Optimisation du trafic aérien en tenant compte des conditions météorologiques

National audienceDans le cadre des systèmes de gestion du trafic aérien du futur, nous nous intéressons ici au concept "Free Flight" dans lequel les avions ne sont plus astreints à suivre des trajectoires définies par des routes aériennes et pourraient ainsi rechercher des trajectoires optimisées relativement à un critère de coût. Dans les travaux présentés ici, le choix s'est porté sur la minimisation du temps de vol en exploitant les conditions météorologiques, tout en minimisant la congestion engendrée par l'ensemble des vols.La méthodologie mise en œuvre se déroule en deux étapes. La première consiste à calculer la trajectoire optimale en temps de vol de manière indépendante pour chaque avion. Cette planification est effectuée à l'aide d'un algorithme basé sur la méthode Ordered Upwind. A partir de ces trajectoires, nous calculons une métrique de congestion simple pour nous permettre d'évaluer la complexité du trafic. La métrique choisie ici correspond au nombre d'avions présents dans un voisinage défini à un temps donné.La deuxième étape a pour but de modifier les trajectoires initiales afin de minimiser la congestion globale du trafic. Pour cela, un algorithme de Recuit Simulé est appliqué de la façon suivante. A chaque itération, une trajectoire est tirée aléatoirement. Elle est recalculée, à l'aide de l'algorithme de la première étape, en pénalisant les zones congestionnées pour obtenir la trajectoire optimisée pour le critère pénalisé. Nous réévaluons ensuite la complexité du trafic avec cette nouvelle trajectoire.L'adaptation de l'algorithme Ordered Upwind sur la sphère, nous a permis de travailler avec des données réelles de vent et de trafic sur un espace aérien à l'échelle européenne

Wind-Optimal Path Planning: Application to Aircraft Trajectories

International audienceIn this paper, an algorithm to plan a continuous wind-optimal path is proposed, and simulations are made for aircraft trajectories. We consider a mobile which can move in a two dimensional space. The mobile is controlled only by the heading direction, the speed of the mobile is assumed to be constant. The objective is to plan the optimal path avoiding obstacles and taking into account wind currents. The algorithm is based on Ordered Upwind Method which gives an optimality proof for the solution. The algorithm is then extended to spherical coordinates in order to be able to handle long paths

Système multi-agents pour la structuration du trafic aérien

National audienceLe trafic aérien est actuellement régulé par les contrôleurs, qui en assurent la fluidité. Dans le contexte actuel de croissance constante du trafic aérien, il est prévu que ces capacités de régulation arrivent à saturation. Certains travaux de recherche actuels dans ce domaine visent à réduire la charge de travail des contrôleurs aériens en automatisant certaines tâches de décisions.La plupart des méthodes développées pour automatiser la gestion du trafic sont centralisées, et cherchent à optimiser le trafic dans son ensemble. Or, celles-ci s'adaptent difficilement à des évènements imprévus. L'approche décentralisée offre plusieurs avantages, dont une meilleure résilience aux perturbations, ainsi que la répartition des calculs et des décisions entre les entités composant le système. Nous avons utilisé cette dernière approche et nous avons développé un système multi-agents pour réguler le trafic aérien.La première phase des travaux a porté sur le maintien des normes de séparation entre aéronefs par l'application de faibles changements de vitesse par les avions. La deuxième phase a été consacrée à l'élaboration d'une méthode permettant d'adapter le réseau de routes aériennes en fonction de la complexité du trafic

Planification coopérative de trajectoires d’avions

National audienceLe trafic aérien est actuellement régulé par les contrôleurs, qui en assurent la fluidité. Dans le contexte actuel de croissance constante du trafic aérien, il est prévu que ces capacités de régulation arrivent à saturation. Certains travaux de recherche actuels dans ce domaine visent à réduire la charge de travail des contrôleurs aériens en automatisant certaines tâches de décisions. Grâce à l’ADS 1, les avions peuvent communiquer la trajectoire qu’ils prévoient d’emprunter (et ses éventuelles modifications) durant toute la durée du vol. En recevant ces informations, émises par leurs voisins, ils connaissent l’état local du trafic. L’ADS ouvre donc la porte au développement de méthodes permettant aux avions d’adapter leurs trajectoires pour respecter les distances de sécurité, tâche jusque-là dévolue aux seuls contrôleurs aériens.La plupart des méthodes développées pour automatiser la gestion du trafic sont centralisées, et cherchent à optimiser le trafic dans son ensemble. Or, celles-ci s’adaptent difficilement à des évènements imprévus (résilience aux perturbations). L’approche décentralisée offre plusieurs avantages, notamment la répartition des calculs et des décisions entre les entités composant le système, et une meilleure résilience. Nous avons utilisé cette dernière approche en développant un système multi-agents pour réguler le trafic aérien

Multi‐agent Systems for Air Traffic Conflicts Resolution by Local Speed Regulation

