Sistema de Servicio Automático de Información Terminal para el Aeropuerto de El Alto N. I. Vargas-Cuentas1, A. Román-González2 1

Escuela Militar de Ingeniería, La Paz, Bolivia

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Universidad de Ciencias y Humanidades - UCH, Lima, Perú [email protected] [email protected]

Abstract—Los controladores de tráfico aéreo del aeropuerto El Alto, deben otorgar a las aeronaves que aterrizan y despegan, información necesaria como: la visibilidad de la pista, la dirección y velocidad del viento, la nubosidad, la temperatura, presión, etc. Esta información llamada Meteorológical Terminal Aviation Routine Weather Report (METAR) es esencial para la decisión que tomará el piloto con respecto al procedimiento de aterrizaje. En aeródromos con un nivel considerable de tráfico, el dictar el METAR se ha vuelto un problema, puede provocar la congestión de la frecuencia de comunicación, esto ha ocasionado incidentes aeronáuticos; por otra parte las operaciones se demoran y no son tan fluidas ni eficientes en el aeródromo. El controlador aéreo tiene la responsabilidad de dictar las condiciones meteorológicas actuales y para esto el responsable del Jardín Meteorológico debe de copiar los datos que se recopilaron y realizar un informe comunicando el reporte meteorológico del momento, pero este realiza este informe cada hora. En resumen existen dos problemáticas principales, la primera es que se proporcionan a los pilotos reportes meteorológicos que no son del momento, lo cual puede causar incidentes aeronáuticos, y por último se tiene una congestión de las frecuencias de torre o aproximación, lo cual provoca que las operaciones no sean óptimas y fluidas. El objetivo del presente trabajo es poder implementar el sistema ATIS para el aeropuerto de El Alto. Keywords—ATIS, METAR, aeropuerto El Alto, sintetizador de texto, transito aéreo.

I. INTRODUCCIÓN N el aeropuerto de El Alto los controladores de tráfico aéreo día a día deben realizar el trabajo de otorgarles a las aeronaves que aterrizan y despegan, información necesaria como: la visibilidad de la pista, la dirección y velocidad del viento, la nubosidad, la temperatura, presión, etc. Esta información conocida como METAR (Meteorológical Terminal Aviation Routine Weather Report) es esencial para la decisión que tomarán los pilotos con respecto al procedimiento de aterrizaje que realizarán o la pista que utilizarán. Si bien el METAR es una información rutinaria, es importante para el piloto, el controlador, el desempeño del avión y la seguridad del aeródromo. En aeródromos con un alto nivel de tráfico aéreo, el dictar el METAR a cada piloto se ha vuelto un problema, según los datos recopilados del departamento de operaciones de la entidad de Administración de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegación Aérea (AASANA), por ejemplo si

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en el aeropuerto existen un cierto número de aviones que desean salir a la misma hora se tendría que dictar distintos reportes meteorológicos a cada uno de estos, lo cual provoca la congestión de la frecuencia de comunicación, esto ha ocasionado incidentes aeronáuticos por mal entendimiento de una instrucción que se le ha dado al piloto; por otra parte las operaciones se demoran y no son tan fluidas ni eficientes en el aeródromo. El controlador aéreo tiene la responsabilidad de dictar las condiciones meteorológicas actuales y para esto el responsable del Jardín Meteorológico debe de copiar los datos que se recopilaron y realizar un informe comunicando el reporte meteorológico del momento, pero este realiza este informe cada hora, a menos que el cambio en las condiciones climáticas sea considerable, esto no es aconsejable, puesto que los datos de la intensidad y dirección del viento, la presión y la temperatura actuales se utilizan para realizar cálculos de la carga útil del avión y se calculan también las velocidades que el avión podrá alcanzar en vuelo. En resumen existen dos problemáticas principales: la primera es que se proporcionan a los pilotos reportes meteorológicos que no son del momento, lo cual puede causar incidentes aeronáuticos, ya que como se citó anteriormente, los datos meteorológicos influyen en el desempeño del avión; la segunda problemática está relacionada con la congestión de las frecuencias de torre o aproximación, lo cual provoca que las operaciones no sean óptimas y fluidas. Como datos de diagnóstico, se obtuvieron las estadísticas de tres gestiones sucesivas recientes, estos datos provienen del departamento de operaciones de AASANA, de diferentes documentos como: el boletín estadístico de servicios de aeronavegación y los anuarios de Servicio de Tránsito Aéreo (ATS), en estos se encontró la información mostrada en la Tabla 1. En resumen y como se puede observar en los datos que se obtuvieron, se tiene que el número de aeronaves que se reciben en el aeródromo de La Paz se han incrementado, de un total de 2329,67 aeronaves por mes en la gestión 2010 a 2460,83 aeronaves por mes en la gestión 2011 y 2585,25 aeronaves por mes en la gestión 2012, así que se puede decir que el trabajo de los controles aéreos ha incrementado ya que actualmente se debe de dictar el METAR a un promedio de 85 aeronaves o más por día. En la Tabla 2, se puede observar la distribución de las frecuencias en el aeropuerto de El Alto.

