Demanda y Capacidad de Aeropuertos - Air Transportation Systems ...

Equilibrio entre Demanda,Capacidad y Niveles de ServicioDr. Antonio TraniProfesor (vuela@vt.edu)Air Transportation Systems LaboratoryVirginia Tech

Presentación• Demanda en el transporte aéreo"• Métodos de pronóstico"• Ejemplos"• Capacidad aeroportuaria"• Aplicaciones3

Introducción a el Pronóstico deDemanda• La demanda es muy incierta de predecir• Use pronósticos que incluyen escenarios múltiples ya quelas predicciones son, en general, malas después de 5 años• La función demanda debe ser un rango y no un numero• En el pasado pronósticos de demanda han variado enpromedio un 45-50% en tan solo 5 años (Maldonado y deNeufville)• Los pronósticos de demanda incierta se deben usar de unamanera tal que las alternativas del proyecto se elijan de talforma para reducir el riesgo de inversión y obsolecencia4

Porque Tanta Variación?• Muchos factores externos• Deregulacion y aerolineas de bajo costo• Terrorismo• Incertidumbre en las economias de un pais (opaises o regiones)• Medio ambiente y contaminación (impactos)• Competencia entre aeropuertos• Razones políticas• Cambios demográficos y uso de tierra5

Impacto en el Sistema Aeropuerto• Desarrolle escenarios con rangos de demanda• Prevea adaptaciones del aeropuerto necesariaspara reducir el riesgo de la inversión y mantenerun nivel de servicio adecuado• Existen métodos como análisis de decisiones ydinámica de sistemas para tratar de entenderestas variaciones y escoger una mejor decisión6

La Idea Básica• Existe una diferencia entre la demanda de el transporteaéreo y el número de operaciones aeronaúticas dedemanda• Demand es sensible a precio y a salarios (relativamentea otras alternativas)• Number of operations depends on how operators chooseto serve existing demand (supply side), which leads tooperator price and service offers (schedules, fares andamenities) in the market• Razones de viaje• Negocios• Placer• Visitas a amigos• Un pasajero reacciona de forma muy diferente si el pagapor si mismo vs. cuando alguien paga por el• Condiciones similares se aplica a el transporte de carga7

Medidas de Demanda, Capacidad yProductividad en el Sistema deTransporte AéreoDemand"• Revenue Passenger Enplanements (RPE) = The total number ofpassengers boarding an aircraft (Pasajeros embarcados)"• Revenue Passenger Miles (RPM) = revenue passenger enplanementsmultiplied by the distance flown by the passenger (Pasajero-Millasdemandadas)"Capacity"• Flights Departures (FD) offered = number of departures (vuelos)"• Available Seat Miles (ASM) = number of seats offered by airlines multipliedby the miles flown by each flight (asiento-millas ofrecidas por aerolineas)"Productivity"• Load factor = ratio of RPM and ASM8

Tendencias de Demanda en elTransporte Aéreo (U.S.)Source of data: Bureau of Transportation StatisticsEl número de pasajeros embarcados se triplico entre 1976 y 2006"9

Crecimeinto de Pasajeros EmbarcadosEn Aviones Comerciales (1976 to 2006)Source of data: FAA Terminal Area ForecastVirginia Tech Air Transportation Lab10

Observaciones (1976 to 2006)• The figure shows observed enplanement growth factors for the top287 airports in the U.S. between years 1976 and 2006"• Note that some airports in this figure show extremely high growthfactors"• Chicago Midway (MDW) is an example of such growth"• In 1976 Midway had 12,624 enplanements with Chicago O’Hareexperiencing robust traffic levels above 18 million enplanedpassengers during the same year"• After the airline deregulation and with traffic pressures increasing atChicago O’Hare, traffic at Midway increased to 191,946enplanements by 1980 and soared to 8.6 million in 2006.11

Crecimiento de las OperacionesAeroportuarias (1976 to 2006)Source of data: FAA Terminal Area ForecastGIS Plot by Virginia Tech Air Transportation Lab12

Algunas Observaciones(1976 to 2006)• The figure illustrates the observed growth factors of the top 287airports with commercial service between 1976 and 2006"• 50% of the airports experienced a decrease in flight operations(arrivals and departures) between 1976 and 2006"– Twenty medium hub airports"– Forty-five are small hubs"– Ninety are non-hubs "• This trend has increased the volume-over-capacity ratio point atwhich such airports operate, thus increasing delays"• Large hub airports have achieved consolidation"• Consolidation trend:"– In 1976 sixty three percent of the enplanements in the nation occurredat large hub airports"– In 2006 that number rose to seventy percent according to FAA statistics13

