List of Events

Seminar
Conferences
Thesis
Others
Year 2017

Seminar

28/03/2017 11:00

Silvère Bonnabel : invariant Kalman filtering

ENAC salle Z35

For linear systems, the well-known Kalman filter has a well-characterized behaviour that is independent of the underlying system?s trajectory in the following sense: the covariance matrix of the estimate, and the Kalman gain, are identical for all trajectories. On the other hand, for non-linear systems, due to linearizations around the estimated trajectory, the extended Kalman filter (EKF) covariance matrix, gain, and more generally behaviour, do depend on the system?s trajectory, leading to possible divergence.

For non-linear systems possessing symmetries, the invariant extended Kalman filter (IEKF) is an emerging methodology aimed at modifying the conventional EKF so as to account for those symmetries. The resulting filter?s behaviour is less (and sometimes not) dependent on the system?s trajectory, leading to improved stability and robustness properties.

In this talk, we will focus on aerospace and mobile robotics applications where the con?guration space is a Lie group. The IEKF design will be detailed, and  stability properties will be presented. The results will be demonstrated experimentally on an high cost inertial navigation problem, and also on the problem of simultaneous localization and mapping (SLAM) of robotics.

 
Year 2016

Seminar

28/11/2016 14:00

Jean-Philippe Condomines : Signature Invariante & equivalences : Théorie et applications pour l’aviation civile

ENAC Amphi Breguet

Titre : Signature Invariante & equivalences : Théorie et applications pour l'aviation civile.

Domaine concerné :
 LII,Imagerie/Vision (reconstruction et reconnaissance d'objet), mathématique.

===========================================================

De nombreux travaux de recherche sur l'utilisation des équivalences et symétrie ont été menés durant ces deux dernières années notamment par [Olver, P.J., Equivalence, Invariants, and Symmetry, Cambridge,1995] dont les résultats ont permis d'élaborer une méthode constructive utilisant conjointement la géométrie différentielle et la théorie des groupes pour élaborer un algorithme permettant la reconstruction et la reconnaissance d'objet.

La particularité de cette méthode est d'utiliser un outil appelé signature qui permet d'analyser les propriétés de symétrie et d'équivalence des courbes ou surfaces.

 

Je vous propose dans ce séminaire de passer en revue la théorie développée par J.Olver pour arriver à caractériser numériquement des équivalences et symétries dans des courbes et surfaces. Puis au travers de différents exemples, de discuter des possibles applications de cette technique dans l'aviation civile et l'utilisation de celle-ci pour la reconstruction d'objet d'éventuelles armes dans les bagages lors des scans sur les postes de sécurité des aéroports.

==========================================================

Seminar

16/06/2016 12:15

Romaric Breil : Multi-agent Systems for Air Traffic Conflicts Resolution by Local Speed Regulation

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Seminar

26/05/2016 12:30

Vincent Courjault-Radé : Analyse statistique de trajectoires avion avec application à la sécurité des vols

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Seminar

18/03/2016 12:00

Ramón Andreu Altava : Master thesis defense preparation

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Bangkok Terminal Manoeuvring Area capacity is highly limited nowadays. Today?s procedures rely on the use of open loop vectors (heading instructions) for sequencing and merging arrival flows, which is considered as poorly efficient. This presentations introduces a novel STAR procedure to feed both airports at Bangkok TMA. For the case study two different topologies are proposed: classical routing with crossings and Point Merge System. The objective is to seek for the maximum capacity by considering conflict-free trajectories. The mathematical method is based on a sliding window approach, where the optimization problem is divided into several sub-problems that are solved separately through Simulated Annealing. Analysis showed that performance is dependent upon the parameters of the problem. Besides, comparison of both networks highlights efficiency in terms of maximum capacity, conflict-free trajectories and computational times. Finally, potential benefits of both topologies  and future work will be discussed in order to represent more realistic scenarios.

Seminar

17/03/2016 12:00

Florian Mitjana

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Other

18/02/2016 14:30

HDR David Gianazza

Auditorium J. Herbrand de l'IRIT, sur le campus de l'UT3 Paul Sabatier

Composition du jury :

- Eric FERON - Professor in The School of Aerospace Engineering at Georgia Tech, rapporteur
- Marc SCHOENAUER - Directeur de recherche à l'INRIA Saclay, rapporteur
- Joseph NOAILLES - Professeur émérite à l'INP Toulouse, rapporteur
- Michèle SEBAG - Directrice de recherche CNRS au LRI, Université Paris Sud, examinateur
- Patrick AMESTOY - Professeur INPT-ENSEEIHT-IRIT, examinateur
- Jean-Marc Alliot - HDR IRIT, examinateur

Descriptif :

Mes thématiques de recherche portent sur le traitement de problèmes de trafic aérien par des méthodes d'optimisation et d'apprentissage supervisé. Les sujets étudiés sont par exemple la prévision de la charge de travail des contrôleurs aériens, la prévision des ouvertures de secteurs de contrôle, la prévision de trajectoires d'avions, ou la résolution de conflits aériens. Le traitement de ces problèmes difficiles s'appuie sur diverses méthodes d'optimisation ou d'apprentissage, au besoin en les combinant ou en les hybridant : méthodes exactes de recherche arborescente, d'optimisation locale (Quasi-Newton) ou globale (branch and bound par intervalles), métaheuristiques (algorithmes évolutionnaires, essaims particulaires, évolution différentielle), réseaux connexionnistes, arbres de régression boostés. Notamment, la combinaison d'une recherche arborescente et d'un réseau de neurones a permis d'améliorer significativement la prévision de la charge de travail des contrôleurs aériens, et celle du nombre de positions de contrôle à ouvrir pour traiter un trafic donné. Un autre résultat significatif porte sur l'estimation de certains paramètres du modèle physique de l'avion (masse, loi de poussée, vitesses-cibles), aujourd'hui inconnus des systèmes au sol. L'application de méthodes d'apprentissage supervisé pour estimer ces paramètres manquants permet une amélioration substantielle dans la prévision de l'altitude de l'avion en montée.

Seminar

21/01/2016 12:00

Romaric Breil : A brief introduction to parallel computing on Graphical Process Unit

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only
Graphic cards have been designed to do massive parallel computing (hundreds of tasks executed in parallel), for example to transform each pixel of a rendered image in a few milliseconds. GPGPU (General-purpose computing on graphics processing units) are methods developed since early 2000' in order to use this efficient but highly specialized hardware to make general computation. This presentation will briefly introduce these methods, and give an example of computation using the OpenCL standard.
Year 2015

Seminar

15/10/2015 12:00

Tambet Treimuth : Parallel Complexity Computation Based on Dynamical Systems

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

The present work aims to reduce air traffic complexity computation time by using  a graphics processing unit (GPU) together with a CPU. This air traffic computation method is based on dynamical systems.
 
If  complexity of the traffic is measured only as an operational capacity: the maximum number of aircraft  that ATC controllers are willing to accept is fixed on a per sector basis and complexity is assessed by comparing the real number of aircraft with the sector capacity. It must be noted that under some circumstances, controllers will accept aircraft beyond the capacity threshold while rejecting traffic at other times although the number of aircraft is well below the maximum capacity. This is the reason why the number of aircraft in the sector does not describe precisely the situation in the sector.
 
The algorithm for computing complexity maps can be divided into three main parts:

  • Dynamical regression based on radar observations.
  • The vector field and its associated gradient is then computed on each point of a cube of
    airspace.
  • Lyapunov exponents are computed at each point of the cube by the mean of a Runge-Kutta integration. Metric based on dynamical systems.

