Mediterranean Free Flight

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1 Mediterranean Free Flight Un Programma Europeo di Ricerca Pre-operativa sulle Applicazioni ASAS Francesco Podiani ENAV SpA - Centro Sperimentale CNS/ATM Via Agri, 2A Roma fpodiani@enav.it Claudia Fusai DeepBlue s.r.l. Via Basento 52D Roma claudia@dblue.it Patrizia Marti DeepBlue s.r.l. Via Basento 52D Roma patrizia@dblue.it Abstract L introduzione di nuove procedure operative e sistemi per il Controllo del Traffico Aereo è un requisito indispensabile affinché si raggiungano gli obiettivi di sicurezza, capacità ed efficienza richiesti dal Sistema di Gestione del Traffico Aereo. In tale contesto, le attività di sperimentazione, simulazione e validazione pre-operativa di nuove tecnologie e procedure rappresentano un passo importante e necessario per lo sviluppo del sistema dell Air Traffic Management. In passato, con l introduzione del radar nel Controllo del Traffico Aereo (ATC), i controllori sono stati in grado di osservare visivamente i flussi di traffico, scindendo il sistema ATM in due parti ben distinte, da una parte il mondo dell ATC e dall altra quello dei piloti. La strategia per i sistemi ATM di prossima generazione prevede invece lo sviluppo in ambito europeo di sistemi di terra e di bordo integrati, che garantiscano una cooperazione più stretta tra controllori e piloti. Con l introduzione di nuove tecnologie, ogni velivolo potrà trasmettere la propria posizione autonomamente e, grazie a specifiche apparecchiature di bordo, piloti e controllori potranno disporre entrambi della rappresentazione del traffico. È questo il punto di partenza per lo sviluppo di una serie di applicazioni, tra cui l Airborne Separation Assistance System (ASAS), attraverso cui i servizi forniti miglioreranno notevolmente a seguito di una maggiore conoscenza da parte degli equipaggi del traffico circostante. In quest ottica, la Commissione Europea ha promosso il Programma quinquennale Mediterranean Free Flight (MFF), coordinato da ENAV S.p.A. con la partecipazione di altri fornitori di servizi di assistenza alla navigazione aerea europei, quali AENA (Spagna), DNA (Francia), HCAA (Grecia), LFV (Svezia), MATS (Malta), NATS (Regno Unito) ed NLR (Olanda) ed Eurocontrol. In un spazio aereo specifico dell area mediterranea, un team di esperti di vari paesi europei ha condotto attività di simulazioni modellizzate (Model Based Simulations) e simulazioni Real Time a cui seguiranno a breve delle prove in volo (Flight Trials) con quattro aerei equipaggiati con nuove tecnologie. In ciò che segue viene l esperienza innovativa delle simulazioni e prove in volo, i risultati conseguiti principalmente dal punto di vista operativo delle applicazioni ASAS, nonché i benefici riscontrati in termini di carico di lavoro per i controllori, di efficienza di volo e di miglioramenti a livello di sicurezza.

2 1. Introduzione Nel settembre 2002, la Commissione Europea ha promosso e co-finanziato il Programma Mediterranean Free Flight (MFF), il cui scopo è quello di definire e validare le procedure ed i requisiti operativi al fine di incrementare l efficienza del sistema ATM (Air Traffic Management) attraverso la definizione delle applicazioni ADS-B/ASAS nell area mediterranea e di valutare l impatto operativo dell ASAS nel futuro sistema dell Air Traffic Management. Il principale obiettivo di MFF è quello di tracciare la strada verso l implementazione dell ASAS attraverso un analisi sistematica dei concetti operativi con un maggior coinvolgimento da parte dei piloti. Per questo motivo, il Programma ha previsto - ed in parte già completato - una serie di simulazioni sia fast time che real time, nonché delle prove in volo sul Free Route e sulle applicazioni ADS-B/ASAS nell area mediterranea. Il Programma terminerà nel Lo spazio aereo prescelto (il Bacino Mediterraneo) è considerato particolarmente idoneo per la sua dislocazione tra lo spazio aereo ad alta densità di traffico al nord (core area dell Europa), con lo spazio aereo a bassa densità di traffico al sud (nord Africa). 2. Le applicazioni ASAS Per raggiungere gli obiettivi prefissati, MFF ha definito quattro applicazioni oggetto di specifiche attività di validazione (Scaefer, Modin, 2003): Free Routing: lo spazio aereo Free Route (FR) viene definito come uno specifico spazio aereo all interno del quale gli utenti possono pianificare liberamente delle rotte comprese tra i punti di entrata ed uscita senza seguire le aerovie. Questo nuovo concetto permetterà quindi al pilota di decidere liberamente la rotta più economica da lui prescelta all interno dello spazio aereo Free Route tralasciando il sistema aeroviario. Questa nuova tipologia di spazio aereo rientrerà nello spazio aereo controllato: l ATC (Air Traffic Control) avrà comunque la necessità di acquisire nuovi strumenti per gestire efficacemente la natura randomica delle traiettorie di volo. Asas Spacing: l ASAS Spacing prevede la delega al pilota di alcuni task di spacing e positioning rispetto ad uno specifico velivolo denominato target. Spetterà al pilota individuare il velivolo target designato dal controllore e stabilire la spaziatura, sulla base di istruzioni fornite da terra. Al controllore vengono quindi tolti alcuni task di routine, pur mantenendo la responsabilità di assicurare la separazione standard. La delega ha comunque dei limiti in termini di spazio e tempo. ASAS Separation: Mentre le procedure ASAS Spacing riguardano l implementazione delle separazioni specificate dall ATM, le procedure di separazione ASAS Separation sono un passo