Un Ejemplo de Encuesta de Viaje(American Travel Survey)14

Modelos Para Predecir la Demanda• Modelos agregados - responden a salarios (GDP) yprecio (relativo a otras alternativas)– El pronóstico de demanda de la FAA (Terminal Area Forecast)y el pronóstico agregado aerospacial (Aerospace Forecasts)usan este tipo de causalidad– La mayoria de los metodos usados para prediccion usan estaidea• Individual choice modeling of travel demand– People choose a mode (airline, GA, auto, rail bus, etc.) basedon full price of travel, which includes:– Travel time– Out of pocket travel costs– Access time and cost– Trip purpose (business vs. non-business)– The TSAM mode choice model employs this frameworkDerechos Reservados: A.A. Trani15

Métodos de Pronóstico de Demanda• Grupos de expertos• Técnicas de extrapolación• Análisis de mercado• Modelos Econométricos• Modelos de Competencia (auto vs. aviación)16

Técnicas de Extrapolación17

Técnicas de Extrapolación (II)18

Método para Convertir Modelos noLineales en Lineales19

Tendencias sobre el Tiempo20

Observaciones Generales• El modelo logístico es quiza el mejor parapredicciones a largo plazo• En el modelo logistico la capacidad del aeropuertose considera de forma explícita• El modelo lineal se usa para predicciones de muycorto plazo• El exponencial se puede usar para prediccionesde mediano plazo (ya que la demanda no puedecrecer al infinito)21

Ejemplo de Modelos Logísticos (I)• Grilihes derivo un modelo para calcular a demandadel aeropuerto de Belgrado• De donde: D(t) is la demanda en el tiempo t y trepresenta la variable tiempo• Esta ecuación se derivo usando datos de demandacomprendidos entre 1962 y 197822

Ejemplos de Modelos Logísticos (II)• Lundtorp derivo un modelo para calcular a demandade pasajeros Daneses que viajan a Portugal enpaquetes de excursión (y por aire)• De donde: AP representa el número de pasajerosDaneses que usan transporte aéreo para viajar aPortugal• Esta ecuación se derivo usando datos de demandacomprendidos entre 1976 y 198623

Caso Práctico• Aeropuerto: Chicago Midway (MDW)• Web Site de Datos Históricos: Terminal AreaForecast disponible en la dirección:http://aspm.faa.gov/main/taf.asp• Que necesitas para este análisis es MicrosoftExcel Solver24

Chicago Midway (MDW)TerminalesFotografia: Google Earth TM25

Información del Aeropuerto MDWFuente de informacion:www.flightaware.com26

Chicago Midway (MDW)• Gráfica de datos históricos de la demanda aérea27

Proyección sin Límites• La gráfica muestra una proyección (sin limites)hecha por la Agencia de Aviación de los EstadosUnidos (Terminal Area Forecast – TAF)Zona dePronóstico28

Chicago Midway (MDW)• MDW ha incrementado su demanda de una formafenomenal• En 1976 MDW procesó 12,626 pasajeros deembarque (enplanements)• En 1984 MDW procesó un millón pasajeros deembarque (enplanements)• En 2006 MDW procesó 8.8 millones de pasajerosde embarque (enplanements)• Puede la demanda crecer al mismo ritmo en elfuturo?29

• MDW cuenta condos terminales yun total de 42salas deembarque• El aeropuertotiene 4 pistas de6,500 pies delongitud (1,981metros)Análisis Preliminar30

Análisis• Debido a las limitantes del número de salas deembarque, limitacion de longitud de pistas,proximidad al aeropuerto internacional O’Hare,se estima que MDW no puede crecer mas alla de15 millones de pasajeros de embarque anuales• Usemos nuestro conociento de un modelo deproyección logistica para pronosticar la demandaen el futuro31

Un Poco de la Teoria• Para crear un modelo logistico necesitamosencontrar los valores de a, b y k de tal modo quela suma de los errores al cuadrado (entre lademanda historica y el modelo logistico) sea unminimo absoluto minimization)• Los valores de a, b y k se pueden encontrar conExcel Solver o cualquier programa de Estadísticatal como Minitab, SAS, SPSS, etc.32

Análisis para el Aeropuerto MDW• Datos históricos en la hoja de cálculo (Excel)33

Análisis para el Aeropuerto MDW• Calculemos la demanda de acuerdo con el modelologístico• Por el momento usemos valores arbitrarios paraparametros a y b (asuma a = 1 and b = 1)ModeloError (entre Modelo yDemanda Historica)Error elevado alcuadrado34