 
A parallel implementation of the air traffic complexity metric computation is used to compute complexity at different points in the airspace simultaneously. This process is parallelizable because Lyapunov exponent values can be computed independently for each grid point in the airspace. For example, for the French airspace the complexity must be computed 1 million times  for each time step. So, those three main steps are repeated 1 million times every 15 seconds for the French airspace. Serial implementation of this problem is too slow for real world problems. This implementation can be applied to compare US and Europe airspace by producing complexity map of USA and Europe for a full day of traffic.

Thesis

29/09/2015 14:30

Soutenance de Loïc CELLIER

Évitement de conflits aériens par une régulation subliminale en vitesse : modélisation et résolution via le contrôle optimal -ENAC - Amphi Bréguet

Résumé:

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 difficiles 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 difficultés 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 efficace. 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.

Composition de la commission d'examen :

Sonia CAFIERI (codirectrice de thèse ) Université de Toulouse & École Nationale de l'Aviation Civile
Jean-Baptiste CAILLAU (rapporteur) Université Bourgogne Franche-Comté UBFC & CNRS / INRIA
Émilio CARRIZOSA (rapporteur) Universidad de Sevilla - Instituto de Matemáticas (Espagne)
Pierre MARÉCHAL (examinateur) Université de Toulouse & UT3 Paul Sabatier
Daniel MASSART (examinateur) Université de Montpellier UM2 Sciences et techniques
Frédéric MESSINE (codirecteur) Université de Toulouse & ÉNSÉÉIHT - CNRS / INPT
Marcel MONGEAU (invité) Université de Toulouse & École Nationale de l'Aviation Civile

Seminar

10/09/2015 12:00

Loic Cellier: Optimal control approaches for aircraft conflict avoidance by subliminal velocity regulation

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

The purpose of this presentation is to study models and solution techniques based on optimal control approaches to address tactical en-route aircraft conflict avoidance problems via subliminal velocity regulation. 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. A combination of direct numerical shooting method and application of conditions of Pontryagin's maximum principle is proposed, and numerical experiments validate this approach.

Seminar

27/08/2015 12:00

Clément Bouttier: Adaptive simulated annealing for aircraft trajectory optimization

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Adaptive simulated annealing with homogenization for aircraft trajectory optimization in a random environment Optimizing an aircraft trajectory is an attracting subject of investigation, both in the academic and industrial communities. Most optimization procedures are based on deterministic modelling in the sense that they do not take into account the uncertainties on environmental conditions (e.g., wind) and on air traffic control operations. However, aircraft performance in a real-world context are highly sensitive to these uncertainties. The aim of this work is twofold. First we provide some numerical evidence of the sensitivity of fuel consumption and flight duration with respect to random fluctuations of the wind and the air traffic control operations. The presented numerical simuations rely on in-service aircraft performance models. These numerical results extend earlier works (cf. B.Schwartz et al. 2000) that only studied a single source of uncertainty.Second, we develop a global stochastic optimization procedure for general aircraft performance criteria. The goal is to minimize a certain expected cost associated to the trajectory in the random environment. This problem is a non-convex optimization problem. Since we consider general (black-box) cost functions, we develop a derivative-free optimization procedure: adaptive simulated annealing with homogenization (A.S.A.H.) in the same spirit as in T.M.Alkhamis et al. 1997. At each iteration, our algorithm uses several Monte Carlo evaluations of the noisy cost function. A key ingredient is to increase the number of evaluations of the cost function with the number of iterations. We relate the accuracy of the cost function to the temperature parameter of the A.S.A.H. algorithm to obtain good performance of the method. Numerical results validate the proposed approach.

Seminar

15/07/2015 12:00

Ma Ji : Internship Defense Preparation

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Seminar

08/07/2015 09:15

Présentation stagiaires des laboratoires MAIAA, LEEA et du programme transverse développement durable

ENAC, salle G11

------------------------------------------------------------------------------
                     Présentation des stagiaires
                 des laboratoires MAIAA, LEEA et du
         programme transverse développement durable
------------------------------------------------------------------------------

Date : Jeudi 9 juillet 2015 à 9h30

Lieu : ÉNAC, salle G11

------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
                Collusion in air transport market
        Friedrich Lucke (Estelle Malavolti and Pascal Lezaud)

I am working on collusion in air transport market with a special focus on the network
structure of the full service airline alliances. I try to develop a model of collusion taking
into account the structure of the network. I work with graph theory to model and explore
the characteristics of the network.

------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
Analyse de texte par l'utilisation de méthodes bayésiennes
                      Paul Boquen (Pascal Lezaud)

On décrira un modèle probabiliste qui permet de décrire des collections de documents
textuels : Latent Dirichlet Allocation. Dans ce modèle, on considère que chaque document
est donné par une distribution de thèmes qui suit une certaine loi. Le problème ici sera de
déterminer les paramètres de ces lois, afin de découvrir des structures thématiques cachées
dans de vastes archives de documents.


------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
Impact de la structure d'un réseau de trafic aérien sur les tarifs
                Nicolas Lemercier (Steve Lawford)

L?analyse des réseaux est très couramment utilisée pour modéliser les interactions éco-
nomiques et sociales. La théorie des graphes permet dans ce contexte de caractériser les
réseaux et s?applique parfaitement au transport aérien. Pour chaque route et pour chaque
compagnie aérienne, il s?agit d?étudier et de quantifier l?impact de la structure du réseau
sur les tarifs pratiqués sur une route en fonction de sa place dans le réseau, ainsi que par
rapport aux réseaux des autres compagnies.


------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
How do technological shocks affect airline capacity ?
-empirical evidence from the arrival of A380 on the market

              Ion Buzdugan (Isabelle Laplace)

The introduction of a conceptually new aircraft may have a significant impact on the
behavior of all the air industry actors. For now, we are interested in an aircraft size change
and its implications for the airlines. I will present a literature review on this topic, the
models we built to study it and the preliminary results we obtained until now.


------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------
Planification de prises de vues pour le nano-satellite étudiant Eye-Sat
                          Olivier Lezaud (Nicolas Barnier)

Issu du JANUS de nano-satellite étudiant lancé par le CNES, le satellite Eye-Sat a pour
objectifs d?observer la lumière zodiacale et la Voie Lactée. Pour ce faire, il faut établir un
plan de prises de vues annuelle en comparant différentes approches (PPC, heuristiques) et
en tenant compte de contraintes liées aux scènes à photographier.

------------------------------------------------------------------------------
---------------------------------------------------------------------------------

Thesis

30/06/2015 15:00

Soutenance de Olga Rodionova

Aircraft trajectory optimization in North Atlantic oceanic airspace - amphi Bréguet (ENAC)

Cette thèse explore des pistes d'amélioration du système trafic aérien dans l'espace océanique de l'Atlantique du Nord (NAT). D'abord, on considère le système actuelle, où les avions suivent les rails prédéfinis. On favorise les re-routages entre rails, diminuant la congestion dans l'espace continental. On applique des méthodes stochastiques pour trouver une configuration des vols sans conflits avec la séparation réduite entre aéronefs. Ensuite, on simule la planification des trajectoires avec le Wind Networking (WN). La source principale des erreurs dans la prédiction de trajectoires étant l'incertitude dans la prévision du vent, le WN permet aux avions d'échanger leur vents mesurés afin d'ajuster leurs prédictions. Enfin, on introduit le concept de free-flight dans NAT. Etant donné des trajectoires vent-optimales, on applique un algorithme stochastique pour réduire le nombre de conflits au niveau stratégique, tout en conservant les trajectoires proches de leur optimum. Nos résultats mettent en évidence plusieurs pistes pour améliorer le système du trafic aérien dans NAT, en considérant de nouvelles technologies et de nouveaux concepts.

