadores de riesgo y las ventanas temporales de bloqueo en caso de que la programación se componga exclusivamente de RPAS.

Este entregable supone profundizar en las limitaciones a la integración de RPAS en un espacio aéreo no segregado mediante la implantación de distintas fases operativas. Los principales resultados han sido: 1) la aplicación dinámica de la metodología de la fase de diseño que permite identificar las horas que permiten la segregación de aerovías para su uso por RPAS, y 2) cálculo de las ventanas temporales que permiten la introducción de RPAS en la fase de operación sin que supongan un impacto sobre la seguridad de las aeronaves convencionales.

Este entregable constituye un nuevo módulo a desarrollar dentro del proyecto de investigación “Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales” bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid.

El “Entregable 9: Cuantificación del TLS operativo de un espacio aéreo para la integración de RPAS en un escenario de ruta” tiene como objetivo establecer restricciones a la operación de aeronaves convencionales y RPAS en un espacio aéreo para su hora pico de operación. De este modo, puede garantizarse que las operaciones se desarrollan de manera segura conforme al valor de un TLS previamente determinado. Los principales objetivos que se han alcanzado son:

  • Revisión bibliográfica de documentación relativa a métricas de riesgo en escenarios de ruta o que involucren la operación de RPAS para su aplicabilidad al sector LECMZGZ.
  • Desarrollo de metodología de riesgo para el cálculo de indicadores de seguridad. aplicado al volumen de espacio aéreo LECMZGZ a través del conjunto de condiciones iniciales, de contorno y variables de control definidas anteriormente.
  • Realización de simulaciones de Monte Carlo según distribuciones de tráfico aleatorias y reales de aeronaves convencionales y RPAS.
  • Cuantificación del TLS operativo del espacio aéreo en virtud de los resultados alcanzados de la realización de las simulaciones de Monte Carlo.
  • Determinación de restricciones operativas a configuraciones de aeronaves convencionales y RPAS cuyo valor de sus indicadores de seguridad sea superior al establecido por el TLS.

Este entregable profundiza en las limitaciones a la integración de RPAS en un espacio aéreo no segregado mediante la imposición de restricciones a la operación de combinaciones de aeronaves y RPAS. Los principales resultados han sido: 1) cuantificación de un TLS tras la aplicación de la metodología sobre la hora pico de operación de aeronaves convencionales en el espacio aéreo, y 2) determinación de restricciones a la introducción de RPAS junto con aeronaves convencionales sin que ello genere un perjuicio sobre la seguridad del espacio aéreo.

Este entregable constituye un nuevo módulo a desarrollar dentro del proyecto de investigación «Definición de mínimas de separación de operación de RPAS y aeronaves convencionales» bajo el OIDATM (Observatorio para el fomento del I+D en ATM) promovido por ISDEFE en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid.

El «Entregable 10: Proceso de encaminamiento del plan de vuelo para RPAS» tiene como objetivo determinar cuál es el procedimiento que conlleva el encaminamiento de plan de vuelo para la posible introducción de RPAS en espacio aéreo superior. Los principales objetivos que se han alcanzado son los siguientes:

 En primer lugar, se ha definido el proceso que se sigue para el procesamiento de un plan de vuelo para un RPAS. Cabe destacar que dentro del alcance del estudio no se halla la aprobación global de un plan de vuelo, sino la definición del procedimiento a seguir. Así, se han definido los papeles que han de llevar a cabo los distintos agentes participantes en el proceso, tanto el de los reguladores como el de los operadores.

 Se ha propuesto la introducción de la herramienta RIT desarrollada a lo largo del Proyecto para ser utilizada previamente a la presentación del plan de vuelo, de manera que el operador de RPAS tenga la posibilidad de visualizar las aerovías disponibles, las aerovías con tráfico convencional y aquellas bloqueadas para el vuelo que desea realizar.

 Se ha propuesto el uso de la herramienta PREDICT para asistir a la herramienta RIT de forma que pueda determinar de forma predictiva en la fase pretáctica de la planificación, una visualización de la capacidad de tráfico que existirá el día de la operación.

Este entregable supone profundizar en las limitaciones a la integración de RPAS en un espacio aéreo no segregado mediante la imposición de restricciones a la operación de configuraciones de aeronaves. Los principales resultados son: 1) La definición de los pasos a seguir en el encaminamiento del plan de vuelo para RPAS incluyendo el uso de la herramienta RIT así como la definición de los agentes involucrados en el proceso de presentación y aprobación del plan de vuelo.