Best Paper Award for Automation trackInternational audienceAir Traffic Flow Management (ATFM) aims at structuring traffic in order to reduce congestion in airspace. Congestion being linked to aircraft located at the same position at the same time, ATFM organizes traffic in the spatial dimension (e.g. route network) and/or in the time dimension (sequencing and merging in TMA, Miles-in-Trail for en-route airspace).The objective of this paper is to develop a methodology that allows the traffic to self-organize in the time dimension when demand is high. This structure disappears when the demand diminishes.In order to reach this goal, a multi-agent system has been developed. This algorithm regulates aircraft speed in order to reduce the number of conflicts, thus decreases overall traffic complexity, which becomes easier to manage by air traffic controllers. This algorithm was applied on realistic examples

Automatic Conflict Solving using Biharmonic Navigation Functions

International audience; Automatic conflict solving is an old standing problem within the field of ATM. Proposed algorithms fall into two categories : - Deterministic ones that have a provable property of collision avoidance. For all known algorithms, trajectories produced are generally not flyable because no bounds on speed and curvature can be imposed. - Stochastic methods that select an optimal sequence of manoeuvres. By design, trajectories are flyable, but no guarantee can be given on the fact that a collision-free planning can be found in finite time. It is highly desirable for a wide social acceptance of automated trajectory planning, even at a strategical level, that the algorithms in use have by-design the collision avoidance property and, at the same time, a mean of keeping the speed within a given interval. Navigation functions are common in the field of robotics but do not have the last property. We present a new approach based on biharmonic functions yielding a navigation field with constant speed. Such functions have been considered previously, but proof of collision avoidance is lacking: we address this problem in this work as summarized below. Navigation functions produce a speed field by taking the gradient of a potential function: if the obstacles to be avoided are at a higher potential than inner points of the domain (including destination), collision avoidance is guaranteed. If the potential has the Morse property (no critical point is degenerated) then there exists a descent direction at every point of the admissible domain, making the destination reachable. In the framework of biharmonic functions, a tensor field is produced instead of a vector one ; the Morse property is no longer relevant. We show here that all benefits of navigation functions can be recovered through the use of the bienergy density, with the ability to get constant speed fields. Document type: Conference objec

Generating optimal aircraft trajectories with respect to weather conditions

International audienceTwo major projects have been initiated to improve air traffic management by enabling 4D trajectory planning, whereby the aircraft plan their trajectory both in position and in time. In this paper, we are interested in a Free Flight variant of the concept, whereby airspace users are allowed maximum freedom when selecting routes: aircraft are no longer restricted to fly along airways; rather, they are allowed to fly along optimal routes, from origin to destination, following optimal altitudes, using favourable winds and avoiding hazards. Such optimal routes are good for the environment, for the airlines, and for passengers. The goal of our research is to generate trajectories which minimize congestion and travel time of each aircraft in a way that is fair and efficient. We first optimize the route of a single aircraft relying on an algorithm called Ordered Upwind. And then, with a multi-agent system, we modify trajectories in order to minimize the congestion and to stay as close as possible to the optimal trajectories

Génération automatique de trajectoires aériennes sans conflit à l'aide de fonctions biharmoniques

National audienceLe projet SESAR a été mis en place afin de renouveler et d''uniformiser les systèmes de contrôle aérien sur toute l'Europe. Le système actuel de sectorisation de l'espace aérien ayant atteint ses limites, de nouvelles techniques de planification de trajectoires et d'aide à la décision doivent être mises en place afin d'aider les contrôleurs dans leur travail. Une des pistes envisagées consiste à contraindre un avion en position et en temps, ce qui permettrait de garantir l'évitement de conflit ainsi que l'heure d'arrivée de l'avion, réduisant ainsi de manière significative le nombre d'interventions nécessaires de la part des contrôleurs et permettant l'augmentation du trafic

Etude de la réflexivité et extension réflexive du langage d'acteur PLASMA II : PLASMA II/R

Proposition d’une définition précise de la réflexivité, état de l’art des architectures réflexives existantes. Introduction de la réflexivité dans Plasma II et application de celle-ci dans un problème d’auto-surveillance d’une communauté d’acteurs et d’optimisation dynamique de ces derniers

Formalisation des raisonnements des contrôleurs aériens dans la résolution de conflits

International audienceLe contrôle du trafic aérien d’un pays gère tous les avions qui volent dans son espace aérien. Il décide de la géométrie des secteurs de contrôle, gère les flux entre les aéroports et les balises, assure la sécurité´ en maintenant la séparation entre les avions, du décollage jusqu’a` l’atterrissage. Il intervient donc a` plusieurs niveaux différents. La continuelle augmentation du trafic aérien constatée et prévue rend indispensable l’étude d’amélioration, de modernisation et de redéfinition du système de contrôle actuel. Dans le cadre de l’automatisation partielle, ou` l’on prévoit de maintenir l’opérateur humain, nous proposons un système de maintien de séparation construit sur les connaissances des contrôleurs aériens. Il permettra de construire des aides au traitement de l’information, suffisamment proches de ses comportements pour être acceptés par le contrôleur, acceptabilité ´ indispensable dans un tel système de connaissances couple´ avec l’opérateur humai