Análisis de parámetros de influencia en la definición
de trayectorias 4D
Entregable 1 2019 (E1 2019). Requisitos esenciales
para la implantación del concepto operacional de
trayectorias 4D
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 2 / 88
Hoja de Identificación del documento
Título: Análisis de parámetros de influencia en la definición de trayectorias 4D. Entregable 1 2019 (E1 2019). Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D.
Código: E1 2019
Fecha: Febrero 2019
Fichero: N.A.
Autor: Cecilia Claramunt Puchol, María de la O Marsal Gómez, Álvaro Rodríguez Sanz
Revisor: Fernando Gómez Comendador
Aprobado: N.A.
Versiones:
Numero Fecha Autor Comentarios
01 05/02/2019 Cecilia Claramunt Puchol
María de la O Marsal Gómez
Álvaro Rodríguez Sanz
Documento inicial
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 3 / 88
Resumen Ejecutivo
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.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 4 / 88
Índice de Contenidos
1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................12 2 OBJETIVOS Y ALCANCE...........................................................................................................14 3 CONCEPTO OPERACIONAL DE LAS TRAYECTORIAS 4D .....................................................16 4 NECESIDAD DEL USO DE LAS TRAYECTORIAS 4D ..............................................................17
5 ESTADO DEL ARTE ...................................................................................................................19
5.1 Gestión actual del tráfico aéreo ..............................................................................................20
5.1.1 Planificación de vuelos .............................................................................................................................................................. 20
5.1.2 Servicios asociados al tránsito de aeronaves ............................................................................................................................ 21
5.1.3 Evolución del CFMU al NMOC .................................................................................................................................................. 22
5.1.4 Servicio ATFCM ......................................................................................................................................................................... 22
5.1.5 Network Operations Plan ........................................................................................................................................................... 24
5.2 Hacia la navegación basada en prestaciones (PBN) ..............................................................26
5.2.1 Características de la Navegación Basada en Prestaciones ...................................................................................................... 29
5.3 Desarrollo e implementación de SESAR y del Plan Maestro Europeo ATM ...........................31
5.4 SESAR 2020: Concepto de Operaciones ...............................................................................32
5.5 Comparativa de operaciones basadas en trayectorias 4D en SESAR y NextGen ..................33
6 METODOLOGÍA .........................................................................................................................36
7 CONCEPTOS RELACIONADOS CON LA IMPLANTACIÓN DE TRAYECTORIAS 4D ..............39
7.1 System Wide Information Management (SWIM) .....................................................................39
7.2 Free Route Airspace (FRA) .....................................................................................................41
7.3 Operaciones continuas (CDO y CCO) ....................................................................................44
7.4 Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) .....................................................................45
7.5 User Driven Prioritization Process (UDPP) .............................................................................49
7.6 Short-Term ATFCM Measures (STAMs) .................................................................................50
7.7 Point Merge.............................................................................................................................51
7.8 Initial 4D Trayectory Management (i4D)..................................................................................54
8 SISTEMAS CNS/ATM QUE CONDICIONAN EL CONCEPTO OPERACIONAL DE TRAYECTORIAS 4D ..............................................................................................................................57
8.1 Sistemas de secuenciación y gestión de vuelos .....................................................................57
8.1.1 AMAN y E-MAN ......................................................................................................................................................................... 57
8.1.2 D-MAN ....................................................................................................................................................................................... 60
8.1.3 S-MAN ........................................................................................................................................................................................ 61
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 5 / 88
8.1.4 A-SMGCS .................................................................................................................................................................................. 62
8.2 Sistemas de planificación y predicción de trayectorias ...........................................................63
8.2.1 4DPP .......................................................................................................................................................................................... 63
8.2.2 PATS Trajectory Predictor ......................................................................................................................................................... 64
8.2.3 PATS Negotiation Manager ....................................................................................................................................................... 65
8.3 Sistemas ATFCM ....................................................................................................................66
8.3.1 ETFMS ....................................................................................................................................................................................... 66
8.3.2 iFMP ........................................................................................................................................................................................... 67
8.4 Sistemas de vigilancia y monitorización ..................................................................................68
8.4.1 ADS ............................................................................................................................................................................................ 68
8.4.2 MTCD ......................................................................................................................................................................................... 69
8.4.3 STCA .......................................................................................................................................................................................... 70
8.4.4 MONA ........................................................................................................................................................................................ 70
8.4.5 FPM ............................................................................................................................................................................................ 72
8.5 Sistemas de comunicaciones ..................................................................................................72
8.5.1 CPDLC ....................................................................................................................................................................................... 72
8.5.2 ADS-C ........................................................................................................................................................................................ 73
8.6 Flight Management System (FMS) .........................................................................................74
8.7 Interfaz Máquina-Persona (HMI) .............................................................................................75
9 IMPLICACIÓN DEL PILOTO .......................................................................................................77 10 CONCLUSIONES .......................................................................................................................79
11 TRABAJOS FUTUROS ...............................................................................................................85 12 REFERENCIAS ..........................................................................................................................87
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 6 / 88
Índice de Figuras
Figura 1. Metodología de análisis del Estado del Arte ............................................................................19
Figura 2. Evolución de los principales cambios operacionales necesarios a nivel ATFCM ....................23
Figura 3. Objetivos Estratégicos fijados en el NOP 2018-2019/22 .........................................................25
Figura 4. Comparación entre las rutas convencionales, RNAV y RNP. ..................................................27
Figura 5. Concepto de PBN dentro del concepto de espacio aéreo .......................................................29
Figura 6. Esquema de la metodología de análisis a seguir .....................................................................36
Figura 7. Conceptos clave en el desarrollo de operaciones 4D ..............................................................37
Figura 8. Herramientas y sistemas CNS/ATM que afectan al concepto de trayectorias 4D. ...................38
Figura 9. Infraestructura de intercambio de datos de SWIM ...................................................................40
Figura 10. Previsión de la implementación del FRA en Europa a finales del 2019 .................................42
Figura 11. Previsión de la implementación del FRA en Europa a finales del 2022 .................................43
Figura 12. Beneficios previstos de la implantación del concepto FRA ....................................................43
Figura 13. Beneficios previstos del uso de Operaciones Continuas en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017 ................................................................................................................................................44
Figura 14. Beneficios aportados por los Descensos Continuos en el contexto de PBN en Irlanda .........45
Figura 15. Beneficios previstos del A-CDM en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017 .........................46
Figura 16. Mejora media en el Taxi-out time en aeropuertos CDM .........................................................47
Figura 17. Factores que afectan al TSAT ...............................................................................................48
Figura 18. Previsión de aeropuertos con sistema CDM en Europa ........................................................49
Figura 19. Previsión de la implementación y beneficios obtenidos del UDPP ........................................49
Figura 20. Beneficios previstos de la aplicación de STAMs en el Plan Maestro ATM Europeo en 2017 50
Figura 21. Sectores de control asociados a la fase de llegadas .............................................................51
Figura 22. Ejemplo de la estructura de ruta de un punto de convergencia .............................................53
Figura 23. Beneficios de las mejoras en el AMAN previstas en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017 ........................................................................................................................................................58
Figura 24. Posibles elementos que incorporará el nuevo AMAN ............................................................60
Figura 25. Previsión de la implementación y la obtención de beneficios de la coordinación AMAN/DMAN incluyendo múltiples aeródromos ....................................................................................................61
Figura 26. Beneficios previstos del A-SMGCS en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017 ....................63
Figura 27. Datos de entrada al EFTMS para el cálculo y comparación de demanda/capacidad del espacio
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 7 / 88
aéreo ...............................................................................................................................................66
Figura 28. Esquema de las relaciones que establece el sistema MONA ................................................71
Figura 29. Diagrama de bloques de sistemas relacionados con el FMS ................................................75
Figura 30. Requisitos y condicionantes del concepto operacional de Trayectoria 4D ............................79
Figura 31. Resumen de los conceptos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D .............83
Figura 32. Resumen de los avances tecnológicos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D ........................................................................................................................................................84
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 8 / 88
Glosario
A-CDM Airport-CDM
ACC Centro de Control de Área
ACARS Aircraft Communication Addressing and Reporting System
ADEP Aerodrome of Departure
ADES Aerodrome of Destination
ADP ATFCM Daily Plan
ADS Automatic Dependent Surveillance
ADS-B ADS-Broadcast
ADS-C ADS-Contract
AIP Aeronautical Information Publication
AMAN Arrival Manager
ANSP Airspace Navigation Service Provider
APP Approach Control
A-RNP Advanced RNP
ATC Air Traffic Control
ATCO Air Traffic Control Officer
ATFCM Air Traffic Flow and Capacity Management
ATFM Air Traffic Flow Management
ATM Air Traffic Management
ATS Air Traffic Service
ASM Air Space Management
A-SMGCS Advanced-Surface Movement Guidance and Control System
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 9 / 88
AU Airspace Users
BDT Business Developement Trajectory
CDA Continuous Descent Approach
CDO Continuous Descent Operations
CDU Control Display Unit
CDM Collaborative Decision Making
CFMU Central Flow Management Unit
CONOPS Concept of Operations
CCO Continuous Climb Operations
CPDLC Controller Pilot Data Link Connection
CTOT Calculated Take Off Time
DMAN Departure Manager
ECAC European Civil Aviation Conference
EFPL Extended Flight Plan
EFTMS Enhanced Tacticlal Flow Management System
ETA Estimated Time of Arrival
E-TMA Extended-TMA
EUROCONTROL European Organisation for the Safety of Air Navigation
FAF Final Approach Fix
FDPS Flight Data Proccessing System
FMC Flight Management Computer
FMS Flight Management System
FP Flight Plan
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 10 / 88
FPM Flight Path Monitoring
FRA Free Route Airspace
HMI Human Machine Interface
iFMP Integrated Flow Management Position
IFPS Integrated Flight Plan Processing System
i4D initial 4D
KPA Key Performance Area
LNAV Lateral Navigation
MCDU Multi Control Display Unit
MONA Monitoring Aids
MP Merging Point (Punto de convergencia)
MTCD Medium Term Conflict Detection
NM Network Manager
NMOC Network Manager Operations Centre
NOP Network Operations Plan
PAT PHARE Advanced Tool
PATS PHARE Advanced Tool Set
PHARE Programme for Harmonised ATM Research in EUROCONTROL
PBN Performance Based Navigation
PCP Pilot Common Project
P-RNAV Precision Area Navigation
RBT/RMT Reference Business Trajectory / Reference Mission Trajectory
RFP Repetitive Flight Plan
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 11 / 88
RNAV Area Navigation
RNP Required Navigation Performance
RTA Required Time of Arrival
SACTA Sistema Automatizado de Control de Tránsito Aéreo
SBT/SMT Shared Business Trajectory / Shared Mission Trajectory
SES Single European Sky
SMAN Surface Manager
SO Strategic Objectives
STAM Short-Term ATFCM Measure
STAR Standard Terminal Arrival Route
SWIM Sistem Wide Information Management
TBO Trajectory Based Operations
TM Trajectory Management
TMA Terminal Manoeuvring Area
TOD Top Of Descent
TP Trajectory Prediction
UDPP User Driven Prioritization Process
VNAV Vertical Navigation
4D 4 Dimensions
4DPP 4D trajectory calculation for Planning Purposes
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 12 / 88
1 INTRODUCCIÓN
Las crecientes limitaciones de capacidad, eficiencia y costes, derivadas de la evolución en las
operaciones aéreas, han cambiado la perspectiva desde la que se pretende abordar la gestión del
tránsito aéreo -concepto de ATM futuro- y el concepto de operaciones.
Los nuevos programas y avances tecnológicos están encaminados a lograr un uso flexible del
espacio aéreo que sustituya las rutas convencionales por las rutas preferidas por los usuarios del
espacio aéreo en función de sus objetivos de negocio. Estas nuevas rutas conllevarán múltiples
beneficios para los usuarios del espacio aéreo en el ámbito de la eficiencia de las operaciones
aéreas y eficiencia de costes, a la vez que contribuirán a la reducción del impacto medioambiental.
El cambio necesario para introducir la libertad de planificación de vuelos en el espacio aéreo viene
de la mano de la implantación de las trayectorias 4D, que posibilitarán el concepto de Operaciones
Basadas en Trayectorias (denominadas TBO).
Las trayectorias 4D se enmarcan dentro del programa europeo SESAR (Single European Sky ATM
Research). Los objetivos que persigue el nuevo concepto de espacio aéreo son: reestructurar el
espacio aéreo europeo según los flujos de tráfico, aumentar la capacidad e incrementar la
eficiencia en la gestión.
Este tipo de trayectorias se basan en la integración del tiempo en las actuales trayectorias 3D, de
forma que la aeronave siga una trayectoria óptima, exigiendo que pase por un Waypoint (definido
con latitud, longitud y nivel de vuelo) en una ventana tiempo determinada. Así pues, se podría
definir la trayectoria 4D como un conjunto de segmentos que unen varios puntos de paso, los
cuales tienen fijados un tiempo determinado para sobrevolarlos. Este nuevo concepto hará el
sistema más predecible y permitirá a los usuarios seguir unas rutas de vuelo prácticamente sin
restricciones. La mejora de la predictibilidad es uno de los requisitos marcados por SESAR para
optimizar la sincronización de trayectorias 4D y la reducción de conflictos.
La nueva metodología de navegación se asienta en la planificación exhaustiva, el intercambio de
información precisa y la toma de decisiones colaborativa.
Así pues, este documento se centra en realizar un análisis inicial de los principales conceptos que
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 13 / 88
se han desarrollado entorno a las trayectorias 4D y los sistemas y herramientas ATM/CNS más
destacados que posibilitan su implantación de una forma segura y eficiente, todos ellos definidos
por EUROCONTROL.
Dicho de otro modo, se analizan los requisitos funcionales del concepto operacional de trayectorias
4D y esenciales para la implantación de este concepto, encuadrando estas necesidades según las
principales herramientas, programas y sistemas ATM/CNS que se deben desplegar.
Se hará una diferenciación entre los requisitos conceptuales y los requisitos tecnológicos,
análizandose cada uno de ellos de forma independiente.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 14 / 88
2 OBJETIVOS Y ALCANCE
El presente documento, “Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de
trayectorias 4D”, persigue los siguientes objetivos:
Análisis del estado del arte sobre el concepto operacional de las trayectorias 4D dentro
del ámbito de SESAR. Se analizan los requisitos, implicaciones y beneficios de estas
trayectorias. También se estudian los proyectos e investigaciones que se han llevado a
cabo en temas relacionados con las trayectorias 4D.
Resumir los requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de
trayectoria 4D. Proyectando dichos requisitos en los principales conceptos y herramientas
ATM/CNS que deben desplegar y clasificar éstas últimas según su funcionalidad a lo largo
del vuelo.
El desarrollo e implementación de medidas que posibiliten la evolución del sistema ATM y del
concepto de operaciones es un proceso largo que, a veces, genera confusión en lo referente a los
sistemas que se encuentran en uso o los horizontes temporales necesarios para la implantación
de determinadas herramientas. Por ello, la estructura adoptada en este documento no sigue una
línea temporal.
En primer lugar, se ha realizado un estado del arte que permite comprender la situación actual del
espacio aéreo, en el que se expone el funcionamiento del sistema ATM para gestionar las
operaciones y se introducen los programas desarrollados para reducir los problemas asociados al
tráfico de aeronaves y a la capacidad del espacio aéreo y conseguir sacar el máximo partido a las
operaciones.
Puesto que la clave de este trabajo es encontrar los requisitos y condicionantes del concepto
operacional de las trayectorias 4D, se han diferenciado las principales ideas o conceptos que
afectan a la implantación de las trayectorias 4D de las herramientas tecnológicas o sistemas
ATM/CNS que habilitan la puesta en marcha de las trayectorias 4D. Adicionalmente, se estudia la
implicación del piloto en este concepto operacional.
