Avions autonomes : de l anticollision au contrôle embarqué

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Pascale Goudreau
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1 Direction Générale de l Aviation Civile d Etudes de Avions autonomes : de l anticollision au contrôle embarqué Séminaire : répartition de l intelligence entre l homme, le véhicule et l infrastructure CNAM - Paris - 11 décembre 2003 Nicolas Durand Laboratoire d Optimisation Globale d Etudes de

2 Introduction Du Vol à vue au contrôle actuel De nouveaux moyens de navigation et de communication peu exploités Vers plus d autonomie : projets de recherche Méthodes réactives (forces répulsives - réseaux de neurones) FREER (Eurocontrol) FACES (Free-flight Autonomous Coordinated En-route Solver) Défis à résoudre La coordination d actions La prévision de trajectoire Gérer les transitions Page 2

3 Du Vol à Vue au Contrôle actuel Vol à Vue : autonomie totale / Voir et éviter Règles de vol à vue (deux avions seulement) Espaces de faible densité, vitesses faibles Contrôle actuel Système de filtres Complètement centralisé Le Pilote ne gère que sa trajectoire (pas de connaissance de l environnement) à l exception de l anticollision TCAS (20 à 48 secondes avant le MDP) Page 3

4 Organisation du contrôle actuel Organisation à long terme (> 6 mois) Pré-régulation (J-2 / J-1) CFMU Régulation en temps réel (Jour J) Flux non conformes aux prévisions / Météo Contrôle tactique (15 minutes) Surveillance, Coordination, Résolution de conflits Evitement d urgence Filet de sauvegarde TCAS (Anti-collision) Page 4

5 TCAS Traffic Alert & Collision Avoidance System Début : années 80 Utiliser les émissions du transpondeur pour prévenir l avion des dangers potentiels Principe d Interrogation - Réponse Information relative Deux niveaux d aide TCAS I (Traffic Advisory) TCAS II (Vertical Resolution Advisory) Deux principales limites Fausses alarmes (progrès avec la version 7) Interférence avec le contrôle centralisé Page 5

6 De nouveaux modes de navigation et de communication La révolution du GPS Tous les avions sont équipés Limites (certification) : Pas de procédure au GPS certifiées actuellement (procédures prévues sans doute avec Galiléo+centrales à inerties) L ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) Diffusion «en l air» des positions et intentions Trois technologies concurrentes Pas d application opérationnelle pour l instant Le Data-Link Transmission de données air - sol Pas encore utilisé par le contrôle aérien (mais la technologie est disponible) Page 6

7 Le concept Free-Flight : vers plus d autonomie Concept apparu dans les années 90 sous la pression des compagnies aériennes Europe : déporter la tâche de contrôle à bord pour limiter la charge du contrôleur : Concept ASAS (Airborne Separation Assurance System) ASAS basique ASAS coopératif ASAS autonome USA : permettre aux avions de choisir leurs routes en laissant la charge de contrôle au sol Page 7

8 Projets de recherche : avions autonomes Méthodes réactives : forces glissantes (ONERA) manœuvres simultanées et commandes continues Page 8

9 Projets de recherche : avions autonomes Méthodes neuronales (CENA/ LOG) Page 9

10 Projets de recherche : avions autonomes Projet FREER (Eurocontrol) Perception des avions «intrus» (ADS-B) Ordonnancement des avions (Règles de l air étendues) Aide à la résolution (Interface pour le pilote : HIPS) Page 10

11 Projets de recherche : avions autonomes Problèmes de tous ces projets Forces glissantes: aucune garantie pour plus de 2 avions Réseaux neuronaux : idem Free-R : idem (non consistance des règles pour n>2) Le Projet FACES (LOG /CENA) Information partielle : perception des intrus Coordination d action via allocation de jetons Nécessité d ordonner les avions Résolution via un algorithme de type A* Page 11

12 Projet FACES : Ordonnancement des avions Définir un ordre de priorité entre les avions en conflit Définir un rayon de détection (zone de protection) Page 12

13 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Chaque avion donne un jeton à tous les avions dans son rayon de détection moins prioritaire que lui. Chaque avion sans jeton choisit sa trajectoire en évitant les avions sans jeton dans son rayon de détection. Il récupère ensuite les jetons donnés Page 13

14 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 14

15 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 15

16 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 16

17 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 17

18 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 18

19 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 19

20 Projet FACES : Principe d allocation de jetons Page 20

21 Projet FACES : Déroulement en temps réel Page 21

22 Résultats de simulation Journée de trafic chargée (espace aérien français) Vols au-dessus du FL vols Détection toutes les minutes (prévision 5mn) 1300 conflits détectés Tous les conflits résolus MAIS MISE EN ŒUVRE OPERATIONNELLE DIFFICILE Page 22

23 Difficultés de mise en œuvre Evaluation des performances Limites de densités pour les espaces Free-Flight Sécurité / Certification Tenir compte des incertitudes Gérer les transitions Flottes, rôle des opérateurs humains, infrastructures Transitions d espaces (Espaces contrôlés, autonomes) Page 23

24 Difficultés liées à la Gestion du Trafic Aérien Problèmes combinatoires Ex : coordination d actions Quel est le bon ordonnancement? Approche centralisée ou Approche autonome La prévision de trajectoire et la gestion des incertitudes Des solutions pour demain? Avions autonomes: délégation partielle Trajectoires 4D: ségrégation d espace ASAS (package one) reconnu par l OACI Mais rien n est sûr... Page 24

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