Tabla 1: Tabla de estadística de movimiento de aeronaves Fuente: Anuario del Servicio de Tránsito Aéreo, 2012, ATS-029, ATM-031, ATS-035

Tabla 2: Frecuencias de la regional de La Paz Fuente: Regional La Paz, 2012, Reg-28

En los datos de la tabla de frecuencias de la regional de La Paz se puede observar que existen tres dependencias o bloques resaltados, estos representan a las dependencias encargadas de proporcionar reportes METAR de forma oral, estas dependencias son: el bloque de Control de Aeródromo Torre (TWR) que consta de una frecuencia asignada de 118,30 MHz y un solo canal disponible, el bloque de Servicio de Control de Aproximación (APP) que consta de una frecuencia asignada de 119,50 MHz y un solo canal disponible y finalmente el bloque de VHF Área de Control Terminal (TMA) que consta de una frecuencia asignada de 123,90 MHz y un único canal disponible; este último bloque usualmente no proporciona los reportes meteorológicos, pero si es que alguna aeronave lo requiriera, la dependencia estaría en las condiciones de hacerlo. En el Aeropuerto de El Alto sólo se tiene dos frecuencias disponibles, la frecuencia de APP (Aproximación) o la de TWR (Torre) y a dos controladores con sus respectivos relevos que proporcionan los reportes METAR, uno el controlador de Torre (TWR) que se encarga del tránsito del aeródromo, controla las aeronaves en pista, las operaciones de aterrizaje y despegue y el otro el controlador de Aproximaciones (APP) que controla las salidas y llegadas de

las aeronaves, además controla las rutas aéreas de nivel inferior y prestan servicio radar. Entonces los controladores aéreos además de ocuparse en cumplir sus funciones asignadas, deben de dar los reportes rutinarios de meteorología METAR y esto hace que las dos frecuencias disponibles en el aeropuerto de El Alto se congestionen y las operaciones del aeródromo sean poco fluidas y con retrasos, debido a que dictar el reporte METAR a las aeronaves produce pérdidas de tiempo e incluso incidentes aeronáuticos. En el Gráfico 1 se puede observar una relación de los incidentes y accidentes suscitados en 2012: Se puede observar en la relación estadística que las barras celestes significan los incidentes ocurridos en el aeródromo de la ciudad de La Paz y mes a mes se han producido varios incidentes, estos ocurren por la congestión de la frecuencia y el mal entendimiento de una instrucción dada por el controlador en pleno vuelo o en calle de rodaje, también pueden ocurrir debido a fallas mecánicas. La continuación del presente artículo está organizado de la siguiente manera: La Sección II muestra los conceptos generales sobre el reporte METAR. En la Sección III se menciona la descripción de un sistema ATIS. La Sección IV describe los métodos de síntesis de voz. En la Sección V se presentara el desarrollo del prototipo. Finalmente en la Sección VI se presentarán nuestras conclusiones.

II. REPORTE METAR Según la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional), METAR es el acrónimo que corresponde al Reporte Rutinario de Clima para la Aviación (Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report). José María Gacias (2008) señaló que “El METAR es un informe meteorológico aeronáutico que nos proporciona la meteorología reinante en un aeropuerto determinado en un

momento dado. Los datos son obtenidos de la estación meteorológica local ubicada en el aeropuerto” (p.1).