Puesto que son muy numerosos los sistemas ATM/CNS que participan en la planificación,
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 15 / 88
generación, predicción y gestión de las trayectorias 4D, este trabajo se limita su estudio a una
serie de herramientas que se han considerado esenciales, dejando de lado los sistemas que ya
son necesarios en la actualidad para el desarrollo seguro y eficiente de las operaciones y no
requieren ninguna modificación especial o no contribuyen con un papel importante al concepto de
trayectorias 4D.
El análisis de las líneas de acción apropiadas para implantar los conceptos y mejoras en las
herramientas existentes, así como el estudio de los estándares para el envío de información y las
pruebas realizadas en el ámbito de las trayectorias 4D, son cuestiones que quedan fuera del
alcance de este documento y que quedan planteadas para ser evaluadas en futuros trabajos.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 16 / 88
3 CONCEPTO OPERACIONAL DE LAS TRAYECTORIAS
4D
Las trayectorias 4D forman parte del programa de Cielo Único Europeo de SESAR. Este programa
se ideó para reformar la arquitectura del sistema ATM europeo, permitiendo el cumplimiento de
las necesidades futuras de capacidad y de seguridad, así como de los requisitos
medioambientales.
Actualmente, la navegación en la aviación contempla 3 dimensiones: la latitud, la longitud y la
altitud. Pero debido al gran congestionamiento del espacio aéreo se hace necesario incluir una
dimensión más, el tiempo, pasando así a la navegación 4D.
Así pues, las futuras trayectorias 4D se podrán definir como un conjunto de segmentos que unen
diferentes puntos de paso, los cuales tienen fijados un tiempo determinado para ser sobrevolados.
Es decir, para su generación, primero se proyecta la ruta en el espacio y posteriormente se le
imponen unas limitaciones temporales (ventanas de paso) para alcanzar determinados puntos de
la ruta, denominados Waypoints (WP).
Esto permitirá un sistema más predecible y la posibilidad a los usuarios de seguir rutas de vuelo
casi sin restricciones, pudiendo seguir la trayectoria óptima para ellos siempre y cuando se cumpla
con los tiempos establecidos.
El éxito de estas operaciones radica en la planificación exhaustiva de cada trayectoria 4D, con la
intervención de todos los agentes involucrados en las operaciones aéreas, acordando una
trayectoria de referencia (RBT-Reference Business Trajectory, acordada por todos los agentes
involucrados en las operaciones aéreas) que la aeronave tratará de volar, siempre que sea posible.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 17 / 88
4 NECESIDAD DEL USO DE LAS TRAYECTORIAS 4D
La tendencia creciente del tráfico aéreo en un espacio aéreo limitado implica un cambio en el uso
del espacio aéreo a futuros que permita un aumento de su capacidad y un uso más flexible del
mismo.
A raíz de esta situación, surge la idea de dejar de lado las rutas prefijadas para que cada aerolínea
pueda volar sus trayectorias deseadas, llegando a un consenso previamente con el resto de las
partes involucradas en las operaciones. Esta idea se materializa a través de la implantación de las
trayectorias 4D, que permiten volar las trayectorias más convenientes para los usuarios del
espacio aéreo según su propósito o objetivo, rutas más directas o más eficientes en cuanto a
consumo de combustible.
Las trayectorias 4D, al agregar la dimensión temporal, requieren unos elevados requisitos de
sincronización de las actualizaciones en la evolución de la trayectoria, propiciadas por la
colaboración en el intercambio de información. Por ello es habitual definir como principales
beneficios del uso de las trayectorias 4D el aumento de la predictibilidad y de la precisión en la
trayectoria. Sin embargo, es necesario ahondar en el resto de mejoras que introducen las
operaciones 4D para tener una visión global del impacto de las mismas respecto de las
operaciones convencionales.
El concepto de trayectoria 4D abarca todas las fases del vuelo, definiéndose incluso antes del
comienzo de la operación, en las fases estratégica y pre-táctica, y aportando información para su
análisis tras la operación, en la fase de post-operación, de forma que se puedan utilizar los datos
del vuelo para introducir mejoras y resolver problemas en operaciones futuras. Por tanto, la
extensión del concepto de trayectoria 4D a todas las fases del vuelo refina el proceso de
planificación y la prevención de sucesos o conflictos y permite que cualquier cambio que se
produzca en la trayectoria de referencia sea comunicado automáticamente a todos los
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 18 / 88
stakeholders1, mejorando la precisión con la que se predice la trayectoria y promoviendo la toma
de decisiones colaborativa. Durante la fase de operación -fase táctica-, la predicción de la
trayectoria se realiza tanto a bordo como en tierra, utilizando para ello el plan de vuelo, datos de
vuelo, información meteorológica, etc.
Aunque se maneja mayor cantidad de información, que se extiende en un horizonte que abarca
todas las fases de operación, ésta es más precisa y a cada stakeholder se le transmiten datos
concisos, lo que facilita la gestión de la información, la predicción de la evolución de la trayectoria
y la previsión y evasión de conflictos con anterioridad, reduciendo la necesidad de futuras
revisiones y cambios en la trayectoria. Todos los actores involucrados en los vuelos forman parte
de esta red de intercambio de datos. La clave radica en que se envía únicamente la información
necesaria a cada una de las partes interesadas y la transmisión de datos se realiza de forma
automática. Por lo tanto, cada usuario maneja información concisa y útil en todo momento.
Por otra parte, es importante recalcar la necesidad de manejar límites de tiempo precisos para el
desarrollo seguro de estos vuelos, ya que la separación en operaciones 4D se basa en el tiempo,
es decir, las restricciones temporales son las que definen la trayectoria. Por lo tanto, se utilizan
ventanas o rangos temporales para distintos puntos de la trayectoria, lo que definirá el perfil de
velocidades requerido en cada vuelo.
Finalmente, destaca la gran mejora que introducen las trayectorias 4D en los aeropuertos de origen
y destino, ya que el énfasis en la planificación contribuye de forma positiva al rendimiento de las
pistas, junto con la mejora en relación con la reducción en la emisión de contaminantes a la
atmósfera, objetivo de gran interés en la actualidad.
1 Los ‘stakeholders’ son todos los agentes que participan de algún modo en las operaciones aéreas.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 19 / 88
5 ESTADO DEL ARTE
Para introducir las trayectorias 4D se debe mostrar, en primer lugar, una visión del escenario en el
que se llevan a cabo las operaciones de las aeronaves. Para ello, se analizará la situación actual
y las restricciones que han surgido a raíz del crecimiento del tráfico aéreo. Así como las soluciones
propuestas por el proyecto europeo SESAR para alcanzar los objetivos fijados que definen el
concepto del ATM futuro.
Así pues, se empezará definiendo el concepto en el que se desarrollan las operaciones aéreas
actualmente. Luego, se expondrán las limitaciones y necesidades previstas en el espacio aéreo y,
por último, se compararán las Operaciones Basadas en trayectorias (TBO) con el concepto de
ATM futuro teniendo en cuenta la visión de los planes de SESAR 2020 y las Operaciones PBN,
como se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Metodología de análisis del Estado del Arte
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 20 / 88
5.1 Gestión actual del tráfico aéreo
5.1.1 Planificación de vuelos
Actualmente, el tránsito de aeronaves implica la intervención de múltiples actores, tanto humanos
como tecnológicos, que permiten la operación segura de éstas.
La programación de los vuelos comienza meses antes de la ejecución de los mismos en lo que se
denomina la fase estratégica, que abarca el tiempo anterior a una semana antes de la operación.
Las aerolíneas establecen un Plan de Vuelo Repetitivo (RFP), que seguirán sus aeronaves entre
un origen y destino concretos periódicamente, en un horario y día de la semana establecido. En
principio, se intenta seguir el RFP y, de esta forma, evitar la presentación de un Plan de Vuelo (FP)
individual para cada vuelo con las mismas características y simplificar los procesos de
planificación.
En Europa, todos los planes de vuelo se mandan al IFPS (Sistema Integrado para el Tratamiento
de Planes de Vuelo Inicial), que es un sistema del Centro de Operaciones del Gestor de Red
(NMOC) encargado de recibir, realizar un precesado inicial y distribuir los planes de vuelo en el
área de cobertura de los Estados integrantes. Es decir, es un sistema donde los planes de vuelo
se almacenan y procesan.
Por otra parte, España cuenta con la herramienta SACTA (Sistema Automatizado de Control de
Tránsito Aéreo), cuya tecnología procesa y gestiona los planes de vuelo, proporcionando a los
controladores aéreos la información actualizada de los vuelos, necesaria para la toma de
decisiones correcta en el control del tránsito aéreo. El SACTA integra todos los centros de control
en ruta (ACC), de aproximación (APP) y de torre (TWR) españoles y gestiona de forma
centralizada llos planes de vuelo y la información radar, que incluye la información meteorológica
y permite intercambiar datos entre las aeronaves y los controladores, a la vez que realiza funciones
de supervisión de trayectorias seguidas por los vuelos y del cumplimiento de las autorizaciones
emitidas y alerta a los controladores de desviaciones detectadas sobre las trayectorias planificadas
[1].
Entre 6 días antes y el día previo a la operación discurre la fase pre-táctica. Aquí se evalúan la
previsión de la demanda y la capacidad disponible, ajustando los vuelos planificados mediante un
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 21 / 88
proceso de toma de decisiones colaborativo CDM. Esta fase concluye con la generación del Plan
Diario ATFM (ADP), donde se plasma la planificación de las operaciones para la optimización del
espacio aéreo disponible y las medidas de contingencia a tomar para la gestión adecuada del
tráfico aéreo. La publicación del ADP implica que las soluciones de planificación adquieren un
matiz “casi-permanente”, susceptible de cambio por modificaciones imprevistas que afecten al
ADP.
El mismo día de la operación se lleva a cabo la fase táctica, en la que se tratan de ajustar las
operaciones a la planificación establecida en el ADP, integrando las actualizaciones pertinentes
ocasionadas por cambios inesperados en el tráfico previsto o en el estado del espacio aéreo (por
ejemplo, por la restricción de un sector del espacio aéreo).
Finalmente, tras la operación se desarrolla la fase post-operacional, durante la cual se analizan
los resultados de la operación. Esta etapa es imprescindible para esclarecer posibles imprevistos
y mejorar los procesos en futuras operaciones. Por ello es importante que los resultados obtenidos
se transmitan a todas las partes interesadas.
5.1.2 Servicios asociados al tránsito de aeronaves
En Europa actualmente se distinguen cuatro bloques de servicios en el espacio aéreo: los servicios
de Comunicación, Navegación y Vigilancia (CNS), los servicios de Gestión del Tráfico Aéreo
(ATM), los servicios meteorológicos y el resto de servicios asociados a operaciones aéreas.
Dentro de la Gestión del Tráfico Aéreo (ATM), se diferencian tres secciones: la Gestión del Espacio
Aéreo (ASM), el Servicio de Tráfico Aéreo (ATS) y la Gestión del Flujo de Tráfico Aéreo (ATFM)
[2]. Este último, dada la necesidad de gestionar e incrementar la capacidad actual del espacio
aéreo, ha evolucionado hacia el servicio de Gestión del Flujo del Tráfico Aéreo y Capacidad del
espacio aéreo (ATFCM).
El servicio ATFCM opera en tres fases de las operaciones: la fase estratégica, la fase pre-táctica
y la fase táctica.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 22 / 88
5.1.3 Evolución del CFMU al NMOC
El CFMU (Central Flow Management Unit) es una Unidad de Gestión Centralizada del Flujo del
tráfico aéreo creada en 1995 como parte de EUROCONTROL que se encarga de organizar y
resolver, de forma segura y eficaz, el tránsito de aeronaves en los países pertenecientes a la
Conferencia Europea de Aviación Civil (ECAC). Es decir, realiza las funciones ATFM en los países
indicados. La ECAC es una organización de carácter internacional creada con el propósito de
promover el desarrollo seguro, eficiente y sostenible de las operaciones aéreas en el ámbito
europeo.
Como parte del programa SES (Cielo Único Europeo, en el que se pretende unificar el espacio
aéreo europeo eliminando las fronteras nacionales y optimizar las operaciones de las aeronaves
en dicho espacio), la Comisión Europea designó en 2011 como Gestor de la Red (Network
Manager) a EUROCONTROL (Organización Europea para la Seguridad de la Navegación Aérea),
que pasó a encargarse de proporcionar servicios ATM, desde ese momento y hasta 2019, en toda
la red ATM europea, que incluye los Estados integrantes de la Unión Europea y los 41 estados de
EUROCONTROL, sumando un total de 43 países.
Como consecuencia de la designación de EUROCONTROL como Gestor de la Red, el uso de
“CFMU” para denominar este sistema se ha visto reemplazado progresivamente por el uso del
término “NMOC” (Network Manager Operations Centre). Por tanto, NMOC es el sistema que se
encarga en la actualidad de proporcionar servicios ATFCM, la planificación de operaciones, la
gestión de crisis, la elaboración de planes de contingencia y el análisis post-operacional [3].
5.1.4 Servicio ATFCM
La planificación en la fase estratégica se consigue mediante la colaboración entre el Centro de
Operaciones del Gestor de la Red (NMOC) y los Proveedores de Servicios de Navegación Aérea
(ANSPs), de forma que se obtiene un pronóstico de la demanda y se ajusta a la capacidad del
espacio aéreo, teniendo en cuenta eventos que pueden alterar el balance normal entre éstos,
generando el mapa de rutas aéreas que permita satisfacer la demanda [4]. Con estos datos se
elabora y publica el NOP (Network Operations Plan), donde se refleja la planificación global de las
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 23 / 88
operaciones.
Como se ha comentado previamente, durante la fase pre-táctica se elabora el Plan Diario ATFCM
(ADP) mediante un proceso de toma de decisiones colaborativo en el que participan todos los
agentes involucrados en las operaciones, teniendo en cuenta las restricciones del espacio aéreo
e intentando optimizar al máximo las operaciones.
Finalmente, el mismo día que se lleva a cabo las operaciones se despliega la fase táctica,
actualizando la planificación del día en función del estado real del espacio aéreo, de los
aeropuertos y del tráfico. En esta fase se asignan los slots y se gestiona el tráfico real para lograr
que sea fluido (evitando retrasos, siempre que sea posible) y seguro. Cabe mencionar que los
slots son franjas temporales que establece un aeropuerto y que se asigna a las aerolíneas para
realizar las operaciones de despegue/aterrizaje. Para el caso de operaciones de despegue
erupeas estas franjas suelen tener un margen de entre 5 minutos antes y 10 minutos después del
CTOT (hora calculada de despegue).
El servicio ATFCM pretende aplicar la nueva visión de SESAR en la que las operaciones se centran
en la gestión del flujo de aeronaves a nivel global, en lugar de fragmentar las trayectorias en
segmentos, evitando que los controladores aéreos (ATCOs) manejen únicamente una visión
parcial de las trayectorias que se limita al volumen de espacio aéreo bajo su responsabilidad. Este
cambio contribuirá a la toma de decisiones conociendo el impacto que generan las medidas
aplicadas en la trayectoria completa. En la Figura 2 pueden apreciarse los principales cambios
operacionales a nivel ATFCM previstos en los programas o planes que se han ido desarrollando.
Figura 2. Evolución de los principales cambios operacionales necesarios a nivel ATFCM
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 24 / 88
En la fase previa a SESAR, se alcanzó el objetivo de mejora en el intercambio de datos básicos
entre todos los agentes que intervienen en las operaciones (stakeholders), en concreto del plan
de vuelo.
Posteriormente, con la aparición del Proyecto Piloto Común (PCP), en Europa se subrayan como
medidas necesarias la aplicación de medidas SATMs (Short Term ATFCM Measures) y la
colaboración entre diferentes agentes para lograr el flujo ordenado y gestionar correctamente la
capacidad del espacio aéreo.
Al mismo tiempo, el programa SESAR señala como elemento clave para el desarrollo del sistema
ATFCM el establecimiento de procesos de priorización del usuario (UDPP), que habiliten el
intercambio de slots entre usuarios del espacio aéreo (AUs), según el orden de prioridad de los
vuelos, en situaciones críticas con el consentimiento de las autoridades aeroportuarias y
manteniendo las condiciones de igualdad entre todos los AUs.
