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Système de planification de chemins aériens en 3D : préparation de missions et replanification en cas d'urgence (Document en Français)
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Modalités de diffusion de la thèse :
Modalités de diffusion de la thèse :
Auteur : Baklouti Zeineb
Date de soutenance : 13-09-2018
Directeur(s) de thèse : Artiba Abdelhakim
- Ben Atitallah Rabie
- Duvivier David
Président du jury : Jourdan Laetitia
Membres du jury : Artiba Abdelhakim
- Ben Atitallah Rabie
- Duvivier David
- Chu Feng
- Farges Jean-Loup
- Durand Nicolas
- Jaulin Luc
- Belanger Nicolas
- Ducollet Alain
Rapporteurs : Durand Nicolas
- Jaulin Luc
Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines - LAMIH
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Baklouti, Zeineb
Nom
Baklouti
Prénom
Zeineb
Nationalité
TN
Date de soutenance : 13-09-2018
Directeur(s) de thèse : Artiba Abdelhakim
Artiba, Abdelhakim
Nom
Artiba
Prénom
Abdelhakim
Ben Atitallah, Rabie
Nom
Ben Atitallah
Prénom
Rabie
Duvivier, David
Nom
Duvivier
Prénom
David
Président du jury : Jourdan Laetitia
Jourdan, Laetitia
Nom
Jourdan
Prénom
Laetitia
Membres du jury : Artiba Abdelhakim
Artiba, Abdelhakim
Nom
Artiba
Prénom
Abdelhakim
Ben Atitallah, Rabie
Nom
Ben Atitallah
Prénom
Rabie
Duvivier, David
Nom
Duvivier
Prénom
David
Chu, Feng
Nom
Chu
Prénom
Feng
Farges, Jean-Loup
Nom
Farges
Prénom
Jean-Loup
Durand, Nicolas
Nom
Durand
Prénom
Nicolas
Jaulin, Luc
Nom
Jaulin
Prénom
Luc
Belanger, Nicolas
Nom
Belanger
Prénom
Nicolas
Ducollet, Alain
Nom
Ducollet
Prénom
Alain
Rapporteurs : Durand Nicolas
Durand, Nicolas
Nom
Durand
Prénom
Nicolas
Jaulin, Luc
Nom
Jaulin
Prénom
Luc
Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines - LAMIH
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Discipline : Informatique
Classification : Sciences de l'ingénieur, Informatique, information, généralités
Mots-clés : Planification de chemins aériensDiscrétisation de l’espace 3DGraphe de navigationPlus court cheminReplanification de missions
Hélicoptères -- Thèses et écrits académiquesPlanification -- Informatique -- Thèses et écrits académiquesDiscrétisation (cartographie) -- Thèses et écrits académiquesAéronautique -- Mesures de sécurité -- Thèses et écrits académiques
Résumé : L’enjeu de planification de vol à bord d’un hélicoptère en tenant compte des différents paramètres environnementaux constitue un facteur clé dans le secteur aéronautique afin d’assurer une mission en toute sécurité avec un coût réduit. Ce défi concerne à la fois la phase de préparation de la mission sur une station au sol mais aussi en cours de vol pour faire face à un évènement imprévu. Nous citons un premier exemple de mission de type recherche et sauvetage qui dispose d’un temps limité pour localiser et rechercher des personnes en danger. Pour ce faire, le plan de vol généré doit suivre le relief du terrain à des altitudes relativement basses entre des points de passage désignés. L’objectif est de permettre au pilote de localiser une victime dans une durée bornée. Un deuxième type de mission comme l’assistance médicale a la particularité d’assurer un vol qui favorise le confort du passager ainsi qu’une route qui minimise le temps de vol selon la criticité de la situation. Pendant la phase dynamique, lorsqu’il s’agit d’un événement complexe telle qu’une panne moteur, une replanification de la mission devient nécessaire afin de trouver un chemin aérien qui permet d’atterrir en toute sécurité dans les plus brefs délais. Dans un autre exemple comme l’évitement d’obstacle dynamique ou de zone dangereuse, il s’agit de calculer un autre plan de vol pour atteindre la destination. Cependant à ce jour, les pilotes ne bénéficient pas de système d’autoroutage 3D permettant la replanification dynamique de mission face à une situation d’urgence. Face au défi de génération d’un plan de vol optimal, nos réflexions profondes ont abouti à la proposition d’un nouveau système de planification de chemin, pour des aéronefs, dédié à la préparation de mission avant le vol ainsi qu’à la replanification dynamique en cours de vol face à une situation d’urgence. Le système de planification peut être déployé sur une station au sol ou bien intégré comme fonction avionique au sein de l’aéronef. Les résultats obtenus ont abouti à un brevet déposé devant l’INPI et à plusieurs actions de transfert technologique au sein d’Airbus Helicopters. Le système s’appuie sur des techniques de discrétisation de l’espace et de calcul du plus court chemin afin de générer automatiquement des solutions flexibles en terme de profil de chemin en respectant plusieurs contraintes liées à l’appareil, le terrain et l’environnement. La solution proposée est générique et capable de s’adapter selon le type de l’aéronef, le type de la mission et la fonction objectif à minimiser. Le système de planification peut offrir des solutions avec différents compromis entre le temps d’exécution et la qualité du chemin selon le temps disponible qui peut être corrélé avec la criticité de la situation. Le fonctionnement du système de planification de chemin se compose principalement de deux phases : le prétraitement et le routage. La phase de prétraitement permet une discrétisation multi-altitude de l’espace 3D selon une précision donnée et la génération automatique d’un graphe de navigation avec une connexité paramétrable. La phase de routage 3D calcule le chemin en prenant en considération un ensemble de contraintes telles que les limitations angulaires en horizontal et en vertical et une fonction objectif à minimiser tels que la distance, le carburant, le temps, etc. Lors de la phase d’exploration du graphe, le système de planification peut communiquer avec le modèle de performance de l’appareil afin de minimiser une fonction coût liée à la performance et de s’assurer au fur et à mesure de la faisabilité de la mission. La génération automatique des plans de vol et la replanification dynamique représentent une brique essentielle pour concevoir des systèmes d’assistance au pilote ainsi que des aéronefs autonomes. En résumé, nous avons réussi à atteindre les attendus de l’industriel à savoir : l’évaluation de la faisabilité d’une mission, l’amélioration des performances, la réduction de la charge de travail « navigation », ainsi que l’amélioration de la sécurité en vol. Afin de concrétiser la solution proposée, nous avons conçu un nouvel outil de planification automatique de vol 3D.