Fórmulas Usadas en ExcelError (diferencia entre Modelo yLa Demanda Historica)35

Hoja De Cálculo Completa(para implementar la regresiónlogistica)Sumatoria de Errores al cuadrado(Sum of Squared Errors)36

Uso de Excel Solver para CalcularValores del Modelo Logistico deDemanda37

Detalle de la Interfase Gráfica enExcel SolverMinimizar laCelda G14(least square method)Celdas para variar(J7 y J8)38

Solución Final con Excel SolverValores finales de losCoeficientes a y bNOTE: el valor de krepresenta la capacidadmáxima del aeropuerto39

Validación contra Datos Originales40

Modelos Econométricos41

Definición de Modelos Econométricos42

Modelos Econométricos43

Modelos Econométricos44

Ejemplo de Modelo Econométrico(Gohbrial y Kanafani, 1995)45

Ejemplo de Modelo Econométrico(Gohbrial y Kanafani, 1995)46

Ejemplo de Modelo Econométrico(Gohbrial y Kanafani, 1995)47

Métodos de Pronóstico conCompetencia entre Medios deTransporte• Importante para establecer que porcentaje de lapoblación usa un medio de transporte• Requieren mucha información de las razones ycosto del los viajes• Se han usado para predecir demanda a nivelnacional y local• Puede incluir en cierta forma la competenciaentre aeropuertos48

Methodology (TSAM Model)• A multi-mode intercity trip demand model that predicts long distance travel(one-way route distance greater that 100 miles) in the continental U.S. "• Employs a multi-step, multi-modal transportation planning framework wheretrips are: "– produced, "– distributed, "– split into modes, and "– assigned to routes"• TSAM model can predict intercity travel in the presence of multi-modealternatives (auto, commercial air, and new aviation modes)"• Mode choice of travelers based on trip characteristics (business and noonbusiness)and traveler demographics (income level) "• Mode choice is sensitive to vehicle performance, level of service and supplycost characteristics"• County-to-county spatial model"• Accepts any user-defined airport sets"• Modelo desarrollado por nuestro laboratorio (Virginia Tech) para la NASA "49

El Modelo TSAM50

TSAM es una Aplicación51

Changes in the U.S. Population(Years 2000 to 2025)Woods and Poole Demographic Data Implemented in !the Transportation Systems Analysis Model!52

Distribution of Trips (LA County to all)Annual Trips!Gravity ModelT ij=P i A j F ij K ij∑jA jF ijK ij53

Consideremos un Viaje de NegociosBlacksburg, Virginia a Cleveland, Ohio• Suppose three possible travel alternatives are:– Auto– Commercial Air– On-demand service using VLJ aircraft (future NAS)• To make a mode selection a user might consider:– Travel time– Travel cost (including lodging and rentals)– Duration of stay– Value of time54

Multi-route Mode Choice ModelTSAM Uses the "Official Airline Guide (OAG)"to estimate airport-to-airporttravel times"55

Multi-mode Choice Model(Door-to-Door Commercial Air Travel Time)TSAM considersairport processingtimes and airportegress and accesstimes"Derechos Reservados: A.A. Trani56

Multi-mode Choice Model (Auto)TSAM usesMappoint toestimate auto traveltimes"Derechos Reservados: A.A. Trani57

Multi-mode Choice Model (GA)58

Summary Trip Information59

Análisis de Seleccion de Medio deTransporteAutoAvi. GeneralCommercial AviationFactors considered in mode split:!• Travel time!• Travel cost!• Value of time!• Route convenience!• Trip type!Route1Route2...Route nIncludes Airport Choice!TSAM employs a family of Logit Models (mixed and nested)"60

Modelos Logit Usados en TSAM• Logit model• Nested logit utility function• Mixed logit utility function61

Calibración del ModeloCA = commercial airline, SATS = VLJ vehicle62

Algunos Estudios con el Modelo TSAM• Analisis de demanda en Estados Unidos consistemas avanzados aeronauticos (ADS-B,Datalink, etc.)• Estudios paramétricos de demanda para nuevosaviones avanzados (tiltrotors, jets supersónicos)• Estudios de perdida de demanda cuando losprecios del combustible aumentan63

Conclusiones• La demanda es muy incierta de predecir• Use pronósticos que incluyen escenarios multiples ya quelas predicciones son, en general, malas despues de 5 años• En el pasado pronósticos de demanda han variado enpromedio un 40-50% en tan solo 5 años (Maldonado y deNeufville)• Use estos pronósticos se deben usar de una manera tal quelas alternativas del proyecto se elijan de tal forma parareducir el riesgo de inversión y obsolecencia64

