MÉTODO PARA CARACTERIZAR LA CONGESTIÓN AEROPORTUARIA EN UNA RED DE TRÁFICO AÉREO.

Método para pronosticar la congestión aeroportuaria en una red de tráfico aéreo que combina tanto un algoritmo basado en colas de espera,

como las relaciones entre vuelos propias de la planificación de cada aerolínea y que se caracteriza porque establece una simulación basada en la rotación de cada aeronave, los vuelos en conexión, congestión aeroportuaria y retrasos aleatorios; y donde un quinto factor simula las perturbaciones externas; y donde además se establece un proceso de gestión de los aeropuertos independiente del proceso de simulación.

MÉTODO PARA CARACTERIZAR LA CONGESTIÓN AEROPORTUARIA EN UNA RED DE TRÁFICO AÉREO

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una metodología y un conjunto de procedimientos con el fin de caracterizar y pronosticar la congestión aeroportuaria en una red de tráfico aéreo. Concretamente, el modelo es capaz de predecir, sin necesidad de un aporte de datos en tiempo real, el retraso generado en los vuelos y su repercusión en el rendimiento de los aeropuertos que componen la red.

Estado de la técnica

De acuerdo con el informe del año 2008 del Congress Joint Economic Comitee de los EEUU [Joint Economic Committee of US Congress, Your flight has been delayed again: Flight delays cost passengers, airlines and the U.S. economy billions. Available at http://www.jec.senate.gov (May 22, 2008)] el retraso en los vuelos generó en el 2007 un impacto económico que asciende a los 40,700 millones de dólares, solamente para los Estados Unidos. Analizando los datos de Eurocontrol, el impacto para el continente europeo es similar [ICCSAI Fact Book on Air Transport in Europe. Available at http://www.iccsai.eu (2007-2011); 3. Eurocontrol Annual report. Available at http://www.eurocontrol.int (20082011); Jetzki, M. The propagation of air transport delays in Europe. Thesis in the Department of Airport and Air Transportation Research, RWTH Aachen University (2009)]. De acuerdo con las estimaciones del crecimiento del tráfico aéreo para las próximas décadas, la situación puede volverse todavía peor.

En [Folkes, V.S., Koletsky, S., & Graham, J.L. A field study of casual inferences and consumer reaction: The view from the airport. Journal of Consumer Research 13, 534-539 (1987)], los retrasos en los vuelos deterioran la imagen de la compañía para con sus clientes, además de dañar los balances de la compañía por el incremento de los costes operativos de las mismas. Desde el punto de vista del cliente, los retrasos pueden ocasionarle pérdida de oportunidades de trabajo, de tiempo de ocio y actividades económicas, entre otras. De forma adicional, los esfuerzos para recuperar los retrasos generan un fuerte impacto medioambiental por el mayor consumo de combustible.

Todo lo anterior muestra la necesidad de una herramienta que sea capaz de evaluar, a priori, la eficiencia y robustez de una programación de vuelos y/o pronosticar para un día en particular el impacto de los retrasos en una red de tráfico aéreo. En el actual estado de la

técnica, son conocidos sistemas que permiten predecir, dentro de un cierto margen, la situación para las próximas horas utilizando la entrada de datos en tiempo real. Estos son los objetivos, por ejemplo del documento US 6393359 o métodos similares al delay Índex de flightstats.com.

En el estado de la técnica conocido se describe el documento de patente americana US2009112645 (LOCKHEED MARTIN CORPORATION) introduce un sistema de planificación y optimización del flujo del tráfico aéreo que incluye un módulo de simulación que permite la introducción de parámetros estratégicos iniciales (planes de vuelo, previsiones meteorológicas, etcétera) para la obtención de datos y recomendaciones que permitan adoptar decisiones que conduzcan a una eficiente gestión de la demanda, seguridad y recursos en una red de tráfico aéreo (minimizar retrasos de los vuelos o la congestión en aeropuertos).