Grafico 1: Gráficos de estadística de movimiento de aeronaves. Fuente: Anuario del Servicio de Tránsito Aéreo. (2012, ATS-061)

En al Anexo 3 de la OACI - Servicio Meteorológico para la Navegación Aérea Internacional (2011) se indican los datos que debe contener un reporte METAR: Tipo de reporte (encabezado), identificador OACI de la estación (aeropuerto), fecha y hora del reporte, vientos, visibilidad / RVR (alcance visual de la pista), fenómenos atmosféricos relevantes, nubosidad, temperatura ambiente y punto de rocío (humedad relativa del aire), y ajuste altimétrico. A. Formato que posee el METAR Para establecer el formato que posee el reporte, se consultó el Anuario de Servicio de Tránsito Aéreo y se observó un ejemplo de un reporte METAR real del aeropuerto paceño: METAR SLLP 121700z 21016G24KT 180V240 1500 R10/ 600M RA BR BKN 015 OVC025 06/04 Q1005. A continuación se describirá parte por parte el contenido del reporte METAR: - METAR: Indicador del tipo de reporte, que en este caso es un reporte rutinario de clima METAR. El reporte también podría ser un reporte SPECI que no es rutinario, un reporte TAF que es de pronóstico, un reporte SIGMET o AIRMET que son reportes meteorológicos que se otorgan en vuelo y que contienen información relevante para los pilotos. - SLLP: Identificador OACI de la estación, en este caso es del Aeropuerto Internacional de El Alto. Donde la S indica que el aeródromo se sitúa en Sudamérica, la L indica que el

aeródromo está ubicado en Bolivia y LP es el indicador de la ciudad, en este caso La Paz. - 121700z: La fecha y la hora, los dos primeros dígitos (12) indican la fecha, seguidos por la hora Zulú o UTC (1700z), cabe mencionar que la hora Zulú está adelantada por 4 horas con respecto a la hora en Bolivia. - 21016G24KT: Indicador de viento, donde los tres primeros dígitos señalan la dirección en grados desde la cual está soplando el viento (210), si los tres dígitos están seguidos por las letras (VRB) quiere decir que la dirección del viento es variable, por otro lado los dos siguientes dígitos indican la velocidad en nudos a la que está soplando el viento (16), la letra G indica que los vientos son ráfagas y los últimos dos dígitos, indican la ráfaga más alta expresada en nudos (24KT). - 180V240: Indicador de los grados de variación del viento, los tres primeros dígitos indican, en grados, el mínimo de variación del viento (180) y los tres últimos dígitos indican, en grados, el máximo de variación del viento (240), la letra V indica que el dato se trata de un rango de variación. - 1500: Indicador de la visibilidad horizontal reportada en metros, en este caso se tiene una visibilidad de 1500 metros. Si se tiene un valor de 9999 significa que se tiene una visibilidad superior a los 10Km. - R10/ 600M: Indicador del alcance visual en la pista (RVR), la letra R señala el identificador de la pista (Runway), en este caso la pista 10 del aeropuerto de El Alto, el siguiente valor señala el alcance visual, en este caso 600 metros, cabe mencionar que si el valor estuviera seguido por las letras Ft, se tendría que el valor está medido en pies. Cuando el alcance visual es un rango variable se tendrá que el valor mínimo y máximo tendrán en medio la letra V, por ejemplo 600V800.

- RA BR: Indicador de fenómenos climatológicos actuales en el aeródromo, RA señala que en esta ocasión se tiene lluvia (Rain) en el aeropuerto, por otro lado BR indica que también se tiene neblina (Brume). - BKN 015 OVC025: Indicador de la cantidad de nubes, y la cobertura del cielo, BKN 015 indica que existen nubes fragmentadas a 015 cientos de pies del suelo, OVC025 indica que el cielo está cubierto a 025 cientos de pies sobre el terreno. - 06/04: Indicador de la temperatura ambiente y del punto de rocío, los dos primeros dígitos (06) indican la temperatura en grados Celsius, los otros dos dígitos (04) indican la humedad relativa del aire, es decir el punto de rocío. - Q1005: Indicador de la presión atmosférica, si al valor se le antepone la letra Q, entonces el valor está medido en unidades de hecto pascales, por otro lado si se le antepone al valor la letra M, entonces el valor está medido en unidades de pulgadas de mercurio. En ese caso se tiene que la presión atmosférica corregida o QNH del aeródromo es de 1005 hecto pascales (hPa).

