Hybridizing direct and indirect optimal control approaches for aircraft conflict avoidance

Aircraft conflict avoidance is a crucial issue arising in air traffic management. The problem is to keep a given separation distance for aircraft along their trajectories. We focus on an optimal control model based on speed regulation to achieve aircraft separation. We propose a solution strategy based on the decomposition of the problem and on the hybridization of a direct and an indirect method applied on the obtained subproblems. Numerical results show that the proposed approach is promising in terms of reduction of computing time for conflict avoidance

A decomposition-based optimal control approach for aircraft conflict avoidance performed by velocity regulation

International audienceOne of the decisive tasks within the air traffic management is the resolution of aircraft conflict avoidance problems. To avoid conflict, aircraft have to preserve a minimal safety distance between them. In this paper, we present optimal control models and approaches based on speed regulation to perform aircraft conflict avoidance. We consider some aircraft configurations with separable trajectories, i.e., such that trajectories of aircraft pairs exhibit conflict zones which are each other separated in terms of time and/or space. We propose a decomposition of the problem in such a way to solve independently subproblems of the original one

Phase II study of preoperative radiation plus concurrent daily tegafur-uracil (UFT) with leucovorin for locally advanced rectal cancer

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Considerable variation in intravenous 5-fluorouracil (5-FU) metabolism can occur due to the wide range of dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) enzyme activity, which can affect both tolerability and efficacy. The oral fluoropyrimidine tegafur-uracil (UFT) is an effective, well-tolerated and convenient alternative to intravenous 5-FU. We undertook this study in patients with locally advanced rectal cancer to evaluate the efficacy and tolerability of UFT with leucovorin (LV) and preoperative radiotherapy and to evaluate the utility and limitations of multicenter staging using pre- and post-chemoradiotherapy ultrasound. We also performed a validated pretherapy assessment of DPD activity and assessed its potential influence on the tolerability of UFT treatment.</p> <p>Methods</p> <p>This phase II study assessed preoperative UFT with LV and radiotherapy in 85 patients with locally advanced T3 rectal cancer. Patients with potentially resectable tumors received UFT (300 mg/m/²/day), LV (75 mg/day), and pelvic radiotherapy (1.8 Gy/day, 45 Gy total) 5 days/week for 5 weeks then surgery 4-6 weeks later. The primary endpoints included tumor downstaging and the pathologic complete response (pCR) rate.</p> <p>Results</p> <p>Most adverse events were mild to moderate in nature. Preoperative grade 3/4 adverse events included diarrhea (n = 18, 21%) and nausea/vomiting (n = 5, 6%). Two patients heterozygous for dihydropyrimidine dehydrogenase gene (<it>DPYD</it>) experienced early grade 4 neutropenia (variant IVS14+1G > A) and diarrhea (variant 2846A > T). Pretreatment ultrasound TNM staging was compared with postchemoradiotherapy pathology TN staging and a significant shift towards earlier TNM stages was observed (p < 0.001). The overall downstaging rate was 42% for primary tumors and 44% for lymph nodes. The pCR rate was 8%. The sensitivity and specificity of ultrasound for staging was poor. Anal sphincter function was preserved in 55 patients (65%). Overall and recurrence-free survival at 3 years was 86.1% and 66.7%, respectively. Adjuvant chemotherapy was administered to 36 node-positive patients (mean duration 118 days).</p> <p>Conclusion</p> <p>Preoperative chemoradiotherapy using UFT with LV plus radiotherapy was well tolerated and effective and represents a convenient alternative to 5-FU-based chemoradiotherapy for the treatment of resectable rectal cancer. Pretreatment detection of DPD deficiency should be performed to avoid severe adverse events.</p

Évitement de conflits aériens par une régulation subliminale en vitesse : modélisation & résolution via le contrôle optimal