Este documento apunta hacia un concepto totalmente distinto al de la presente invención, no solo teniendo en cuenta la cantidad de aviones dentro de un sector sino también otros factores. El objeto de la presente invención es caracterizar y predecir los retrasos en una red aeroportuaria. El objeto es totalmente distinto.

El documento de patente PCT W02008061793 A1 (FRAPORT AG) presenta un sistema y método para la gestión del tráfico aéreo de un aeropuerto. El sistema hace uso de pronósticos y datos en tiempo real para gestionar de forma óptima las distintas fases de los vuelos en su aproximación, aterrizaje, estancia y despegue en el espacio aeroportuario, con el objetivo de evitar retrasos y realizar una mejor utilización de su capacidad. Este documento adolece de un modelado de toda la red aeroportuaria y no de un único aeropuerto.

El documento de patente americana US2010185426 (GANESAN et al.) describe un sistema de predicción del tiempo de taxi-out para vuelos en un aeropuerto mediante el uso de un módulo de simulación y aprendizaje que actúa de forma iterativa y modela la dinámica aeroportuaria durante un espacio de tiempo. Este documento no predice el retraso de un único vuelo.

El documento de patente PCT W02008103654 (LOCKHEED MARTIN CORPORATION) describe un conjunto de sistemas y métodos para planificar y optimizar una diversidad

de planes de vuelo que compiten en un espacio aéreo en un periodo de tiempo dado. Hace uso de un filtro de Pareto y un optimizador genético multi-objetivo para identificar la solución más adecuada que conduce a una reducción en la distancias de vuelos y congestión de la red. Al igual que en un documento anterior se apunta hacia un concepto totalmente distinto al de la presente invención, no solo teniendo en cuenta la cantidad de aviones dentro de un sector sino también otros factores. El objeto de la presente invención es caracterizar y predecir los retrasos en una red aeroportuaria. El objeto es totalmente distinto.

En general, ninguno de los documentos citados permite predecir el estado del tráfico aéreo sin necesidad de entrada de datos en tiempo real. Por tanto, se hace necesario un sistema y método que permita pronosticar la evolución de la congestión teniendo simplemente en cuenta las condiciones iniciales.

Descripción de la invención

Es un objeto de la presente invención desarrollar un método, un sistema y un programa informático que permita caracterizar y predecir el estado del tráfico aéreo sin necesidad de entrada de datos en tiempo real. En otras palabras, que no sea necesaria la situación de la ventana horaria anterior para pronosticar las próximas horas, ya que esto no es siempre posible y deteriora el pronóstico, impidiendo su evaluación con mayor antelación. En la presente invención, de hecho, solamente será necesaria la programación de los vuelos y las condiciones iniciales en las primeras horas de la mañana para pronosticar la evolución de la congestión.

La invención, además, permite la evaluación de la robustez de la programación diaria de una aerolínea o de una alianza a la introducción de retrasos primarios en la red por distintas causas, desde meteorológicas hasta conflictos de índole laboral.

Así pues, la presente invención, en un primer aspecto, consiste en un método que simula la dinámica de propagación de los retrasos en una red de tráfico aéreo combinando dentro de dicha simulación, tanto un algoritmo basado en colas de espera, como las relaciones entre vuelos propias de la planificación de cada aerolínea. Más concretamente, la simulación se basa en cuatro factores internos del sistema: rotación de cada aeronave, vuelos en conexión, congestión aeroportuaria y retrasos aleatorios; y donde un quinto factor simula las

perturbaciones externas, como las meteorológicas o laborales (por ejemplo, huelgas del personal).

Preferentemente, se utiliza un intervalo de tiempo de un minuto y se procede en cada simulación hasta que todos los vuelos hayan completado su itinerario, en la mayoría de los casos, ligeramente por encima de los 1440 minutos. Este intervalo de tiempo permite a la simulación ejecutar acciones en una escala de tiempo realista. En el caso de que existan vuelos entre distintas zonas horarias se debe convertir todos los datos a una misma zona horaria.