3 successivo in quanto prevedono la delega totale al pilota della responsabilità della propria separazione rispetto ad uno specifico velivolo target. Contrariamente all ASAS Spacing in cui la responsabilità del rispetto delle minime di separazione rimane al controllore, l ASAS Separation utilizza degli standard di separazione in volo e la piena responsabilità per il mantenimento della separazione viene trasferita al pilota. Il velivolo delegato è libero entro certi limiti - di scegliere la manovra più appropriata per garantirsi la separazione dal target. Airborne Self Separation: l Airborne Self Separation, detto anche Free Flight, rappresenta l applicazione ASAS più avanzata e corrisponde ad una completa delega di responsabilità al pilota del velivolo che opera all interno di uno spazio aereo specificatamente designato lo spazio aereo Free Flight (FFAS, Free Flight Airspace). All interno di questo specifico spazio aereo, i piloti con l ausilio dei sistemi di bordo ASAS a disposizione manterranno la separazione strumentale con gli altri velivoli. È previsto che l ATC svolga una funzione di back up e fornisca il servizio di allarme e di informazione all interno del FFAS. Rispetto allo spazio aereo gestito (Managed Airspace, MAS) che comprende sia il Fixed Route Airspace che il Free Route Airspace, i ruoli e le responsabilità dei Servizi del Controllo del Traffico Aereo nello spazio aereo Free Flight sono limitati al supporto del velivolo in difficoltà (controllo per eccezione), la fornitura di informazioni, il monitoraggio della densità dello spazio aereo e l assistenza durante la transizione tra FFAS e MAS. 3. La validazione delle applicazioni ASAS Le tecniche di validazione utilizzate all interno del programma MFF per valutare i concetti descritti nel precedente paragrafo sono la simulazione Fast Time (FTS), la simulazione Real Time (RTS) ed i Flight Trials (FT) (Marti, Scrivani, 2003). Queste tecniche si differenziano l una dall altra per: tipo e numero di risorse reali o simulate coinvolte; grado di libertà nella manipolazione di queste risorse durante la valutazione sperimentale. La selezione di queste tecniche ed il loro uso specifico dipende in larga misura dagli obiettivi di valutazione e dalla fase del ciclo di validazione dove esse devono essere applicate.

4 Fig.1: Il ciclo di validazione Il primo e più semplice tipo di simulazione è la cosiddetta simulazione fast time, in cui tutte le risorse utilizzate sono simulate, ad eccezione dell utente finale reale. Il sistema viene gestito basandosi su modelli analitici che rappresentano l evoluzione del traffico aereo nel tempo; tali modelli di solito comprendono decisioni basate su regole in grado di controllare le interazioni tra gli attori oggetto della simulazione. Al contrario le simulazioni real time sono caratterizzate dalla partecipazione di uno o più esperti di dominio (controllori, piloti, ) che svolgono task operativi in un ambiente realistico, dove i principali elementi che rendono possibile l attività sono invece simulati. Questa caratteristica rende la tecnica della simulazione real time particolarmente adatta agli scopi della validazione, soprattutto per quanto attiene la prestazione umana. La valutazione della risposta e della decisione presa dal controllore/pilota è un elemento chiave di questa tecnica. Infatti i controllori/piloti e gli altri soggetti partecipanti interagiscono e reagiscono alle varie componenti della simulazione che, per essere molto simili al contesto operativo, devono essere rappresentate ed organizzate quasi in tempo reale. La simulazione del traffico aereo può essere svolta secondo diversi livelli di realismo. Il traffico può essere simulato attraverso un generatore di traffico in modo completamente automatico. Normalmente gli pseudo-piloti (con il termine pseudo-piloti si intende un gruppo di operatori che attraverso un interfaccia grafica controlla il comportamento di volo del traffico simulato.) danno degli input ad un generatore di traffico controllando così la maggior parte degli aerei. Le simulazioni real time consentono di valutare diverse componenti dell ambiente simulato, quali l aumento della capacità o l impatto che nuove tecnologie e procedure hanno sulla sicurezza. In questo ultimo caso un esercizio real time offre la possibilità di valutare i vari fattori relativi alla