The purpose of this doctoral thesis is to study models and solution techniques based on optimal control approaches to address air traffic management problems. Motivated by the growth of air traffic volume, and by the advances in optimal control theory, this research works focus on analysing aircraft conflict avoidance problem. This study allows development of new approaches and algorithms to help air traffic controllers. In the framework of air traffic management, to ensure the minimum safety distances between aircraft, in tactical phases and en-route flight configurations, this thesis focusses on a subliminal velocity regulation strategy to perform the separation, while preserving the aircraft predefined trajectories. A numerical optimal control solution approach as the direct shooting method, wherein involves a total or partial discretization of the problem, transforms the initial problem into a large scale nonlinear programming problem. This kind of methods could generate large-size optimization problems which are numerically difficult to solve. Depending on the number of variables which involved, this approaches could be too expensive in terms of computation time. Moreover, the state-variables constraints of the problem lead to numerical difficulties, e.g., considering the indirect numerical shooting method. Tailored on aircraft conflict avoidance problems, a detection and a determination of a priori conflict zones allow the decomposition of the optimal control problem into sub-problems, easier to solve than the original one. Solving the off -zone sub-problems can be addressed using the Pontryagin maximum principle, which allows in this case directly the solution. A combination of direct numerical shooting method and application of conditions of Pontryagin’s maximum principle is proposed, and numerical experiments validate this approach.À travers une approche de contrôle optimal, cette thèse de doctorat propose une étude des modèles et des techniques de résolution dans un domaine d'application propre à la gestion du trafic aérien. Motivés par la croissance des flux aériens d'une part, et les développements en théorie du contrôle optimal d'autre part, ces travaux portent sur l'analyse du problème d'évitement de conflits aériens. Cette étude permet le développement de nouvelles approches et algorithmes en vue d'aider les contrôleurs aériens dans leur tâche. Ainsi, dans le cadre du trafic aérien, afin de préserver des distances minimales de sécurité entre avions, lors de phases tactiques et de configurations des vols en-route, notre recherche se focalise sur une stratégie de régulation subliminale en vitesse (variations très réduites), pour assurer la séparation entre avions, tout en conservant leur trajectoire prédéfinie. D'une part, une méthode de résolution numérique en contrôle optimal telle que la méthode directe de tir, impliquant une discrétisation totale ou partielle du problème, transforme le problème initial en un problème en programmation non linéaire de grande taille. Ce type de méthodes peut générer des problèmes d'optimisation de grande taille numériquement di_ciles à résoudre. Suivant le nombre de variables du problème, elles peuvent s'avérer trop coûteuse en termes de temps de calculs. D'autre part, les contraintes sur les variables d'états du problème posent des di_cultés de résolution, par exemple, pour l'usage d'une méthode numérique indirecte de tir. Développant les informations caractéristiques des conflits aériens, une détection et une détermination a priori des zones de conflits permettent alors la décomposition du problème présenté de contrôle optimal en sous-problèmes plus aisés à résoudre. La résolution des sous-problèmes hors-zones peut être abordée en utilisant les conditions du principe du maximum de Pontryagin, ce qui en permet une résolution e_cace. Une combinaison de méthodes numériques directes de tir et d'application des conditions du principe du maximum de Pontryagin est proposée, et des implémentations numériques valident ce type d'approche

Optimal control approaches for aircraft conflict avoidance using speed regulation : a numerical study

International audienceIn this paper a numerical study is provided to solve the aircraft conflict avoidance problem through velocity regulation maneuvers. Starting from optimal controlbased model and approaches in which aircraft accelerations are the controls, and by applying the direct shooting technique, we propose to study two different largescale nonlinear optimization problems. In order to compare different possibilities of implementation, two environments (AMPL and MATLAB) and deterministic local optimization solvers are used. Numerical results are discussed. They show that the considered problem is really difficult to solve to global optimality, as different local minima are found using different methods

Combining direct and indirect methods to solve aircraft conflict avoidance problems