El efecto técnico principal del método de la invención es la obtención de información para caracterizar una red de tráfico aéreo, de forma que dicha información pueda ser utilizada para generar pronósticos acerca del nivel de congestión en una red de tráfico aéreo, sin la necesidad de aportar datos sobre dicha red en tiempo real. Las ventajas derivadas de dicho efecto técnico implican, por ejemplo, la evaluación de la capacidad de la programación de una aerolínea, o del sistema de tráfico en su conjunto, de absorber los retrasos generados, antes de ser implementada. Por otro lado, el método de la invención proporciona la flexibilidad de introducir cualquier tipo de perturbación al sistema para evaluar la robustez del mismo ante potenciales impactos de diversa índole como las condiciones meteorológicas adversas y los conflictos laborales que amenacen la operativa normal de una o varias aerolíneas. Del mismo modo, la invención es capaz de estimar a priori en un día de operación donde se generarán los principales...

1 - Método para caracterizar la congestión aeroportuaria de una red de tráfico aéreo caracterizado por que comprende una primera etapa de generación de objetos de clase obtenidos a partir de la información de programación diaria de al menos una aerolínea, basada dicha información en datos de la rotación de las aeronaves, de los tiempos programados de salida y llegada de los vuelos, de los vuelos en conexión, de la congestión aeroportuaria y/o de los retrasos asociados a dicha aerolínea; y donde dichos objetos de clase comprenden, al menos,

a) un objeto de clase con la indexación de todos los aeropuertos que se encuentran presentes en la programación para ese día;

b) un objeto de clase con el horario programado de salida y llegada de los vuelos;

c) un objeto de clase con los aeropuertos de origen y destino de cada vuelo;

d) un objeto de clase con la indexación de las matrículas de las aeronaves que operan ese día para seguir su rotación;

e) un objeto de clase con el código de aerolínea que identifique el operador de cada vuelo;

f) un objeto de clase con el estado del vuelo: en tierra L, en vuelo F y en servicio o en cola S, referencia de vuelo previo y las conexiones para cada vuelo individual;

g) un objeto de clase con la información de retraso inicial de cada vuelo;

h) un objeto de clase para cada aeropuerto que contiene información sobre la ordenación de colas de espera de los vuelos;

i) un objeto de clase donde para cada aeronave se describe el aeropuerto de origen, el de destino, el BtB programado, así como el retraso en la salida: inicial, debido a llegada tarde, por cola de espera y/o por esperar conexiones;

y una segunda etapa que comprende la inicialización de un temporizador y de las indexaciones asociadas a la programación, estableciéndose si hay vuelos a completar o no, de tal forma que

- si no hay vuelos a completar se finaliza la etapa;

y si hay vuelos completar se establece si hay un tiempo de salida programado más un retraso inicial inferior o igual a una variable de tiempo preestablecida t; donde: o en caso negativo, se actualizan los objetos de clase a t+1 minutos de forma síncrona para cada caso de tiempo;

o y en caso positivo se actualizan las indexaciones y se interroga sobre el estado de la aeronave:

si se encuentra en estado BtB, se consulta si el BtB real es igual que el programado y, en caso afirmativo, el estado de vuelo se modifica de vuelo a cola y los objetos de cola de espera se actualizan;

si el BtB no es igual al programado, se establece como BtB real el BtB real más un minuto, y se modifica la indexación de programación como programación + 1.

2 - Método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende, además, la generación de uno o más de los siguientes objetos de clase:

j) un objeto de clase con información sobre la capacidad de cada aeropuerto de la lista por hora;

k) un objeto de clase con la información de conexión entre vuelos o un estimado del porcentaje de vuelos en conexión para cada aeropuerto;

l) un objeto de clase con información sobre la estructura de la red de tráfico aéreo para el día en cuestión;

m) un objeto de clase con información acerca de perturbaciones externas provenientes de datos meteorológicos, geológicos, de conflictos laborales, o de escenarios simulados;

n) un objeto de clase con información sobre vuelos cancelados o desviados de su ruta;

o) un objeto de clase con información sobre las trayectorias de los vuelos;

p) un objeto de clase con información sobre la congestión de los sectores aéreos;

q) un objeto de clase que comprende, para cada aeropuerto, la indexación de los aviones ordenados según el protocolo FIFS; y un objeto de clase como el anterior, pero indexado por medio de la referencia de vuelo.