5 sicurezza, quali il carico di lavoro, l errore umano, il numero di conflitti. Uno dei principali obiettivi delle simulazioni real time è infatti quello di valutare l impatto del nuovo sistema sul coinvolgimento e l impegno dell utente, consentendo così di concentrare l attenzione sul ruolo svolto dalle risorse umane nel contesto analizzato e valutare l impatto del nuovo concetto sugli utenti finali. I Flight Trial (voli di sperimentazione) sono più vicini alle operazioni reali poiché contemplano l uso di un nuovo sistema o funzione che è già stato validato in modo estensivo con altre tecniche su una scala limitata di ambiente operativo Gli obiettivi di validazione di MFF All interno del Progetto, è stata individuata una serie di obiettivi di validazione (MAEVA, 2001). Quelli rilevanti ai fini dei fattori umani possono essere così riassunti: - Valutare se il carico di lavoro (workload) totale del controllore e del pilota rientra nei limiti accettabili utilizzando le applicazioni MFF (Cardosi, 1997). - Valutare l influenza delle applicazioni MFF sulla capacità del controllore e del pilota di costruirsi un modello mentale corretto (Situational Awareness) (Norman, Draper, 1986). - Valutare l accettazione (Acceptance) da parte dei controllori e dei piloti dei concetti e delle procedure di MFF (Harwood, 1993). - Valutare l adeguatezza dell interfaccia uomo-macchina relativa alle strumentazioni MFF e la loro idoneità (Human Machine Interface, HMI) (Nielsen, Molich, 1990, Lindgaard, 1994). - Identificare i potenziali rischi (Possibile Hazards) associati ai concetti e alle procedure e definire delle strategie di mitigazione (Mitigation Strategies) per i rischi associati ai concetti e procedure MFF (Edward, 1972). - Verificare l adeguatezza (Appropriateness) dell architettura ATM proposta. Gli obiettivi di validazione sono stati investigati sia per ciascuna delle applicazioni (Free Route, ASAS Spacing, ASAS Separation e Free Flight) che per i vari scenari operativi di riferimento per MFF (livelli di quantità di traffico diversi, crociera vs. avvicinamento, ecc.). Al fine di esplorare tutti gli obiettivi di validazione, è stato necessario l utilizzo di diverse tecniche di validazione, ognuna delle quali con le proprie caratteristiche e le proprie misurazioni. Le simulazioni Model Based sono maggiormente orientate verso elementi quali l efficienza, la sicurezza, la capacità. Le simulazioni real time sono invece maggiormente orientate verso la valutazione dei fattori umani, delle questioni operative e dei rischi che possono emergere. I flight

