Algoritmos para la secuenciación de operaciones de aterrizaje en aeropuertos con restricciones ambientales

Resumo

Una de los mayores obstáculos para la construcción de nuevos aeropuertos y la expansión de la capacidad de la pista son las preocupaciones ambientales, especialmente el ruido. El objetivo principal de esta Tesis es el estudio de las propuestas para la reducción del impacto del ruido del transporte aéreo y la implementación de nuevos modelos y algoritmos de programación que muestren las capacidades de mejora en este campo. En la revisión de la literatura existe una laguna de los trabajos previos que tratan de recopilar y analizar las aproximaciones para reducir el impacto del ruido del transporte aéreo. Así la realización de una revisión extensa de la literatura se convirtió en uno de los objetivos principales de la Tesis. Se encontró que las políticas de regulación o los cambios en los procedimientos de operación son una de las mejoras más habitualmente implementadas para minorar el impacto del ruido. También se realizan muchos esfuerzos para modelar, monitorizar y desarrollar herramientas de simulación para la estimación del ruido. Sin embargo, existe aún un amplio campo de investigación en algoritmos de optimización que ayuden a los controladores a programar las operaciones del aeropuerto sin descuidar las restricciones de ruido ni disminuir el ratio aceptable de salidas y llegadas. Dado que la naturaleza dinámica de los aeropuertos exige el desarrollo de algoritmos de programación que puedan ser replanificados cuando ocurren nuevos eventos de tráfico, otro de los objetivos principales de esta investigación es diseñar un algoritmo que se pueda usar en un entorno real, lo que implica que los resultados deben mostrase en línea, teniendo en cuenta las restricciones de las operaciones reales de control del tráfico aéreo. Se ha desarrollado un algoritmo que minimiza las desviaciones de los horarios programados de los vuelos de llegada y salida, bajo la separación de vórtice de estela y las restricciones de desplazamiento de posición restringida. El algoritmo desarrollado utilizando recocido simulado obtiene una mejora del 95% en los retrasos en menos de un segundo de cómputo para las instancias de prueba generadas. Con respecto a los entornos reales, muestra una mejora del 30% en los retrasos de tiempo durante una secuencia de tres horas en el aeropuerto de Londres Gatwick. Por un lado, otra de las conclusiones de la revisión de la literatura es que el ruido de los aviones es la causa principal de la oposición de la comunidad a las operaciones del aeropuerto, convirtiéndose en un problema crítico que afecta la sostenibilidad del crecimiento futuro del tráfico aéreo. Por otro lado, las operaciones de planificación que se centran exclusivamente en el impacto del ruido pueden dar como resultado un aumento del consumo de combustible o de los retrasos. Teniendo esto en cuenta, y también el algoritmo anterior, el objetivo final de esta Tesis fue desarrollar un modelo bi-objetivo adecuado para el aterrizaje de aeronaves, que encuentre una secuencia que minimice el impacto del ruido, el consumo total de combustible y las demoras, bajo la restricción de la separación de estela turbulenta y con la restricción de desplazamiento de posición. Los resultados de este modelo se comparan con las operaciones reales en un relevante aeropuerto europeo para evaluar el nivel potencial de mejoras. Al comparar con datos reales del aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas, la investigación muestra mejoras potenciales de hasta un 4,5% de reducción del consumo total de combustible (sin aumentar los niveles de ruido) solo modificando la secuencia de llegadas, y hasta un 43% de la reducción del impacto del ruido sobre las poblaciones estudiadas (sin consumo extra de combustible). Con esta Tesis queremos enfatizar y probar que existen alternativas para mejorar el impacto del ruido sin afectar la capacidad de los aeropuertos y sin ser necesario cambiar las regulaciones o los procedimientos operativos existentes.