Mas Información Sobre la Estimación dela Demanda• Un documento en Microsoft Word con varias referencias se incluye en elweb site• http://128.173.204.63/courses/IPN/ipn.html como referencia literaria65

Capacidad Aeroportuaria66

En Esta Sección• Definiciones"• Capacidad práctica"• Capacidad teórica"• Ejemplos"• Conclusiones67

Definición Básica de la Capacidad• Definición– Capacidad es el numero de vehículos opasajeros que pueden ser procesados en unsistema de transporte por unidad de tiempoconsiderando un nivel de servicio aceptable• La definición de capacidad aeroportuariadebe considerar: seguridad, demorastolerables y nivel de servicio aceptable(entre otros atributos)68

Notas Importantes• La capacidad de un aeropuerto es un atributo ocantidad que no se puede observar• La capacidad es una cantidad probabilística (noes fija)• La capacidad es subjetiva (ya que la definición denivel de servicio es algo subjetiva)• La capacidad del sistema aeropuerto y ATS esmultidimensional• Desafortunadamente esto hace que la definición yel entendimiento de dicho cantidad sea mas difícilde explicar69

Capacidad es Multidimensional– Dimensiones• Condiciones operacionales (VMC, IMC, MMC)• Puede depender del tiempo (hora del dia)• Localizacion espacial (efectos regionales y locales)• Subsistemas (aeródromo, espacio aéreo)• Nivel tecnológico disponible (funciones ATM, espectrode frecuencies disponibles, datalink, etc.)• Nivel aceptable de servicio70

La Capacidad se Puede Estimar Para CadaElemento del Sistema AeropuertoAirsideAvenida de accesoAl aeropuertoLandsidePistasPuntos de desembarcode pasajerosEspacio AéreoImagen: GoogleEarth.com, Digital Globe and Europa technologies71

Capacidad de Aeródromo72

Representaciones de la Capacidaden Aeródromo• Valores numéricos de sumario– Valores de régimen horarios (AAR y DAR)– Estos requieren análisis y juicio• Diagramas Pareto (capacidad horaria deaeródromo)• Diagramas de cobertura de capacidad (CCC)(capacidad horaria)• Volumen anual de servicio (ASV)Derechos Reservados: A.A. Trani73

Diagrama ParetoA50/50BC74

Interpretación (I)• Cualquier punto de la “frontera” Pareto es“aceptable”75

Explicación del Diagrama Pareto• Si el aeródromo se usa exclusivamente para procesaraterrizajes, usando una regla de separación aérea de 3/4/6y 8 millas náuticas:– Podemos procesar hasta 30 operaciones (aterrizajes)por hora (punto A)• Si el aeródromo se usa exclusivamente para procesardespegues– Podemos procesar hasta 48 operaciones por hora (puntoC en la gráfica)• Si el aeródromo se usa el 50% de tiempo para paraprocesar despegues y 50% para procesar aterrizajes– Podemos procesar hasta 50 operaciones por hora (25aterrizajes y 25 despegues) (punto B en la gráfica)76

Diagramas de Capacidad y Cobertura(de Neufville y Odoni)Numero de Operaciones/hora1005085Configuración ABCDEFP1P3P2AeródromoG020 40 60 80 100Porcentaje de Tiempo (%)77

Interpretación• El 55% del tiempo este aeródromo tiene unacapacidad de 85 operaciones por hora• El 55% del tiempo el aeródromo se opera en laconfiguración A• El 5% del tiempo el aeródromo opera en laconfiguración G con una capacidad de 25operaciones por hora• Nota: Esta presentación es clara y provee un datoimportante acerca de las diferentesconfiguraciones del aeródromo78

Volumen Anual de Servicio• El numero máximo de operaciones aeronáuticasque el aeropuerto puede procesar en un añotípico• Considera el uso variado de configuraciones através del tiempo• En teoría se considera el nivel de servicio (curvageneral de demora)• Considera que los aeropuertos no se operan las24 horas• Considera también variaciones de demanda enlas cuatro estaciones del año79

Curva de Demoras Usada Para elCálculo de Volumen Anual de Servicio• FAA AC 150/5060 (Capacity and Delay)80

Volúmenes de Servicio Para AlgunosAeropuertos en Estados UnidosAeropuerto ASV (2010) Demanda(operaciones)en 2009Atlanta (ATL) 1,100,000 972,600Chicago (ORD) 930,000 830,000San Diego(SAN)Los Angeles(LAX)225,000 203,130675,000 544,600Las Vegas 355,000 524,700Derechos Reservados: A.A. Trani81