6 trials sono più orientati alla verifica di questioni tecniche e all investigazione dei fattori umani nel più realistico degli ambienti. L utilizzo di tecniche di validazione diverse risponde anche all esigenza di diversificare le fonti da cui raccogliere i dati per fini scientifici. Infatti ogni tecnica di validazione è soggetta a dei limiti che influenzano la qualità dei risultati. L utilizzo di tecniche diverse permette quindi di superare almeno in parte tali limiti. La differenziazione delle tecniche di validazione è tanto più importante in domini complessi e dinamici quali quello della gestione del traffico aereo dove l integrazione tra la componente umana, quella procedurale e le strumentazioni è alquanto complessa. All interno di MFF, i concetti e le procedure sono stati oggetto di varie revisioni. Tale processo di raffinamento è avvenuto attraverso il feedback ottenuto durante gli esercizi di validazione ed ha permesso di migliorare e consolidare sia i concetti che le procedure. Una volta che i concetti e le procedure arrivano ad un livello stabile, gli esercizi di validazione diventano più dettagliati e realistici, partendo dalle simulazioni model based, passando attraverso le simulazioni real time, fino ad arrivare ai flight trials. Ovviamente i flight trials costituiscono l ultimo anello della catena degli esercizi di validazione, dove tutti i risultati precedenti dovrebbero convergere e consolidarsi nel più realistico degli ambienti Simulazioni Real time In MFF attraverso le simulazioni Real Time è stato investigato l impatto che le applicazioni ASAS possono avere sulle attività dei controllori e dei piloti. In particolare per riprodurre il contesto operativo sono stati tenuti in considerazione tre requisiti fondamentali: I. Il contesto operativo. II. Lo spazio aereo ed il traffico da simulare. III. Il coinvolgimento di controllori e piloti Simulazioni Real Time - Controllori Per quanto riguarda i controllori, durante il Progetto sono stati condotti tre cicli di simulazioni real time: La prima (RTS1) è stata condotta in Aprile-Maggio La seconda (RTS2) è stata effettuata in Gennaio-Febbraio La terza (RTS3) è stata realizzata in Gennaio-Febbraio 2004.

7 I tre cicli di simulazioni si sono tenuti presso il Centro Sperimentale dell ENAV a Roma e sono stati organizzati da un gruppo di esperti di fattori umani, esperti di gestione del traffico aereo ed esperti di sistema. Ogni ciclo è durato circa tre settimane ed ogni giorno ai controllori veniva richiesto di effettuare circa tre esercizi L ambiente operativo Presso il Centro Sperimentale dell ENAV è disponibile una sala operativa simile a quella di Ciampino ACC. In tale sala, ciascuna delle sei postazioni di lavoro dei controllori (CWP: Controller Working Positions) rappresenta un settore ed è composto da due monitor radar (uno per il Planner e l altro per l Executive). Ambedue i monitor di un settore mostrano le stesse informazioni relative al traffico. Oltre ai monitor è presente l Audiolan Voice Communication System che gestisce sia la comunicazione telefonica tra controllori di settori diversi, sia la comunicazione tra controllori e pseudo-piloti (VHF R/T). OPERATIONAL ROOM LAYOUT Fig.2: Il setting sperimentale PSEUDO PILOT ROOM LAYOUT Ogni monitor radar mostra non solo i settori ed il traffico, ma contiene anche le strumentazioni necessarie per gestire il traffico. Per MFF è stata scelta un interfaccia basata su ITI (Italian Interface), ma modificata in modo da poter supportare il controllore sia nell ambiente Free Route, che nelle applicazioni ASAS.

8 Fig.3: La sala operativa e un esempio di interfaccia radar Lo spazio aereo ed i traffici simulati Durante le tre simulazioni, sono stati simulati vari spazi aerei tratti dall area del Mediterraneo. I settori sono stati leggermente modificati a causa di alcune esigenze legate alla simulazione. Anche la creazione dei traffici è stata oggetto di un processo iterativo di progettazione da parte di esperti di dominio in modo che fossero adeguati alle esigenze della simulazione Il coinvolgimento dei controllori Alle tre simulazioni ha partecipato un gruppo di controllori operativi provenienti da vari centri di controllo ubicati nelle aree oggetto della simulazione (Italia, Spagna, Francia, Grecia, Malta). Tali controllori durante la simulazione hanno rivestito vari ruoli: a. Attori della simulazione. b. Valutatori, quali esperti di dominio, dello spazio aereo, dei traffici e degli scenari. c. Osservatori SME (Subject Matter Expert).

9 Fig.4: I controllori durante la simulazione Risultati preliminari - Controllori I risultati ottenuti dalle tre simulazioni devono essere considerati come risultati preliminari in quanto ancora l ultima fase del progetto, quella dei Flight Trials, non è ancora cominciata. Per quanto riguarda l analisi qualitativa, la raccolta delle informazioni è avvenuta attraverso la distribuzione di questionari (questionari distribuiti dopo ciascun esercizio ed un questionario di fine simulazione), attraverso debriefing (debriefing ristretti rivolti a piccoli gruppi di controllori e debriefing allargati a cui hanno partecipato tutti i controllori della simulazione) ed attraverso l osservazione durante gli esercizi da parte sia degli esperti di fattori umani che degli esperti SME. L analisi quantitativa ha invece fatto riferimento al numero e tipo di clearance (ordini dati dai controllori ai piloti), all ammontare dell utilizzo di certe strumentazioni e della frequenza (R/T), ecc. Uno dei risultati più significativi che emerge in particolare dalla RTS3, è che nella fase di approccio con l utilizzo dell ASAS Spacing il profilo di discesa dell aereo è più lineare, comportando una maggior efficienza per l aereo. Normalmente i controllori utilizzano una discesa che si può definire a scala, ossia gli aerei vengono fatti livellare a vari livelli intermedi. Al contrario con l applicazione dell ASAS Spacing i livellamenti sono ridotti, i controllori tendono infatti ad emettere meno clearance inerenti i livelli permettendo così una discesa più lineare ed efficiente. Un altro importante risultato, anch esso relativo alla RTS3, è che il controllore nell utilizzo dell ASAS Spacing riduce il numero delle clearance relative alla velocità. Durante un applicazione ASAS è il pilota ad essere responsabile per il mantenimento di una certa distanza dall aereo designato che lo precede (il target), quindi non c è bisogno che il controllore emetta molte clearance