La necesidad actual en lo referente al aumento de la capacidad aeroportuaria a consecuencia del progresivo crecimiento de tránsito aéreo, concretamente en lo relativo a la capacidad de pista como principal cuello de botella del sistema ATM, ha promovido y promueve el desarrollo y mejora de los procedimientos existentes, la creación de nuevos conceptos y la introducción de nuevas tecnologías y herramientas de trabajo.

De esta manera, habida cuenta de la relación directa entre la capacidad de pista con las mínimas de separación aplicables por razones de estela turbulenta, EUROCONTROL comenzó a trabajar en la actualización de la clasificación de aeronaves por estela turbulenta establecida por OACI hace más de 40 años.

Por un lado, se plantea la idea de evaluar la aplicación del TBS en un escenario concreto para fomentar la investigación en nuevos proyectos encaminados a la mejora y optimización en el uso del espacio aéreo y capacidad de pista aprovechando el desarrollo de las nuevas tecnologías.

Por otro lado, también se plantea la aplicabilidad de la metodología desarrollada a cualquier escenario diferente al estudiado en el proyecto (Barcelona – El Prat).

Este proyecto propone continuar con la siguiente línea técnica de investigación:

  • Evaluación de aplicación de TBS en Barcelona – El Prat.

Con el presente documento se pretende seguir con esta línea de investigación asociada a la optimización futura de recursos existentes en el ámbito ATM, especialmente impulsada por el crecimiento de tráfico previsto en los próximos años y la necesidad de dar servicio a una demanda superior.

Uno de los objetivos de la cátedra Isdefe en Gestión del Tránsito Aéreo ATM es identificar la tendencia y orientación futura en los procesos relacionados con la Gestión del Tránsito Aéreo.

El objetivo del presente documento es servir como reflexión de las características del futuro Sistema ATM, que permita orientar y definir las actividades de la Cátedra Isdefe para investigar sobre estas condiciones futuras.

El documento extrae las principales conclusiones del trabajo desarrollado por la SJU, a petición de la Comisión Europea, publicado en el informe “A proposal for the future architecture of the European airspace”, el cual establece las condiciones de la futura arquitectura del Sistema ATM, con unos cambios conceptuales importantes.

Dada la importancia que tiene este trabajo, el presente informe recoge las principales conclusiones y recomendaciones que se han realizado en el mencionado proyecto. Es importante para Isdefe identificar las características de la futura arquitectura, de forma que pueda adelantarse a las necesidades del proveedor de servicio, regulador y de nuevos actores que pueden presentarse en el sector público español. La información recogida se basa en el mencionado informe, utilizando las figuras y tablas publicadas por la SJU.

Para el AMAN con horizonte extendido, lo que se pretende es ampliar el volumen desde el que se comienza a calcular la secuencia hasta incluso las 200 NM. Dentro de este volumen, se pueden encontrar otros aeropuertos, muchos de los cuales son aeropuertos desde los que salen aeronaves que pretenden aterrizar en los aeropuertos gestionados bajo el secuenciador AMAN. Esto implica que dichos vuelos van a tener calculada su secuencia incluso antes de despegar.

Desde este punto de vista, la aeronave tendrá una hora prevista de despegue desde el aeropuerto de origen y en base a esa hora y a las características de la aeronave, su propio sistema determinará esa ventana horaria en la que puede alcanzar cierto punto dentro de su trayectoria. En base a esto, el AMAN propondrá un CTA para esa aeronave dentro de la secuencia en la que se involucren todas las aeronaves entrantes al aeropuerto de destino. Y todo ello ocurrirá con la aeronave todavía en el aeropuerto de origen.

Lo importante, por tanto, es conseguir que la aeronave cumpla con el horario que tiene asignado para despegar y en ello es fundamental el proceso de una serie de actuadores como son las propias compañías aéreas, los servicios que preparan a las aeronaves y a los pasajeros dentro del aeropuerto, el servicio de control que autoriza a las aeronaves a iniciar su operación y el servicio que atiende al equilibrio demanda-capacidad para que la aeronave pueda transitar por el espacio aéreo de forma segura y fluida.