Observaciones• El cálculo de volumen anual de servicio, comotodo otro cálculo para estimar la capacidad de unaeropuerto tiene incertidumbre• De los cinco aeropuertos presentados en la tabla,en cuatro de ellos, el volumen observado enn2005 excede el volumen anual de servicio• Esto demuestra que los aeropuertos se “adaptan”a situaciones para proveer mayor numero deservicios de los contemplados en su diseñooriginal82

La Capacidad se Define en Base a unNivel de Servicio (Demora)Standard Deviation of Arrival TimesCapacidad (10 minutos/operación)Capacidad (6 minutos/operación)Capacidad (3 minutos/operación)83

Cual es el Nivel de Servicio Aceptable?• En los Estados Unidos y en otras partes delmundo se ha aceptado 5 minutos como la demorapromedio máxima en un aeródromo para definirla capacidad práctica• Este numero es cuestionable hoy en día enalgunos aeropuertos de Estados Unidos con grandemanda y capacidad limitada (LGA, EWR)• Otras sociedades tienden a aceptar mas demorasque otras (es decir el nivel de servicio que definela capacidad puede ser variableentre sociedades)84

Capacidad Práctica y Teórica• Capacidad práctica (5 minutos de demora) = 25aterrizajes/hora• Capacidad teórica (sin considerar la demora) ~30 aterrizajes/hora85

Capacidad de AeródromoMétodos de Estimación• Modelos analíticos (diagramas de espacioy tiempo)• Teoría de colas• Métodos de simulación86

Modelo AnalíticoOpening caseAlejamientoDiagrama Espacio-Tiempo87

Explicación de Términos Usados88

Capacidad Básica(Diagrama Espacio-Tiempo)• Calculemos la capacidad de un sistema como:• Capacidad = 3600/ (intervalo entre operaciones)• Nótese: intervalo entre operaciones en segundos• Por ejemplo:• Aeropuerto de Atlanta, Georgia• Observemos operaciones en un sola pista (8L)89

Experimento• Supongamos que un dia recolectamosinformación de aterrizajes y despeges en unaeropuerto• La información pertinente es el timepo entrellegadas (IAT) y el tiempo de ocupación de pista(ROT)Tiempo de llegadaTiempo de salida90

AnálisisOperaciónClase deAviónTiempo deLlegadaTiempo deSalidaROT /(IAT)segundos1 B757 12:15:24 12:16:15 51 / 1152 EMB 120 12:17:19 12:18:04 45 / 713 B737 12:18:30 12:19:17 47 / 1094 B757 12:20:19 12:21:08 4991

Análisis para Calcular Capacidad deSaturación (condiciones VFR)• Intervalo promedio entre operaciones (IAT)• IAT_promedio = (115 + 71 + 109) / 3 = 98 seg.• Capacidad = 3600/ (IAT_promedio)• Capacidad = (3600 seg/hr)/98 seg. =36 operaciones de aterrizaje / hora92

Análisis para Atlanta (conservativo)Para despegues> 5,000 ft.~ 4,300 ft.Se observa unmovimientocada 90 segundos- debido a la existenciade aviones ligeros (jetsregionales) y avionespesadosCapacidad (llegadas) = 3 x 36 = 108 operaciones/horaCapacidad (despegues) = 2 x 40 = 80 operaciones/hora188 ops/hr93

Paso Final para Diagrama ParetoLlegadas/horaCapacidad(llegadas)108Capacidad(llegadas+despegues)Capacidad(despegues)(3 pistas simultaneas)4080 120Despegues/horaDerechos Reservados: A.A. Trani94

“Buffers” y CapacidadDerechos Reservados: A.A. Trani95

Otro Ejemplo: Aeropuerto de la Ciudad deMéxico!• Asumamos que el aeropuerto para el análisis es elAeropuerto Internacional de la Ciudad de México (AICM)• El diagrama muestra las operaciones VFR5L/23R5R/23L800 ft. (244 m.)• Calcular el diagrama Pareto para operacionesvisuales (VFR) si las pistas son operadassimultáneamente96

Datos para Usar (VFR e IFR)• Tiempo entre llegadas promedio– IAT = 1.7 minutos (VFR)– IAT = 2.1 minutos (IFR)• Tiempo de ocupación de pista– ROT = 1.0 minutos (VFR)– ROT = 1.1 minutos (IFR)• Tiempo entre despegues promedio– IDT = 1.5 minutos (VFR)– IDT = 2.0 minutos (IFR)97

