[en] Nowadays, due to the continuously growing demand of the air transportation in Europe, which facilitates fast and safe displacements, a high density of air traffic across the European airspace can be observed. Some sectors of the current European airspace can be notably congested in certain periods, and can be even fully saturated during most confluent peak hours. Some forecasts conducted by the European Union have predicted that the air traffic operations will be in the next decade the double of the current observed traffic volume, therefore the European Union has started a project (i.e., the SESAR project) to modernize the technology and procedures currently used by the air traffic management in order to increase the current airspace capacity. As a technological contribution, this research project introduces a Strategic De-confliction algorithm developed under the EUROCONTROL's STREAM project and launched under the umbrella of the Single European Sky ATM Research (SESAR) Programme. The underlying fundamental concept is to make use of the enriched information included in the flights prior to take-off and/or while the flights are airborne in order to allocate conflict-free routes/trajectories in a traffic-planning phase that, in the absence of flight and/or network uncertainties, should lead to an actual conflict-free scenario during the flight execution phase. The main modules of the implemented system are presented in this dissertation, i.e., the conflict detection and the conflict resolution modules. The conflict detection (CD) module makes use of Spatial Data Structures as the vehicular technology to create an ATM micro-scale model framework in which it is possible to store and manage the precise micro-scale description of a large amount 4D trajectories in the ATM system (i.e., thousands of trajectories), thus potentially enabling a centralized and complete view of the current state-space of the system and its evolution along the time. This is a key contribution of this research since such micro-scale model framework provides with a global discrete event representation of the dynamic system, which is necessary for a better understanding of the complexities and emerging dynamics that cannot be understood without a global (4D/nD) perspective of the ATM system. The conflict resolution (CR) module is able to explore the potential domino effects generated by the local trajectory amendments during the flight routing allocation process of the entire traffic and, at the end of the process, different conflict-free Pareto-efficient network scenarios can be identified. Various performance indicators can be taken into account in the multi-criteria optimization process, thus offering to the network manager a flexible tool for fostering a collaborative planning process. The implementation of the system has been conducted in C++ with an Object Oriented approach, and several simulations using realistic scenarios (both with and without uncertainties) have been performed and analysed to verify the correct functioning of the concepts. Simulation results have shown that this strategic CD&R tool is excellent from the computational-efficiency point of view and that it is able to identify and manage the emergent dynamics of the system.

[es] Actualmente, debido a la creciente demanda del transporte aéreo, que facilita desplazamientos seguros y rápidos, puede observarse una gran densidad de tráfico. Algunos de los sectores del actual espacio aéreo europeo pueden congestionarse en ciertos períodos, llegando incluso a su completa saturación en las horas punta de mayor confluencia. Algunas predicciones elaboradas por la Unión Europea han pronosticado un aumento del número de operaciones de tráfico aéreo para la próxima década de al menos el doble con respecto a los niveles de tráfico actuales. Por ello, la Unión Europea inició un proyecto (el proyecto SESAR) para modernizar la tecnología y los procedimientos que se usan actualmente en la gestión del tráfico aéreo (ATM, de sus siglas en inglés) con el motivo de incrementar la capacidad del espacio aéreo. Como contribución tecnológica, este proyecto de investigación introduce algoritmos de resolución estratégica de conflictos (en inglés "Strategic De-confliction") que han sido desarrollados bajo el proyecto STREAM de EUROCONTROL y lanzados bajo el paraguas del programa Single European Sky ATM Research (SESAR). El concepto fundamental es la utilización de la información de calidad presente justo antes del despegue y/o durante el vuelo con el fin de asignar rutas/trayectorias libres de conflicto en la fase de planificación de tráfico, lo que en ausencia de incertidumbres de red y/o de vuelo debe dar lugar de forma efectiva a un escenario libre de conflictos durante la fase de ejecución. En esta disertación se presentan los principales módulos del sistema implementado, esto es, los módulos de detección y de resolución de conflictos. El módulo de Detección de Conflictos (CD) hace uso de Estructuras de Datos Espaciales (SDS, de sus siglas en inglés) como tecnología vehicular para crear un entorno micro-escala del ATM en el cual es posible almacenar y gestionar la descripción precisa de gran cantidad de trayectorias (miles de trayectorias), por lo que potencialmente se puede habilitar una vista completa y centralizada del espacio de estados del sistema en cada momento así como su evolución a lo largo del tiempo. Ésta es una contribución clave de la investigación puesto que un modelo micro-escala permite tener una representación global en eventos discretos del sistema dinámico, cuya utilidad es crucial para obtener un mejor entendimiento sobre las complejidades y dinámicas emergentes del sistema que sin una perspectiva (4D/nD) del sistema ATM no se podrían comprender. El módulo de Resolución de Conflictos (CR) puede explorar los efectos dominó que pueden surgir por la modificación local de trayectorias durante el proceso de asignación de rutas. Al final del proceso, se identifican varios escenarios libres de conflicto y Paretto-eficientes. Diversos indicadores de rendimiento pueden considerarse en un proceso de optimización multi-criterio, obteniendo así una herramienta flexible para una planificación de vuelos colaborativa. La implementación se ha realizado en C++ y Orientado a Objetos. Diversas simulaciones con tráfico realista (con y sin incertidumbre) se han analizado para verificar el correcto funcionamiento de los conceptos. Los resultados de simulación han mostrado que la herramienta presentada de Strategic De-confliction es excelente desde el punto de vista computacional y que es capaz de identificar y gestionar las dinámicas emergentes del sistema.