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de una frecuencia discreta, la transmisión puede hacerse por los canales radiotelefónicos de las ayudas para la navegación de terminal más apropiadas, de preferencia el VOR, a condición de que el alcance y la legibilidad sean adecuados y que la señal de identificación de la ayuda para la navegación se inserte en la radiodifusión sin enmascarar esta última. Las radiodifusiones ATIS no se deben transmitir en los canales radiotelefónicos del ILS. Cuando sea posible, el mensaje de las radiodifusiones vocales ATIS no excederá de 120 segundos, sólo se incluirá información adicional cuando circunstancias excepcionales lo justifiquen. La distancia que debe cubrir la transmisión del sistema ATIS debe ser de al menos 120 Km. Las aeronaves acusarán recibo de la información al establecer comunicación con la dependencia ATS que presta el servicio de control de aproximación o de la torre de control del aeródromo. La información meteorológica se extraerá del informe meteorológico local ordinario o especial.

III. SISTEMA ATIS Según la DGAC (Dirección General de Aeronáutica Civil), ATIS significa Automatic Terminal Information Service (Servicio de Información Terminal Automático) y es una emisión continua de información en áreas terminales congestionadas. El ATIS contiene información esencial como información meteorológica, qué pistas están operativas, aproximaciones disponibles y cualquier otra información que los pilotos puedan necesitar. Normalmente el piloto escucha el ATIS antes de contactar con el controlador local. La principal misión del ATIS es quitar carga de trabajo a los controladores (ATM/01/03, 2011). El documento 4444 (2011)-Gestión del Tránsito Aéreo señala que: ATIS es la emisión continua grabada en un área de gran actividad seleccionada. Su objetivo consiste en mejorar la eficacia del controlador y mitigar la congestión de la frecuencia a partir de la transmisión repetitiva y automatizada de la información más esencial. La información es continuamente difundida por una radiofrecuencia diferenciada de VHF o por la parte de voz de una radioayuda local (p. 4-8). Según el RAP 311 (2011) los requisitos para un sistema ATIS son los siguientes: • La información comunicada se referirá a un solo aeródromo. • La información comunicada será actualizada inmediatamente después de producirse un cambio importante. • La preparación y difusión del mensaje ATIS estarán a cargo de los servicios de tránsito aéreo. • Cada mensaje ATIS se identificará por medio de un designador en forma de una letra del alfabeto fonético de la OACI. Los designadores asignados a los mensajes ATIS consecutivos estarán en orden alfabético. • En lo posible, se usará una frecuencia VHF discreta para las radiodifusiones ATIS-voz. Si no se dispusiera

IV. INTERFACES PARA LA RECOLECCION DE DATOS Y LA SINTETIZACION DE TEXTO A VOZ Según el Observatorio Tecnológico del Ministerio de Educación Español (2013), la síntesis de voz, también conocida como Conversión de Texto a Voz (CTV), consiste en dotar al sistema de la capacidad de convertir un texto dado en voz. Esto se puede hacer mediante grabaciones realizadas anteriormente por personas.

Figura 1: Conversión de texto a voz (CTV). Observatorio Tecnológico Español, (2013, p.1.)

La voz del ordenador puede generarse uniendo las grabaciones que se han hecho, ya sean de palabras enteras o fonemas, pero siempre intentando que el sonido producido parezca lo más natural posible e inteligible, encadenando correctamente los sonidos dentro del discurso. El sistema tiene que ser capaz, además de todo esto, de sintetizar cualquier texto aleatorio, no uno establecido por defecto. Según el Observatorio Tecnológico del Ministerio de Educación Español (2013) existen dos formas de realizar esta síntesis: - Síntesis Concatenativa: La síntesis concatenativa se basa en la unión de segmentos de voz grabados. Este método produce una síntesis más natural y no tiene un modelo matemático, pero se pierde a causa de las variaciones del habla. Existen tres métodos para realizar la síntesis concatenativa, por un lado la

