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

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ribeiro, Vitor Filincowsky
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47660
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2019.
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spelling A novel approach for conflict detection and resolution for trajectory-based operations in 4D-navigation using NoSQL databases and local search algorithmsNoSQL (Not Only SQL)Detecção de conflitosNavegação 4DTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2019.O principal objetivo das Operações baseadas em desempenho é o gerenciamento de trajetórias de voo com base na capacidade operacional das aeronaves com a finalidade de diminuir os custos inerentes ao voo. Concomitantemente, a maximização da eficiência e capacidade do espaço aéreo devem ser observadas sem prejuízo das restrições operacionais de segurança do espaço aéreo. Novas tecnologias para previsão de trajetórias e detecção e resolução de conflitos (CD&R) em voo são essenciais para estabelecer um novo paradigma na aviação, de instruções de controle de tráfego aéreo (ATC) a operações baseadas em trajetórias (TBO). A implementação das TBO vem modernizando a estrutura do Gerenciamento de Tráfego Aéreo (ATM) avançado. Diversos algoritmos e metodologias para CD&R vêm sendo desenvolvidos para a comunidade da aviação, abrangendo desde busca extensiva a Programação Inteira e algoritmos evolucionários. O problema é então descobrir um esquema eficiente para armazenar e gerenciar as trajetórias na complexa rede de tráfego, com massiva quantidade de dados, para então ser possível detectar e resolver os conflitos. Nesta tese, um framework para CD&R é desenvolvido para o gerenciamento de trajetórias quadridimensionais (4DT) previstas. Com a utilização de esquemas especiais em bases de dados NoSQL, as trajetórias 4D de voos comerciais são apresentadas e os eventuais conflitos são detectados em complexidade computacional na ordem de O(nlog2(n)) no caso médio, o que comprovadamente supera técnicas atualmente praticadas. Uma aplicação cliente de um Previsor de Trajetórias é apresentada. Esta modelagem permite a classificação automática de cada ponto 4D amostrado nos voos, onde conflitos entre as trajetórias são detectados via consultas aos bancos de dados. A inovação da abordagem reside no fato de que a computação é majoritariamente reservada ao TP, sem necessidade de conhecimento detalhado sobre as trajetórias executadas. Por fim, algoritmos de busca local para resolução dos conflitos são desenvolvidos para ajustar os atributos do plano de voo das aeronaves a fim de resolver os conflitos eventualmente encontrados no planejamento estratégico dos voos.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The main goal in Performance Based Operations is the management of flight trajectories in order to optimize the operating capability of the aircraft and lower the overall cost of the flight. At the same time the maximization of airspace efficiency/capacity needs to be addressed considering local airspace requirements and constraints. New technologies for Trajectory Prediction and conflict detection and resolution (CD&R) are paramount to establish a new paradigm in aviation, from ATC instructions to Trajectory-Based Operations (TBO). The implementation of TBO has been updating the structure of the advanced Air Traffic Management (ATM). Several methodologies and algorithms for CD&R have been developed to the aviation community, ranging from extensive search to Integer Programming and Evolutionary algorithms. The legacy problem is to find an efficient scheme to store and manage the trajectories in the complex network with massive data and further to detect and resolve the conflicts. In this research a CD&R framework is developed for the management of predicted 4-Dimensional Trajectories (4DT). Using special schemes of Not Only SQL (NoSQL) databases, the 4D trajectories of commercial flights are presented and the eventual conflicts are detected with the computation complexity in the order of O(nlog2(n)) in the average case, which is proven to outperform state-of-art techniques. A client application for a Trajectory Predictor is hereby presented. This modeling allows the automatic classification of each 4D point sampled during the flight, in which conflicts are detected via queries to the database. The innovation in this approach lies on the fact that the computation is mainly reserved to TP, without the need of detailed knowledge about the performed trajectories. Finally, local search algorithms for conflict resolution are developed to adjust the parameters in the aircraft’s flight plan in order to resolve the conflicts eventually found during the strategic planning phase.Instituto de Ciências Exatas (IE)Departamento de Ciência da Computação (IE CIC)Programa de Pós-Graduação em InformáticaWeigang, LiRibeiro, Vitor Filincowsky2024-02-01T21:06:43Z2024-02-01T21:06:43Z2024-02-012019-06-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfRIBEIRO, Vitor Filincowsky. A novel approach for conflict detection and resolution for trajectory-based operations in 4D-navigation using NoSQL databases and local search algorithms. 2019. 123 f., il. Tese (Doutorado em Informática) — Universidade de Brasília, Brasília, 2019.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/47660enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-01T21:06:43Zoai:repositorio.unb.br:10482/47660Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-01T21:06:43Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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