Los procesos UDPP permiten el intercambio de slots en función de la prioridad asignada entre
vuelos de un mismo AU o entre vuelos de dos AUs. Del mismo modo, posibilitan la negociación
entre varios AUs con el fin de acordar el intercambio de slots.
5.1.5 Network Operations Plan
El NOP (Network Operations Plan) es el plan estratégico a través del cual se planifica y se realizan
las previsiones de implantación de medidas en un horizonte temporal de cinco años para lograr
los objetivos ATM fijados en su área de influencia, es decir, pronostica la evolución del sistema de
transporte aéreo a corto-medio plazo. Estas medidas contribuyen a encauzar los problemas
relacionados con la reestructuración del espacio, el aumento de la capacidad del espacio aéreo (a
nivel ACC y de red), la eficiencia e integración de los aeropuertos en la red y la resolución de
problemas ATFCM, entre otros.
La elaboración del NOP se realiza a través de un proceso de toma de decisiones colaborativa
(CDM, Collaborative Decision Making) entre todos los participantes de las operaciones: ANSPs
(Proveedores de Servicios de Navegación Aérea), aerolíneas y operadores aeroportuarios, junto
con el Gestor de la Red o NM (Network Manager). Adicionalmente, se valida la información que se
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 25 / 88
maneja por medio de varias vías para verificar que las previsiones que se realizarán serán
coherentes.
El último NOP elaborado se enmarca en el periodo 2018-2019/22 y su área de influencia incluye
los Estados pertenecientes a la Unión Europea, así como los integrantes de EUROCONTROL. En
él, se fijan los objetivos estratégicos (SO) para el periodo mencionado, que se detallan en la Figura
3 [5]. Como puede apreciarse en la figura, dentro de los objetivos estratégicos relacionados con
las operaciones aparece el “SO5 – Business trajectories & cooperative traffic management”, que
hace referencia a las operaciones basadas en trayectorias, el nuevo enfoque que se desea dar a
las operaciones aéreas y que se describe en el apartado 5.4.
En el mapa de ruta diseñado para abordar el Objetivo Estratégico 5 (SO5) establecido en el NOP
2018-2019/22, uno de los puntos definidos para ello, en concreto el punto 13, consiste en habilitar
la implementación de trayectorias 4D a nivel de planificación. Por tanto, queda patente que se
Figura 3. Objetivos Estratégicos fijados en el NOP 2018-2019/22
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 26 / 88
prevé que las operaciones 4D sean una realidad en los próximos años.
5.2 Hacia la navegación basada en prestaciones (PBN)
La navegación aérea ha ido evolucionando con el fin de aumentar los niveles de seguridad
operacional.
Inicialmente, la navegación aérea se realizaba mediante la identificación de objetos y
emplazamientos de forma visual, apoyándose a veces con cálculos que se realizaban a bordo de
la aeronave. Este modo de navegación recibe el nombre de navegación a estima y todavía hoy se
utiliza en algunos casos en aviación general.
Con el desarrollo de nuevas tecnologías nacen otros tipos de navegación. La navegación
convencional se apoya en la utilización de radio-ayudas en tierra que guían a la aeronave dentro
de sus límites de cobertura. Este método no permite la realización de vuelos directos, ya que las
aeronaves deben ir sobrevolando radio-ayudas de forma consecutiva. La precisión de estos vuelos
contenía múltiples errores asociados tanto a las propias radio-ayudas como a la tecnología de los
sistemas embarcadaos en la aeronave.
Era evidente que la siguiente mejora en la navegación consistiría en poder realizar vuelos más
directos sin depender de las radio-ayudas. Así pues, surge la navegación de área (RNAV). Técnica
de navegación que se basa en la generación de puntos de ruta (o Waypoints) con la tecnología de
a bordo y que la aeronave debe sobrevolar. Aunque permite realizar vuelos más directos, solo es
posible establecer Waypoints alineados con el rumbo de la aeronave, lo que limita la eficiencia del
vuelo [6].
La evolución natural de la navegación de área se proyecta en el desarrollo del concepto RNP
(Required Navigation Performance). En líneas generales, la Performance de Navegación
Requerida se refiere a la capacidad operacional de una aeronave, en función del número de
sistemas o sensores utilizados para la navegación aérea y el grado de precisión de los mismos.
Estos sensores destinados a fines de navegación deben poseer ciertas cualidades, en concreto,
en lo referente a monitorizar y alertar al piloto de degradaciones en la trayectoria respecto de la
ruta predefinida.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 27 / 88
Cabe destacar que una diferencia fundamental entre las operaciones RNP y las RNAV es la
capacidad de monitorizar las maniobras y generar alerta, que solo tiene la primera. Además, los
procedimientos RNP aportan mayor precisión.
Así pues, la implantación del concepto RNP, basado igualmente en la navegación de área (RNAV),
permite aumentar los niveles de precisión, de forma que es viable introducir radios de giro en la
navegación de área (es decir, radios de giro en la generación de Waypoints) y disminuir
notablemente el espacio de seguridad definido alrededor de la ruta, necesario para la realización
segura del vuelo. En la Figura 4 se muestra la diferencia entre las rutas convencionales, las RNAV
y las RNP.
Figura 4. Comparación entre las rutas convencionales, RNAV y RNP.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 28 / 88
El problema asociado a la RNP surge de las diferentes interpretaciones respecto a los procesos
de certificación e implantación del concepto, adoptadas por múltiples estados. Esto genera
complicaciones en términos de tiempo y costes, ya que las aerolíneas deben obtener las
certificaciones necesarias de un mismo equipo, etc.
A raíz de esta situación, OACI publica el manual PBN (Performance Based Navigation), donde se
unifican los criterios de certificación e implantación de las técnicas RNP para todos los países.
Esta unificación de criterios es posible gracias a la adición de otras características al concepto
RNP y a la precisión de los sistemas de navegación, como son la funcionalidad, disponibilidad e
integridad de los sistemas. De esta forma se promueve un aumento considerable de la seguridad
operacional y la eficiencia del vuelo.
Como se observa en la Figura 5, el concepto de PBN se enmarca dentro del bloque de Navegación.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 29 / 88
El aumento de la demanda frente a la capacidad actual del espacio aéreo hace necesario mejorar
el uso del espacio aéreo con el fin de aumentar su capacidad en la medida de lo posible. Por ello,
surge la idea de aprovechar por completo el espacio aéreo, permitiendo a las aeronaves definir
una ruta óptima a seguir, que ha de ser previamente negociada con el ATC, cumpliendo unos
requisitos temporales en determinados puntos de la ruta. Este nuevo concepto se materializa con
las trayectorias 4D, que se pretenden implantar en un horizonte temporal bastante reducido.
5.2.1 Características de la Navegación Basada en Prestaciones
Como se ha comentado anteriormente, la navegación basada en prestaciones (PBN) se basa en
fijar los requisitos técnicos que deben cumplir los sistemas de navegación dentro de su área de
cobertura, ya sean sistemas a bordo de las aeronaves (sistemas autónomos), sistemas basados
en tierra o sistemas basados en el espacio (como el sistema de posicionamiento global GNSS).
Figura 5. Concepto de PBN dentro del concepto de espacio aéreo
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 30 / 88
Estos requisitos. Que definen las especificaciones PBN, pueden resumirse en cinco: precisión,
integridad, continuidad, disponibilidad y funcionalidad.
En primer lugar, la precisión de los sistemas permite manejar un margen de error mucho más
reducido en el posicionamiento y guiado de aeronaves.
En segundo lugar, la funcionalidad de un sistema determina las características propias del mismo
que permiten automatizar ciertos procesos con el fin de disminuir la carga de trabajo humana.
En tercer lugar, la disponibilidad es la capacidad de un sistema para encontrarse operativo en el
momento que se desea utilizar. Es el tiempo en el que el sistema está disponible para su uso.
En cuarto lugar, la integridad es la probabilidad de que un sistema no falle durante su ejecución,
es decir, el grado de confiabilidad de un sistema.
Y finalmente, la continuidad es la capacidad de un sistema para operar durante un intervalo de
tiempo determinado sin interrupciones no programadas.
Teniendo en cuenta los requisitos mencionados, se distinguen dos tipos de especificaciones PBN:
las especificaciones RNP y las RNAV. La diferencia primordial entre estas dos especificaciones
radica en la necesidad para las RNP de monitorización y generación de alertas en el caso de
incumplimiento de los requisitos establecidos. A raíz de la gran cantidad de especificaciones PBN
y las dificultades asociadas a su implantación y a la obtención de aprobaciones operacionales,
surge una especificación PBN que engloba varias especificaciones RNP y RNAV, denominada A-
RNP (Advanced-RNP).
La implantación de especificaciones PBN aporta beneficios no solo en lo referente a la seguridad
y optimización de las operaciones, sino que también contribuye al empleo de operaciones de
descenso continuo, lo que revierte en la reducción de emisiones de contaminantes a la atmósfera,
la disminución de la contaminación acústica y en menor consumo de combustible. Además,
simplifica la infraestructura necesaria para la navegación segura y reduce los trámites asociados
a la certificación de equipos sin, prácticamente, introducir costes. Eso sí, debe tenerse en cuenta
que estas mejoras van de la mano de un aumento de la complejidad de los sistemas a bordo de
las aeronaves.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 31 / 88
5.3 Desarrollo e implementación de SESAR y del Plan Maestro
Europeo ATM
El continuo ascenso de la demanda de tráfico aéreo y la saturación actual que sufre el espacio
aéreo hace necesaria la optimización y reestructuración del espacio aéreo. La optimización de éste
viene de la mano de la modernización e implementación de nuevas tecnologías que permitan
mejorar las operaciones incrementando los niveles de seguridad [7]. Adicionalmente, es de interés
general reducir en la medida de lo posible los niveles de contaminación que sufre el medio
ambiente debido al tráfico aéreo.
Además, a nivel europeo se desea unificar y optimizar la utilización del espacio aéreo. La intención
es conseguir un espacio aéreo continuo, sin “fronteras” estatales, que facilite la operación de las
aeronaves.
Todos estos motivos han llevado a la comunidad europea a definir una serie de programas y
planes, con distinto horizonte temporal, para lograr alcanzar los objetivos deseados entorno al
transporte aéreo, que se enmarcan en el proyecto del Cielo Único Europeo (SES, Single European
Sky). Entre estos motores de cambio, cabe destacar el programa SESAR (Single European Sky
ATM Research) y el Plan Maestro ATM europeo.
A través del programa SESAR, se realizan las labores de investigación, desarrollo y validación de
las tecnologías que se implantarán en los próximos años para la gestión del tráfico aéreo en
Europa. Este programa, que se inició en el año 2000, comenzó a desplegarse a finales del año
2014 por parte del Deployment Manager (Gestor del Despliegue de SESAR), una vez transcurrida
la fase de definición en la que se ha generado el Plan Maestro Europeo. Se han desarrollado dos
planes consecutivos en el tiempo bajo el nombre de SESAR, SESAR 1 (entre 2008 y 2016) y
SESAR 2020 (en vigor hasta 2024), que continúa las labores desarrolladas en SESAR 1, para
introducir las mejoras y avances tecnológicos requeridos.
Los principales objetivos de SESAR 2020 son los siguientes: conseguir triplicar la capacidad actual
del espacio aéreo, incrementar por diez los niveles de seguridad de las operaciones, reducir el
impacto medioambiental un 10% (en lo referente a emisiones, ruido, etc) y reducir a la mitad los
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 32 / 88
costes de los vuelos.
Por otra parte, el Plan Maestro ATM europeo “es la herramienta principal de planificación para
definir las prioridades para la modernización del sistema de gestión del tráfico aéreo (ATM) y para
garantizar que el futuro Concepto SESAR (Single European Sky ATM Research) se convierta en
una realidad”[8]. Es decir, es la herramienta utilizada para indicar la hoja de ruta a seguir por todos
los agentes involucrados en las operaciones aéreas para desarrollar e implementar los sistemas
de modernización definidos en SESAR. El plan se actualiza anualmente, incluyendo lo cambios y
desarrollos tecnológicos efectuados, en líneas generales, es decir, para obtener una visión global
de la evolución del programa.
A largo plazo, estos programas están orientados a implantar las operaciones basadas en
trayectorias y eliminar la fragmentación del espacio aéreo, desarrollar una red de intercambio de
datos entre todos los agentes involucrados en las operaciones aéreas y contribuir a la toma de
decisiones de forma colaborativa entre todos ellos, favorecer el flujo de tráfico aéreo, aumentar la
capacidad del espacio aéreo, sacar el máximo partido a pistas y aeródromos y promover los vuelos
eficientes y seguros.
5.4 SESAR 2020: Concepto de Operaciones
El concepto de operaciones desarrollado en el contexto del programa SESAR 2020, establece las
Operaciones Basadas en Trayectorias (TBOs) como núcleo central de la evolución que permitirá
incrementar la predictibilidad y precisión de las trayectorias y posibilitará las operaciones ‘gate-to-
gate’. Este concepto considera el vuelo como un evento continuo en el tiempo desde que comienza
su plafinicación hasta que concluyen los análisis post-operacionales.
La planificación de la trayectoria comienza meses antes de su ejecución, cuando los usuarios del
espacio aéreo (AU) diseñan la trayectoria deseada en función de sus objetivos de negocio. Esta
trayectoria recibe el nombre de Trayectoria Desarrollada de Negocio (BDT) y no se comparte con
el resto de implicados en las operaciones.
La siguiente fase del proceso de planificación es el intercambio de la Trayectoria de
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 33 / 88
Negocio/Misión con los integrantes del ATM. La Trayectoria de Negocio hace referencia a la
aviación comercial mientras que la Trayectoria de Misión hace referencia a operaciones en el
ámbito militar. El intercambio de estas trayectorias es aproximadamente seis meses antes de la
fecha de operación y es aquí cuando pasa a denominarse ‘Trayectoria Compartida de
Negocio/Misión’ (SBT/SMT) y comienza el proceso de negociación con el resto de los agentes,
teniendo en cuenta las restricciones previsibles y los intereses de cada participante.
Una vez se alcanza un acuerdo, la trayectoria compartida pasa a ser la Trayectoria de Negocio de
Referencia (RBT/RMT), de forma que la aeronave debe ajustarse lo máximo posible a ésta. La
RBT puede ser modificada o revisada si la situación lo requiere [9]. La transmisión de información
entre los sensores de a bordo y los agentes que intervienen en la operación, contribuye a la
actualización de la predicción de la trayectoria.
Durante la ejecución del vuelo, existe la posibilidad de que la aeronave no pueda seguir la
RBT/RMT, distinguiéndose las desviaciones puntuales (por ejemplo, por causas meteorológicas
puntuales e imprevistas) de las que requieren revisar y modificar la trayectoria. La modificación o
edición de la trayectoria requiere un proceso iterativo de negociación y consenso entre el piloto y
el ATC, de forma que la nueva trayectoria acordada pasará a ser la nueva trayectoria de referencia.
5.5 Comparativa de operaciones basadas en trayectorias 4D en
SESAR y NextGen
Debido a la previsión de aumento de la demanda de tráfico aéreo a nivel mundial, se pronostica
necesaria la aplicación de las operaciones basadas en trayectorias 4D (denominadas 4D TBOs)
que permitan un mejor aprovechamiento del espacio aéreo disponible.
Esta evolución de las operaciones será posible mediante un acuerdo entre el sistema de Gestión
del Tránsito Aéreo (ATM) y las aerolíneas de la trayectoria que se pretende volar, denominada
Reference Business Trajectory (RBT). Esta trayectoria acordada habilitará a las aeronaves para
volar por donde prefieran los AUs, propiciando, por ejemplo, la disminución del consumo de
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 34 / 88
combustible por parte de las aerolíneas. Una vez se ha negociado la trayectoria que se llevará a
cabo, el Servicio de Control Aéreo (ATC) proporcionará el control y guiado necesario, incluyendo
la separación oportuna. Esta trayectoria que se ha acordado se utilizará como referencia, por lo
que la aeronave tratará de ajustarse a ella siempre que las circunstancias lo permitan.