Solución para Condiciones VFR(Solo Aterrizajes)• IAT en VFR es 1.7 minutos• C (llegadas) = 3600 / (IAT segundos)• Convirtiendo IAT a segundos• IAT (VFR) = 102 segundos• C (llegadas) = 3600 / 102• C (llegadas) = 35 operaciones (VFR)98

Solución para Condiciones VFR(Solo Despegues)• IDT en VFR es 1.5 minutos• C (despegues) = 3600 / (IDT en segundos)• IDT = 90 segundos• C (despegues) = 3600 / 90• C (despegues) = 40 operaciones (VFR)99

Solución para Condiciones VFR(Operaciones Mixtas)• Las operaciones son independientes por lo tanto• C (llegadas) = 35 operaciones (VFR)• C (despegues) = 40 operaciones (VFR)100

Diagrama Pareto (Condición VFR)Este diagrama es rectangular porque los despeguesy aterrizajes son independientesAterrizajes(operaciones/hora)3535 aterrizajes40 despeguesPor hora40Despegues (operaciones/hora)101

Solución para Condiciones IFR(Solo Aterrizajes)• IAT en VFR es 2.1 minutos• C (llegadas) = 3600 / (IAT segundos)• Convirtiendo IAT a segundos• IAT (VFR) = 126 segundos• C (llegadas) = 3600 / 126• C (llegadas) = 28 operaciones (IFR)102

Capacidad en Condiciones IFR!• Calcular el diagrama Pareto para operaciones porinstrumentos (IFR) si las pistas operan como unasola pista• El diagrama muestra las operaciones IFR• Modo operacional:• Cuando avión # 1 aterriza, el avión # 2 espera en el umbral(cabecera) de la pista 05L• Avión #2 despega una vez que avión #1 ha reportado estar fuerade la pista 05R5L/23RAvión # 2Avión # 1800 ft. (244 m.)5R/23L103

Solución para Condiciones IFR(Solo Despegues)• IDT en IFR es 2.0 minutos• C (llegadas) = 3600 / (IDT en segundos)• IDT = 120 segundos• C (depegues) = 3600 / 120• C (despegues) = 30 operaciones (IFR)104

Diagrama Pareto (Condición IFR)Aterrizajes(operaciones/hora)28Esta región se deriva incrementandola separación entre llegadas yverificando la condición en laun despegue se puedeprocesar entre dos llegadassucesivasDespegues (operaciones/hora)30105

Demoras en el Aeropuerto!• Calcular la demora en el aeropuerto AICM usando lacapacidad bajo condiciones visuales (VFR) usando elmodelo de teoría de colas M/G/1• Asumamos que la operaciones en condiciones VFR tenemos las siguientesdesviaciones estándar en los tiempos de servicio (valor de σ en lasecuaciones)• (aterrizajes) = 40 segundos• (despegues) = 15 segundosσσ106• Recordemos las ecuaciones del modelo M/G/1Wq = Tiempo de demora en la cola

Recordemos las Ecuaciones de LittleW = Tiempo en el sistema de colaL = Numero de aviones sistema de colaLq = Numero de aviones la cola107

Mas Información• La configuración de las operaciones es:5L/23RAvión # 2Avión # 1800 ft. (244 m.)5R/23L• Examinemos las operaciones de aterrizaje ydespegue por separado108

Calculemos la Demora (Wq) paraVarios Escenarios de Demanda deAterrizajes (Llegadas)Usando la capacidad de las pistas obtenida en elcaso # 1 (capacidad en condiciones VFR)Para llegadas:σ (aterrizajes) = 40 segundos o bien 0.011 horas, µ = 35 por hora, λ =variable de 1 a 33 operaciones por hora109

Cálculos y Gráfico de Solución(demora VFR aterrizajes)Calculo de Wq Usando:110

Calculemos la Demora (Wq) paraVarios Escenarios de Demanda deDespegues (Salidas)Usando la capacidad de las pistas obtenida en elcaso # 1 (VFR)Para despegues:σ (despegues) = 20 segundos o bien 0.0056 horas, µ = 40 por hora, λ =variable de 1 a 37 operaciones por hora111

Cálculos y Gráfico de Solución(demora VFR - despegues)Calculo de Wq Usando:112

Efecto de Separación de Llegadas (IAT)(Atlanta - ATL)Closing casesOpening cases113

Modelos de Simulación• Abstracciones matemáticas de la realidad• Técnicas para predecir comportamientos complejos enaeródromos, espacio aéreo y terminales aeroportuarias• Modelos de simulación requieren el uso de unacomputadora• Técnicas usadas en la investigación de operaciones• Por lo general, la simulación se emplea después de usarmodelos de teoría de colas o modelos analíticos• Nota: Cualquier simulación es parte “arte” y parte “ciencia”114