10 di velocità all aereo delegato, queste ultime saranno primariamente rivolte all aereo che si trova in testa ad una catena. Un aspetto fondamentale investigato dai fattori umani riguarda il carico di lavoro (workload). Per carico di lavoro si intende l effort speso dal controllore durante un esercizio. Il workload può dipendere da numerosi fattori, quali: la quantità, complessità ed omogeneità del traffico, la presenza di contingenze (aree militari attive, cattivo tempo, ecc.), la facilità d uso di strumentazioni, fraseologia e procedure, ecc. Come si può notare nella valutazione del carico di lavoro entra in gioco una serie di elementi alquanto complessi di cui le simulazioni real time debbono tener conto, sebbene a causa delle proprie caratteristiche e per le inevitabili difficoltà tecniche che spesso si incontrano, esse le rappresentano parzialmente. Infatti la simulazione real time per quanto cerchi di rappresentare il più fedelmente possibile il contesto lavorativo reale, non riesce a riprodurre esattamente la realtà e di questo occorre tener conto nello svolgere l analisi dei risultati che vanno comunque interpretati alla luce dei commenti dei controllori. Dalla RTS3 è emerso che comparando gli esercizi con e senza l utilizzo dell ASAS Spacing, il workload del controllore non subisce differenze significative, va comunque fatto notare che i controllori hanno rilevato un aumento del carico di lavoro se comparato con la propria reale condizione lavorativa. Tale incremento può essere giustificato sia dal non perfetto funzionamento delle strumentazioni ASAS, sia dal traffico piuttosto sostenuto, sia dalla necessità evidenziata dai controllori di introdurre altre strumentazioni da utilizzare unitamente all ASAS. Inoltre è anche necessario ricordare che i controllori hanno lavorato con dei concetti e delle strumentazioni a loro non familiari, per cui una sorta di effetto novità ed incertezza legata alla novità, deve anche essere tenuta in considerazione. Tale risultato non può quindi essere considerato definitivo, sono necessarie ancora altre valutazioni per poter investigare più a fondo l impatto che l applicazione delle procedure ASAS ha sul workload. Per quanto riguarda le procedure ASAS, i controllori non hanno incontrato difficoltà particolari nella loro applicazione. E importante però sottolineare come grazie all impiego delle simulazioni real time, si sia evidenziata una serie di problematiche che richiederanno lo studio e l introduzione di nuove procedure che inizialmente non erano state previste. Per ciò che riguarda la fraseologia ASAS, il suo utilizzo durante le simulazioni da parte dei controllori ha reso possibile la raccolta efficace di una serie di commenti che contribuiranno al suo miglioramento sia per ottenere una fraseologia più chiara e quindi meno prona all errore e al fraintendimento, sia per una fraseologia più concisa. L interfaccia delle strumentazioni ASAS è stata oggetto di un processo iterativo di riprogettazione alquanto lungo. Per ottenere un interfaccia valutata positivamente dai controllori che hanno

11 partecipato alla RTS3, sono state necessarie non solo le valutazioni della RTS1 e RTS2, ma anche tre fasi di prototipazione nell intervallo tra la RTS2 e RTS3 valutate con gli utenti. Grazie ad una così stretta collaborazione tra esperti dei fattori umani, utenti finali ed ingegneri, durante la RTS3 i controllori hanno affermato di essersi sentiti supportati dall interfaccia durante le operazioni ASAS. Fig. 6: Arerei legati in ASAS Quella appena esposta è solo una sintesi dei risultati ottenuti durante i vari cicli di simulazioni real time, infatti agendo in un sistema tanto complesso e critico, i risultati sono molto più dettagliati e complessi Simulazioni Real Time - Piloti Durante la seconda simulazione real time finalizzata all investigazione dell impatto dell ASAS sui controllori, è stata condotta anche una sperimentazione per i piloti denominata air weeks della durata di due settimane a cavallo tra febbraio e marzo L obiettivo dell air weeks è stato di valutare l impatto delle applicazioni ASAS Spacing sui piloti in termini di workload, accettabilità, sicurezza ed efficienza di volo.