Tanto en Europa como en Estados Unidos, se están desarrollando una serie de iniciativas para
solventar los problemas de capacidad existentes en el espacio aéreo. En Europa, estas medidas
se desarrollan dentro del programa SESAR, mientras que en Estados Unidos lo hacen dentro del
programa NextGen.
El plan europeo SESAR se centra en el intercambio de información actualizada y de forma eficiente
entre todos los actores que intervienen en las operaciones a través de la red SWIM (Sistem Wide
Information Management), lo que facilita la toma de decisiones de forma colaborativa (CDM,
Collaborative Decision Making). Esta integración de información se refleja en la planificación de
operaciones continuas a través del NOP (Network Operations Plan), dejando atrás los planes de
vuelo individuales para obtener una visión global de las operaciones.
Del mismo modo, en SESAR el objetivo de ejecución de las operaciones aéreas debe ser ajustarse
a la trayectoria negociada (BT) lo máximo posible, para que la planificación realizada se acerque
lo máximo posible a la realidad. Como consecuencia, SESAR basa sus objetivos en la planificación
de operaciones. Estos objetivos se reflejan en las áreas claves de desarrollo o KPAs (Key
Performance Areas), que son los siguientes: capacidad, eficacia en el coste, eficiencia, flexibilidad,
predictibilidad, seguridad física, seguridad operacional, sostenibilidad medioambiental,
accesibilidad y equidad, participación e interoperabilidad [10].
En cambio, el programa estadounidense NextGen, centra la evolución del sistema de gestión del
tráfico aéreo (ATM) en el desarrollo tecnológico en sintonía con las necesidades de los usuarios
del espacio aéreo. Por tanto, se basa en la automatización de los sistemas, reduciendo las
limitaciones derivadas de la intervención humana.
Las metas de este programa son prácticamente idénticas a las establecidas en el programa
europeo, incluyendo además una serie de objetivos estratégicos para incrementar la defensa
nacional y el liderazgo internacional. Este plan, en lugar promover la integración de múltiples
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 35 / 88
actores para el intercambio de datos, como ocurre en SESAR, refuerza la creación de autoridades
en determinadas áreas. Un ejemplo es la provisión de información y previsión meteorológica por
parte de una única fuente, que en el programa europeo se obtiene mediante diversos participantes
e, incluso, sensores de a abordo.
Finalmente, los horizontes temporales de los programas difieren ligeramente, mientras que SESAR
fija su límite en 2024, NetxGen lo hace en 2025.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 36 / 88
6 METODOLOGÍA
La metodología de análisis de elementos relacionados con el concepto de trayectorias 4D que se
va a seguir en este estudio se caracteriza por la diferenciación de estos elementos en dos grandes
grupos: los conceptos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D (entendiendo como
conceptos las iniciativas proyectadas en el programa de investigación SESAR para las futuras
operaciones aéreas) y la tecnología CNS/ATM necesaria para la su implementación. En la
siguiente figura se muestra un esquema de dicha metodología de análisis.
Como puede apreciarse en el esquema mostrado en la Figura 6, los conceptos que se relacionan
con las trayectorias 4D atienden a ideas y objetivos que se han fijado en el programa SESAR para
el sistema ATM futuro, mientras que las herramientas ATM/CNS se han diferenciado según su
funcionalidad en relación a las operaciones 4D. Por otra parte, cabe destacar que se ha incluido
Figura 6. Esquema de la metodología de análisis a seguir
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 37 / 88
la intervención del piloto a lo largo del vuelo en un bloque aparte, que será tratado en el apartado
9.
Así pues, por una parte, se analizarán los conceptos que condicionan o interfieren en las
trayectorias 4D (apartado 7) y, por otra parte, los sistemas CNS/ATM que afectan a las mismas
(apartado 8).
A continuación, en la Figura 7, se enumeran los conceptos que influyen en el desarrollo de las
operaciones 4D y que, por tanto, se van a analizar en los siguientes apartados.
Figura 7. Conceptos clave en el desarrollo de operaciones 4D
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 38 / 88
En la Figura 8 se enumeran los sistemas ATM/CNS que intervienen en las trayectorias 4D y que se expondrán en el apartado 8.
Figura 8. Herramientas y sistemas CNS/ATM que afectan al concepto de trayectorias 4D.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 39 / 88
7 CONCEPTOS RELACIONADOS CON LA
IMPLANTACIÓN DE TRAYECTORIAS 4D
A continuación, se analizan cada uno de los conceptos relacionados con la implantación de
trayectorias 4D.
7.1 System Wide Information Management (SWIM)
Uno de los problemas que surge de la automatización de los sistemas y de los últimos avances
tecnológicos es la gestión de la información debido a la generación masiva de datos. Cada usuario
del espacio aéreo necesita información concreta en un momento determinado. Como solución a
este problema surge SWIM (System Wide Information Management), que permite gestionar la
información de forma centralizada, eliminando intermediarios y generando estándares concretos
para la transmisión de los datos e intercambio de información.
De esta forma, se simplifica la adquisición de la información solicitada por cada usuario y se les
indica los datos que están a su disposición, mejorando la capacidad de toma de decisiones de
todos los participantes en las distintas fases del vuelo. Además, se reducen los costes derivados
del establecimiento de comunicaciones entre los distintos usuarios de forma individual.
Este concepto engloba a los distintos aeródromos, los ANSPs (proveedores de servicios de
navegación aérea), aerolíneas, fabricantes de la industria aeronáutica, autoridades encargadas de
la regulación del espacio aéreo, Organización Aeronáutica Civil Internacional (ICAO), Estados,
operadores de handling, etc. Todos ellos proporcionarán y adquirirán determinada información de
la red SWIM.
Como se ha mencionado previamente, las operaciones basadas en trayectorias requieren unos
niveles altos de sincronización del progreso de la trayectoria y de intercambio de información entre
los agentes involucrados, es decir, necesitan una infraestructura de comunicaciones que permita
el intercambio de información fiable de forma eficaz.
Por ello, el concepto SWIM es indispensable para la actualización, predicción y optimización de
las trayectorias 4D. La transmisión eficaz de datos de calidad permite que los usuarios sean
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 40 / 88
conscientes del estado del espacio aéreo en cada momento y de las modificaciones o
actualizaciones automáticas necesarias en la trayectoria 4D. Así mismo, se aumentan los niveles
de seguridad operacional.
Los proveedores de servicios, gracias a SWIM, manejan todos los datos necesarios para gestionar
los vuelos, mejorando la capacidad de toma de decisiones. Por otra parte, la implantación de
estándares para la transmisión de los distintos tipos de información: meteorológica, aeronáutica y
de vuelo; agiliza el envío e interpretación de datos y reduce los problemas que surgen en el
traspaso del control de aeronaves a través de las fronteras nacionales.
Los modelos estándar de intercambio de información que se establecen para facilitar la
comprensión de los datos por parte de todos los usuarios de SWIM, que varían en función del tipo
de datos, son: AIXM, para la información aeronáutica; FIXM, para los datos que se generan durante
el vuelo y WXXM, para la información de carácter meteorológico. En la Figura 9 se muestra de
forma esquemática la infraestructura de intercambio de información de SWIM. [11]
En el caso de las aeronaves, obtienen actualizaciones precisas en la predicción de la trayectoria
al fusionar los datos de la situación e intenciones de las aeronaves circundantes, los datos
Figura 9. Infraestructura de intercambio de datos de SWIM
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 41 / 88
aeronáuticos relativos a los planes de vuelo de aeronaves próximas y al estado del aeródromo de
destino, así como la información meteorológica y desviaciones reales o potenciales de la propia
aeronave respecto de su trayectoria de referencia.
Los operadores aeroportuarios también se ven beneficiados de este intercambio de datos,
mejorando su precisión en la planificación de secuencias de llegadas y salidas, disminuyendo los
retrasos y cancelaciones de vuelos y contribuyendo a la reducción de consumo de combustible y
emisión de contaminantes por parte de las aerolíneas.
7.2 Free Route Airspace (FRA)
En 2008, EUROCONTROL comienza a desarrollar el concepto de un espacio aéreo con la
posibilidad de realizar vuelos libremente, es decir, sin tener que seguir una ruta fija [12]. Es lo que
se denomina Free Route Airspace (FRA), concepto que se considera paso previo a la implantación
de las Operaciones Basadas en Trayectorias 4D (TBO 4D).
La idea del FRA se asienta en la libre planificación de una ruta entre dos puntos definidos (punto
de entrada y punto de salida del FRA) por parte de los usuarios del espacio aéreo, ya sea
definiendo una ruta directa entre dichos puntos o estableciendo puntos de ruta intermedios
adicionales de forma autónoma, quedando el vuelo sujeto al control por parte de los Servicios de
Control del Tráfico Aéreo [13]. El establecimiento de un FRA permite aumentar la capacidad y
eficiencia de dicho espacio aéreo y contribuye a disminuir los niveles de contaminación
medioambiental causados por la aviación.
Los espacios aéreos designados como FRA deben garantizar la transición segura de aeronaves a
espacios aéreos convencionales (FIRs o UIRs) adyacentes. Debe recalcarse que la libertad de
vuelo en estos espacios no implica la ausencia de la existencia de un plan de vuelo ni del control
por parte de los ATCOs. Así mismo, es de suma importancia la publicación en el AIP de los límites
horizontales y verticales de los FRA, así como de los puntos por los que se facilita la entrada y
salida de éstos, cuando linden con espacios aéreos convencionales.
Con el objetivo de facilitar la instauración de FRAs en Europa, EUROCONTROL proporciona
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 42 / 88
asistencia en materia de coordinación y apoyo técnico en estos espacios aéreos.
Su implantación se realiza de forma progresiva, llevando a cabo primero una serie de simulaciones
que permiten esclarecer los problemas que pueden surgir e investigar posibles soluciones a los
mismos.
El objetivo final sería lograr un espacio aéreo único con libertad de planificación de rutas.
Durante 2017, se implementó el concepto FRA en 51 Centros de Control de Área (ACC) europeos,
de forma total o parcial [14], superando el objetivo de los 35 ACC del plan Network Manager
Performance. Para finales de 2019 se espera que la mayor parte del espacio aéreo europeo haya
implementado FRA y, para 2021/2022 se espera que lo tenga todo el espacio aéreo.
En la Figura 10 y la Figura 11 se muestra el aumento previsto en la implementación del concepto
FRA entre finales de 2019 y finales de 2022, respectivamente [15].
Figura 10. Previsión de la implementación del FRA en Europa a finales del 2019
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 43 / 88
Es clara la relación de este concepto con las trayectorias 4D y el motivo por el que se considera
un progreso hacia las mismas. Los usuarios del espacio aéreo planifican libremente un segmento
de la trayectoria, aunque sin manejar los requisitos asociados a la dimensión temporal. Ésto puede
afectar la seguridad de las operaciones y conlleva una dedicación especial por parte de los
controladores aéreos para evitar conflictos en el FRA, problemas que se solucionan con la
integración del tiempo en la planificación de la ruta.
En la siguiente imagen se resumen los beneficios previstos de la implantación del concepto FRA.
Figura 12. Beneficios previstos de la implantación del concepto FRA
Figura 11. Previsión de la implementación del FRA en Europa a finales del 2022
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 44 / 88
7.3 Operaciones continuas (CDO y CCO)
Siguiendo los objetivos de reducción del impacto medioambiental y de optimización del vuelo,
surge el concepto de operaciones continuas en las fases críticas del vuelo: las Operaciones de
Ascenso Continuo (CCO) en las salidas y las Operaciones de Descenso Continuo (CDO) en las
llegadas de aeronaves; reduciendo, en la medida de lo posible, el vuelo de segmentos con distintas
características y las modificaciones en el empuje de los motores. Las operacines continuas
consisten en eliminar los tramos de vuelo horizontal intermedios durante las operaciones de
ascenso y descenso, de forma que se consiga una optimización de la trayectoria.
La posibilidad de realizar operaciones continuas es uno de los beneficios que introducen las
trayectorias 4D, puesto que serían la parte inicial y final de éstas, y contribuirán a la eficiencia del
vuelo. Las ventajas que aportan estas operaciones, plasmadas en el Plan Maestro Europeo ATM
de 2017, se resumen en la Figura 13.
Cabe mencionar que la reducción de carga de trabajo de pilotos y ATCOs radica en un menor
número de comunicaciones entre ambos y autorizaciones.
Figura 13. Beneficios previstos del uso de Operaciones Continuas en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 45 / 88
Como ejemplo de las ventajas que ofrecen las Operaciones Continuas, se presenta en la siguiente
imagen el caso de los beneficios que reportan las CDOs en Irlanda, permitiendo reducir el consumo
de combustible en un 30% [16].
7.4 Airport Collaborative Decision Making (A-CDM)
Como se ha podido ver en apartados anteriores, es fundamental el intercambio de información
entre todos los actores que participan en las operaciones aéreas y la toma de decisiones de forma
colaborativa entre ellos. Los operadores aeroportuarios son uno de esos actores, por lo que es
fundamental que estén integrados en los procesos CDM junto con las aerolíneas, proveedores de
servicios de navegación aérea, operadores de handling, etc.
Los aeropuertos CDM, permiten intercambiar datos actualizados de su situación, por lo que es
más fácil reducir el número de retrasos, aumentar su capacidad y contribuir a la gestión eficiente
de slots. En la Figura 15 se muestran los principales beneficios asociados a la implantación de
este concepto.
Figura 14. Beneficios aportados por los Descensos Continuos en el contexto de PBN en Irlanda
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 46 / 88
La transmisión de información relativa a la planificación de horas de despegue precisas (TTOT)
[17], por parte de los aeropuertos vía mensajes DPI (Departure Planning Information), así como la
estimación de tiempos de llegadas, beneficia a la planificación y gestión de los vuelos a lo largo
de múltiples sectores del espacio aéreo y la elaboración de pronósticos de tráfico aéreo. De esta
forma, se facilita la toma de medidas preventivas para evitar la congestión de sectores del espacio
aéreo y la aparición de cuellos de botella.
Por otra parte, para la implantación de este concepto son importantes los beneficios esperados
por los propios aeropuertos. El operador aeroportuario en un A-CDM tiene una mejor capacidad
de gestión de stands y puertas de embarque o desembarque, lo que contribuye a mejorar el flujo
de tráfico en el aeropuerto, en concreto en lo referente a los tiempos de rodaje (taxi-in y taxi-out).
Taxi-in hace referencia al tiempo de rodadura desde el final de la pista hasta la puerta de
desembarque en el aeropuerto de llegada y taxi-out, al tiempo de rodadura desde la puerta de
embarque hasta la cabecera de pista por la que se va a despegar en el aeropuerto de origen.
En la Figura 16 se muestra un gráfico que representa la mejora del tiempo de rodaje desde la
puerta de embarque hasta la cabecera en aeropuertos con CDM.
Figura 15. Beneficios previstos del A-CDM en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 47 / 88
Las aerolíneas también sacan provecho del A-CDM, ya que la precisión en la predicción de
llegadas permite planificar de forma eficiente el uso de la flota. De igual modo, esta información
táctica permite a los operadores de handling asignar mejor los recursos disponibles y priorizar las
tareas a realizar.
Los dos conceptos fundamentales en los que se basa el A-CDM son el TOBT (Target Off-Block
Time) y el TSAT (Target Start-Up Approval Time) [18]. El primero se define como el tiempo en el
que se estima que una aeronave estará preparada para iniciar el rodaje hacia la cabecera de pista.
El TSAT, en cambio, es el tiempo estimado para que el ATC autorice el inicio del rodaje hacia la
cabecera de pista. Por lo tanto, el segundo siempre será igual o posterior al primero, ya que el
ATC debe contemplar el resto de limitaciones existentes (ATFCM, slots, restricciones, etc.) antes
de emitir la autorización pertinente.
En la Figura 17 se muestran ejemplos de factores que afectan al TSAT, como son: la capacidad
de la pista, los slots, la presión de la pista, la demanta (TOBT), etc.
