Preparação de base de dados para simulação de tráfego aéreo terminal

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1 Anais do XVI Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA XVII ENCITA / 2011 Instituto Tecnológico de Aeronáutica São José dos Campos SP Brasil 19 de outubro de 2011 Preparação de base de dados para simulação de tráfego aéreo terminal Mikhail Said de Castro Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Endereço: Praça Marechal Eduardo Gomes 50 - Vila das Acácias. CEP: São José dos Campos - SP Bolsista PIBIC-CNPq mksaid@gmail.com Carlos Müller Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Endereço: Praça Marechal Eduardo Gomes 50 - Vila das Acácias. CEP: São José dos Campos - SP Bolsista PIBIC-CNPq Correio eletrônico muller@ita.br Resumo. Este trabalho consiste em realizar um estudo a respeito do cenário atual dos aeroportos brasileiros. Esse estudo é feito por meio de simulações de chegada e saída de aviões utilizando o software RAMS. Este trabalha com input onde se coloca: coordenadas do aeroporto dados de voos rotas tipos de aeronave altitude velocidade entre outros ocorrendo então a simulação e fornecendo por fim um output que contém por exemplo: tempo que um avião demorou a pousar entre outros. De início foi focado o aeroporto internacional de Guarulhos. Há uma tese de mestrado escrita pelo engenheiro Daniel Pisani Dias formado no ITA na área de pesquisa operacional voltada para aeroportos. Nessa tese constam os tempos de voo de aeronaves pousando em Guarulhos no dia 23 de março de 2010 além dos tempos segundo um modelo em que não há interferência dos controladores de voo. Os dados da tese foram comparados com os dados da simulação do RAMS e o resultado dessa comparação foi organizado em uma tabela a fim de se tomar conclusões.o próximo passo foi a inclusão dos aeroportos de Congonhas e Viracopos no programa realizando-se simulações entre os três aeroportos observando os principais conflitos que podem surgir. Palavras chave: RAMS cartas aeronáuticas partidas chegadas. 1. Introdução O setor aéreo brasileiro passa por dificuldades. Segundo relatório da consultora McKinsey em 2009 praticamente todos os aeroportos brasileiros já apresentavam algum tipo de gargalo seja no pátio terminal de passageiros ou terminal de cargas. Eles também não possuíam infraestrutura adequada para atender a demanda de passageiros essa que tende a aumentar nos próximos anos. São necessárias várias medidas para reverter esse quadro tais como ampliação e construção de novos aeroportos no Brasil. Para isso estudos devem ser realizados com a finalidade de analisar e entender melhor o cenário atual para constatar a viabilidade de certas soluções para o problema. Este trabalho visa simular entradas e saídas de aeronaves em aeroportos a fim de se entender motivos de atrasos. Essa simulação é realizada por meio do software RAMS. Ele atua como se fosse um controlador de voo evitando choque entre aeronaves. O programa trabalha com input onde se coloca: coordenadas do aeroporto dados de voos rotas tipos de aeronave altitude velocidade entre outros ocorrendo então a simulação e fornecendo por fim um output que contém por exemplo: tempo que um avião demorou para pousar entre outros. As informações de input podem ser obtidas por meio de cartas aeronáuticas que são fornecidas pelo Departamento de Controle do Espaço Aéreo DECEA ( Elas fornecem rotas de voo para cada aeroporto do Brasil. São por essas rotas que as aeronaves trafegam guiadas pelos controladores de voo. Há diferentes tipos de cartas aeronáuticas para cada aeroporto. As cartas do tipo adc fornecem características das pistas do aeroporto tais como suas coordenadas. As cartas do tipo sid fornecem rotas de saída de aeronaves do aeroporto. Já as do tipo star fornecem rotas de aproximação das aeronaves. Tem-se também cartas do tipo arc que contem os fixos existentes na área de controlo terminal de uma determinada região com suas coordenadas. Inserindo os fixos no RAMS podem-se construir as rotas de aproximação e saída. É também por meio dos fixos que se diz por qual rota determinado avião irá passar. Há uma tese de mestrado do engenheiro Daniel Pisani Dias formado no ITA. Na área de pesquisa operacional voltada para aeroportos ele estudou um modelo para medir o tempo de voo de aeronaves que pousavam no aeroporto de Guarulhos sem a interferência de controladores de voo. Esse modelo foi comparado com o que realmente aconteceu nos dias 23 e 24 de maio de Este trabalho científico compara os tempos da simulação com os tempos do modelo do Pisani e com os tempos reais que também estão contidos na tese. O site da ANAC possui uma tabela com voos vigentes em todo Brasil atualizada diariamente. Essa tabela possui o nome da companhia aeroportos de origem e destino horários de partida e chegada entre outros dados. Por meio dela construiu-se um modelo com voos para os aeroportos de Guarulhos Congonhas e Viracopos o qual foi simulado e o resultado analisado por meio deste trabalho. Apesar de não corresponder à realidade o modelo serve para que se tenha uma noção dos principais conflitos que possam ocorrer no espaço aéreo brasileiro.