3 - Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que comprende

información de retrasos aleatorios en los vuelos, donde se define un umbral o fracción t de vuelos retrasados y se realiza una extracción de un número aleatorio para cada vuelo

donde, si dicho número aleatorio es menor que t, se le asigna al vuelo un retraso fijo o

derivado de una distribución de probabilidad.

4 - Método de acuerdo con la reivindicación 3 donde, si la aeronave no está en estado BtB, se lleva a cabo un proceso de toma de decisiones que comprende un establecimiento del estado del vuelo en que:

si la aeronave está en cola y el tiempo de servicio igual a periodo determinado, se actualizan los datos;

si no cumple la condición anterior, se analiza si la aeronave puede despegar donde: o en caso afirmativo, es decir, si el tiempo de servicio Ts está completo y no existen conexiones a esperar, se autoriza el despegue, siempre y cuando los vuelos individuales anteriores estén completos, actualizando los datos relacionados con dicha aeronave, el tiempo BtB se resetea a cero y el estado de vuelo se modifica a en vuelo;

o en caso negativo, se analiza si los vuelos individuales anteriores han sido completados o no; y donde para ello en primer lugar se verifica que la referencia de vuelo previo se encuentra entre la lista de conexiones a esperar y el estado del vuelo en tierra, y en segundo lugar se verifica si el estado de vuelo es en cola y el tiempo de servicio es diferente de cero, o la posición de la aeronave en la cola de espera del aeropuerto es menor que la capacidad del aeropuerto; y donde:

si la aeronave se encuentra en servicio se modifican los índices estableciendo el retraso en la salida + 1 minuto y el tiempo de servicio + 1 minuto;

si la aeronave no está en servicio, se establece si está o no en la cola de espera; y donde si está en cola, se establece un retraso en la salida de más un minuto y un retraso por cola de más un minuto; y donde si no está en cola, se interroga sobre las conexiones, de tal forma que se evalúe que el número de conexiones es distinto de cero y que el estado del vuelo es en cola; si las conexiones han llegado se actualiza el retraso en la salida y el retraso por cola en un minuto; si las conexiones no han llegado se actualiza el retraso en la salida y el retraso en la conexión con un minuto.

- Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2 que comprende la creación de una lista de clúster con todos los aeropuertos de la red etiquetados como sin explorar; y donde posteriormente, se crea una lista activa para incluir los aeropuertos a inspeccionar al atravesar una lista de adyacencia; y donde mientras existan aeropuertos inexplorados en la lista de clúster, y para cada aeropuerto de la lista, se realizan los siguientes pasos:

comprobar si el aeropuerto está inexplorado y si el retraso promedio del aeropuerto es mayor a un umbral de tiempo 0 por encima del cual se considera un aeropuerto como congestionado;

si es así, etiquetar el aeropuerto con su correspondiente índice en la lista de clúster e

insertar dicho índice en la lista activa;

de lo contrario, etiquetar el aeropuerto como no retrasado;

mientras la lista activa continúe conteniendo aeropuertos a explorar:

o para cada aeropuerto de la lista activa, se realizan los siguientes pasos:

explorar sus vecinos por medio de la lista de adyacencia;

verificar si se encuentran etiquetados como inexplorados y si su retraso promedio es mayor a 0;

si es así, etiquetar con el mismo índice anterior e insertar el nuevo índice del aeropuerto en la lista activa;

de lo contario, etiquetar el aeropuerto como no retrasado;

y finalmente eliminar de la lista activa aquellos aeropuertos cuyos vecinos han sido explorados.