Détection et résolution de conflits aériens

La détection et la résolution de conflits entre trajectoires d'avions sont parmi les tâches principales des contrôleurs aériens. Il est aujourd'hui possible de leur fournir des outils informatiques pour les assister dans ces tâches.

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Qu'est-ce qu'un conflit aérien ?

Deux avions sont dits "en conflit" si leur trajectoires futures les amènent à se trouver simultanément à des positions ne respectant pas une norme de séparation fixée.

Modélisation des incertitudes, détection des conflits

Dans la détection des conflits, les taux de fausse alarme et de non-détection sont très dépendants de la qualité de la prévision des trajectoires et d'une modélisation fine des incertitudes. Il existe au moins deux façons de modéliser l'incertitude des positions futures :

Selon la modélisation des incertitudes, la détection de conflits reviendra donc soit à déterminer quand la distance entre zones d'incertitudes sera en dessous des normes de séparation verticales et horizontales, soit à déterminer si la probabilité d'une perte de séparation est supérieure à un certain seuil fixé.

Qu'est-ce que la résolution de conflits ?

Résoudre un conflit consiste trouver des trajectoires alternatives, dont la déviation est minimale par rapport aux trajectoires initiales, et qui respectent les normes de séparation.

Il s'agit donc d'un problème d'optimisation sous contraintes. La fonction à minimiser est relativement simple. Par contre, pour des modélisations réalistes, la forme analytique des contraintes de séparation n'est pas immédiatement accessible : l'évaluation des contraintes de séparation nécessite généralement une simulation du trafic, avec un calcul des trajectoires alternatives et une détection des conflits.

Au delà de cette formulation, les objectifs d'une résolution de conflits peuvent être divers :

Approche centralisée ou approche distribuée

Sur le plan opérationnel, deux approches sont envisageables pour la résolution de conflits : centralisée, ou distribuée. Dans la première approche, un système de contrôle décide et coordonne les manoeuvres de résolution de conflits pour l'ensemble du trafic qu'il a en charge, en ayant une vue globale de celui-ci.

Dans l'approche distribuée, chaque avion n'a qu'une visibilité partielle du trafic environnant. Un mécanisme distribué de coordination des manoeuvres est indispensable, avec par exemple une distribution de "jetons" de priorité, ou à défaut une logique permettant un choix non ambigu des manoeuvres.

L'approche distribuée est sous-optimale, dans le cas général, et la qualité des solutions dépend fortement de l'ordre de priorité entre les avions. Dans l'approche centralisée, la résolution de conflit devient un problème fortement combinatoire, difficile à résoudre par des méthodes classiques pour plus d'une vingtaine d'avions avec des hypothèses réalistes.

Méthodes de résolution

Le choix des méthodes de résolution dépend du problème traité (résolution centralisée ou distribuée, optimul local ou global, etc), et du degré de réalisme souhaité. Elles diffèrent également selon la modélisation choisie pour les trajectoires, les incertitudes, et les manoeuvres. Notamment, le choix entre variables discretes ou continues est essentiel.

En l'état actuel de la recherche, l'optimalité globale d'une résolution de conflits peut être prouvée avec des méthodes déterministes (ex: MINLP), mais seulement avec une modélisation très simplifiée et/ou sur des instances de petites tailles.

Les méta-heuristiques sont efficaces sur des instances plus grandes avec une modélisation réaliste, mais l'optimum n'est pas prouvé.

Travaux en cours
Résultats antérieurs

L'origine des algorithmes évolutionnaires utilisés dans les projets européens ERASMUS (pour la déconfliction par ajustements de vitesse) ou plus récemment SESAR 4.7.2 (Separation task in en-route trajectory-based environment) est dans les travaux de certains chercheurs du MAIAA, antérieurs à la création du laboratoire. Pour mémoire, voir la page ERCOS, avec les publications de référence.