A novel approach for conflict detection and resolution for trajectory-based operations in 4D-navigation using NoSQL databases and local search algorithms

Abstract

O principal objetivo das Operações baseadas em desempenho é o gerenciamento de trajetórias de voo com base na capacidade operacional das aeronaves com a finalidade de diminuir os custos inerentes ao voo. Concomitantemente, a maximização da eficiência e capacidade do espaço aéreo devem ser observadas sem prejuízo das restrições operacionais de segurança do espaço aéreo. Novas tecnologias para previsão de trajetórias e detecção e resolução de conflitos (CD&R) em voo são essenciais para estabelecer um novo paradigma na aviação, de instruções de controle de tráfego aéreo (ATC) a operações baseadas em trajetórias (TBO). A implementação das TBO vem modernizando a estrutura do Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM) avançado. Diversos algoritmos e metodologias para CD&R vêm sendo desenvolvidos para a comunidade da aviação, abrangendo desde busca extensiva a Programação Inteira e algoritmos evolucionários. O problema é então descobrir um esquema eficiente para armazenar e gerenciar as trajetórias na complexa rede de tráfego, com massiva quantidade de dados, para então ser possível detectar e resolver os conflitos. Nesta tese, um framework para CD&R é desenvolvido para o gerenciamento de trajetórias quadridimensionais (4DT) previstas. Com a utilização de esquemas especiais em bases de dados NoSQL, as trajetórias 4D de voos comerciais são apresentadas e os eventuais conflitos são detectados em complexidade computacional na ordem de O(nlog2(n)) no caso médio, o que comprovadamente supera técnicas atualmente praticadas. Uma aplicação cliente de um Previsor de Trajetórias é apresentada. Esta modelagem permite a classificação automática de cada ponto 4D amostrado nos voos, onde conflitos entre as trajetórias são detectados via consultas aos bancos de dados. A inovação da abordagem reside no fato de que a computação é majoritariamente reservada ao TP, sem necessidade de conhecimento detalhado sobre as trajetórias executadas. Por fim, algoritmos de busca local para resolução dos conflitos são desenvolvidos para ajustar os atributos do plano de voo das aeronaves a fim de resolver os conflitos eventualmente encontrados no planejamento estratégico dos voos.