llamada síntesis por selección de unidades que utiliza una base de datos en la que se encuentran grabaciones de voz tanto de fonemas, silabas, palabras, frases y oraciones. Este método es el que produce un sonido más natural, pero estas bases de datos pueden alcanzar un tamaño muy grande. Por otro lado existe la síntesis por difonemas que utiliza una base de datos mínima en la que se ha guardado un unido ejemplo de difonemas (en español existen aproximadamente 800 difonemas distintos), pero este método produce una voz robótica por lo que está prácticamente en desuso. Otro método de síntesis concatenativa es la síntesis específica para un dominio que une frases y palabras para crear salidas completas. Este método se utiliza para ámbitos muy limitados como por ejemplo, en gasolineras. - Síntesis de formantes: Este método no utiliza muestras de habla humana en tiempo de ejecución como los anteriores, sino que se utiliza un modelo acústico, por lo tanto se crea una onda de habla artificial. Este método produce un sonido robótico y nunca se podría confundir con la voz humana, pero tiene la ventaja de que producen programas más pequeños ya que no necesitan de una base de datos de muestras grabadas como los métodos de concatenación.

El primer paso realizado para la programación del sintetizador de voz, fue el poder identificar el reporte meteorológico actual, simulando que los archivos llegan a una carpeta, para lo cual se tiene el siguiente código: % Leyendo el METAR Files = dir('METAR'); [C, I] = max([Files(3:end).datenum]); METAR = importdata(['METAR/' Files(I+2).name]);

La anterior instrucción recolecta los archivos que existen en la carpeta METAR, mediante el parámetro datenum, el cual indica la fecha de creación del archivo pero expresada como número, por lo tanto se tiene que mientras más reciente el archivo el número será mayor, es por eso que se utiliza la instrucción max, para que siempre se lea el último archivo, por otro lado el número 3 en la instrucción se debe a que existen archivos auxiliares en la carpeta, que no se tomaran en cuenta, así que se debe leer a partir del archivo número tres empezando por los más recientes. Como segundo paso se procedió a identificar el tamaño del reporte METAR y se procedió a dividir los bloques de información con el siguiente código: %Tamaño del METAR [l c] = size(METAR{1});

Figura 2: Fases de la síntesis del texto al habla. Normalización del texto de entrada para un sistema de síntesis de habla (2012, p.7.)

V. DISEÑO DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA ATIS El método de sintonización de voz que se utiliza para el presente trabajo es la síntesis por concatenación. Para el diseño final del prototipo del sistema ATIS se tiene lo siguiente: - El reporte meteorológico a transmitirse por el sistema contendrá veinte bloques de información de las condiciones actuales en el aeródromo, tanto la meteorología del aeródromo como información complementaria. - Los datos del reporte deben transmitirse adhiriéndose a las técnicas radiotelefónicas de comunicación aeronáutica. - El sistema debe tener una base de datos que incluya números, letras, alocuciones, conjunciones y unidades utilizadas en aeronáutica. - El programa debe poder respetar las restricciones que presentan los datos del reporte METAR. - El sistema debe poder separar y distinguir cada uno de los bloques de información que posee el METAR. - La información meteorológica llegará con el formato de archivo necesario para su lectura, igualmente la información adicional, simulando que llegan desde el departamento de meteorología.

% Lectura por bloques del METAR r = 1; s = 0; for i=1:c if isspace(METAR{1}(i)) T(r) = s; r = r+1; s = 0; else REPORT(r,s+1) = METAR{1}(i); s = s+1; end end T(r) = s; REPORT