Ejemplos de Simulación de AeropuertosLa simulación yvisualización sontécnicascomplementarias115

Cuando Usar Modelos de Simulación?• Cuando modelos analíticos no tienen la resoluciónnecesaria para contestar preguntas de carácterespecifico• Para verificar soluciones obtenidas con modelosde baja resolución• Para evaluar situaciones complejas enaeropuertos que no se pueden imitar conmodelos de baja resolución• Se pueden emplear para evaluar escenarios convariaciones de pronóstico116

Técnicas de Simulación• Simulación Monte Carlo• Simulación Continua (Continuous)• Simulación Discreta (Discrete)• Simulación híbrida (parte continua, parte discreta)117

Ejemplos de Modelos Usados enAviación118

Modelos de Simulación (Airside)• SIMMOD - el modelo desarrollado por la FAA paramodelar aeropuertos• RAMS - Modelo desarrollado por Eurocontrol(Reorganized Mathematical Simulator model)• TAAM - modelo desarrollado por el grupo Preston enAustralia (hoy filial de Jeppessen)• Modelos de investigación desarrollados enuniversidades (por ejemplo VTAsim desarrollado enVirginia Tech)119

Temas Comunes de los Modelosde Simulación• Esto modelos estiman demoras en puntos importantes de seccionesdel aeropuerto o en el espacio aéreo• Demoras se calculan como la diferencia entre el tiempoininterrumpido y el tiempo de tránsito (sujeto a conflictos con otrasentidades)• Estos modelos se pueden usar para predecir la utilización desubsistemas del aeropuerto (como puentes de abordo, pistas, callesde rodaje, etc.)• Tambien se usan para calcular niveles de servicio• NOTA: Estos modelos no pueden medir la capacidad del aeropuertodirectamente• La Capacidad es un atributo que no se puede observardirectamente en un aeropuerto120

“Ingredientes” Para Usar Modelos deSimulación• Función demanda (con detalle de tiempos dellegada y salida de vuelos)• Red del aeropuerto (calles de rodajes, pistas,posiciones de desembarco, etc.) o bien red querepresente la terminal del aeropuerto• Procedimientos (ATC, separaciones, bloqueos depista, etc.)• Flota de aviones (que modelos en particular seemplearan en la simulación) y equipo aviónico (sies necesario)121

Esquema Práctico(Modelos de Simulación)122

Nivel de Servicio y los Modelos deSimulaciónModelo de SimulaciónResultados del Modelo de Simulación123

Modelo SIMMOD• Desarrollado por la FAA hace 2 décadas• Usa simulación discreta• Originalmente una calculadora de consumo de combustible• Simulador de puerto de abordo a puerto de abordo(aeropuerto a aeropuerto)• Modelo básico es gratuito (el “motor de simulación”)• Varias interfaces gráficas están disponibles (Airport Tools,Simmod Plus, y Le Tech) para facilitar el uso del “motor desimulación” por un usuario• Interfase gráfica en 2 dimensiones• Resolución de conflictos en el espacio aéreo es implícita• Require un a red (con nodos y enlaces) terrestre y unaaérea• Requiere varias semanas para ser un usuario hábil• 110 aviones en la base de datos• Costo de SIMMOD Pro es ~$60,000 USD124

SIMMOD Pro (Aeropuerto)125

Otro Ejemplo con SIMMOD(Aeropuertos MEX y ACA)126

Otro Ejemplo con SIMMOD(Aeropuertos MEX y ACA)127

Capacidad en la Terminal delAeropuerto128

Capacidad en las Terminales• Número de pasajeros que se pueden procesar porunidad de tiempo considerando niveles deservicio aceptables• Normalmente se define basada en nivel deservicio (come los definidos por IATA o bienmedidas como tiempo en colas de procesamiento)129

Metódos de Evaluacion(Capacidad en Terminales delAeropuerto)• Planeación rápida (use de hojas de cálculo) yconsiderando niveles de servicio• Modelos peatonales y nivel de servicio• Análisis de espacio y tiempoDerechos Reservados: A.A. Trani130

Conversión de Niveles de Servicioen Corredores de la TerminalDerechos Reservados: A.A. Trani131

Es Importante Mantener un BalanceEntre las Capacidades de CadaSubsistema del AeropuertoLa Guardia (LGA)Estudio de Leigh-FischerDerechos Reservados: A.A. Trani132