12 L ambiente operativo Durante l Air Weeks sono stati coinvolti tre simulatori di volo, ognuno dei quali connesso con la piattaforma ESCAPE ubicata presso il Centro Sperimentale dell ENAV: Advanced Cockpit Simulator (ACS), ubicato presso il Centro Sperimentale dell ENAV a Roma. Si tratta di un simulatore fisso per due piloti contenente tecnologia glass cockpit. Il simulatore si basa sull Airbus A320, e simula anche la vista esterna. Multi-Cockpit Simulator (MCS), ubicato presso il Centro Sperimentale di Eurocontrol a Brétigny in Francia. Si tratta di un simulatore fisso per due piloti contenente tecnologia glass cockpit. Il simulatore si basa sull Airbus A320 e può volare in modalità stand alone oppure può essere connesso ad un simulatore di traffico. Si differenzia dall ACS in quanto non ha vista esterna. Research Flight Simulator (RFS), ubicato presso NLR ad Amsterdam in Olanda. Si tratta di un simulatore di volo generico contenente tecnologia glass cockpit. La configurazione del simulatore si basa sul Boeing 747 (i display ed il Flight Management System sono quelli del Boeing ) ed offre anch esso la vista esterna con l aggiunta di un sistema che permette di simulare anche il movimento. Fig. 7: I cockpit gestiti dalla piattaforma ESCAPE Durante l air weeks ha partecipato uno pseudo-controllore il compito era gestire il settore simulato. Per quanto riguarda la gestione del resto del traffico generato, si è ricorso all utilizzo di pseudopiloti.

13 Lo spazio aereo ed i traffici simulati Lo spazio aereo utilizzato per l air weeks è stato lo stesso della prima simulazione real time, ossia il settore del sud Italia caratterizzato da flussi di traffico convergenti sui punti di entrata della FIR di Atene. Inoltre per verificare l ASAS Spacing in fase di discesa, è stato incrementato il flusso di traffico sull inbound di Catania. Fig. 8: Area simulata durante l air week Il coinvolgimento dei piloti All air weeks ha partecipato un gruppo di piloti operativi provenienti dall Italia e dall Olanda. Tali piloti durante la simulazione hanno rivestito i seguenti ruoli: a. Attori della simulazione. b. Osservatori SME (Subject Matter Expert).

14 Fig. 9: Simulatore ACS del Centro Sperimentale ENAV (Roma) Risultati preliminari - Piloti I risultati ottenuti dall air weeks, come quelli delle simulazioni focalizzate sui controllori, devono essere considerati dei risultati preliminari in quanto l ultima fase del progetto, quella dei Flight Trials, non è stata ancora realizzata. Durante l air weeks si è effettuata un analisi principalmente qualitativa attraverso l utilizzo di questionari (distribuiti sia alla fine di ogni esercizio, sia un questionario riepilogativo alla fine della simulazione), debriefing ed osservazioni. I risultati ottenuti si riferiscono primariamente al workload, al situation awareness, all interfaccia ASAS e all efficienza del volo (sempre da un punto di vista qualitativo). Partendo dal carico di lavoro, è emerso che durante l applicazione dell ASAS Spacing in fase di crociera, il workload dei piloti rimane entro limiti accettabili, questo fa sì che i compiti legati all ASAS possano essere portati avanti senza che questo comporti un eccessivo stress da parte dei piloti. Un carico lavoro più pesante si è riscontrato nella fase di discesa a causa dei continui aggiustamenti di velocità necessari per il mantenimento della separazione. La strumentazione utilizzata prevedeva infatti che gli aggiustamenti di velocità fossero effettuati manualmente, questo però ha costretto i piloti a dedicare molta attenzione ai cambiamenti di velocità dell aereo designato per non infrangere la separazione richiesta dal controllore. A livello di strumentazione ASAS, i piloti hanno fortemente apprezzato l integrazione degli strumenti ASAS nel MCDU (Multi-Function Control & Display Unit) e nel Navigation Display ed anche l interfaccia grafica è apparsa sufficientemente appropriata per svolgere le manovre richieste. E stato fatto però notare come sia importante, per mantenere dei sufficienti livelli di sicurezza e per