En la anterior instrucción en el vector size, “l” es el valor máximo y “c” es la posición para identificar el tamaño del METAR, posteriormente en la lectura de los bloques del reporte meteorológico se tiene que “r” es el bloque de información que se está leyendo y “s” es el número de dígitos que tiene el bloque, además en la función se le otorga un espacio a cada bloque para poder diferenciarlos. El siguiente paso realizado fue el de establecer reglas de lectura oral de los datos meteorológicos para cada bloque, como ejemplo se muestra la lectura del bloque de los grados y velocidad del viento, para este bloque se tiene lo siguiente: function AUDIO = Repr_Viento(REPORT,T,Alocuciones,Conjunciones,Numeros,Unidades) P = zeros([22050 2]); A1 = Alocuciones{7}; A2 = Conjunciones{7}; AUDIO = [A1; A2]; for i=1:3

n = str2num(REPORT(i)); AUDIO = [AUDIO; Numeros{n+1}]; end

VI. CONCLUSIONES 

AUDIO = [AUDIO; Unidades{1}]; for i=5:T-2 n = str2num(REPORT(i)); AUDIO = [AUDIO; Numeros{n+1}]; end

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AUDIO = [AUDIO; Unidades{2}; P];

En la anterior instrucción se tiene en primera instancia la base de datos necesaria para la lectura rápida de este bloque de información, como se había identificado anteriormente, entonces para la lectura de este bloque se necesitarán ciertos números, unidades, alocuciones y conjunciones. Posteriormente se pone una pausa para que la lectura sea entendible y luego se procede a leer número a número los datos de los grados y velocidad del viento, la primera instrucción “for” identifica los grados del viento, comienza en el primer dígito del bloque ya que los valores numéricos empiezan en ese dígito y termina en el tercer dígito ya que los grados del viento solo pueden tener hasta tres dígitos. Por otro lado la segunda instrucción “for” identifica la velocidad del viento, comienza en el quinto dígito, porque el cuarto dígito es la unidad de los grados del viento y no se debe tomar en cuenta para la lectura ya que no es un valor numérico y termina en el dígito “T-2” debido a que los últimos dos dígitos del bloque representan unidades y no valores numéricos. Se realizó una programación para cada uno de los bloques de información los cuales son 13. Por último se procedió a probar el programa para observar su correcto funcionamiento, y se obtuvo lo siguiente:

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La identificación de las falencias de la transmisión oral del METAR permitió conocer que además de tener una demora en la transmisión también existe una supresión de la información meteorológica del reporte. La estimación de la situación actual de los controladores aéreos con respecto a la transmisión oral del reporte METAR permitió cuantificar las variables de estudio del proyecto, como ser el tiempo de transmisión del reporte, el número de repeticiones por aeronave del mismo, el tiempo de actualización del reporte y el tiempo de espera de una aeronave para recibir el METAR. El reconocimiento de los elementos disponibles en el Aeropuerto de El Alto que se utilizaron para el desarrollo del prototipo permitió que el sistema ATIS desarrollado fuera capaz de adecuarse a los recursos disponibles en el aeródromo sin la necesidad de un equipamiento externo. El diseño del prototipo del sistema ATIS permitió identificar la información a transmitir por el sistema, las técnicas radiotelefónicas a utilizarse para ello, la sincronización del sistema con un servidor de tiempo y la identificación del funcionamiento detallado del sistema ATIS. La elaboración del programa permitió identificar que el tipo de síntesis de voz a utilizarse para el sistema era la síntesis concatenativa, debido a que el resultado genera una voz más natural y una base de datos poco extensa, por otro lado se pudo identificar que se debía optimizar la base de datos para reducir el tiempo necesario para la reproducción del reporte METAR. El diseño de la transmisión de los datos sintetizados por medio del VOR (VHF Omnidirectional Range) permitió identificar que a falta de una frecuencia VHF discreta disponible en el aeródromo dicha radioayuda cubre los requerimientos de frecuencia de trabajo y área de cobertura necesarios para el sistema ATIS. El desarrollo e implementación del sistema ATIS permitió reducir el tiempo invertido en dictar el METAR, actualizar los datos meteorológicos al registrarse un cambio en el aeropuerto, descongestionar las frecuencias de comunicación entre pilotos y controladores y mejorar las operaciones en el aeródromo.

REFERENCIAS [1] Figura 3: Prueba del programa ATIS [2]

Se probó el programa elaborado y funcionó de manera correcta, para la síntesis de cada bloque de información del reporte meteorológico, además como se puede observar en la anterior figura del ejemplo probado en MATLAB, el programa fue capaz de dividir la información en bloques y además identificó la cantidad de dígitos que tenía cada bloque.

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