Figura 16. Mejora media en el Taxi-out time en aeropuertos CDM
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 48 / 88
Actualmente, en el área NMOC (Network Manager Operations Centre) existen 28 aeropuertos con
capacidad CDM, representando el 35% de las salidas en el área NMOC. Además, se está llevando
a cabo la implantación de estos procesos en otros 6/8 aeropuertos de la misma zona, que serán
conectados a la red de aeropuertos CDM entorno a 2018/2019. Estos aeropuertos se muestran en
la Figura 18 [5].
Cabe mencionar que España, por su parte, cuenta con 3 aeropuertos A-CDM, que coinciden con
los que más tráfico aéreo manejan: Barcelona, Madrid y Palma de Mallorca.
La relación entre el concepto operacional de trayectoria 4D y los procesos CDM en los aeródromos
es significativa, ya que la trayectoria 4D será planificada teniendo en cuenta la dimensión temporal
desde su inicio de rodaje en el aeropuerto de origen. Por lo tanto, la planificación en los A-CDM
se verá reforzada por la definición de RBTs. Además, la aeronave también intercambiará datos
precisos referentes a los tiempos de rodaje, despegue y aterrizaje, mediante sus equipos de a
bordo, que contribuirán a la planificación de las operaciones en dichos aeropuertos.
Figura 17. Factores que afectan al TSAT
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 49 / 88
7.5 User Driven Prioritization Process (UDPP)
El Proceso de Priorización del Usuario (UDPP) permite priorizar los vuelos de forma que se pueda
reorganizar la secuencia de salidas establecida, a través de un proceso CDM, o intercambiar slots
de una misma aerolínea cuando se requiera [19].
En las situaciones en las que la capacidad se ve reducida o limitada por otros factores, estos
procesos favorecen la toma de decisiones colaborativa para disminuir los perjuicios en los vuelos
afectados por graves retrasos o cancelaciones.
La implantación de procesos UDPP es uno de los paquetes de despliegue del programa SESAR
y se prevé que favorezcan la puntualidad y flexibilidad de las operaciones, afectando directamente
al segmento de las trayectorias que se desarrolla en los aeródromos [20]. En la Figura 19 se
muestra una previsión de la implementación de este concepto y de sus beneficios.
Figura 18. Previsión de aeropuertos con sistema CDM en Europa
Figura 19. Previsión de la implementación y beneficios obtenidos del UDPP
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 50 / 88
7.6 Short-Term ATFCM Measures (STAMs)
La aviación europea tiene fuertes limitaciones debido a la congestión de tráfico aéreo en los
denominados “puntos calientes”, donde se produce una acumulación real o potencial de cruces de
trayectorias de distintas aeronaves.
Gracias a la predicción de las trayectorias y a la capacidad de evaluar la ocupación de los sectores
del espacio aéreo, se puede prevenir la concentración de aeronaves en esos puntos calientes a
través de la toma de medidas a corto plazo. Esto permite disminuir la carga de los controladores
aéreos y abordar el balance de la capacidad-demanda de un sector de forma dinámica.
Adicionalmente, las pruebas realizadas entorno a la aplicación de STAMs sugieren que estas
medidas podrían evitar entre el 50% y el 80% de los retrasos en los vuelos [21]. En la Figura 20
se muestran los beneficios que aporta este concepto.
Las STAMs comprenden medidas como realizar pequeñas desviaciones intencionadas en la
trayectoria de las aeronaves, por un breve periodo de tiempo, respecto de su trayectoria de
referencia o pequeñas demoras en tierra, también intencionadas, antes del despegue.
Debe tenerse en cuenta que la implantación de las trayectorias 4D implica que los puntos calientes,
Figura 20. Beneficios previstos de la aplicación de STAMs en el Plan Maestro ATM Europeo en 2017
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 51 / 88
mencionados anteriormente, tienen un carácter espacial y temporal, pasando a ser “ventanas
calientes” como consecuencia de los márgenes de error que se establecen en la predicción de las
trayectorias. Cuanto más precisa sea la precisión de las trayectorias 4D, más precisa será la
información de la congestión espacio-temporal y, por tanto, se podrán resolver conflictos
potenciales o reales de forma más eficaz.
7.7 Point Merge
Antes de introducir el concepto del Point Merge, se debe hacer referencia a los métodos
convencionales de gestión de llegadas de aeronaves a los aeropuertos.
La fase de llegada se enmarca, en general, en los sectores TMA y APP, entre los puntos TOD
(Top of Descent), donde se inicia el descenso de aproximación, y FAF (Final Approach Fix), punto
en el que se transfiere el control de la aeronave a la Torre de Control (TWR) del aeródromo. En
algunos casos, cuando los sectores de llegada se encuentran sobrecargados, se extiende el TMA
(E-TMA) a la última parte del ACC, de forma que se consiga aliviar la carga de trabajo del TMA,
APP y TWR.
En la Figura 21 se pueden observar los segmentos en los que se dividen las llegadas y los servicios
de control a los que se asocian cada segmento.
Normalmente, el procedimiento de llegada comienza cuando la aeronave abandona la fase de en-
Figura 21. Sectores de control asociados a la fase de llegadas
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 52 / 88
ruta (a partir del TOD) siguiendo alguna de las rutas estandarizadas de llegada para áreas
terminales (STAR) publicadas en las cartas aeronáuticas. A partir de aquí, las aeronaves son
incorporadas de forma progresiva a un único flujo de llegada a una pista de aterrizaje. Cuando la
capacidad de las pistas o de los circuitos de espera sea menor de la necesaria, los controladores
iniciarán medidas para evitar congestiones con el objetivo de cumplir la secuencia de llegadas
programada. Dichas medidas pueden consistir en ir ajustando la velocidad de las aeronaves o,
incluso, aumentado/disminuyendo el recorrido que deben seguir, manteniendo siempre la distancia
de seguridad entre aeronaves. A pesar de la flexibilidad que aportan, estas medidas suelen
requerir múltiples intervenciones de los controladores y de los pilotos y, además, introducen
problemas en las herramientas de predicción de trayectorias, así como en la sincronización del
sistema AMAN [22].
Actualmente, están desplegándose nuevas estrategias avanzadas destinadas a ordenar de forma
eficiente la llegada de aeronaves, como son las llegadas RNAV, los procedimientos CDA
(Continuous Descent Approaches) o herramientas AMAN. Cabe destacar que los procedimientos
RNAV, en general, se utilizan únicamente en entornos con poco tráfico aéreo. A pesar de los
beneficios que introducen en el ámbito operacional, económico y medioambiental, presentan el
problema de que no aportan tanta flexibilidad como en el caso de que los controladores asignen
velocidades o desviaciones a las aeronaves, por lo que en entornos complejos los controladores
tienden a dejar de lado estos procedimientos y utilizan los convencionales.
Es aquí, en estas nuevas estrategias avanzadas, cuando entra en juego el concepto “Point Merge”,
introducido por EUROCONTROL. Se trata de un nuevo método de gestión de flujos de llegadas
basado en una estructura de rutas P-RNAV (Navegación de Área de Precisión).
La estructura de rutas P-RNAV en la que se asienta el concepto de Point Merge se forma a partir
de un punto de convergencia y las llamadas “piernas de secuenciación” [23], establecidas de
manera que sean equidistantes al punto de convergencia e isodistantes. Cabe mencionar que la
equidistancia se aplica a dos o más “piernas de secuenciación” (todas ellas se encuentran a la
misma distancia del punto de convergencia), mientras que la isodistancia se refiere a que toda una
“pierna de secuenciación” se encuentre separada por igual del punto de convergencia.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 53 / 88
Estas “piernas” son el nuevo método para alargar o acortar la ruta a seguir, como se muestra en
la Figura 22.
El objetivo del concepto Point Merge es que, cuando la programación de llegadas lo requiera, las
aeronaves vuelen un tramo en forma de arco hasta que el controlador autorice a la aeronave a
iniciar la aproximación hacia el punto de convergencia, en función de la secuencia de llegadas,
generalmente aplicando un procedimiento CDA.
Básicamente, Point Merge es un procedimiento enfocado a disminuir la carga de trabajo de los
controladores como alternativa a los circuitos aéreos de esperas de aeronaves en entornos con
altos niveles de tráfico aéreo [24], a la vez que aumenta la predictibilidad de las llegadas y
maximiza el rendimiento de las pistas del aeródromo.
Entre sus principales características destaca la posibilidad de llevar a cabo operaciones CDAs en
entornos sobrecargados. Adicionalmente, cabe señalar que la tecnología utilizada para poder
desarrollar este concepto (P-RNAV) se encuentra a bordo de la aeronave y es una tecnología ya
existente, por lo que no requiere introducir nuevas herramientas basadas en tierra.
Respecto al resto de ventajas que ofrece este concepto, se deben resaltar el incremento de la
Figura 22. Ejemplo de la estructura de ruta de un punto de convergencia
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 54 / 88
eficiencia y de la predictibilidad del vuelo, en concreto en la fase de llegada, a través del uso de
aplicaciones RNAV y del guiado lateral que proporciona el FMS. Además, también destaca la
reducción del impacto medioambiental gracias a la aplicación de procedimientos de descenso
continuo (CDA), la estandarización de medidas a tomar por parte de los controladores y el
incremento tanto de la capacidad de los sectores TMA como del rendimiento de las pistas y de la
seguridad operacional.
Uno de los atributos de las trayectorias 4D es la imposición de un Tiempo Controlado de Llegada
(CTA) a un punto definido para la convergencia de las aeronaves que llegan a una pista.
7.8 Initial 4D Trayectory Management (i4D)
El concepto i4D es un paso fundamental, previo a la implantación de trayectorias 4D. Se basa en
aplicar una restricción temporal (que aporta la cuarta dimensión) a las tres dimensiones espaciales
de un punto de la ruta prefijado. Se diferencia de las trayectorias 4D en que su aplicación se realiza
sobre un único punto de la ruta, mientras que en la trayectoria 4D se establecen múltiples puntos
con ventanas temporales asociadas a lo largo de la misma.
Su aplicabilidad se extiende a la convergencia de aeronaves en un punto (Merging Point, MP), de
forma que beneficia al orden de llegada de las aeronaves al MP y a la gestión de llegadas a un
aeródromo por parte de los controladores.
Para poner en servicio este concepto, en primer lugar, se debe establecer una ventana de tiempo
de llegada a un punto de la ruta que sea alcanzable para el vuelo a realizar. Mediante la
comunicación entre estaciones en tierra, se comprueba que todas ellas tienen una misma visión
del plan de vuelo y de las restricciones que pueden afectar al mismo.
A continuación, se negocia la trayectoria entre la aeronave y las estaciones en tierra. El servicio
en tierra envía mediante enlace de datos la trayectoria acordada en dimensiones espaciales
(introduciendo cambios, si fuera necesario, por restricciones imprevistas en el espacio aéreo), que
la aeronave aceptará generalmente. El proceso de negociación puede concluir de forma que el
sistema de tierra o la aeronave no acuerde la trayectoria o la restricción temporal impuesta por el
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 55 / 88
contrario. En caso afirmativo, el Sistema de Gestión de Vuelo (FMS) calcula el intervalo de tiempo
en el que la aeronave alcanzará el punto prefijado en su ruta, teniendo en cuenta las limitaciones
de tráfico y meteorológicas, que recibe el nombre de ETA (Estimated Time of Arrival). Esta
información se envía de nuevo vía enlace de datos al servicio en tierra.
El Gestor de Llegadas (AMAN) se encargará entonces de calcular los tiempos de llegada, CTA
(Controlled Time of Arrival), para generar una secuencia de llegadas óptima al punto de
convergencia, basándose en la ventana de tiempo en la que la aeronave puede alcanzar dicho
punto.
Con esta información, el sistema de tierra negociará con la aeronave la restricción temporal
asignada para alcanzar el punto de convergencia y, una vez se alcance un acuerdo, el piloto
introducirá en el FMS la restricción temporal acordada para que dicho sistema ajuste
automáticamente la velocidad.
El vuelo se desarrollará siguiendo la ruta acordada, tratando de alcanzar la restricción temporal
establecida y reduciendo la intervención del controlador lo mínimo posible, salvo para aplicar
separaciones o modificar las rutas por causas meteorológicas.
Para la aplicación del concepto i4D son necesarios algunos sistemas como el FMS, el CPDLC, el
ADS-C, el HMI, el IFPS o el AMAN [25].
Como es lógico, en primer lugar, se necesita disponer de un sistema FMS avanzado que calcule
la trayectoria 4D y se ajuste automáticamente a ella.
En segundo lugar, el enlace de datos entre la aeronave y el controlador, CPDLC, posibilita la
comunicación entre los mismos, el envío y recepción de autorizaciones, restricciones y
confirmaciones.
Por otra parte, el sistema ADS-C permite la transmisión de la información sensible de la aeronave
al controlador, es decir, de la trayectoria calculada a bordo de la aeronave y de los tiempos
estimados de llegada (máximos y mínimos) al punto de convergencia.
El cuarto sistema nombrado, el HMI, proporciona a los controladores la interfaz de visualización y
gestión de los vuelos.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 56 / 88
El quinto sistema, el Sistema Integrado de Procesamiento de Planes de Vuelo (IFPS) es el
encargado de generar la trayectoria para los sistemas de tierra y transmitir los datos del plan de
vuelo.
Por último, el AMAN, que se encarga de gestionar la secuencia de llegadas.
Los beneficios que aporta el concepto i4D son numerosos, entre los que se destaca:
- Mejora de la predictibilidad de los vuelos y del control estratégico del tráfico aéreo
- Incrementa la capacidad del espacio aéreo y la seguridad operacional
- Contribuye a reducir el impacto medioambiental originado por la aviación gracias a la
posibilidad de realizar operaciones de descenso continuo o seguir el perfil óptimo de
descenso en entornos complejos o con elevado tráfico aéreo [26].
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 57 / 88
8 SISTEMAS CNS/ATM QUE CONDICIONAN EL
CONCEPTO OPERACIONAL DE TRAYECTORIAS 4D
A continuación, se detallan todos los sistemas CNS/ATM que afectan al concepto operacional de
trayectorias 4D que se mostraban en la Figura 8.
8.1 Sistemas de secuenciación y gestión de vuelos
8.1.1 AMAN y E-MAN
Con el objetivo de sacar el máximo partido a la capacidad aeroportuaria, gestionar de manera
eficiente las llegadas de aeronaves a los distintos aeródromos y reducir la carga de trabajo de los
controladores aéreos, se han desarrollado los sistemas de Gestión de Llegadas (AMAN), que
secuencian las llegadas de forma automática aplicando una serie de reglas preestablecidas.
Estos sistemas combinan la información procedente de diversas fuentes, como son: el plan de
vuelo (FP), información radar y meteorológica, estado del espacio aéreo (tráfico de aeronaves y
espacios aéreos restringidos) y el modelo de actuaciones del avión para la trayectoria a realizar.
Con estos datos, se estima una hora de llegada para cada aeronave. Con ello, el AMAN no solo
optimiza la secuencia de llegadas al aeródromo, sino que también asigna a cada un de ellas su
hora de llegada planificada.
Dicho de otro modo, el AMAN utiliza los datos disponibles para generar una secuencia de tráfico
de llegadas óptima y asegurar el cumplimiento de dicha secuencia mediante la indicación de
tiempos que deben ganar o perder las aeronaves, siendo el controlador aéreo el encargado de
asignar el procedimiento que se llevará a cabo en cada caso para cumplir los tiempos señalados.
La programación de la secuencia atraviesa tres fases:
1. En primer lugar, en el momento de planificar las operaciones se planifica también el
orden de llegadas, que tendrá un carácter provisional.
2. Una vez se acerca el momento de ejecutar las operaciones y teniendo en cuenta las
limitaciones previsibles, se realizan los cambios pertinentes, tratando de generar la
secuencia definitiva.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 58 / 88
3. Finalmente, el día de las operaciones, se intenta ajustar el orden de llegadas a la
secuencia establecida y llevar a cabo el menor número de modificaciones posible
según las restricciones de última hora.