2 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de Resultados obtidos 2.1. Simulação em Guarulhos Foram coletadas todas as cartas aeronáuticas de um total de 23 aeroportos brasileiros contidas no site do DECEA. Focando primeiramente em Guarulhos criou-se uma tabela com todos os fixos e suas coordenadas. Tabela 1: Parte da tabela com fixos e suas coordenadas da terminal de São Paulo. FIXO LAT S LONG W graus minutos graus minutos AFAV AGLO ALBER ANDOR ANISE APIT ARFA ARVIT AVEX BALL BETEL BIRD BIVOX BCO_BONSUCESSO BGC_BRAGANÇA BRETA BROZ BULI BURI CABA Também foi criada uma tabela com todas as rotas de chegada do aeroporto de Guarulhos. Tabela 2. Parte da tabela com rotas de aproximação para o aeroporto de Guarulhos PISTA CARTA STAR FIXOR SBGR09R OSAMU5-7 OSAMU SBGR09R OSAMU5-7 ANISE SBGR09R OSAMU5-7 SAT SBGR09R OSAMU5-7 GURU SBGR09R OSAMU5-7 LOVE SBGR09R OSAMU5-7 FAET SBGR09R OSAMU5-7 PONY SBGR09R OSAMU5-7 UGONO SBGR09R OSAMU5-7 BROZ SBGR09R OSAMU5-7 ZUKE SBGR09R OSAMU5-7 CAST SBGR09R PARANAGUA5-7 PNG SBGR09R PARANAGUA5-7 ANISE SBGR09R PARANAGUA5-7 SAT SBGR09R PARANAGUA5-7 GURU SBGR09R PARANAGUA5-7 LOVE SBGR09R PARANAGUA5-7 FAET SBGR09R PARANAGUA5-7 PONY

3 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 SBGR09R PARANAGUA5-7 UGONO SBGR09R PARANAGUA5-7 BROZ SBGR09R PARANAGUA5-7 ZUKE SBGR09R PARANAGUA5-7 CAST SBGR09R USABA3-5 USABA SBGR09R USABA3-5 TRIGO SBGR09R USABA3-5 GURU SBGR09R USABA3-5 LOVE SBGR09R USABA3-5 FAET SBGR09R USABA3-5 PONY SBGR09R USABA3-5 UGONO SBGR09R USABA3-5 BROZ SBGR09R USABA3-5 ZUKE SBGR09R USABA3-5 CAST Após isso os fixos e rotas foram inseridos no programa RAMS. O aeroporto de Guarulhos já estava inserido devido a um estudo anterior. Em seguida foram coletados os dados dos voos do dia 23 de maio de 2010 que totalizam 291 voos contidos na tese do Pisani e também inseridos no input do programa. Realizou-se a simulação do período de um dia. Do output foram coletados os tempos de voos de todas as aeronaves desde o momento que passam pelo primeiro fixo até o momento que tocam a pista do aeroporto. Finalmente comparou-se esses tempos de voo com os tempos do modelo do Pisani e com os tempos que realmente aconteceram organizados na tabela 3 que foi dividida em quatro. Por ser muito extensa colocamos somente 32 voos do total de 291. Tabela 3. Parte da tabela de resultados. Entrada Data Companhia Voo Aeronave Aeroporto de Saída Fixo de entrada Horas Minutos Segundos Total (s) 23 de maio LAN 756 A320 SCEL ANISE de maio WEB 6695 B733 SBBR TUBE de maio TAM 3603 A320 SBSV TRIGO de maio GLO 1659 B738 SBGO TUBE de maio PTB 2203 E145 SBRP TUBE de maio TAM 8050 A320 SBGL TRIGO de maio GLO 1885 B738 SBSV TRIGO de maio GLO 7453 B738 SAEZ ANISE de maio GLO 1053 B737 SBPS TRIGO de maio ONE 6259 F100 SBRJ TRIGO de maio GLO 1027 B738 SBNT TRIGO de maio GLO 1799 B738 SBRF TRIGO de maio GLO 1009 B738 SBFZ TUBE de maio GLO 1023 B738 SBPS TRIGO de maio ARG 1248 B735 SABE ANISE de maio GLO 1698 B738 SBBR TUBE de maio WEB 9737 B733 SBRF TRIGO de maio UAL 861 B772 KIAD TUBE de maio GLO 1007 B738 SBMO TRIGO de maio GLO 1815 B738 SBFZ TUBE