 

Composition du jury :

Rapporteurs :

Brigitte JAUMARD, Professeur Concordia University (Canada)

Christian PRINS, Professeur UTT

 

Directeurs de thèse :

Marcel MONGEAU, Enseignant-chercheur ENAC

Mohammed SBIHI, Enseignant-chercheur ENAC

 

Examinateurs :

Cyril BRIAND, Professeur UPS

Richard CURRAN, Professeur TU Delft (Pays-Bas)

Daniel DELAHAYE, Enseignant-chercheur ENAC

Karim ZEGHAL, Chercheur Eurocontrol

Seminar

04/06/2015 12:00

Olga Rodionova : Oceanic traffic optimization

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

This thesis investigates the ways to improve the air traffic system in the highly congested North Atlantic oceanic airspace (NAT). First, we consider the current system, where aircraft follow predefined NAT tracks. We favor the re-routings between tracks, decreasing congestion in pre-oceanic airspace, and apply stochastic algorithms to find a conflict-free flight configuration with reduced separation between aircraft. Second, we simulate trajectory prediction by Wind Networking (WN). While the main source of time prediction errors is the uncertainty in wind forecast, WN permits aircraft to exchange measured winds and adjust their predictions using this recent and accurate information. Third, we study the impact of introducing the free flight concept in NAT. We apply a stochastic algorithm on data of the NAT flights with wind optimal trajectories provided by NASA. The aim is to reduce the number of conflicts on the strategic level, while keeping the trajectories close to the optimal routes. Our results show that the air traffic situation in NAT can be improved in several different ways, considering new technologies and new trajectory planning concepts.

Seminar

21/05/2015 12:00

Romaric Breil : Multi-agent System to structure Air Traffic

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Air traffic is currently regulated by controllers, who ensure its fluidity. Since air traffic is constantly increasing, studies predict that regulation capacities will reach their maximal level in a few decades. This thesis, like many other research works, aims at reducing workload of air traffic controllers by automating some decision tasks.

In this field, multi-agent systems offer many advantages compared to more conventional optimisation methods, such as delegation of decisions at aircraft level, allowing a better resilience to unpredicted events.

Our multi-agent system was firstly able to structure continuous aircraft flows using speed regulation to insure required separation distance between aircraft (conflict avoidance). A second behaviour, still in development, will allow a higher level of traffic structuring, by applying local modification on air routes network in accordance with traffic complexity.

Seminar

16/04/2015 12:00

Daniel Gonzalez Arribas : Introduction to optimal control technics for trajectory optimization

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Seminar

16/04/2015 12:00

Daichi Toratani : A Study on Trajectory Optimization for the Terminal Area

Doctoral Seminar, ENAC Z035, for students only

Thesis

27/01/2015 14:00

Soutenance de Charlie Vanaret

Hybridation d'algorithmes évolutionnaires et de méthodes d'intervalles pour l'optimisation de problèmes difficiles - Auditorium Jacques Herbrand IRIT

L'optimisation globale fiable est dédiée à la recherche d'un minimum global en présence d'erreurs d'arrondis. Les seules approches fournissant une preuve numérique d'optimalité sont des méthodes d'intervalles qui partitionnent l'espace de recherche et éliminent les sous-espaces qui ne peuvent contenir de solution optimale. Ces méthodes exhaustives, appelées branch and bound par intervalles, sont étudiées depuis les années 60 et exploitent désormais de nouvelles techniques de réfutation et de contraction, issues des communautés d'analyse par intervalles et de programmation par contraintes. Une tâche cruciale consiste alors à calculer i) un encadrement précis de la fonction objectif et des contraintes sur un sous-domaine ; ii) une bonne approximation (un majorant) du minimum global.

Les solveurs de pointe sont généralement des méthodes intégratives : ils invoquent sur chaque sous-domaine des algorithmes d'optimisation locale afin d'obtenir une approximation du minimum global. Nous nous intéressons à un cadre coopératif combinant des méthodes d'intervalles et des algorithmes évolutionnaires. Ces derniers sont des algorithmes stochastiques faisant évoluer une population de solutions candidates (individus) dans l'espace de recherche de manière itérative, dans l'espoir de converger vers des solutions satisfaisantes. Les algorithmes évolutionnaires, dotés de mécanismes pour s'échapper des minima locaux, sont particulièrement adaptés à la résolution de problèmes difficiles pour lesquels les méthodes traditionnelles peinent à converger.

Au sein de notre solveur coopératif Charibde, l'algorithme évolutionnaire et l'algorithme sur intervalles exécutés en parallèle échangent bornes et solutions par passage de messages. Une stratégie couplant une heuristique d'exploration géométrique et un opérateur de réduction de domaine empêche la convergence prématurée vers des minima locaux et certifie numériquement l'optimalité de la solution. Une comparaison de Charibde avec des solveurs de pointe (GlobSol, IBBA, Ibex) sur une base de problèmes difficiles montre un gain de temps d'un ordre de grandeur. De nouveaux résultats optimaux sont fournis pour cinq problèmes multimodaux pour lesquels peu de solutions sont connues. Nous certifions l'optimalité de la meilleure solution connue pour le cluster de Lennard-Jones à cinq atomes, un problème ouvert en dynamique moléculaire. Enfin, nous proposons une application aéronautique dans laquelle la résolution de conflits est modélisée par un problème d'optimisation sous contraintes universellement quantifiées.

Composition du jury

M. El-Ghazali TALBI     Université de Lille   Rapporteur
M. Gilles TROMBETTONI     Université de Montpellier   Rapporteur
M. Jean-Marc ALLIOT     IRIT   Examinateur
M. Jin-Kao HAO     Université d'Angers   Examinateur
M. Thomas SCHIEX     INRA Toulouse   Examinateur
M. Marc SCHOENAUER     INRIA Saclay   Examinateur
M. Jean-Baptiste GOTTELAND     ENAC   Co-encadrant de thèse
M. Nicolas DURAND     ENAC   Directeur de thèse

 

Year 2014

Thesis

02/12/2014 10:30

Soutenance de Brunilde Girardet

Trafic aérien : Détermination optimale et globale des trajectoires d’avions en présence de vent - ENAC - Amphi Costes

Résumé :
Dans le contexte du futur système de gestion du trafic aérien, un des objectifs consiste à réduire l'impact environnemental du trafic aérien. Pour respecter ce but, le concept de 'free-route', introduit dans les années 1990, semble bien adapté aujourd'hui. Les avions ne seraient plus contraints à voler le long de routes aériennes, mais pourraient suivre des trajectoires optimales en terme de consommation. L'objectif de cette thèse est d'introduire une nouvelle méthode de planification du trafic à l'horizon pré-tactique avec des objectifs quelques fois contradictoires, c'est-à-dire avec pour but de minimiser la consommation ou de façon équivalente la durée de trajet en tenant compte des conditions météorologiques et de minimiser l'encombrement de l'espace aérien.

La méthode a été mise au point en deux étapes. La première étape a été consacrée au calcul d'une seule trajectoire optimale en terme de temps de vol en tenant compte du vent et de contraintes celles des zones interdites de survol. Cette optimisation est basée sur une adaptation de l'algorithme Ordered Upwind. La deuxième étape introduit un algorithme hybride développé, basé sur un algorithme de recuit simulé et sur l'algorithme déterministe développé dans la première étape, afin de minimiser un compromis entre la congestion et la consommation. L'algorithme combine ainsi la capacité d'atteindre la solution optimale globale via une recherche locale qui permet d'accélérer la convergence.

