análisis de parámetros de influencia en la definición de

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



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.



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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.



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,



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.



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.



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



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.



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



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



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.



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



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



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



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



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.



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.



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.



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



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.



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



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



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



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



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.



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



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



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.



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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



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.



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



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



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.



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].



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.



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



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.



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



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



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.



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



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



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,



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



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



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



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.



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



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



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.



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



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.



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



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.



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



optimización raras veces concluirá con una revisión de la misma.



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



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.



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.



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.



Figura 31. Resumen de los conceptos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D



Figura 32. Resumen de los avances tecnológicos requeridos para la implantación de las trayectorias 4D



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



puntos de trayectorias 4D”, estableciendo las conclusiones, las limitaciones, la aplicabilidad de

los modelos y las recomendaciones de desarrollo futuro.



12 REFERENCIAS

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[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.