Actualmente, tanto en Europa con el plan SESAR como en Estados Unidos con el plan NextGen,
se investiga la extensión de la gestión de llegadas a cualquier punto de la trayectoria de vuelo,
aumentando así la predictibilidad y permitiendo que las modificaciones relativas a la llegada de la
aeronave a un aeropuerto puedan realizarse durante fases previas del vuelo. Así, es posible
reducir las esperas entorno a los aeródromos y la contaminación acústica que producen,
disminuyendo también el consumo de combustible y la emisión de contaminantes a la atmósfera.
En Europa este proyecto de extensión se lleva a cabo en el marco del programa SESAR (Single
European Sky ATM Research), denominando E-AMAN (Extended-AMAN) a esta evolución del
Sistema de Gestión de Llegadas. Mediante este nuevo sistema se extiende el alcance del AMAN
a tramos previos a la llegada de las aeronaves a un aeropuerto.
Los principales beneficios de la mejora de esta herramienta, previstos en la edición de 2017 del
Plan Maestro ATM Europeo, se resumen en la Figura 23.
La relación entre los Sistemas de Gestión de Llegadas y las trayectorias 4D es de sumo interés,
destacando principalmente el papel que ejerce el AMAN en el cálculo y asignación de restricciones
temporales a las llegadas de aeronaves a los puntos de convergencia (MP) con el fin de optimizar
Figura 23. Beneficios de las mejoras en el AMAN previstas en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 59 / 88
la secuencia de llegadas a un aeródromo.
Es decir, el AMAN actuaría directamente en el proceso de planificación y sincronización de las
trayectorias 4D, llevando a cabo una misión vital en este tipo de operaciones: el cálculo del tiempo
de llegada (CTA) a un MP a partir de la ventana de tiempo de llegada al mismo estimada por los
equipos a bordo de la aeronave (ETA). En principio, se intenta que el tiempo de llegada real se
ajuste lo máximo posible a los CTA, ya que el AMAN genera la secuencia de llegadas a partir de
éstos y todas las modificaciones que se produzcan afectarán a la predictibilidad de las
operaciones.
Como puede observarse en la Figura 24, se prevé que el AMAN esté conectado a múltiples
sistemas, entre los que se encuentran los sistemas MONA y MTCD. Estas posibles relaciones
futuras permitirán anticipar cambios en las secuencias programadas [23].
El MONA (Monitoring Aids) es una herramienta que realiza funciones de supervisión y cuyo fin es
alertar al ATCO de desviaciones, por parte de las aeronaves, de las trayectorias autorizadas o de
incumplimientos de los permisos emitidos.
El MTCD (Medium Term Conflict Detection) es un sistema que predice conflictos, potenciales o
reales, entre aeronaves en un horizonte temporal de hasta 20 minutos, dentro del espacio aéreo
asignado a un ATCO.
Del mismo modo, se está investigando su relación con otros conceptos que se están desarrollando,
como son los aeropuertos CDM o el “Point Merge”, comentados previamente en en los apartados
7.4 y 7.7, respectivamente, señalando que el Sistema de Gestión de Llegadas es determinante en
la programación de la secuencia de llegadas a los puntos de convergencia establecidos y, además,
es innegable el peso que tiene la información que maneja y genera AMAN en los procesos CDM,
que afecta directamente a la postura de los operadores aeroportuarios.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 60 / 88
8.1.2 D-MAN
El Gestor de Salidas (DMAN) tiene la misma función que el AMAN, pero aplicado a la fase de
salidas de las aeronaves, es decir, tiene el objetivo de controlar, secuenciar y monitorizar las
salidas de aeronaves de un aeródromo.
Esta herramienta integra los datos procedentes de varios sistemas, entre los que se encuentran el
“Trajectory Predictor” (TP), que contribuye a generar la predicción de trayectorias en la fase de
salida (desde la cabecera de la pista de despegue hasta superar esta etapa a los 35 pies de altitud)
resolviendo posibles conflictos. Además, se estima que se puede reducir un 24% el consumo de
combustible trasladando las esperas a los stands mediante una gestión eficiente de salidas, en
Figura 24. Posibles elementos que incorporará el nuevo AMAN
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 61 / 88
lugar de realizar esperas en el aire.
Los sistemas de secuenciación que se rigen por el principio “First Come, First Served” (FCFS),
esto es, priorizan la secuenciación en función del orden de llegada de solicitudes. Aunque según
EUROCONTROL este sistema en las pistas de salidas reduce la eficiencia del DMAN. La
planificación y gestión de salidas mediante procesos CDM mejoran la predictibilidad de las
operaciones y afecta directamente a la gestión de trayectorias 4D.
En aeródromos con pistas mixtas, es muy útil la coordinación de esta herramienta con el AMAN
para mejorar el rendimiento de las pistas. De hecho, uno de los paquetes de despliegue del
programa SESAR, que beneficia el concepto de Operaciones Basadas en Trayectorias, es
precisamente la integración AMAN/DMAN incluyendo múltiples aeródromos. Esta integración de
los dos sistemas afecta directamente a los segmentos de la trayectoria que se desarrollan en los
aeropuertos y en TMAs con complejidad media-alta [20]. En la siguiente figura se observa la
previsión del despliegue de este paquete SESAR además de la previsión de la obtención de
beneficios mediante la coordinación AMAN/DMAN en múltiples aeródromos.
8.1.3 S-MAN
Siguiendo la función del AMAN y del DMAN, el Gestor de Superficie (SMAN) dedica sus esfuerzos
a gestionar las operaciones en superficie, calculando y asignando tiempos de rodadura a las
aeronaves, es decir, secuenciando las operaciones en superficie. El fin último de la evolución de
este sistema sería lograr la automatización las operaciones de mantenimiento en tierra y la
generación de rutas libres de conflictos en superficie, favoreciendo las operaciones basadas en
trayectorias.
Este sistema genera trayectorias libres de conflictos para cada aeronave en tierra teniendo en
Figura 25. Previsión de la implementación y la obtención de beneficios de la coordinación AMAN/DMAN incluyendo múltiples aeródromos
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 62 / 88
cuenta los tiempos de rodadura y de emisión de autorizaciones, modificando las trayectorias si se
requiere. Este sistema está conectado con el DMAN para coordinar posibles cambios en las
salidas.
Su relación con las trayectorias 4D es similar a la del DMAN, la información que se obtiene de este
sistema afecta a la planificación y predictibilidad de la trayectoria 4D, cuanto más precisos sean
los tiempos de rodadura calculados menores serán las desviaciones de la trayectoria real respecto
a la planificada.
8.1.4 A-SMGCS
El Sistema Avanzado de Control y Guiado de Movimiento en Superficie (A-SMGCS) es una
herramienta diseñada para proporcionar funciones de generación de ruta, guiado y vigilancia de
aeronaves durante su movimiento en superficie, con el fin de garantizar la seguridad de los vuelos
bajo todo tipo de condiciones meteorológicas [27].
Esta herramienta aglutina múltiples sensores y sistemas dedicados a proporcionar servicios a las
aeronaves y los vehículos en tierra, de forma que integra la información necesaria para controlar
adecuadamente el tráfico en el área de movimiento en superficie [28]. Con ello, brinda a los
controladores una visión completa del estado del aeropuerto, identificando y posicionando los
blancos colaboradores, alertando de potenciales intrusos y apoyando la evasión de colisiones
entre aeronaves, esto es, afecta de forma positiva a la conciencia situacional de los controladores
y mejora el control que tienen sobre el tráfico en superficie.
En la Figura 26 se muestran los beneficios que aporta este sistema según el Plan Maestro ATM
Europeo publicado en 2017.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 63 / 88
Generalmente, a la hora de tratar sobre las trayectorias, se tiene una visión que excluye el
segmento rodado en tierra por simplificación o por su poca relevancia respecto al resto de
operaciones en cuanto a tiempos o peligrosidad. Pero en realidad, esta parte de la trayectoria es
muy significativa a la hora de producir retrasos y, en el caso de las trayectorias que integran la
dimensión temporal, afecta directamente a la consecución de los objetivos de tiempo fijados.
Además de ello, otra relación con las trayectorias 4D es que los sistemas A-SMGCS mejoran la
vigilancia y eficacia en la intervención de los controladores.
8.2 Sistemas de planificación y predicción de trayectorias
8.2.1 4DPP
El 4DPP (4D Trajectory Calculation for Planning Purposes) es un sistema que calcula y/o recalcula
la trayectoria según unos parámetros externos y eventos que puedan ocurrir durante la
planificación táctica.
El uso de este sistema responde a que se pretende centralizar el cálculo de trayectorias 4D para
todos los participantes que intervienen en el desarrollo de un vuelo desde el momento de su
Figura 26. Beneficios previstos del A-SMGCS en el Plan Maestro ATM Europeo de 2017
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 64 / 88
planificación dentro del espacio aéreo gestionado por los miembros de EUROCONTROL. De esta
forma, disminuyen los errores asociados a cálculos distintos de la trayectoria, proporcionando una
visión común para todos los interesados. Esto será posible gracias al manejo e intercambio de
información concisa y un método común para el cálculo de la trayectoria.
Los datos que se fusionan para tener en cuenta todas las limitaciones que afectan al cálculo de la
trayectoria 4D incluyen: el Extended Flight Plan (EFPL), que contiene la información relativa al
rendimiento del vuelo, restricciones del ATC, datos de vuelo en tiempo real, etc. Cabe destacar
que el plan de vuelo extendido consiste en un plan de vuelo (FP) enriquecido con información
detallada de la trayectoria y la performance del vuelo
Con un sistema de cálculo de la trayectoria centralizado se consigue mejorar la predictibilidad y
optimización de las operaciones. Desde el punto de vista del aeródromo, se mejora la planificación
de ocupación de slots en función del tráfico de llegadas o salidas planeadas y, por lo tanto, se
mejora la capacidad aeroportuaria.
Por otra parte, el cálculo de trayectorias permite planificar la demanda de usuarios del espacio
aéreo y reducir la complejidad de control de aeronaves a nivel ATFCM, así como el traspaso de
tráfico entre diferentes sectores aéreos. De igual forma, mejora la capacidad de reacción ante
sucesos meteorológicos imprevistos.
El servicio 4DPP actúa tanto en la planificación a medio-largo plazo, como a corto plazo
(planificación táctica) y durante la fase post-operación. Cualquier evento que surja y afecte a la
trayectoria, se ingresa en el 4DPP para recalcular la trayectoria: información de tráfico,
meteorológica, congestión aeroportuaria, estado de la aeronave, etc.
Adicionalmente, durante la operación de la aeronave (fase táctica) el 4DPP permite calcular la
desviación de la trayectoria 4D real y la de referencia.
8.2.2 PATS Trajectory Predictor
Este sistema, basado en tierra, forma parte del conjunto de herramientas avanzadas del programa
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 65 / 88
PHARE (Programme for Harmonised ATM Research in EUROCONTROL). Su función es prestar
apoyo a los controladores aéreos en la gestión del tráfico aéreo.
PHARE es un programa de investigación, en el que colaboran distintas entidades, centrado en
estudiar el concepto de ATM futuro en Europa.
Mediante la integración de la información procedente de otros sistemas acerca del estado del
espacio aéreo, la performance de la aeronave y la información meteorológica permite a los
controladores simular y valorar los efectos que sus acciones pueden producir en un vuelo
(introducir o manipular limitaciones) previamente al envío de las restricciones pertinentes a la
aeronave [29]. Adicionalmente, las funciones de esta herramienta para las aeronaves que no
dispongan de tecnología 4D a bordo varían desde la detección anticipada de conflictos hasta la
supervisión de la trayectoria.
La herramienta calcula el “tubo”, entendiendo por tubo el volumen de espacio aéreo alrededor de
la ruta aérea, dentro del cual la aeronave se compromete a volar. También calcula el “tubo” de
máxima desviación permitida para que la aeronave no exceda el límite de error de navegación y,
además, bajo demanda, calcula la trayectoria 4D óptima entre la posición de la aeronave en ese
momento y la última posición de la ruta planeada.
La principal ventaja de este sistema es el ahorro de tiempo derivado de la reducción del número
de iteraciones necesarias en el envío de datos entre tierra y aire para alcanzar una solución a las
limitaciones que se deben imponer.
8.2.3 PATS Negotiation Manager
El Gestor de Negociación PATS (PHARE Advanced Tool Set) también es una herramienta
avanzada desarrollada dentro del marco de PHARE.
Este sistema está basado en tierra y su misión es proporcionar a los controladores aéreos (ATCOs)
una visión coherente de las trayectorias que se llevarán a cabo [30]. De forma adicional, evalúa
los riesgos y conflictos asociados a modificaciones en las trayectorias y comunica esta información
a los controladores aéreos afectados, para que puedan tomar las medidas adecuadas. Es decir,
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 66 / 88
esta herramienta es una vía de negociación de la trayectoria entre la aeronave y los ATCOs.
El sistema ha sido creado con la posibilidad de configurar la herramienta para indicar qué tipo de
situaciones son problemáticas y cuándo debe intervenir el controlador aéreo.
8.3 Sistemas ATFCM
8.3.1 ETFMS
El ETFMS (Enhanced Tactical Flow Management Position) es un sistema que permite calcular y
comparar la demanda de tráfico aéreo frente a la capacidad de un sector aéreo desde el punto de
vista de los servicios de Control del Tráfico Aéreo (ATC). Esto se consigue combinando la
información procedente de los planes de vuelos que presentan las aerolíneas, datos de posición y
actualizaciones de las aeronaves en tiempo real, comunicaciones aéreas, etc; como puede
apreciarse en la Figura 27. Adicionalmente, el EFTMS asigna franjas horarias asistidas (slots) por
ordenador.
Es un sistema perteneciente al NMOC que, mediante la continua obtención de mensajes y datos
actualizados de los vuelos, permite recalcular el perfil de vuelo de una aeronave y seguir
monitorizando la evolución de su trayectoria 4D. Tras la recolección y procesado de información
previa al vuelo y durante la ejecución de este, el sistema distribuye los datos tácticos AFTM de
vuelo a los agentes involucrados en las operaciones (ANSPs, AOs, etc). Dichos datos son
Figura 27. Datos de entrada al EFTMS para el cálculo y comparación de demanda/capacidad del espacio aéreo
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 67 / 88
distribuidos mediante dos tipos de mensajes: los EFDs, que proporcionan datos de vuelo a los
ANSPs y AOs, y los FUMs, que proporcionan mensajes de actualización del estado del vuelo a los
aeropuertos
La utilización del ETFMS se enmarca en las fases pre-táctica y táctica, por lo que permite gestionar
el tráfico aéreo de forma eficaz antes de la realización de los vuelos y avisa a todas las partes
interesadas de los cambios que se efectúan durante la operación de los mismos.
Entre sus principales beneficios se encuentran el aumento de la seguridad operacional mediante
la resolución de potenciales sobrecargas en sectores y la reducción de las esperas en el aire, la
contribución a los procesos CDM al compartir información de calidad entre todos los usuarios y la
ayuda al equilibrio de la capacidad/demanda de un sector aéreo controlado gracias a la adaptación
de la configuración de dicho sector.
Este sistema continuará siendo útil a la hora de implementar las trayectorias 4D, ya que
proporciona: una evaluación superior de la demanda, gracias al uso del plan de vuelo extendido
/EFPL), en la fase de planificación; el manejo de información precisa de la trayectoria que mejora
la predictibilidad del tráfico; y la distribución de información, que contribuye a la concienciación de
todos los stakeholders acerca del estado del vuelo y las restricciones que afectan al mismo.
8.3.2 iFMP
El iFMP (Integrated Flow Management Position) es una herramienta de toma de decisiones que
permite gestionar la capacidad y flujos de tráfico aéreo (ATFCM), abordando esta cuestión desde
el punto de vista del balance capacidad/demanda y teniendo en cuenta las restricciones del
espacio aéreo derivadas de la estructura (áreas restringidas temporalmente, etc.) y flujos de tráfico
previstos. Actualmente, el programa está vigente en el MUAC (Maastricht Upper Area Control
Centre), que es un proveedor de servicios de navegación aérea internacional sin fines de lucro,
operado por EUROCONTROL en nombre de cuatro estados: Bélgica, Alemania, Luxemburgo y los
Países Bajos.