15 offrire un appropriato livello di situation awareness, che il traffico circostante sia sempre visibile e che l aereo designato sia informato di essere oggetto di una procedura ASAS. Tali osservazioni sono state oggetto di dibattito non solo nell air weeks ma anche durante la RTS3. Fig. 10: Inserimento dei dati ASAS nel FMS Fig 11: Visualizzazione nel Navigation Display delle informazioni ASAS Al termine della simulazione, i piloti hanno giudicato l applicazione dell ASAS Spacing accettabile anche se non sempre efficiente dal punto di vista dell efficienza del volo quando, in fase di crociera, si sono rese necessarie alcune riduzioni di velocità per raggiungere la separazione richiesta. L accettabilità di tali riduzioni in fase di crociera dipende per motivi tecnici dal livello di volo a cui si trova l aereo e per motivi economici e di efficienza dall importanza della riduzione. Concludendo, è importante ribadire che sia le simulazioni focalizzate sui controllori che l air weeks dedicata ai piloti hanno costituito una fase importante del processo di validazione che non è però ancora concluso. I risultati delle simulazioni saranno utilizzati per l organizzazione dei flight trials, l ultimo step di MFF, dopo il quale sarà possibile tirare delle conclusioni I Flight Trials I flight trials costituiscono la fase più realistica del processo di validazione presente in MFF. Si tratta di una fase cruciale dove verrà verificato se i risultati delle precedenti simulazioni sono confermati anche nell ambiente sperimentale più vicino alla realtà. Durante i flight trials, il focus dell investigazione riguarderà i seguenti obiettivi:

16 validare che i controllori ed i piloti possano operare efficacemente utilizzando le procedure MFF e le sue strumentazioni; validare che le procedure relative alle applicazioni di MFF siano almeno tanto sicure quanto quelle attuali; controllare che l architettura ATM proposta sia appropriata. I flight trials offriranno un notevole contributo allo studio di questi tre obiettivi, a complemento dei risultati forniti dalle simulazioni real time sul lato controllore e ad integrazione dei dati ottenuti dall air weeks. Durante i flight trials, le simulazioni con cockpit e quelle con prove in volo reali si integreranno reciprocamente. Questo si rende necessario in quanto ogni tecnica di validazione è caratterizzata da vantaggi e svantaggi con conseguente impatto sulla raccolta dei risultati; soltanto attraverso l uso di entrambe le tecniche si potrà ottenere uno studio più completo. E previsto che l analisi qualitativa e quella statistica siano supportate dall uso integrato del cockpit nelle seguenti fasi: a) prima delle prove in volo reali per una migliore preparazione del piano di validazione e del materiale per lo studio dei fattori umani; b) durante le prove in volo reali, al fine di simulare il velivolo in geometrie più complesse o critiche dal punto di vista della sicurezza, che non potrebbero essere prese in esame, almeno inizialmente, soltanto con il velivolo; c) dopo i voli reali, al fine di ripetere situazioni particolari emerse durante tali voli in modo da poter acquisire nuove informazioni attraverso l uso della tecnica di simulazione che consente un contesto sperimentale più controllabile se pur meno complesso e realistico rispetto ai flight trials L ambiente operativo I flight trials si svolgeranno in Italia, dove saranno necessarie risorse sia presso il Centro Sperimentale dell ENAV a Roma, sia presso il Centro di Controllo di Ciampino (Roma ACC). Per quanto riguarda il pacchetto di dispositivi avionici (Avionic Retrofit Package), esso è composto da: CDTI/ASAS Unit (CDAS), basato sul CDTI 2500 unit, aggiornato con l implementazione delle Applicazioni MFF/ASAS VDL Mode 4 Transponder, conforme alle ICAO SARPS Antenna VHF Antenna GPS Il Software MFF (CDTI) comprende: Situational Awareness con presentazione del traffico Capacità di Identificazione e Risoluzione di Conflitti

17 Sistema ASAS predittivo, per prevenire eventuali conflitti nello spazio aereo Free Flight Strumenti di ASAS Spacing e ASAS Separation Fig.12: CDTI esempio di un target selezionato Sono pianificati circa 150 esercizi per un totale di circa 500 ore di volo necessarie al raggiungimento degli obiettivi di validazione di MFF (inizio delle missioni nel 2004, termine delle attività nel 2005) Lo spazio aereo ed i traffici simulati La sperimentazione delle prove in volo si svolgerà in un area di circa 180 Miglia Nautiche per 100, con uno sviluppo verticale di 6000 piedi non al di sopra di FL200, localizzate ad est della Sardegna. Durante le prove di volo, una fascia di circa 5 miglia nautiche all interno del perimetro di questa area sarà considerata no fly zone per ragioni di sicurezza e di impatto operativo sulle normali attività del traffico aereo. I velivoli che compongono la flotta MFF saranno quattro: due velivoli italiani per l ENAV, un velivolo olandese per NLR, un velivolo spagnolo per AENA.