4 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Esta primeira parte contém os voos do dia 23 de maio que chegaram em Guarulhos. Há também o fixo de entrada e a hora de entrada. Pouso Real Horas Minutos Segundos Total (s) Tempo de voo real (s) real (min) Esta segunda parte contém a hora em que as aeronaves pousaram na pista bem como o tempo de voo. Pouso - Simulação RAMS CDA Horas Minutos Segundos Total (s) (s) (min) CDA (s) CDA (min)

5 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de Esta terceira parte contém a hora em que as aeronaves pousaram segundo a simulação do RAMS e segundo o modelo do Pisani (CDA). Diferenças nos tempos de voo (s) Real - CDA RAMS - Real RAMS - CDA Por último temos as diferenças dos tempos de voo. Na primeira coluna a média foi 58 e o desvio padrão foi 203. Na segunda a média foi 101 e o desvio 261. Na terceira a média foi 159 e o desvio 204. Percebe-se que o tempo de voo da simulação foi maior na maioria dos casos do que a situação normal resultado que não era esperado. Para conferir o resultado anterior repetiu-se o procedimento descrito acima dessa vez com os voos do dia 24 de maio num total de 294 voos. A tabela 4 possui o resultado da nova comparação. Por ser muito extensa ela contem apenas uma parte. Tabela 4: Resultado da comparação com os voos do dia 24 de maio. Entrada Data Companhia Voo Aeronave Fixo de entrada Horas Minutos Segundos Total (s) 24 de maio TAM 3563 A320 TUBE de maio PUA 230 CRJ9 ANISE de maio LAN 756 A320 ANISE

6 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de de maio #N/D PTWHE BE40 TRIGO de maio WEB 6695 B733 TUBE de maio TAM 3603 A320 TRIGO de maio TAM 8050 A320 TRIGO de maio GLO 1885 B738 TRIGO de maio GLO 7453 B738 ANISE de maio TAM 3805 A320 MENDS de maio GLO 1570 B737 TUBE de maio ONE 6259 F100 TRIGO de maio ONE 6172 F100 TUBE de maio GLO 1799 B738 TRIGO de maio TAM 3525 A320 TRIGO de maio GLO 1698 B738 TUBE de maio GLO 1011 B738 TRIGO de maio WEB 6743 B733 ANISE de maio GLO 1815 B738 TUBE de maio ONE 6387 F100 TUBE Pouso Real Altitude (ft) Pista Horas Minutos Segundos Total (s) Tempo de voo real (s) real (min) R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R Pouso - Simulação RAMS CDA Horas Minutos Segundos Total (s) (s) (min) CDA (s) CDA (min)

7 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de Diferenças nos tempos de voo (s) Real - CDA RAMS - Real RAMS - CDA As médias para as três colunas são: e 137 respectivamente. Os desvios são: e 267 respectivamente. Novamente o tempo de voo da simulação foi maior na maioria dos casos.