Des simulations numériques avec des prévisions de vent sur du trafic européen donnent des résultats encourageants qui démontrent que la méthode globale est à la fois viable et bénéfique en terme du temps de vol total comme de la congestion globale donc de la diminution des conflits.

 

Composition du jury :
M. E. FERON, Georgia Institute of Technology, Examinateur
M. J. HOEKSTRA TU Delf (Pays-Bas), Rapporteur
M. F. SOUMIS, École Polytechnique de Montréal (Canada), Rapporteur
M. L. LAPASSET, Capgemini Examinateur
M. C. RABUT, INSA Directeur de thèse
M. D. DELAHAYE, ENAC, Directeur de thèse

Seminar

01/12/2014 14:30

Méthodes optimales construisant des horaires pour plusieurs milliers de tâches. Applications au transport aérien

François Soumis (École Polytechnique de Montréal et GERAD)-- ÉNAC Amphithéâtre Boucher

Plusieurs problèmes d'horaires se formulent comme des problèmes de recouvrement de tâches où chaque colonne comprend un ensemble de tâches pouvant être couvert par une personne ou un véhicule. Dans les grands réseaux de transport ces problèmes comprennent des milliers de contraintes et des millions de millions de variables.

Une première idée popularisée par notre équipe est de réduire le nombre de variables avec la méthode de génération de colonnes. Les variables sont générées dynamiquement par des sous-problèmes de plus court chemin avec contraintes. Une seconde idée que nous avons proposée récemment réduit le nombre de contraintes en agrégeant les tâches effectuées par une même personne ou un même véhicule dans la solution courante. L'agrégation est modifiée dynamiquement pour permettre d'atteindre la solution optimale.

Des résultats sur de grands problèmes de transport par avion, train et autobus seront présentés

Thesis

13/11/2014 14:00

Soutenance de Richard Alligier

Apprentissage artificiel appliqué à la prévision de trajectoire d'avion - ENAC - salle C16

L'organisme Eurocontrol prévoit une forte hausse du trafic aérien européen d'ici l'année 2035. Cette hausse de trafic justifie le développement de nouveaux concepts et outils pour pouvoir assurer les services dû aux usagers de l'espace aérien. La prévision de trajectoires d'avion est au c?ur de ces évolutions. Parmi ces outils, les outils de détection et résolution de conflits utilisent les trajectoires prédites pour anticiper les pertes de séparation entre avions et proposer des solutions aux contrôleurs aériens. L'horizon de prédiction utilisé pour cette application est de l'ordre de dix à vingt minutes.
    Parmi les algorithmes réalisant une détection et résolution de conflits, certains sont mis en ?uvre au sol, obligeant ainsi les prédictions à être calculées en n'utilisant que les informations disponibles dans les systèmes sols. Ainsi, le calcul d'une trajectoire prédite avec un modèle physique se fait en utilisant des valeurs de référence pour les paramètres inconnus.
    Dans ce cadre, on s'intéresse à la phase de montée pour laquelle ces paramètres influent grandement sur la trajectoire de l'avion. Ce travail s'appuie sur le modèle physique Base of Aircraft DAta (BADA) développé et maintenu par Eurocontrol. Ce modèle physique modélise, entre autres, les performances des avions. Il fournit également des valeurs de référence pour les paramètres inconnus comme la masse de l'avion, son profil de vitesse en montée, ou la commande de poussée des moteurs. Ce modèle, largement utilisé dans le monde entier, est particulièrement imprécis pour la phase de montée, car les valeurs réelles de ces paramètres sont parfois très éloignées des valeurs de référence.
    Dans cette thèse, nous proposons soit d'estimer directement certains paramètres, nommément la masse, à partir des points passés de la trajectoire, soit d'utiliser des méthodes d'apprentissage supervisé afin d'apprendre, à partir d'exemples, des modèles prédisant les valeurs des paramètres manquants (masse, loi de poussée, vitesses cibles).
    Ces différentes méthodes sont testées sur des données radar Mode-C et Mode-S sur différents types d'avions. Les prédictions obtenues avec ces méthodes sont comparées à celles obtenues avec les paramètres de référence. Elles sont également comparées avec les prédictions obtenues par des méthodes de régression prédisant directement l'altitude de l'avion plutôt que les paramètres du modèle physique. Nos méthodes permettent de réduire, suivant le type de l'avion, de 50 % à 85 % par rapport à la méthode BADA de référence, la racine de l'erreur quadratique moyenne sur l'altitude prédite à un horizon de 10 min.

Thesis

03/11/2014 10:30

Soutenance de NGUYEN Bang Giang

Classification en espaces fonctionnels utilisant la norme BV avec applications aux images ophtalmologiques et à la complexité du trafic aérien - ENAC - Amphi Boucher
Dans cette thèse, nous traitons deux problèmes différents, en utilisant le concept de variation totale.
Le premier problème est la classification des vascularites dans l'angiographie du fond d'oeil, et a pour but de faciliter le travail des ophtalmologistes pour diagnostiquer ce type de maladies auto-immunes. Il vise aussi à identifier sur les angiographies les éléments permettant de  diagnostiquer la sclérose en plaques.
A partir de certains résultats du premier problème, un second problème a pu être abordé, consistant à développer une nouvelle métrique de congestion d'espace aérien. Cette métrique permet de quantifier la complexité de gestion du trafic aérien dans une zone donnée et s'avère très utile dans les processus d'optimisation du système de gestion du traffic aérien (Air Traffic Management, ATM).
 
Dans la première partie de cette thèse, nous introduisons les notions requises pour résoudre ces deux problèmes. Tout d'abord nous présentons le principe de variation totale, ainsi que la manière dont il est utilisé dans nos méthodes. Ensuite, nous détaillons le fonctionnement des machines à vecteurs supports (Support Vector Machines, SVM), qui sont des algorithmes d'apprentissage automatique utilisés pour la classification et la régression.
 
Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons d'abord un état de l'art des méthodes de segmentation et de mesure des vaisseaux sanguins dans les images rétiniennes, étape importante de notre méthode. Ensuite, nous décrivons notre méthode de classification des images rétiniennes. Pour commencer, nous détectons les régions pathologiques dans les images des patients malades en nous basant sur la norme BV calculée à chaque point le long de l'axe central des vaisseaux. Ensuite, pour classer les images, nous introduisons une stratégie d'extraction des caractéristiques pathologiques pour générer un ensemble de vecteurs de caractéristiques pathologiques qui représente l'ensemble d'images d'origine pour le SVM. Les images sont alors classées en utilisant des méthodes standard de classification par SVM.
 
Enfin, la troisième partie décrit deux applications de la variation totale dans le domaine de l'ATM. Dans la première application, en partant des idées développées dans la deuxième partie, nous introduisons une méthode d'extraction des flux principaux d'avions de l'espace aérien. En nous basant sur les algorithmes utilisés dans la deuxième partie, nous avons développé un indicateur de complexité de l'espace aérien utilisable au niveau macroscopique. Cet indicateur est ensuite comparé à la métrique de densité habituelle, qui consiste simplement à compter le nombre d'avions dans un secteur de l'espace aérien. La seconde application se base sur un modèle par systèmes dynamiques du trafic aérien. Nous proposons une nouvelle métrique de complexité du trafic basée sur le calcul de la norme locale de variation totale vectorielle de la déviation relative du champ de vecteurs. Le but est de réduire la complexité. Trois scénarios de trafic différents sont étudiés pour évaluer la qualité de la méthode proposée.
 