International audienceAircraft conflict avoidances can be formulated as optimal control problems (the control are the accelerations of the aircraft). Some particular formulations yield convex optimal control problems under some concave inequality constraints including state variables (this is the main difficulty on the resolution of these types of problems). We propose here an original approach combining direct and indirect methods to solve this optimal control problem. This approach is based on the decomposition into zones where the concave inequality constraints could be active and moreover these constraints are proved to be inactive outside. Thus, the problem is then solved by using a direct shooting method inside the zone and, outiside the zone, a solution is analytically provided by directly applying the Pontyagin Maximum Principle. Numerical experiments validated the great efficiency of this approach

Résolution de conflit aérien par contrôle optimal basé sur la régulation en vitesse

National audienceDans le contexte du trafic aérien, pour éviter le risque de collision, des distances de séparation doivent être respectées. On dit que deux avions sont en conflit si les distances qui les séparent sont inférieures à 5 NM horizontalement ou à 1000 ft 1 verticalement. Motivées par des raisons de sécurité et d?efficacité pour des trafics en constante augmentation, diverses méthodes de détection et de résolution de conflit ont été proposées [1]. Plusieurs modèles de contrôle optimal sont apparus dans ce domaine [2, 3] ; et ces derniers, basés sur des changements de cap, placent la trajectoire comme commande sur le système. Nous proposons une approche contrôle optimal conservant les trajectoires prédéfinies et se focalisant sur les variations en vitesse

Réseau de Contrôle de Surveillance. DCE 2019 Suivi des développements d’algues vertes dans les masses d’eau littorales de l’Ile d’Oléron

Les littoraux des îles de Ré et d’Oléron sont concernés depuis quelques années par des échouages d’algues vertes plus ou moins importants. La façade nord de l’île de Ré est suivie par le CEVA depuis 2007 pour les blooms macroalgaux dans le cadre du RCS. La Communauté de Communes de l’Île d’Oléron, avec le soutien financier de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, a demandé en 2010 que soit réalisée une première expertise de la réalité de ces phénomènes sur son littoral ainsi qu’une validation de leurs liens possibles avec l’eutrophisation côtière. C’est en 2010 également qu’a eu lieu la digitalisation des aires de référence d’habitat des blooms macroalgaux pour les 3 masses d’eau entourant l’île d’Oléron (FRFC01, FRFC02 et FRFC03). Cette opération était indispensable au calcul des métriques surfaciques relatif à l’évaluation de la qualité écologique des masses d’eau pour la Directive Cadre sur l’Eau (DCE). - En 2011, l’Ifremer a commandé au CEVA une extension du RCS déjà mis en place en Loire-Bretagne, aux trois masses d’eau d’Adour-Garonne qui sont rattachées au littoral de l’île d’Oléron. Cette action a été poursuivie en 2012, selon les mêmes conditions. - En 2013, pour des motifs de réorganisations internes au sein de l’Ifremer, le portage du RCS a été confié à la Communauté de Communes de l’Île d’Oléron avec le soutien financier de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne. - Depuis 2014, l’Ifremer est à nouveau porteur du projet avec le soutien financier de l’Agence de l’Eau Adour-Garonne. - Comme dans le cas des suivis déjà réalisés en Seine-Normandie et Loire-Bretagne, ce suivi prend en compte : o trois survols du linéaire côtier, suivis de contrôles de terrain et d’estimations des surfaces couvertes par les ulves dans la perspective de calcul des métriques surfaciques permettant de qualifier l’état écologique des masses d’eau. Ces vols étant dans le prolongement de ceux effectués pour le Sud-Loire, les heures de passage sur le littoral de l’Ile d’Oléron se situent une à deux heures après la basse mer. Cela ne pose pas de problème dans la mesure où, dans ce secteur, les surfaces d’échouages sont généralement limitées au haut de plage. o une enquête auprès des communes littorales sur les échouages et ramassages entrepris sur leur littoral