8 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de Simulação em Guarulhos Congonhas e Viracopos. As rotas de saída e aproximação para Congonhas e Viracopos foram inseridas no RAMS conforme a figura 5. As rotas escuras são de aproximação. A verde é para Guarulhos a vermelha para Congonhas e a Azul para Viracopos. Já as rotas claras são de saída. Figura 5: Rotas de aproximação e saída inseridas no RAMS Já as tabelas 5 e 6 contêm os voos que chegam em Congonhas e Viracopos respectivamente. Para os voos que chegam em Guarulhos utilizou-se os mesmos do dia 24 de maio utilizados na simulação anterior. No total foram 844 voos sendo 303 em Congonhas 247 em Viracopos e 294 em Guarulhos. Tabela 5: Parte dos voos que chegam em Congonhas Origem Aeronave Fixo de entrada Rota Deputado Luís B737 PCL POCOS3-7 Eduardo Magalhães Campo Grande B737 PNG PARANAGUA1-3 Deputado Luís A320 PCL POCOS3-7 Eduardo Magalhães Campo Grande A319 PNG PARANAGUA1-3 Marechal Rondon A320 LITRE LITRE1-3 Regional de Maringá - B738 LITRE LITRE1-3 Sílvio Name Júnior Goiabeiras B737 PCL POCOS3-7 Galeão - Antônio B737 LITRE LITRE1-3 Carlos Jobim Presidente Prudente B737 GRADE GRADE7 Santa Genoveva A320 GRADE GRADE7 Pres. Juscelino A320 GRADE GRADE7 Kubitschek São José do Rio Preto A319 PCL POCOS3-7

9 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Regional de Maringá - B738 LITRE LITRE1-3 Sílvio Name Júnior Santos Dumont B738 LITRE LITRE1-3 Tancredo Neves B738 PCL POCOS3-7 Afonso Pena B738 LITRE LITRE1-3 Santos Dumont B738 LITRE LITRE1-3 Santos Dumont B738 LITRE LITRE1-3 Santos Dumont A319 LITRE LITRE1-3 Leite Lopes A319 GRADE GRADE7 Pres. Juscelino A319 GRADE GRADE7 Kubitschek Galeão - Antônio A320 LITRE LITRE1-3 Carlos Jobim Afonso Pena A320 LITRE LITRE1-3 Salgado Filho A320 LITRE LITRE1-3 Hercílio Luz A319 LITRE LITRE1-3 Goiabeiras A320 PCL POCOS3-7 Tancredo Neves A319 PCL POCOS3-7 Galeão - Antônio A320 LITRE LITRE1-3 Carlos Jobim Londrina A319 LITRE LITRE1-6 Santos Dumont A319 LITRE LITRE1-3 Santos Dumont A319 LITRE LITRE1-3 Tabela 6: Parte dos voo s que chegam em Viracopos Origem Aeronave Fixo de entrada Rota Horário DAKAR YOFF MD11 PCL MENDS15-PCL 0 DAKAR YOFF MD11 PCL MENDS15-PCL 0 DAKAR YOFF MD11 PCL MENDS15-PCL 0 Eduardo Gomes MD11 PIR MENDS14-PIR 0 Afonso Pena MD11 PCL MENDS15-PCL 1 Guararapes Gilberto Freyre B744 PIR MENDS15-PIR 2 TENERIFE SUR REINA MD11 PCL MENDS15-PCL 2 SOFIA Guararapes Gilberto Freyre B744 PIR MENDS15-PIR 3 Eduardo Gomes MD11 PIR MENDS14-PIR 4 Guararapes Gilberto Freyre E190 PIR MENDS15-PIR 5 Campo Grande E190 GRADE GRADE15 5 Pinto Martins E190 PIR MENDS15-PIR 5 Eduardo Gomes E190 PIR MENDS14-PIR 5 Augusto Severo E190 PIR MENDS15-PIR 5 Senador Petrônio Portela E190 PIR MENDS15-PIR 5 Presidente Castro Pinto E190 PCL MENDS15-PCL 5 DAKAR YOFF MD11 PCL MENDS15-PCL 5 DAKAR YOFF MD11 PCL MENDS15-PCL 5 TENERIFE SUR REINA SOFIA TENERIFE SUR REINA SOFIA MD11 PCL MENDS15-PCL 5 MD11 PCL MENDS15-PCL 5