Este sistema combina la información relativa a los datos que se obtienen a lo largo de los vuelos,
los planes de vuelo, planes de utilización del Espacio Aéreo e información meteorológica, para
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 68 / 88
predecir los flujos de tráfico aéreo, los periodos de sobrecarga o de escasez de tráfico y
proporcionar una estructura de espacio aéreo alternativa que permita equilibrar el tránsito de
aeronaves en un sector.
El manejo de información de vuelo en tiempo real y la posibilidad de obtener la evolución de la
trayectoria 4D de la aeronave, mejora la predictibilidad de las operaciones.
8.4 Sistemas de vigilancia y monitorización
8.4.1 ADS
El ADS (Automatic Dependent Surveillance) es un sistema de vigilancia utilizado de forma
alternativa o complementaria a los sistemas de vigilancia convencionales (radares primarios y
secundarios - PSR, SSR, etc.), que depende de los sistemas embarcados en la aeronave.
Este sistema realiza de forma automática el intercambio de información, vía enlace de datos, de
identificación de la aeronave, de datos del vuelo y de posición obtenidos a bordo mediante el FMS
o a través de sistemas de navegación inerciales.
Existen dos modalidades, el ADS-C y ADS-B. El primero solo se utiliza para transmitir información
a estaciones en tierra en función de unas condiciones establecidas, mientras que el segundo
puede utilizarse para intercambiar información tanto con estaciones en tierra como con otras
aeronaves.
El ADS-B proporciona información más precisa que los sistemas de vigilancia convencionales y
tiene dos modos de funcionamiento: el ADS-B in y el ADS-B out. El ADS-B out es la parte de
transmisión del ADS-B, en cambio, el ADS-B in es la parte receptora que permite a los aviones,
cuando están debidamente equipados, recibir e interpretar los datos de salida ADS-B de otros
aviones de alrededor, mostrándose en una pantalla. Cabe destacar que, con el ADS-B in, la
aeronave será capaz de obtener la posición de las aeronaves del entorno, aunque éstas carezcan
de ADS-B out.
Por otra parte, el ADS-C establece un contrato entre aeronave y estación de tierra, garantizando
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 69 / 88
la transmisión de la información, a menos que haya una pérdida total del enlace de datos, en cuyo
caso el transmisor recibirá el aviso pertinente. Esta funcionalidad, que será clave para mejorar las
comunicaciones tierra-aire, se detalla en el apartado 8.5.2.
Los datos que se obtienen de posición y estado del vuelo sirven para actualizar la evolución de la
trayectoria y contribuir a la predicción de la misma, tanto a bordo de a aeronave como en tierra
una vez se han transmitido a la estación correspondiente.
Por otra parte, la posibilidad de analizar el estado actual del entorno y el pronóstico del tráfico
circundante permite prever conflictos potenciales o reales a lo largo de la trayectoria. Esta
herramienta es, además, la base del sistema TCAS/ACAS en la actualidad, por lo que su uso
permite detectar un conflicto potencial, generar una maniobra de evasión y coordinarla con las
aeronaves afectadas, dándole a cada una de ellas una instrucción sobre la acción que deben
realizar pertinente, de forma que se consiga evitar el conflico y/o colisión.
La detección de algún conflicto puntual debido al tráfico iniciará un proceso de evaluación y
modificación puntual de la trayectoria, ya que la evasión de peligros asociados al tráfico, en
general, no concluye con una revisión de la trayectoria. Aunque no exista necesidad de negociar
una RBT alternativa con el ATC, el contacto con éste sí será útil si se carece de ADS-B.
Por tanto, el ADS es un sistema que quedaría enmarcado en el futuro SWIM para la transmisión
segura y precisa de información de vuelo, que ayude a la predicción de la trayectoria, para los
participantes en la operación del vuelo que la necesiten.
8.4.2 MTCD
El MTCD (Medium Term Conflict Detection) es un sistema que permite predecir la evolución del
tráfico y detectar conflictos potenciales en un horizonte temporal de hasta 20 minutos, entendiendo
como conflictos la pérdida de distancia de seguridad entre dos aeronaves o la entrada de una
aeronave en un espacio aéreo restringido [31]. En cualquiera de los casos, el controlador es
avisado de la probabilidad de aparición de un conflicto.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 70 / 88
Por lo tanto, este sistema predice las posibles trayectorias que pueden seguir las aeronaves en el
sector correspondiente a un controlador aéreo, fusionando planes de vuelo y datos de los sistemas
de vigilancia, obteniendo así los posibles conflictos. Además, el sistema actualiza la trayectoria
cada vez que es modificada o editada manualmente.
La detección de conflictos es crucial para la realización segura del vuelo. La prevención en estos
casos permitirá a controladores y pilotos establecer las medidas necesarias para evadir colisiones
ciñéndose lo máximo posible a la trayectoria 4D de referencia y, cuando se requiera, revisar la
trayectoria de referencia.
8.4.3 STCA
El STCA (Short Term Conflict Alert) es un sistema de alerta automática basado en tierra que
previene a los ATCOs de conflictos o colisiones que se puedan producir en un horizonte de hasta
dos minutos, es decir, a corto plazo, en el espacio aéreo bajo responsabilidad del controlador. Su
cometido es promover la seguridad operacional de los vuelos que se desarrollan en un sector de
control concreto (en-ruta o TMA) y su utilización se enmarca en la fase táctica del vuelo, mientras
la aeronave se encuentra en el aire.
En la edición del Plan Maestro ATM Europeo de 2017, se prevé la mejora de esta herramienta
para la vigilancia en TMAs. El problema que se trata de solventar es disminuir la elevada tasa de
alertas que se generan en los TMAs, teniendo en cuenta que en ellos la separación mínima puede
ser menor que en los sectores en-ruta y se producen gran cantidad de maniobras, manteniendo
altos niveles de seguridad operacional. Con las mejoras pertinentes se beneficiará la seguridad
durante operaciones complejas [32].
8.4.4 MONA
Desde la perspectiva del controlador aéreo, es interesante la herramienta MONA o “Monitoring
Aids”, ya que ayuda al controlador a realizar las funciones de:
- Vigilancia, para asegurar que las aeronaves siguen las trayectorias planificadas y ejecutan
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 71 / 88
las autorizaciones emitidas.
- Alerta, si fuese necesario, de la necesidad de proporcionar guiado vertical y lateral.
Adicionalmente, emite recordatorios para la realización de las tareas rutinarias que el controlador
debe llevar a cabo y actualiza la evolución del vuelo, interaccionando con sistemas externos [33].
En la Figura 28 se muestra un esquema de las relaciones que establece el sistema MONA dentro
del programa SESAR.
Esta herramienta proporciona al controlador una visión del estado actual de la trayectoria y avisos
automáticos de las desviaciones que se produzcan. Con la información transmitida, el controlador
será capaz de guiar correctamente a la aeronave.
Por tanto, este sistema de vigilancia resulta muy útil para disminuir la carga de trabajo del
controlador aéreo a la hora de supervisar las trayectorias, incrementando el número de trayectorias
4D que es capaz de gestionar. Otro factor importante a tener en cuenta es la ayuda que presta
para que el controlador logre que cada aeronave alcance los Way Points de su ruta planificada en
los tiempos calculados.
Figura 28. Esquema de las relaciones que establece el sistema MONA
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 72 / 88
8.4.5 FPM
La herramienta FPM (Flight Path Monitor) permite monitorizar el seguimiento del vuelo y detectar
las desviaciones que se produzcan respecto de la trayectoria 4D de referencia que debe seguir la
aeronave, generando avisos para los controladores aéreos, pilotos y otros sistemas
interconectados. Adicionalmente, este sistema es útil para proporcionar apoyo a la navegación de
las aeronaves que no disponen de tecnología 4D a bordo, ya que el proceso de equipación de las
aeronaves se realizará de forma progresiva. Las aeronaves que no están equipadas con
tecnología 4D son aquellas que son capaces de volar la trayectoria 3D (espacial) pero no siempre
son capaces de alcanzar las restricciones temporales impuestas.
Para el cálculo de desviaciones, en primer lugar, debe correlacionarse la posición recibida de la
aeronave con el plan de vuelo, generalmente a través del identificador de vuelo. Las desviaciones
se calculan en tres dimensiones: longitudinal (expresando el error de posición en segundos),
transversal y de altitud (expresando el error de posición de estas dos últimas en metros) [34].
Además del cálculo de la propia desviación, se obtiene, para cada dimensión, la relación de dicha
desviación respecto del valor del rango establecido para la dimensión de la aerovía. De esta forma,
se maneja una desviación relativa a la trayectoria planeada.
Por otra parte, los datos de desviaciones son utilizados por otras herramientas avanzadas PHARE
(PATs), como son el TP (Trajectory Predictor), que actualiza la posición real de la aeronave y
genera trayectorias alternativas cuando las desviaciones son suficientemente grandes, y la Interfaz
entre Tierra y Hombre (apartado 8.7), que alerta al controlador de situaciones peligrosas o
problemáticas.
8.5 Sistemas de comunicaciones
8.5.1 CPDLC
El Sistema CPDLC (Controller Pilot Data Link Communications) es una herramienta que posibilita
la comunicación entre el piloto y el controlador aéreo vía enlace de datos, incluyendo el envío de
mensajes estratégicos no urgentes y autorizaciones entre ellos.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 73 / 88
Su uso se limita a situaciones no críticas de forma que se asegure la coexistencia de este sistema
con los medios de comunicación orales [35], dejando a discreción del piloto y/o controlador la
decisión de utilizar uno u otro sistema.
El principal beneficio del envío de mensajes de texto es la descongestión de las frecuencias de
radio utilizadas entre el ATC y las aeronaves (canales VHF o HF), aumentando la capacidad del
sector aéreo y disminuyendo la probabilidad de que se pierdan las comunicaciones.
La posibilidad de manejar comunicaciones entre múltiples aeronaves de forma simultánea permite
que las aeronaves reciban instrucciones de operaciones continuas (COO y CDO) en situaciones
en las que, de depender del sistema de comunicación por voz, el ATC transmitiría únicamente
instrucciones a las aeronaves que requieren separación de forma prioritaria [36].
8.5.2 ADS-C
Como se ha comentado anteriormente, el Sistema de Vigilancia Dependiente Automática tiene dos
modalidades: ADS-B y ADS-C. Es de especial interés este último, el Automatic Dependent
Surveillance-Contract, debido a la transmisión de mensajes automática que se produce entre
aeronave y estaciones en tierra al establecer un contrato, con unas características determinadas,
en el que el transmisor del mensaje tiene la certeza de que el mensaje se ha transmitido
correctamente siempre o, en caso de que se produzca un fallo total del enlace, es avisado que la
transmisión no se ha realizado con éxito.
Según el contrato establecido se enviará determinada información a intervalos de tiempo
especificados.
La funcionalidad más importante del ADS-C en lo referente a las trayectorias 4D es el servicio que
ofrece al integrar la información EPP (Extended Projected Profile), que permite transmitir vía
enlace de datos la predicción de la trayectoria 4D por parte de la aeronave a las estaciones en
tierra. La información EPP es la información generada de la predicción de una trayectoria que
permite dividirla en hasta 128 Way Points.
Al tratarse del ADS-C, la integridad de las comunicaciones está asegurada y, al realizarse de forma
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 74 / 88
automática, este sistema no afecta a la carga de trabajo del piloto.
La información enviada a través del ADS-C EPP incluye las predicciones de altitud, tiempo y
velocidad a la que se prevé alcanzar los WP, las restricciones de la aeronave que afectan al plan
de vuelo, las velocidades de descenso óptimas para menor consumo de combustible, los datos
del vuelo que mejoren las predicciones que se realizan en tierra y el rango ETA de llegada a los
Way Points [37].
8.6 Flight Management System (FMS)
El Sistema de Gestión de Vuelo (FMS) es el sistema que evalúa y gestiona los condicionantes del
vuelo: la ruta planificada que debe seguir el avión, los niveles de vuelo óptimos en función del peso
del avión; lo que contribuye al ahorro de combustible y al desarrollo eficiente del vuelo.
El FMS está constituido por el FMC (Flight Management Computer) y el CDU (Control Display
Unit). El FMC es el ordenador de vuelo y, el CDU es la interfaz de comunicación (teclado y pantalla)
entre el piloto y el FMC. Recientemente, el CDU ha evolucionado hacia el MCDU (Multi Control
Display Unit), cuya principal diferencia radica en que este componente ahora es la interfaz entre
el piloto y múltiples sistemas y sensores además del FMC, como el ACARS (sistema de
comunicaciones codificadas entre una aeronave y el centro de control o la aerolínea
correspondiente), los sistemas de referencia inercial, los sistemas de navegación por satélite o las
radio-ayudas.
El FMS gestiona la información que se adquiere a través del FMC, la información que almacena
en su base de datos aeronáutica y los datos que obtiene a través de los propios sensores de la
aeronave, de forma que permite determinar con precisión la posición de la aeronave (a través de
los sistemas de referencia inerciales) y el gasto de combustible, entre otros. Los sistemas que lo
requieran visualizan estos datos una vez han sido procesados. En la Figura 29 se muestra un
esquema de la relación e interacción del FMS con otros sistemas.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 75 / 88
El FMS dispone de funciones de navegación automáticas tanto en el plano vertical, VNAV, como
lateral, LNAV. Además de posibilitar la navegación de área, RNAV.
También permite planificar vuelos estableciendo la performance deseada de operación y predecir
la trayectoria de vuelo para un perfil de vuelo óptimo, procesando los datos de restricciones por
causas meteorológicas [38].
Por tanto, el FMS contribuye de forma positiva a la toma de decisiones por parte de la tripulación
de la aeronave y automatiza la mayoría de los procesos de gestión y cálculo de datos.
8.7 Interfaz Máquina-Persona (HMI)
La tecnología HMI-Posición de trabajo del controlador también necesita mejoras que posibiliten la
ejecución de las operaciones 4D de forma segura y eficiente. En concreto, precisa de
modificaciones en el HMI que permitan nuevas funciones de visualización que garanticen una
mejora de la prevención de los controladores mediante las pantallas EPP (visualización de las
ventanas de los CTA relacionados y trayectoria EPP).
Figura 29. Diagrama de bloques de sistemas relacionados con el FMS
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 76 / 88
A continuación, se resumen las principales actividades que debe soportar el HMI:
- Monitorización de la trayectoria: seguimiento de la trayectoria RBT, indicaciones de
conflictos asociados a cambios meteorológicos, monitorizar el estado de la
meteorología a lo largo de la RBT, indicar el incumplimiento de las restricciones, etc.
- Revisar la trayectoria: evaluar la viabilidad de establecer una trayectoria alternativa
propuesta por el FMS y obtener predicciones meteorológicas en 4D, señalar los
requisitos no alcanzados, proporcionar feedback del estado del espacio aéreo y el
estado del ATC y verificar los resultados que aporta la nueva RBT.
- Negociación de la trayectoria de referencia: evaluar la trayectoria recibida y
compararla con la enviada a la aeronave, obtener el impacto de la nueva trayectoria
en los objetivos de negocio, etc.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 77 / 88
9 IMPLICACIÓN DEL PILOTO
A pesar de que una gran parte de los procesos se han automatizado, existen diversas tareas que el piloto
debe ser capaz de llevar a cabo a lo largo del vuelo, entre ellas destacan las siguientes:
- Iniciar y mantener una o más RBT.
- Encargarse de que la aeronave vuele la RBT y revisarla si fuese necesario.
Además, a esto hay que añadir las tareas asociadas al intercambio de autorizaciones y negociación de
la RBT con el ATC, asegurando siempre la separación con otras aeronaves y la seguridad operacional.
Se puede resumir la implicación del piloto, en lo que corresponde a la RBT, en tres actividades
fundamentales que debe realizar: monitorear, gestionar y optimizar, en la medida de los posible, la RBT.