 
Mots clés: Apprentissage automatique, images rétiniennes, norme BV, espace infini, trajectoire, flux principaux, compexité

Thesis

06/10/2014 10:00

Soutenance de Laureline Guys

Planification de trajectoires d'avions sans conflit : fonctions biharmoniques et fonction de navigation harmonique - ENAC - Amphi Costes

Cette thèse s'intéresse à l'utilisation de la méthode des champs de potentiel pour la planification de trajectoires sans conflits d'un grand nombre d'avions. L'étude des champs de potentiel harmoniques, ainsi que des champs biharmoniques montrent les limites de ces méthodes qui explosent en temps de calcul lorsque le nombre d'avions augmente. Cette conclusion nous a poussé à étudier un autre type de champs de potentiel : les fonctions de navigation, déjà utilisées pour la résolution de conflits aériens. Nous proposons dans la dernière partie de cette thèse une nouvelle fonction de navigation, qui s'inspire à la fois des travaux réalisés sur les champs de potentiel harmoniques et sur les fonctions de navigation. Cette fonction de navigation harmonique permet de planifier un très grand nombre de trajectoires en un temps très court, tout en garantissant théoriquement certaines propriétés intéressantes pour les trajectoires obtenues, comme une vitesse constante par exemple. Des pistes d'amélioration de la fonction de navigation harmonique sont également proposées, notamment pour optimiser les trajectoires obtenues lors de la planification.

Thesis

21/07/2014 15:00

Soutenance de Supatcha Chaimatanan

Planification stratégique de trajectoires d’avion - ENAC - salle G11 - Soutenance en anglais
Sujet: Planification stratégique de trajectoires d'avion
Soutenance en anglais
 
Afin de pouvoir satisfaire la demande sans cesse croissante du trafic aérien, le futur système de gestion du trafic aérien utilisera le concept d'opérations basées sur les trajectoires (Trajectory Based Operations) qui augmentera la capacité du trafic aérien en réduisant la charge de travail du contrôleur. Pour ce faire, les tâches de détection et de résolution de conflits seront transférées depuis la phase tactique vers la phase stratégique de la planification.
Dans le cadre de ce nouveau paradigme pour la système de gestion du trafic aérien, nous introduisons dans cette thèse une méthodologie qui permet d'aborder ce problème de planification stratégique de trajectoires d'avion à l'échelle d'un pays ou d'un continent. Le but de la méthodologie proposée est de minimiser l'interaction globale entre les trajectoires d'avion en affectant de nouveaux créneaux de décollage, de nouvelles routes et de nouveaux niveau de vols aux trajectoires impliquées dans l'interaction. De plus, afin d'améliorer la robustesse du plan stratégique de vols obtenu, nous prenons en compte l'incertitude de la position de l'avion et de son heure d'arrivée à un point donné de la trajectoire de l'avion.
Nous proposons une formulation mathématique de ce problème de planification stratégique conduisant à un problème d'optimisation discrète et un problème d'optimisation en variables mixtes, dont la fonction-objectif est basée sur le nouveau concept d'interaction. Un algorithme efficace en termes de temps de calcul pour évaluer l'interaction entre des trajectoires d'avion pour des applications de grande taille est introduit et mis in ?uvre.
Des méthodes de résolution basées sur des algorithmes métaheuristique et métaheuristique hybride ont été développées pour résoudre ces problèmes d'optimisation de grande taille. Enfin, la méthodologie globale de planification stratégique de trajectoires d'avion est mise en ?uvre et testée sur des données de trafic, prenant en compte des incertitudes, pour l'espace aérien français et l'espace aérien européen, impliquant plus de 30,000 vols. Des plans de vols 4D sans conflits et robustes ont pu être produits avec des temps de calcul acceptables dans un contexte opérationnel, ce qui démontre la viabilité de l'approche proposée.

Seminar

26/06/2014 14:15

Maths et Musique, un voyage en 4D

Gilles Baroin(membre de la Society for Mathematics and Computation in Music) - ENAC, G11 (carte d'identité demandée à l'entrée de l'ENAC)

Sir Isaac Newton, fasciné par l'interaction de la lumière au travers d'un prisme, fut le premier à l'étudier et l'expliquer,
il dessina son cercle chromatique en associant couleurs et notes de musique...

De nos jours les théories mathémusicales et leurs applications continuent de passionner les chercheurs et amateurs. Nous présenterons ici des modèles mathémusicaux originaux à base d'hypersphères. L'hyperespace, concept concret pour le mathématicien mais généralement inimaginable pour le terrien, offre la possibilité de mettre en relation de façon calculée et directe la musique et des images esthétiques. Le modèle et les représentations, basées sur des principes mathématiques, permettent au musicien et au profane de percevoir des régularités, symétries et cohérences dans certains morceaux de musique qui seraient difficilement identifiées sans le support visuel animé.

La conférence est agrémentée d'exemples musicaux allant du Blues à Webern en passant par Beethoven et la Pop Music, le tout sous forme de films en images de synthèse.

---
 Gilles Baroin est chercheur mathémusicien, membre de la Society for Mathematics and Computation in Music. Il travaille en collaboration avec l'Ircam, centre Pompidou, à Paris et vient d'intégrer le laboratoire MAIAA de l'ENAC pour y apporter ses compétences infographiques. Très actif dans la mise en place d'atelier, workshops et initiatives pédagogiques sur les rapports entre mathématique et musique, il collabore régulièrement avec des artistes, musiciens et compositeurs intéressés par la visualisation et représentation géométriques d'objets musicaux, à la fois dans des espaces discrets (accords, progressions harmoniques...) mais aussi continus (timbres).

www.planetes.info
www.mathemusic.net

Seminar

09/04/2014 14:00

Deux méthodes de Newton riemaniennes sur la variété des matrices de rang fixé

Luca Amodei (IMT)-- ÉNAC salle G11 (bâtiment Guillaumet)

Pour des problèmes d'optimisation définis sur des variétés riemanniennes (penser par exemple à des espaces de matrices) il est important de pouvoir définir des méthodes qui prennent en compte la géométrie et la métrique des variétés. Depuis quelques années plusieurs travaux ont abordé cette question et ont permis de dégager plusieurs points fondamentaux [1, 2]. En particulier, on s'est attaché à définir ce que devait être une méthode de type Newton définie sur une variété riemanienne. Ce travail présente quelques résultats dans le cas de la variété des matrices de rang fixé pour laquelle on définit deux métriques riemaniennes [3]. On définit alors les méthodes de Newton relatives à ces deux métriques et on illustre enfin les algorithmes obtenus à partir de quelques exemples numériques.