10 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Guarulhos - Governador A320 OSAMU REORI15-OSAMU 5 André Franco Montoro SAL AMILCAR CABRAL MD11 PCL MENDS15-PCL 5 INTL SAL AMILCAR CABRAL MD11 PCL MENDS15-PCL 5 INTL SAL AMILCAR CABRAL MD11 PCL MENDS15-PCL 5 INTL SAL AMILCAR CABRAL MD11 PCL MENDS15-PCL 5 INTL Santa Maria E190 OSAMU REORI15-OSAMU 6 Deputado Luís Eduardo B738 PCL MENDS15-PCL 6 Magalhães TENERIFE SUR REINA MD11 PCL MENDS15-PCL 6 SOFIA Guarulhos - Governador A320 OSAMU REORI15-OSAMU 6 André Franco Montoro Lauro Carneiro de Loyola E190 PNG REORI15-PNG 7 Santos Dumont E190 USABA REORI15-USABA 7 Regional de Maringá - Sílvio Name Júnior E190 PNG REORI15-PNG 7 O RAMS considera que houve um conflito quando duas aeronaves estão prestes a se chocarem ou estão muito próximas uma da outra. A distância mínima entre aeronaves é inserida nos dados de entrada. Para resolver os conflitos o programa pode aplicar mais de uma solução. Entre as possíveis soluções estão: mudança de altitude mudança de velocidade mudança de rota ir para uma holdstack entre outras. A holdstack é uma espécie de retorno na rota conforme a figura 6. A aeronave fica dando voltas até que o caminho seja liberado. Figura 6: Exemplo de holdstack A simulação resultou num total de 867 potenciais conflitos que exigiriam a atuação de um controlador para manutenção da segurança. 3. Conclusões Observando os resultados da simulação do dia 23 de maio pôde-se observar que o tempo de voo da simulação foi menor do que o tempo real em 73 dos 291 voos (aproximadamente 25%). Ele também foi menor que o tempo do CDA em apenas 20 voos (aproximadamente 7%). Com isso constata-se que o algoritmo do simulador parece ser menos eficiente do que a utilização de controladores de voos menos ainda do que o modelo adotado pelo Pisani. Esse resultado mostra um certo conservadorismo do programa porém não era esperado. As expectativas seriam que os tempos de voo do programa fosse menores do que os do caso real portanto realizou-se a simulação do dia 24 de maio a fim de verificar-se se o mesmo ocorreria. Pelos resultados do dia 24 de maio observou-se que em 71 dos 298 voos o tempo da simulação foi menor do que o real. Isso confirma o resultado anterior. Ainda sim há um ceticismo quanto ao fato do programa resultar em tempos maiores. Isso pode ter ocorrido devido a algum procedimento diferente do normal que possa ter ocorrido no dia. Um encurtamento das rotas é um exemplo. Também há uma diferença que não foram considerados voos partindo de Guarulhos ao contrário do que realmente ocorre. Porém essa consideração aumenta ainda mais o tempo de voo na situação real.

11 Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Quanto à simulação com os três principais aeroportos de São Paulo o elevado número de conflitos resolvidos em um dia mostra a complexidade que é o espaço aéreo e a importância do trabalho dos controladores de voo. Além disso a inclusão de voos de partida aumentaria ainda mais a quantidade de conflitos que poderiam ocorrer. 4. Agradecimentos Agradeço ao CNPq por possibilitar a realização dessa iniciação científica ao professor Carlos Müller pela excelente orientação ao engenheiro Daniel Pisani Dias por fornecer sua tese de mestrado ao engenheiro Rafael Fraga por me ajudar a trabalhar no RAMS e por fim à minha família e amigos. 5. Referências DIAS Daniel Aircraft spacing for continuous descent approach in a terminal area based on required time of arrival at a metering fix Tese de Mestrado ITA DECEA Cartas aeronáuticas < ANAC Tabela Hotram <