En lo que atañe al primer punto, monitorear la RBT implica vigilar la evolución de la trayectoria con el fin
de evitar que ocurran situaciones peligrosas (principalmente por causas meteorológicas) o conflictos, ya
sean reales o potenciales. Además de asegurarse que la aeronave vuele de forma segura y eficiente la
RBT, siguiendo las autorizaciones pertinentes.
La iniciación de la trayectoria por parte del piloto puede llevarse a cabo cargando la RBT de la compañía
aérea en el FMS (siendo ésta la situación más común) o bien generando de forma manual una trayectoria
con la ayuda del FMS. En cualquiera de las dos situaciones, el piloto es el responsable de manejar el
intercambio de autorizaciones que emite el ATC en segmentos consecutivos a lo largo de la trayectoria.
Como se ha comentado anteriormente, el piloto tiene que evaluar y revisar en ciertas ocasiones la RBT,
existiendo, en el segundo caso, un proceso de negociación con el ATC. En este proceso de negociación,
ambos participantes emiten una trayectoria alternativa mediante un proceso iterativo hasta que uno de
los dos actores acepta la trayectoria que presenta el contrario, momento en el que queda validada dicha
trayectoria, pasando a ser ésta la nueva RBT.
Por otra parte, deben tenerse en cuenta los objetivos de operación fijados por la compañía. Ejemplo de
ellos pueden ser reducir el consumo de combustible, reducir el tiempo de vuelo o reducir, en la medida
de lo posible, los costes asociados al mantenimiento. En cualquier caso, el piloto es el encargado de
tratar de cumplir los objetivos de negocio y, si es posible, optimizar la RBT, teniendo en cuenta que la
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 78 / 88
optimización raras veces concluirá con una revisión de la misma.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 79 / 88
10 CONCLUSIONES
Una vez establecidos los principales requisitos y condicionantes, tanto conceptuales como de sistemas
ATM/CNS, del concepto de Trayectoria 4D, se ha realizado un esquema que representa todos los
requisitos y condicionantes descritos a lo largo del documento, así como las relaciones entre ellos (Figura
30).
Las Figura 30. Requisitos y condicionantes del concepto operacional de Trayectoria 4D
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 80 / 88
operaciones aéreas, junto con los sistemas que posibilitan el control y gestión de las mismas, están
evolucionando hacia el concepto de operaciones basadas en trayectorias, que se apoyan en las
trayectorias 4D.
El despliegue de las operaciones 4D promete contribuir a la consecución de los objetivos europeos
definidos para el nuevo sistema ATM por SESAR. En particular, en lo referente a la reducción en la
emisión de contaminantes mediante el uso de operaciones continuas y a la reducción de esperas en el
aire gracias a una mejor planificación.
A lo largo de este documento, se han establecido una serie de relaciones conceptuales y tecnológicas
con el concepto operacional de Trayectoria 4D, extraídas del proyecto SESAR y del Plan Maestro ATM
Europeo.
Cabe destacar que, para la implementación del concepto de trayectorias 4D, es imprescindible el
intercambio de información actualizada y precisa en todas las fases del vuelo, entre los dispositivos
embarcados en la aeronave y las estaciones terrestres, de forma que facilite la planificación de las
operaciones a través de un proceso de toma de decisiones colaborativa entre todos los stakeholders. En
este tema tienen un carácter importante los aeródromos colaborativos o A-CDM, que contribuirán de
forma especial a la programación de las operaciones y la gestión eficiente de slots.
Además, los aeródromos colaborativos, A-CDM, mejorarán la planificación de las operaciones y la
gestión eficiente de slots.
Por otra parte, los actores que intervienen en el vuelo y en la gestión del tránsito de aeronaves deben
disponer de todos los datos necesarios para la realización segura y eficiente del vuelo y ser informados
de las actualizaciones que conlleven modificaciones en el vuelo, en especial en lo referente al Plan de
Vuelo o la Trayectoria Negociada de Referencia (RBT). Esto será posible gracias a la red de Intercambio
de datos propuesta a través de la iniciativa SWIM. La utilización de estándares según el tipo de
información que se comparte agilizará la transmisión de datos y facilita la comprensión de los mismos.
En otro orden de ideas, la asignación de un CTA (Controlled Time of Arrival) en las trayectorias 4D, misión
que recae en el sistema AMAN, permite a los usuarios del espacio aéreo volar las trayectorias deseadas
y optimizarlas tanto como permita la restricción temporal impuesta, aumentando así la predicción.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 81 / 88
En este sentido, se ha definido un paso previo al desarrollo completo de las trayectorias 4D, denominado
i4D, cuyo fin es establecer los requisitos relativos al sistema ATM para proyectar el concepto de
trayectoria 4D a las aproximaciones y llegadas de aeronaves. El procedimiento que plantea este concepto
se basa en el uso de un único punto de la ruta (cerca del segmento de llegada) en el que se impone una
restricción temporal, es decir, introduce el concepto de punto de convergencia o MP.
Otro de los progresos fundamentales que preceden a las operaciones basadas en trayectorias 4D es la
transformación del concepto de espacio aéreo tal y como se conoce actualmente, eliminando las barreras
estatales y permitiendo un uso flexible de él mediante la implantación del concepto FRA. Este concepto
habilita a las aeronaves para volar las rutas preferidas entre dos puntos del sector FRA estableciendo, si
fuese necesario, Way Points o puntos de paso.
Así pues, los avances necesarios para la implantación de las trayectorias 4D se pueden traducir en
mejoras en los sistemas ATM/CNS, afectando especialmente a la tecnología responsable de la
navegación aérea y del control y gestión del tráfico de aeronaves.
El pilar fundamental en el que se apoyan las operaciones 4D es la planificación precisa y exhaustiva de
las operaciones, la predicción y actualización de la trayectoria y la asignación de tiempos concretos para
alcanzar puntos de paso de la ruta a través de los sistemas de secuenciación de vuelos.
Juegan un papel importante en la planificación y predicción de la trayectoria 4D los sistemas 4DPP o
PATS Trajectory Predictor.
Por otra parte, los sistemas de secuenciación y gestión que afectan a la planificación de estas
operaciones abarcan desde los sistemas de gestión de segmentos del vuelo (AMAN, DMAN, SMAN)
hasta el A-SMGCS, que permite monitorizar el estado de aeronaves en movimiento en superficie y
proporcionarles guiado y control.
Además, para el desarrollo seguro de las operaciones, debe existir un equilibrio entre la demanda de
tráfico aéreo y la capacidad disponible, por ello se emplean herramientas como el EFTMS o el iFMP, que
evalúan estas dos características para futuras operaciones, contribuyendo igualmente a la planificación
de vuelos, a la prevención en la generación de puntos calientes y a la reducción de la carga de trabajo
de controladores y pilotos.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 82 / 88
Por otro lado, la vigilancia, a través de sistemas como el ADS, el MTCD o el STCA, y la monitorización
de los vuelos en tierra y a bordo de la aeronave, mediante herramientas como MONA o el FMP, es
primordial para alertar y evadir potenciales conflictos, además de asegurar que se alcanzan los objetivos
espacio-temporales fijados en las trayectorias 4D de referencia.
Adicionalmente, se requieren nuevos métodos de comunicación y transmisión de la información, que
aseguren la integridad de las comunicaciones, disminuyan la congestión en los canales de comunicación
con el ATC y reduzcan la carga de trabajo de los controladores. Esto será posible mediante el uso de
comunicaciones CDPLC en situaciones no críticas como complemento a las comunicaciones por voz o
a través del enlace de datos que proporciona el ADS-C (en particular, éste será utilizado para que la
aeronave transmita a las estaciones de tierra su trayectoria predicha).
La tecnología FDPS requerida, relativa al Sistema de Procesamiento de Datos de Vuelo, se puede
resumir en la necesidad de manejar un indicador de discrepancia entre la trayectoria indicada a bordo de
la aeronave y la trayectoria en tierra, la capacidad de obtener en tierra un tiempo requerido de llegada o
RTA y enviarlo a la aeronave y la capacidad de evaluar, alertar y controlar los cambios de velocidad
necesarios para lograr los objetivos espacio-temporales.
Finalmente, el FMS debe disponer de funciones avanzadas que posibiliten la predicción de trayectorias
4D y, por tanto, el cálculo de rangos estimados de llegada a un Way Point y las funciones de visualización
requeridas para monitorizar a bordo el seguimiento del vuelo. La interfaz máquina-persona o HMI también
debe poseer la tecnología que garantice la monitorización y control de vuelos 4D por parte de los
controladores aéreos.
Por último, en las siguientes figuras se muestra un resumen de los resultados obtenidos de este estudio,
siguiendo la diferenciación que se ha establecido en el documento entre Requisitos conceptuales y
Requisitos tecnológicos.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 83 / 88
Figura 31. Resumen de los conceptos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 84 / 88
Figura 32. Resumen de los avances tecnológicos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 85 / 88
11 TRABAJOS FUTUROS
A lo largo del presente documento se han definido los principales requisitos funcionales del concepto
operacional de trayectorias 4D, analizando los requisitos esenciales y necesidades para la implantación
de este concepto según las principales herramientas, programas y sistemas ATM/CNS que se deben
desplegar. Además, se han evaluado de forma teórica los condicionantes, tanto conceptuales como de
sistemas CNS/ATM, del concepto de Trayectoria 4D.
En trabajos futuros se espera poder analizar las líneas de acción apropiadas para implantar los conceptos
y mejoras en las herramientas existentes y evaluar los resultados obtenidos de las pruebas realizas en
el ámbito de las Trayectorias 4D.
Así pues, como trabajos futuros se plantean distintas tareas que se realizarán a lo largo del 2019 para
ampliar el proyecto:
- Evaluación de los condicionantes y limitaciones de implementación de trayectorias 4D desde
el punto de vista de los servicios ATM y sistemas CNS. A partir de los resultados anteriores
(análisis de predictibilidad y fiabilidad), se proponen una serie de limitaciones y condicionantes
a la implementación del concepto operacional de trayectorias 4D (y las ventanas de paso
asociadas) en los diferentes escenarios analizados en entregas anteriores.
- Análisis del impacto del concepto operacional asociado a las trayectorias 4D en términos de
complejidad y balance capacidad/demanda (gestión de la incertidumbre). Se seleccionarán y
definirán una serie de indicadores de rendimiento para estimar el impacto de las trayectorias 4D
(y las ventanas de paso establecidas) en las principales áreas de análisis: (i) seguridad, (ii) medio
ambiente, (iii) capacidad, y (iv) eficiencia de costes. Particularmente, el análisis se centrará en
los parámetros de influencia sobre complejidad y balance capacidad/demanda en un entorno
operacional de trayectorias 4D (gestión de la incertidumbre).
- Por último, se expondrán unas conclusiones y recomendaciones del proyecto. Se revisarán
los resultados globales del estudio “Análisis de parámetros de influencia en la definición de
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 86 / 88
puntos de trayectorias 4D”, estableciendo las conclusiones, las limitaciones, la aplicabilidad de
los modelos y las recomendaciones de desarrollo futuro.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 87 / 88
12 REFERENCIAS
[1] Enaire, “SACTA - Enaire.” [Online]. Available: https://www.enaire.es/ss/Satellite?c=Page&cid=148854312807.
[2] A. Cook, European Air Traffic Management: Principles, Practice and Research. Routledge, 2016.
[3] EUROCONTROL, “From the CFMU to the Network Manager | Eurocontrol.” [Online]. Available: http://www.eurocontrol.int/articles/cfmu-network-manager.
[4] EUROCONTROL, “Air Traffic Flow and Capacity Management (ATFCM) | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/articles/air-traffic-flow-and-capacity-management.
[5] EUROCONTROL, European Network Operations Plan 2018-2019/22. .
[6] HISPAVIACIÓN, “No Title.” [Online]. Available: http://www.hispaviacion.es/las-aplicaciones-de-la-pbn/.
[7] SKYbrary, “4D Trajectory Concept - SKYbrary Aviation Safety,” 2017. [Online]. Available: https://www.skybrary.aero/index.php/4D_Trajectory_Concept.
[8] Unión Europea y EUROCONTROL, Plan Maestro ATM europeo. 2015.
[9] SESAR Joint Undertaking, SESAR 2020 Concept Of Operations. 2017.
[10] N. A. IPT, “Comparison of the SESAR and NextGen Concepts of Operations.”
[11] ICAO, MANUAL ON SYSTEM WIDE INFORMATION MANAGEMENT (SWIM) CONCEPT. .
[12] EUROCONTROL, “Free Route Airspace developments. For a route-free European network.”
[13] EUROCONTROL, “Free route airspace | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/articles/free-route-airspace.
[14] EUROCONTROL, “Network Manager Annual Report,” 2017.
[15] EUROCONTROL, “Publications | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/publications.
[16] ICAO, “PBN/CCO/CDO - ICAO.” [Online]. Available: https://www.icao.int/NACC/Documents/eDOCS/ATM-Flyer_US-Letter_ANB-PNB_2013-08-26.pdf.
[17] EUROCONTROL, “Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/articles/airport-collaborative-decision-making-cdm.
[18] EUROCONTROL, “A-CDM Impact Assessment,” 2006.
[19] SESAR Joint Undertaking, “Step 1 V3 UDPP Final OSED.”
[20] European ATM Master Plan, “SESAR | European ATM Portal | Deployment View - Deployment Packages - list,” 2018. [Online]. Available: https://www.atmmasterplan.eu/deployment_packages/933.
Título: E1 2019. Requisitos esenciales para la implantación del concepto operacional de trayectorias 4D
Fecha: febrero de 2019 88 / 88
[21] EUROCONTROL, “Short-term ATFM measures (STAMs) | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/articles/short-term-atfm-measures-stams.
[22] EUROCONTROL Experimental Centre, “Point Merge Integration of Arrival Flows Enabling Extensive RNAV Application and Continuous Descent - OSED,” Brétigny-sur-Orge, 2010.
[23] EUROCONTROL, “Arrival Manager - Implementation Guidelines and Lessons Learned,” 2010.
[24] C. Godel, “IATA Position on Point Merge,” 2014.
[25] Luchtvaartfeiten.nl y AviationFacts.eu, “i4D Fact Sheet - Modernizing the European Air Traffic Management System,” 2014.
[26] SESAR Joint Undertaking, “No Title.” [Online]. Available: https://www.sesarju.eu/sites/default/files/documents/atc/I4D_Manufacturing_Industry_Perspective_final.pdf.
[27] ICAO, ICAO Doc 9830. Advanced Surface Movement Guidance and Control Systems (A-SMGCS) Manual. 2004.
[28] EUROCONTROL, “Advanced-Surface Movement Guidance and Control System (A-SMGCS) | Eurocontrol.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/articles/advanced-surface-movement-guidance-and-control-systems-smgcs.
[29] EUROCONTROL, “PHARE Advanced Tools Trajectory Predictor,” 2000.
[30] EUROCONTROL, “PATS Negotiation Manager Final Report. DOC 98-70-18/7,” 1999.
[31] EUROCONTROL, “EUROCONTROL Specification for Medium-Term Conflict Detection,” 2017.
[32] SESAR, “European ATM Master Plan - Implementation view.”
[33] EUROCONTROL, EUROCONTROL Specification for Monitoring Aids. 2010.
[34] EUROCONTROL, “EUROCONTROL - Flight Path Monitoring.” [Online]. Available: http://www.eurocontrol.int/phare/public/standard_page/FPM.html.
[35] SKYbrary Aviation Safety, “http://www.eurocontrol.int/phare/public/standard_page/FPM.html.,” 2017. [Online]. Available: https://www.skybrary.aero/index.php/Controller_Pilot_Data_Link_Communications_(CPDLC).
[36] EUROCONTROL, “Leading technological innovation: Controller Pilot Data Link Communications (CPDLC) at MUAC | EUROCONTROL.” [Online]. Available: https://www.eurocontrol.int/sites/default/files/publication/files/factsheet-cpdlc.pdf.
[37] SESAR Joint Undertaking, “No Title.” [Online]. Available: https://www.sesarju.eu/sesar-solutions/enabling-aviation-infrastructure/extended-projected-profile-epp-availability-ground.
[38] C. R. Spitzer, The Avionics Handbook. CRC Press LLC, 2001.