Aeropuerto de La Guardia (Nueva York)Derechos Reservados: A.A. Trani133

Observaciones en el Aeropuerto deLaGuardia (LGA)• Incentivando el use de aviones mas grandes(B757 y B737) promueve un pequeño aumentode la capacidad de aeroóromo (reemplazando ajets regionales)• Sin embargo, en este aeropuerto la capacidad dela terminal (landside) y la del aeródromo (airside)son muy parecidas• Por lo tanto LGA tiene muy pocas opciones de“crecer”• Implica que an algunos aeropuertos la capacidadesta prácticamente balanceada entre elaeródromo y la terminalDerechos Reservados: A.A. Trani134

Ejemplo (Balance Landside vs. Airside)• El AICM (Ciudad de Mexico) manejó 366,000operaciones al año (en 2008)• Hasta el año 2007 el aeropuerto contaba con 32puentes de contacto (mas 20 remotos)• Con la terminal nueva se cuenta con 24 nuevospuentes de contacto y 13 remotos• La nueva terminal T2 la ha dado un “respiro”temporal al “Landside” del aeropuerto (mejorómucho el nivel de servicio)• Sin embargo, a la larga el aeropuertopermanece limitado por la capacidad de laspistasDerechos Reservados: A.A. Trani135

AICM con la Terminal T2T1 = 14 Millones de Pasajeros (2009)T2 = 10 Millones de Pasajeros (2009)R1T1T2R2R3Google Earth, 2010136

AICM Con la Terminal T2Wikipedia, 2010137

Otro Ejemplo(Dallas- Forth Worth DFW)• Después de construir un pista nueva en DFW, lasdemoras incrementaron por un periodo de tiempo• As aerolineas reaccionaron a los eventos de Sept.11 ofreciendo servicios de punto a punto usandojets regionales• La capacidad individual de las pistas se redujodebido a la introduccion de gran número de jetsregionales• La capacidad de los puentes de embarque no sedio abasto y las demoras incrementaron• Los flujos de pasajeros dentro de las terminalesdisminuyeron138

Capacidad de Aeródromo DFWEstudio: Leigh-Fischer and Associates, 2003139

Cociente Volumen/Capacidadcomo Indicador de Nivel de Servicio• El cociente volumen/capacidad o demanda/capacidad(D/C) es muy usado en la definicion de nivel de servicioen el sistema aeropuerto• Demanda/Capacidad (D/C) denota la habilidad de unsistema aeropuerto ratio de servir cierta demand• La teoria de colas explicara con mayor detalle estarelacion• Conceptualmente un valor de D/C de 0.75 o mayorimplica demoras que creceran exponencialmente140

Demanda Reprimida• Demanda aérea reprimida son viajes que no sedesarrollan debido a diferentes razones:• No hay servicio (servicio esencial en U.S. acomunidades rurales)• El servicio existe pero esta fuera de mi alcanze• El servicio aéreo no se ofrece en su potencialdebido a factores externos (oferta suprimidadebido a niveles de ruido, capacidadaeroportuaria, contaminación, problemaspolíticos, otros)141

Ejemplo: Restricciones en el AeropuertoNacional de Washington (DCA)• El aeropuerto National de Washington (Reagan,DCA) no ofrece vuelos de mas de 1,250 millaspara no competir con Dulles• Dulles (IAD) fue diseñado para vuelos de largoalcance y por lo tanto la política es favorecer eldesarollo de este aeropuerto para vuelosinternacionales• La disponibilidad de aviones de gran rendimiento(como el Boeing 737-700/800 y AirbusA319/318) hacen esta regla un cuanto restrictiva142

Método para Calcular la DemandaReprimida por RuidoTSAM Model!+Modelo Integrado!de Ruido (INM 7.0)!Demanda Aeroportuaria sin Limite!_+Demanda Aeroportuaria con Limite!_Contornos de!Ruido (Teterboro)!Limitante de Ruido5-7% GrowthIn DNL 65Impacto de Ruido a la Población!143

Capacidad AeroportuariaLimitada Restringe la DemandaCapacidad de Aeropuerto!Demanda Aeroportuaria sin Limite!Demanda Aeroportuaria con Limite!_ +__Loop RetroalimentadorNegativoCocienteVolumen/Capacidad+Demoras enAeropuerto(schedule delay)+144

Conclusiones• No hay una definición universal de la capacidadde un aeropuerto (o de las componentes de este)• Existe concordancia que la capacidad de unsistema se define en base a:– Niveles de servicio aceptables– Seguridad de las operaciones– Consideración de las demoras en el sistema• Varios formatos de presentaron para derivar lacapacidad de un subsistema del aeropuerto145

Información sobre esta Presentación• Esta presentación se puede obtener en nuestroservidor:• http://128.173.204.63/courses/IPN/ipn.html146