CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Trajectory optimization for noise abatement arrival procedures. Case study at Barcelona airport.

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: PRATS MENÉNDEZ, XAVIER

Departament: FIS

Títol: Trajectory optimization for noise abatement arrival procedures. Case study at Barcelona airport.

Data inici oferta: 10-07-2017     Data finalització oferta: 10-03-2018


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS TELECOMUN
    GR ENG SIST AEROESP
    GR ENG TELEMÀTICA
    MU DRONS
    MU MASTEAM 2015
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Paraules clau:
aviation, trajectory optimization, noise, ATM, splines, NLP, NAPs
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
L’objectiuprincipald’aquestTreballdeFideGraue ́slaimplementacio
́d’unoptimitzadorde trajecto`ries, basat en la minimitzacio ́ d’una
funcio ́ objectiu concreta, que descriu l’impacte acu ́stic sobre un
conjunt de zones sensibles al soroll.
Per assolir amb e`xit l’objectiu desitjat, es defineix un model de soroll
convenient on els nivells de soroll percebuts es calculen en funcio ́ de
la trajecto`ria de l’avio ́ (altitud, velo- citat, empenta, etc.).
L’optimitzador utilitzat, desenvolupat per investigadors de la UPC,
abans d’aquest treball nome ́s permetia optimitzar trajecto`ries
verticals (altitud i velocitat) donada una ruta lateral fixa, per aixo`, ha
estat actualitzat, modificant el model dina`mic implementat, per
permetre l’optimitzacio ́ en el domini lateral.
A me ́s, amb l’objectiu d’obtenir solucions factibles que compleixin els
requisits imposats pels sistemes actuals de gestio ́ del tra`nsit aeri,
s’imposen de forma precisa un conjunt de restriccions operatives.
D’aquesta manera, el problema d’optimitzacio ́ es formula com un
problema de control o`ptim, el qual es converteix en un problema de
programacio ́ no lineal mitjanc ̧ant me`todes de col·locacio ́ directa.
Com a principal aportacio ́ d’aquest TFG, es prova les funcions
d’interpolacio ́ amb splines amb l’objectiu de modelar la graella de
mesura que defineix les zones sensibles al soroll. En fer aixo`,
s’exposa un nou enfocament no convencional amb la intencio ́ de
proposar una metodologia alternativa diferent dels me`todes ben
establerts basats en l’aplicacio ́ de quadres de punts discrets, oferint,
d’aquesta manera, una forma me ́s senzilla de mesurar l’impacte acu
́stic, de manera cont ́ınua a trave ́s de tota la trajecto`ria de l’avio ́.
Finalment, amb l’objectiu d’avaluar el rendiment de l’optimitzador, es
presenten dos casos per als quals s’obtenen diferents trajecto`ries
que descendeixen des del nivell de creuer finsalaintercepcio
́,atresaltitudsdiferents(1000,2000i3.000ft),delsistemadedesem-
barcament d’instruments. Tots els resultats estan convenientment
exposats amb l’objectiu d’obtenir conclusions rellevants. A me ́s, es
calculen petjades de soroll amb l’objectiu d’o- ferir una millor
visualitzacio ́ dels resultats.
Com demostren els resultats, la metodologia implementada, on les
splines defineixen les diferentsa`reessensiblesalsorollcomunafuncio
́cont ́ınuaidiferenciable,hademostratser me ́s que un me`tode eficac ̧,
donant resultats positius en els dos casos exposats.
 
Overview (resum en anglès):
The main objective of the presented bachelor thesis is the implementation of a trajectory optimizer, based on the minimization of a specific objective function, which describes the noise impact over a set of noise sensitive areas.

In order to successfully achieve the desired goal, a convenient noise model is defined where the perceived noise levels are computed as a function of the aircraft trajectory (altitude, speed, thrust, etc.). In addition, the current in-house trajectory optimizer developed by UPC researchers, which before this work only allowed the optimization of the vertical profile (altitude and speed) given a fixed lateral route, has been improved to allow the optimization in the lateral domain by modifying the model describing the aircraft dynamics.

Furthermore, with the purpose of obtaining feasible solutions fulfilling the requirements imposed by current air traffic management systems, a set of operational constraints are accurately imposed. Thus, the optimization problem is formulated as an optimal control problem, which is also converted into a non-linear programming problem by means of direct collocation methods.

As main contribution of this work, splines interpolation functions are tested with the aim of modeling the measurement grid defining the noise sensitive areas. By doing this, a new unconventional approach is exposed with the intention of proposing an alternative methodology distinct from well-established methods based in implementing discrete points grids, offering then, a simpler way of measuring the noise impact, continuously, through the whole aircraft trajectory.

Finally, with the aim of testing the performance of the optimizer, two cases are presented for which different descent trajectories are optimized from the cruise level to the interception of the instrument landing system at three different altitudes (1000, 2000 and 3000 ft). All the results are conveniently exposed with the purpose of obtaining relevant strong evidence-based conclusions. Furthermore, noise footprints are computed with the objective of providing a better visualization of the results.

As the results show, the implemented methodology, where splines define the different noise sensitive areas as a continuous, differentiable function, has proven to be more than an effective method, giving very promising results on the two cases exposed.

© CBLTIC Campus del Baix Llobregat - UPC