Thesis

20/02/2014 14:00

Soutenance de Mohammad Ghasemi Hamed

ENAC - Bâtiment C, Salle 016

Subjet: Méthodes non-paramétriques pour la prévision d'intervalles avec haut niveau de confiance: application à la prévision de trajectoires d'avions

La prédiction de trajectoires d'avions à partir des données disponibles au sol est un problème critique pour le contrôle aérien. Une prédiction fiable et efficace est un prérequis pour l'implémentation d'outils automatiques pour la détection et la résolution de conflits entre les trajectoires. Dans ce contexte, nous proposons de nouvelles méthodes non paramétriques pour la prédiction d'intervalles contenant une proportion attendue des données avec un haut niveau de confiance. Dans un premier temps, nous traitons le problème de l'estimation d'une distribution de probabilité à partir d'un petit échantillon. En considérant l'interprétation des distributions de possibilité comme une famille de distributions de probabilité, nous décrivons un ensemble de distributions de possibilité qui résument différents types d'intervalles statistiques. Ensuite, nous proposons un cadre de travail pour vérifier si un modèle, construit à partir de données, respecte les propriétés de recouvrement requises par les intervalles de prédiction. Nous introduisons aussi deux mesures pour comparer des modèles de prédiction d'intervalle qui ont des tailles moyennes et des taux de recouvrement différents. À partir de nos travaux sur les intervalles statistiques (et leurs distributions de possibilité associés), nous présentons une nouvelle méthode pour induire des intervalles de prédictions bornés pour des méthodes de régression des moindres carrés non paramétriques sans assumer que la prédiction est non biaisée et que les erreurs sont homoscédastiques. Nos intervalles de prédiction sont construits en utilisant des intervalles de tolérances sur les erreurs dans le voisinage du point à prédire. Pour cela, nous décrivons une méthode de sélection de voisinage à taille fixe ou de voisinage à taille variable dépendant de la quantité d'informations autour du point. Nous obtenons un algorithme qui induit, dans la majorité des cas, les intervalles de prédiction fiables les plus petits possibles. Les méthodes que nous proposons sont comparées avec les méthodes les plus connues au niveau théorique et au niveau pratique. Une évaluation est effectuée sur neuf bases de données. La taille, l'efficacité, la fiabilité et la précision des intervalles prédits sont comparés. Ces expérimentations montrent que nos approches sont significativement plus précises et fiables que les autres. Enfin nous appliquons nos méthodes au problème de la prédiction de trajectoires d'avions et nous comparons les résultats avec ceux des méthodes classiques et des modèles physiques.

Le jury sera composé de:
   Dr Mathieu Serrurier  Université de Toulouse III, IRIT & Encadrant
   Dr Nicolas Durand  ÉNAC/MAIAA, Directeur de thèse
   Pr Éric Féron, Georgia Institute of Technology,  Rapporteur
   Pr Eyke Hüllermeier, Philipps-Universität Marburg,   Rapporteur
   Pr Gilles Richard, Université de Toulouse III, IRIT,   Examinateur
   Dr Sébastien Desterke, Université de Technologie de Compiègne , Examinateur
   Pr Henry Prade, Université de Toulouse III, IRIT , Invité

Seminar

03/02/2014 15:00

Geodesics in spaces of curves: application to aircraft trajectories clustering

Stéphane PUECHMOREL (ENAC)- Amphithéâtre des thèses à l'ENSEEIHT

Aircraft trajectories are the most basic objects that are considered in the field of air trafic management. Oddly enough, the analysis tools for such data are still in early stages of development. One can roughly classify existing techniques into two categories: visual analytics based tools on one hand and statistical procedures on the other hand, the latter using only sampled positions of aircraft as input vector, forgetting about the time dependance between samples. A promising approach will be to work directly with trajectories understood as curves, in the spirit of functional data statistics. It has been successfully applied to the problem of trajectory clustering, and relies on the ability to derive metrics in spaces of curves. Starting with the pioneering work of D. Mumford and P. Michor, a mean of computing approximate shortest paths between two trajectories will be presented. Then, a clustering procedure will be introduced along with the results obtained on some days of trafic recorded over France.

Thesis

27/01/2014 10:00

Soutenance de M Lunlong Zhong

ENAC - Amphi Boucher

Subjet: Contribution to fault tolerant flight control under actuator failures

The problem which is tackled here is to develop a design methodology for fault tolerant flight control when partial actuator failures occur. This should allow the aircraft to continue safely the intended maneuver. A two stages control approach is proposed and is used on one side to evaluate the remaining maneuverability of the damaged aircraft and on the other side to design a redundancy based fault tolerant control structure. In the first case, an off-line handling qualities assessment method based on Model Predictive Control is proposed. In the second case, a fault tolerant control structure based on Nonlinear Inverse Control and online actuator reassignment is developed. In both cases, a Linear Quadratic (LQ) programming problem is formulated and different failure cases are considered when an aircraft performs a classical maneuver.

Le jury sera composé de:
Mr. Houcine CHAFOUK, ESIGELEC, Rouen, France, reporter
Mr. Daniel CHOUKROUN, Ben-Gurion University, Israel, reporter
Mme. Shaoping WANG, Beihang University, China, examinator
Mr. Alexandre Carlos BRANDÃO RAMOS, Itajuba University, Brazil, examinator
Mr. Andrei DONCESCU, Université Paul Sabatier, Toulouse, examinator
Mr. Thierry MIQUEL, ENAC, Toulouse, France, examinator
Mr. Félix MORA-CAMINO, ENAC, Advisor

Year 2013

Seminar

12/12/2013 14:00

An Improved Branch-And-Price Algorithm For The Multi-Activity Multi-Task Shift Scheduling Problem

Vincent Boyer (Universidad Autónoma de Nuevo León, México), salle C06 - ENAC

The multi-activity multi-task shift scheduling problem consists in assigning interruptible activities and uninterruptible tasks to a set of employees in order to satisfy a demand function. In this paper, we consider the personalized variant of the problem where the employees have different qualifications, preferences, and availabilities.

We present an improved branch-and-price algorithm to solve this problem. The pricing subproblems in column generation are formulated with context-free grammars that are able to model complex rules in the construction of feasible shifts for an em- ployee. We present results for a large set of instances inspired by real cases and show that this  
approach is sufficiently flexible to handle different classes of problems.

Seminar

12/12/2013 14:00

Scheduling of Maintenance Tasks in Multiple Districts

María Angélica Salazar Aguilar (Graduate Program in Systems Engineering, Universidad Autónoma de Nuevo León, México), salle C06 -ENAC

The problem addressed in this talk consist of scheduling a set of tasks within a planning horizon, some tasks are mandatory and other optional, and they are located in multiple districts . All the mandatory tasks in each   district must be performed while the optional tasks can be performed only if time permits . A positive benefit is collected each time an optional task is performed.  In addition, there are certain constraints of incompatibility between tasks and a maximum duration of daily work. The objective is to determine the daily schedule of tasks in each district, so that the total collected profit is maximized. A  mathematical model for the problem and a heuristic procedure based on the metaheuristic known as ALNS is presented.

Thesis

26/11/2013 14:00

Soutenance de Mme Salma FITOURI TRABELSI

ENAC - salle Z035

La croissance du trafic aérien a rendu critique l'opération de la gestion des plateformes aéroportuaires. Celle-ci fait appel à de nombreux acteurs (autorités aéroportuaires, compagnies aériennes, contrôle du trafic aérien, prestataires de services, ?). Le concept d'Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) développé depuis une dizaine d'années est basé sur un partage d?informations opérationnelles en temps réel entre les différents acteurs de la plate-forme, permettant de prendre des décisions en commun pour rechercher une utilisation optimale, en toutes conditions, des capacités de l'aéroport. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à l'organisation de la gestion des opérations d?escale dans une plateforme aéroportuaire. Il s'agit de proposer une structure d'organisation de cette opération qui soit compatible avec l'approche A-CDM. La structure proposée introduit un coordinateur des opérations d'escale (GHC) qui joue le rôle d'interface de communication entre les partenaires de l'A-CDM et les différents gestionnaires des opérations d'escale (GHM). Cette structure hiérarchique permet d'une part de partager des informations avec les partenaires de l'A-CDM et d'autre part d'interagir avec les gestionnaires des opérations d'escale (GHM). Les processus de prise de décision basés sur des heuristiques ont été développés à chaque niveau de l'organisation proposée et sont évalués aussi bien dans le cas de conditions nominales que dans le cas de la présence de perturbations majeures.