18 Fig. 13: Spazio aereo dedicato ai Flight Trials Il coinvolgimento dei controllori e dei piloti Durante i flight trials il coinvolgimento dei controllori e dei piloti sarà cruciale, infatti al fine dei fattori umani i flight trials costituiscono la possibilità di investigare per la prima volta in MFF, contemporaneamente e con lo stesso tipo di coinvolgimento sia la parte relativa ai controllori che quella riguardante i piloti. L attenzione durante i flight trials sarà principalmente volta verso i piloti, e verso l interazione pilota-controllore. Il focus dell analisi riguarderà elementi quali il carico di lavoro, il situation awareness, l accettabilità da parte degli utenti, l usabilità e l adeguatezza delle strumentazioni ASAS. Piloti e controllori saranno osservati dagli esperti dei fattori umani durante i voli. Dopo gli esercizi sarà chiesto loro di riempire un questionario volto ad identificare il livello di carico di lavoro e situation awareness durante l esercizio nonché le problematiche e difficoltà riscontrate. Al termine di ogni missione è previsto un breve debriefing durante il quale confrontarsi con le questioni ritenute più importanti sia dai piloti che dai controllori circa gli esercizi effettuati.

19 4. Conclusioni All interno di un processo di validazione è importante l utilizzo di tecniche diverse che permettano di investigare l impatto di nuove strumentazioni, concetti e procedure sotto condizioni diverse. Ogni tecnica di validazione porta con sé una serie di limiti e vantaggi che impatta sui risultati ottenuti, per questo l utilizzo di tecniche diverse permette di ottenere un analisi più completa. All interno di MFF, le simulazioni real time hanno cercato di tenere in considerazione il più possibile il contesto reale, introducendo elementi tratti dalla realtà quali la presenza di aree militari, la presenza di contingenze come il cattivo tempo, la presenza di eventi inusuali come emergenze in volo o un inefficienza tecnica. Il fatto di lavorare su un ambiente simulato, rende possibile rappresentare anche i possibili rischi legati alle nuove procedure attraverso l introduzione di esercizi safety-critical. Le real time hanno fornito dei risultati preziosi in quanto hanno permesso ai controllori che si sono trovati ad agire in un contesto lavorativo nuovo, di immergervisi completamente e di coglierne opportunità di miglioramento e criticità. Per quanto però le real time cerchino di avvicinarsi il più possibile alla realtà, non è possibile rappresentare tutti i fattori che la determinano. E per questo motivo che i flight trials offrono un valore aggiunto notevole al programma MFF in quanto rendono possibile il confronto con la realtà sia per i piloti che per i controllori. Il successo dei flight trials costituirà certamente l elemento che più dimostrerà la fattibilità della tecnologia, dei concetti e delle procedure, dando quindi particolare rilievo alla affidabilità dei risultati del progetto non soltanto per MFF, ma anche per tutte le altre iniziative relative alle procedure ASAS con orientamento analitico. I vari decision makers quali i fornitori di servizi e le compagnie aeree saranno sicuramente interessati a quanto appreso dall implementazione di un concetto in campo operativo, al fine di anticipare i rischi relativi all implementazione pratica. Di conseguenza, i Flight Trials forniscono un ottimo punto di partenza per la definizione del processo di implementazione e di uno strumento aggiuntivo per consolidare o modificare i risultati analitici verificati nell ambito delle simulazioni. Diverse opinioni sulla validità della teoria e delle simulazioni hanno impedito troppo a lungo un miglioramento reale della realtà ATM a livello europeo. 5. Riferimenti bibliografici Cardosi, K. M., Murphy, E.D. (eds) (1997) Human Factors Checklist for the Design and Evaluation of Air Traffic Control Systems, DOT/FAA/RD-95/3.1. Research funded by the Federal Aviation Administration s Office of the Chief Scientific and Technical Advisor for Human Factors (AAR-100).

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