O Departamento de Transporte Aéreo do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), em São José dos Campos, desenvolve ferramenta automatizada de gerenciamento e controle do fluxo de tráfego aéreo (ATFM, do termo em inglês Air Traffic Flow Management). “Trata-se de um modelo conceitual e teórico, ainda em fase de teste, que busca solução para um problema de alta complexidade: o sequenciamento de chegada de aeronaves (ALP, do termo em inglês Aircraft Landing Problem) em aeroportos”, diz Carlos Müller, professor da Divisão de Engenharia Civil do ITA, que já orientou diversas pesquisas nessa área.
Uma das ferramentas mais promissoras, proposta na tese de mestrado de Mayara Condé Rocha Murça, desenvolvida no ITA sob supervisão do Prof. Müller, utiliza, na perspectiva da pesquisa operacional, modelo de programação matemática para avaliar o sequenciamento de aproximação de aeronaves no Aeroporto Internacional de Guarulhos, no Estado de São Paulo. Mayara, que é tenente da Aeronáutica, numa condição até então inédita no ITA, foi autorizada a defender sua tese no Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, com a participação de dois professores daquela instituição em sua banca examinadora. Foi aprovada por unanimidade e com menção de excelência por todos os membros da banca.
A contribuição é relevante. No Brasil, e em praticamente todo o mundo, o controle de tráfego aéreo é baseado na comunicação de voz entre o piloto e o controlador de voo. O horário alvo - ideal e mais econômico - de pouso de uma aeronave é calculado com base num voo que segue um perfil ótimo de velocidade. Ocorre que, no momento em que a aeronave se aproxima de seu destino obedecendo uma rota padrão (STAR, do termo em inglês Standard Terminal Arrival Route), o responsável pelo controle do tráfego precisa intervir para garantir a separação regulamentada e o fluxo seguro das aeronaves, dando ordens ao piloto de mudança de rumo (ou de proa), de redução ou aumento de velocidade, ou ainda colocar o voo em procedimentos de espera.
As decisões do controlador têm impacto nos custos, como o consumo de combustível, na emissão de poluentes e nos custos do atraso para o cliente. Por essa razão, o ALP é entendido na literatura como um problema de tomada de decisão. “Os resultados sugerem que essa ferramenta poderia auxiliar o controlador de tráfego aéreo na tomada da melhor decisão no que se refere a alongar ou encurtar a rota de chegada de cada voo”, afirma Müller.
Até agora, não existem métodos práticos para a solução deste problema. “Lentamente, a tecnologia avança e vem permitindo o uso de transferência digital de algumas informações entre controladores e o piloto, mas a comunicação por voz ainda é muito presente. Imagina-se que, no futuro, todo o controle e gerenciamento do tráfego possa ser realizado por comunicação digital (CPDLC, do termo em inglês Controller Pilot Data Link Communication)”, diz. Nesse caso, ele explica, o controlador atuaria, assim como faz hoje, para garantir a segurança do tráfego aéreo, mas com o apoio de uma ferramenta que permitiria a tomada de decisão de forma padronizada e, de certa forma, otimizada.
O modelo matemático desenvolvido por Mayara utilizou como insumo os horários de pouso em uma das pistas do aeroporto de Guarulhos de cada uma das aeronaves de um determinado dia, levando em conta restrições relacionadas às “janelas de tempo” para o pouso e o critério de separação entre aeronaves.
Tomou como referência o movimento do Aeroporto de Guarulhos no dia 7 de dezembro de 2010, registrado na base de dados do radar, com informações sobre latitude, longitude, altitude, velocidade, entre outras, em pequenos intervalos de tempo. O aeroporto tem duas pistas paralelas, com 3.000 e 3.700 metros de extensão, uma para pouso e outra para decolagem. As trajetórias foram plotadas e comparadas com o procedimento padrão (STAR) para, em seguida, por meio de ferramenta de simulação, ser replicadas de forma a permitir o estabelecimento de parâmetros como horário de chegada de cada aeronave na aproximação e o tempo médio de percurso de cada rota padrão.
Esse procedimento permitiu caracterizar intervalos de tempo entre essas diferentes ações, conhecidos como janelas. Na primeira janela, de aproximação , foi possível obter informações sobre a entrada do voo na área de controle do aeroporto. Na segunda janela, com o voo mais próximo do aeroporto, foi estimada a sequência ótima e, na terceira janela, conhecida como de congelamento, o voo cumpriu a sequência estabelecida pelos controladores de tráfego. Esses passos foram repetidos continuamente para todos os voos, em cada uma das três janelas; naquele dia, foram 72 janelas, uma a cada 20 minutos.
Na simulação, foram avaliadas duas estratégias possíveis de decisão de sequenciamento: a troca de posição na fila de pouso entre aeronaves que realizaram aproximação padrão e a sequência de pouso por ordem de chegada, no jargão do setor, first come, first served (FCFS). Para este cálculo, foi permitido um atraso máximo de até 360 segundos e um adiantamento máximo de até 240 segundos, para cada voo.
Os resultados revelaram que a alteração na fila de pouso resulta em ganho de 12% em relação à estratégia FCFS, pequeno, comparado ao resultado de estudos internacionais, mas que está condicionado ao porte e a homogeneidade das aeronaves que operam no Aeroporto de Guarulhos. A estratégia FCFS mostrou-se, nesse caso, mais vantajosa computacionalmente, no que se refere à economia de tempo de processamento computacional.
O estudo avaliou então, um terceiro modelo, incorporando também os movimentos de decolagem que poderiam ser atrasados em solo em até 30 segundos para garantir 5 milhas náuticas (9,26 km) de separação entre a chegada e partida de aeronaves. Este cenário reduziu, em grande parte das vezes, o desvio dos pousos em relação ao horário alvo em boa parte do dia avaliado, tanto em momentos de baixa como de alta densidade de tráfego, e a redução de desvios chegou a 22%. Os resultados, em laboratório, são encorajadores e demonstraram o potencial desse tipo de modelagem no suporte à decisão para os controladores de tráfego aéreo.
“Temos muito a ganhar em eficiência de controle de tráfego aéreo com o uso de modelagem e pesquisa operacional como suporte à decisão. Nossa intenção é avançar na pesquisa e montar cenários para teste de um simulador em tempo real, com a participação do Instituto de Controle do Espaço Aéreo (ICEA), com quem o ITA tem acordo de cooperação”, afirma Müller.
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