Mots-clés :gestion des aéroports,opérations d'escale,CDM,système multi-agents.

Seminar

24/10/2013 15:30

Algorithme de sélection de variables en classification, application à l'analyse des risques aériens

Baptiste GREGORUTTI (LSA - Université Pierre et Marie Curie) -- salle B07, ENAC

Baptiste GREGORUTTI , LSTA (Laboratoire de Statistique Théorique et Appliquée), Université Pierre et Marie Curie.

Baptiste GREGORUTTI nous présentera un algorithme de sélection de variables en classification et une application à l'analyse des risques aériens, plus particulièrement le risque d'aterrissage long.

Séminaire de 15h30 à 16h30

Seminar

24/10/2013 14:00

Analyse statistique de données fonctionnelles en transport routier et transport aérien

Cindie ANDRIEU (LIVIC- Laboratoire sur les Interactions Véhicules-Infrastructure-Conducteurs), salle B.07 - ENAC

Cindie ANDRIEU , LIVIC (Laboratoire sur les Interactions Véhicules-Infrastructure-Conducteurs), IFSTTAR Versailles-Satory.

Cindie ANDREU nous présentera un travail sur la modélisation fonctionnelle de profils de vitesse du réseau routier. Ce travail a été réalisé dans le cadre de sa thèse co-dirigée par Xavier Bressaud (IMT) et Guillaume Saint Pierre (IFSTTAR), soutenue le 24 septembre 2013 à l'université Paul Sabatier (Toulouse).

Séminaire de 14H à 15H

Thesis

29/07/2013 15:00

Soutenance d'Oscar Gonzalez Gallego

Dimensionnement et Contrôlabilité de Configurations Avion Innovantes - ENAC - salle G11

Le processus de conception avion actuel est centré sur l'optimisation  des performances du véhicule (minimiser la traînée de l'avion, réduire les niveaux bruit, maximiser le Rayon  d'Action, réduire les émissions polluantes, etc.) et traite toutes les autres disciplines séquentiellement et comme étant des contraintes de design. Parmi ces contraintes, la discipline de Stabilité & Contrôle est certainement la plus importante, bien qu'elle ne soit pas considérée comme telle. Outre le dimensionnement des stabilisateurs et des organes de contrôle de l'appareil, la Stabilité & Contrôle est intimement liée aux Performances, à la sécurité et aux aspects de certification de l'avion.


Dans la première étape du cycle de conception avion (phase de Design Conceptuel), la Stabilité & Contrôle n'est traitée que partiellement et consiste simplement à exploiter des relations statistiques ( coeficients de volume ) et à mener quelques analyses statiques ( Diagramme en Ciseaux ). Ce n'est que plus tard dans le processus de développement avion (phase de Design Détaillée et essais en vol), que cette discipline joue un rôle dominant et que les choix de design faits à l'étape conceptuelle sont validés ou non. Bien que cette méthodologie de conception des stabilisateurs et des gouvernes fonctionne convenablement quand on considère des avions ayant une forme typique (voilure + fuselage tubulaire + empennage arrière), elle échoue lorsque l'on examine des avions ayant une forme non conventionnelle. De plus, la façon simple d'appréhender la discipline de Stabilité & Contrôle en phase conceptuelle conduit à des aéronefs sous-optimaux ayant souvent des problèmes de stabilité et/ou de contrôle qui non seulement sont coûteux à rectifier, mais qui peuvent également dégrader les performances du vehicule et compromettre sa sécurité.


Ce travail de recherche a pour objectif d'établir une méthodologie de Design Conceptuel, à la fois générique, alternative et rapide , capable de dimensionner et d'optimiser tout type de configuration avion en accordant une importance particulière à la discipline de Stabilité & Contrôle. Dans cette méthodologie, le caractère séquentiel du processus de design conceptuel actuel est remplacé par une approche simultanée et intégrée d'Optimisation Multidisciplinaire (MDO), dans laquelle la discipline de Stabilité & Contrôle, en particulier, est considérée au même niveau que les Performances.

L'approche de design proposée dans cette thèse vise à déterminer la forme avion satisfaisant, entre autres, un ensemble générique (i.e. indépendant de la configuration avion) d'exigences de stabilité et de contrôle, tout en possédant les meilleures performances opérationnelles le long d'un prol de mission type. Comparé au processus de design avion traditionnel, le problème d'optimisation qui en résulte est davantage contraint d'un point de vue de la Stabilité & Contrôle et considère non seulement des critères statiques,  mais également des exigences dynamiques et de manoeuvre. Cette méthodologie s'apparente à une démarche inverse puisque les caractéristiques souhaitées de stabilité et de contrôle sont imposées par avance en tant que contraintes du problème d'optimisation. Le concepteur cherche ainsi à déterminer la forme avion ayant des qualités de vol prédéfinies.
L'intégration de la discipline de Stabilité & Contrôle dans l'étape conceptuelle de design requiert d'avoir à disposition un outil intégré et modulaire, servant de plateforme pour mener des analyses MDO.

Un tel outil n'est cependant pas disponible à l'heure actuelle dans l'industrie civile. Pour pallier à ce problème, un outil simple permettant d'émuler l'environnement requis a été développé. La méthodologie présentée est illustrée avec deux configurations avion radicalement différentes mais ayant une taille semblable. Bien que le travail exposé ci-dessous ne constitue qu'une première étape pour résoudre le problème complet, on démontre cependant que la méthode est viable et que l'on peut obtenir des gains supplémentaires en performances en prenant  en compte la Stabilité & Contrôle dès le stade de Design Conceptuel.

L'approche permet également de comparer des configurations avions entre elles surdes bases entièrement physiques et objectives et non pas sur des opinions variées et subjectives, comme c'est le casactuellement.

Jury:Jérôme Bazile(Airbus), Bernd Chudoba (University of Texas USA), Rubén Perez (Royal Military College Canada), Christophe Rabut (INSA)

Seminar

23/07/2013 14:00

Nonlinear state estimation using an invariant unscented Kalman filter

Jean-Philippe Condomines(MAIAA)- salle de conférence du bâtiment Z, ENAC

In this paper, we proposed a novel approach for nonlinear state estimation, named ?-IUKF (Invariant Unscented Kalman Filter), which is based on both invariant ?lter estimation and UKF theoretical principles. Several research works on nonlinear invariant observers have been led and provide a geometrical-based constructive method for designing filters dedicated to nonlinear state estimation problems while preserving the physical properties and systems symmetries. The general invariant observer guarantees a straightforward form of the nonlinear estimation error dynamics whose properties are remarkable. The developed ?-IUKF estimator suggests a systematic approach to determine all the symmetry-preserving correction terms, associated with a nonlinear state-space representation used for prediction, without requiring any linearization of the differential equations. The exploitation of the UKF principles within the invariant framework has required the definition of a compatibility condition on the observation equations. As a first result, the estimated covariance matrices of the ?-IUKF converge to constant values due to the symmetry-preserving property provided by the nonlinear invariant estimation theory. The designed ?-IUKF method has been successfully applied to some relevant practical problems such as the estimation of Attitude and Heading for aerial vehicles using low-cost AH reference systems (i.e., inertial/magnetic sensors characterized by low performances)

Conference

08/07/2013 09:00

ISIATM 2013

International Conference for applied Mathematics and Operations Research for ATM -- ENAC

ISIATM is  the 2nd International Conference on Interdisciplinary Science for Innovative Air Traffic Management, organized by the Ecole Nationale de l'Aviation Civile and Embry-Riddle Aeronautical University . This year, ATOS, ASDA  and Complex World will be jointly hosted by ENAC.

The purpose of the conference series is to bring together scientists (mainly from academia), engineers, and practitioners from around the world to assist in the development of the knowledge base necessary to improve future Air Traffic Management systems around the world. 

Thesis

22/04/2013 10:30

Soutenance de Hongying WU

Contribution to Engine-out Aircraft Trajectory Management and Control - ENAC - salle B07

Engine-out is a critical situation for flight safety. The objective of this thesis is to contribute to the management of emergency manoeuvres for an engine-out transportation aircraft through the design of a guidance system which allows the aircraft to perform a feasible glide trajectory towards an at range landing area. The gliding qualities, including maximum range, of standard transportation aircraft are considered while the stability analysis of quasi static glide trajectories is performed. After reviewing different trajectory optimization techniques, reverse dynamic programming is adopted to build in a backward way a gliding domain composed of feasible trajectories leading to final conditions compatible with engine-out landing. A neural network device is built from the generated trajectories database to produce efficient directives for the autopilot or the human pilot (through a flight director). Finally, the on-board integration of the proposed system is considered.

JURY : Andreï DONCESCU (UPS), Daniel CHOUKROUN (TU Delft), Weigang LI (UNB Brasilia), David ZAMMIT-MANGION (Cranfield University), Alexandre Carlos BRANDÃO RAMOS (UNIFEI), Minesh POUDEL (Airbus), Félix MORA-CAMINO (ENAC), Thierry MIQUEL (ENAC)

Seminar

14/03/2013 14:00

Quelques modèles de marches aléatoires

Clément RAU (IMT) salle G11, ENAC.

Cet exposé présentera quelques modèles de marches aléatoires et en particulier celles qui possèdent une certaine mémoire. La présentation portera principalement sur les principales propriétés de ces modèles très utiles pour les mathématiques (propriétés géométriques des graphes) mais également pour les applications (physique, colonies de fourmis, etc.).

Cet exposé s'adressera principalement aux étudiants IENAC 2e année, mais aussi aux curieux même non experts dans le domaine. Il tentera d'illustrer que les mathématique est une science en perpétuelle évolution qui se nourrit également de problèmes issus des applications et dont les solutions sont très loin d'être triviales.

Seminar

12/03/2013 14:30

Introduction aux G-Graphes

Jean-François CULUS (Université Antilles-Guyanne, Martinique) salle G11, ENAC.

Après les graphes de Cayley, les G-graphes sont un second objet issu de l'interface entre théorie des groupes et théorie des graphes. Cet exposé, ouvert à tous, comportera deux parties. Dans la première, nous rappellerons toutes les propriétés mathématiques nécessaire à son introduction et définirons cet objet en donnant quelques exemples. Dans un second temps, nous établirons quelques propriétés simples et aborderons une application en robustesse des réseaux ainsi qu'un algorithme de reconnaissance dans un cas simple.

Thesis

27/02/2013 10:00

Soutenance de Jérémy Omer

Modèles déterministes et stochastiques pour la résolution numérique du problème de maintien de séparation entre aéronefs. - ISAE (salle des thèses)

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la programmation mathématique appliquée à la séparation d'aéronefs stabilisés en altitude. L'objectif est le développement d'algorithmes de résolution de conflits aériens ; l'enjeu étant d'augmenter la capacité de l?espace aérien afin de diminuer les retards et d'autoriser un plus grand nombre d'aéronefs à suivre leur trajectoire optimale. En outre, du fait de l'imprécision des prédictions relatives à la météo ou à l'état des aéronefs, l'incertitude sur les données est une caractéristique importante du problème. La démarche suivie dans ce mémoire s'attache d'abord au problème déterministe dont l'étude est nettement plus simple. Pour cela, quatre modèles basés sur la programmation non linéaire et sur la programmation linéaire à variables mixtes sont développés en intégrant notamment un critère reflétant la consommation de carburant et la durée de vol. Leur comparaison sur un ensemble de scénarios de test met en évidence l'intérêt d'utiliser un modèle linéaire approché pour l'étude du problème avec incertitudes. Un champ de vent aléatoire, corrélé en temps et en espace, ainsi qu'une erreur gaussienne sur la mesure de la vitesse sont ensuite pris en compte. Dans un premier temps, le problème déterministe est adapté en ajoutant une marge sur la norme de séparation grâce au calcul d'une approximation des probabilités de conflits. Finalement, une formulation stochastique avec recours est développée. Ainsi, les erreurs aléatoires sont explicitement incluses dans le modèle afin de tenir compte de la possibilité d'ordonner des manoeuvres de recours lorsque les erreurs observées engendrent de nouveaux conflits.

Seminar

17/01/2013 11:00

Nonsmooth optimization of structured control systems

P. Apkarian, ONERA salle C.08, ENAC.

Controller structure turns out to be a key ingredient both in engineering applications as well as in the formulation of difficult synthesis problems in robust control theory. This presentation will conjointly address these topics. New techniques for tuning and synthesizing structured controllers are discussed. These techniques overcome some of the limitations of traditional methods when practical implementation is the aim. They can be used to optimize arbitrary control architectures made of single- or multiple-loop control arrangements from a collection of structured control elements including PIDs, reduced-order state-space models, transfer functions, as well as custom controller blocks. Computing such highly structured controllers is based on specialized non-smooth optimization techniques with local certificate. While the underlying optimization program are typically NP-hard the proposed techniques reveal efficient and reliable in practice. We shall address both physical and abstract control structures and give a brief account of the non-smooth algorithms as developed in the MATLAB Robust Control Toolbox.

Seminar

07/01/2013 15:00

Deterministic conflict resolution for air traffic management

Sonia CAFIERI (ENAC) - Amphitéâtre des thèses à  l'ENSEEIHT

Detecting and solving aircraft conflicts, which occur when aircraft sharing the same airspace are too close to each other according to their predicted trajectories, is a crucial problem in Air Traffic Management. We present recent advances in modeling and deterministic solution of aircraft conflict avoidance problems. We propose in particular models and solution approaches based on mixed-integer nonlinear programming and optimal control. Detecting and solving aircraft conflicts, which occur when aircraft sharing the same airspace are too close to each other according to their predicted trajectories, is a crucial problem in Air Traffic Management. We present recent advances in modeling and deterministic solution of aircraft conflict avoidance problems. We propose in particular models and solution approaches based on mixed-integer nonlinear programming and optimal control.

Seminar

07/01/2013 14:00

How can automatic control support the certification of safety-critical, embedded software?

Eric FERON (Georgia Institute of Technology) - Amphitéâtre des thèses à  ENSEEIHT

Certifying embedded software is a growing issue, as such software finds many safety-critical applications. Automotive and other ground transportation, Aerospace, many medical devices and soon robots will serve an increasingly sophisticated, but risk-adverse, human society. It therefore becomes necessary to certify such software, and the computer science community has provided a very strong response to this challenge, with the goal of reducing the enormous costs generated by this certification activity. Automatic control also contributes its share to this effort, because several embedded systems find their roots in feedback control systems, whose functional properties are often available immediately, though written in natural language that stands far away from software formalism. It is shown that computational bridges can be built to help the operator translate control specifications and their properties into a rigorous computer software environment, making the resulting software better prepared for its certification. This approach was initially tested on linear control laws, but it can be extended to other processes as well, including those derived from general dynamic programming or driven by on-line optimization as often seen in air transportation applications. This work is the result of a team effort that also includes LAAS, CERT-ONERA, ENSEEIHT, NASA, Carnegie-Mellon University, the National Institute of Aerospace, and the University of la Coruna.