Classification : Sciences de l'ingénieur, Informatique, information, généralités
Mots-clés : Planification de chemins aériensDiscrétisation de l’espace 3DGraphe de navigationPlus court cheminReplanification de missions
Hélicoptères -- Thèses et écrits académiquesPlanification -- Informatique -- Thèses et écrits académiquesDiscrétisation (cartographie) -- Thèses et écrits académiquesAéronautique -- Mesures de sécurité -- Thèses et écrits académiques
Résumé : L’enjeu de planification de vol à bord d’un hélicoptère en tenant compte des différents paramètres environnementaux constitue un facteur clé dans le secteur aéronautique afin d’assurer une mission en toute sécurité avec un coût réduit. Ce défi concerne à la fois la phase de préparation de la mission sur une station au sol mais aussi en cours de vol pour faire face à un évènement imprévu. Nous citons un premier exemple de mission de type recherche et sauvetage qui dispose d’un temps limité pour localiser et rechercher des personnes en danger. Pour ce faire, le plan de vol généré doit suivre le relief du terrain à des altitudes relativement basses entre des points de passage désignés. L’objectif est de permettre au pilote de localiser une victime dans une durée bornée. Un deuxième type de mission comme l’assistance médicale a la particularité d’assurer un vol qui favorise le confort du passager ainsi qu’une route qui minimise le temps de vol selon la criticité de la situation. Pendant la phase dynamique, lorsqu’il s’agit d’un événement complexe telle qu’une panne moteur, une replanification de la mission devient nécessaire afin de trouver un chemin aérien qui permet d’atterrir en toute sécurité dans les plus brefs délais. Dans un autre exemple comme l’évitement d’obstacle dynamique ou de zone dangereuse, il s’agit de calculer un autre plan de vol pour atteindre la destination. Cependant à ce jour, les pilotes ne bénéficient pas de système d’autoroutage 3D permettant la replanification dynamique de mission face à une situation d’urgence. Face au défi de génération d’un plan de vol optimal, nos réflexions profondes ont abouti à la proposition d’un nouveau système de planification de chemin, pour des aéronefs, dédié à la préparation de mission avant le vol ainsi qu’à la replanification dynamique en cours de vol face à une situation d’urgence. Le système de planification peut être déployé sur une station au sol ou bien intégré comme fonction avionique au sein de l’aéronef. Les résultats obtenus ont abouti à un brevet déposé devant l’INPI et à plusieurs actions de transfert technologique au sein d’Airbus Helicopters. Le système s’appuie sur des techniques de discrétisation de l’espace et de calcul du plus court chemin afin de générer automatiquement des solutions flexibles en terme de profil de chemin en respectant plusieurs contraintes liées à l’appareil, le terrain et l’environnement. La solution proposée est générique et capable de s’adapter selon le type de l’aéronef, le type de la mission et la fonction objectif à minimiser. Le système de planification peut offrir des solutions avec différents compromis entre le temps d’exécution et la qualité du chemin selon le temps disponible qui peut être corrélé avec la criticité de la situation. Le fonctionnement du système de planification de chemin se compose principalement de deux phases : le prétraitement et le routage. La phase de prétraitement permet une discrétisation multi-altitude de l’espace 3D selon une précision donnée et la génération automatique d’un graphe de navigation avec une connexité paramétrable. La phase de routage 3D calcule le chemin en prenant en considération un ensemble de contraintes telles que les limitations angulaires en horizontal et en vertical et une fonction objectif à minimiser tels que la distance, le carburant, le temps, etc. Lors de la phase d’exploration du graphe, le système de planification peut communiquer avec le modèle de performance de l’appareil afin de minimiser une fonction coût liée à la performance et de s’assurer au fur et à mesure de la faisabilité de la mission. La génération automatique des plans de vol et la replanification dynamique représentent une brique essentielle pour concevoir des systèmes d’assistance au pilote ainsi que des aéronefs autonomes. En résumé, nous avons réussi à atteindre les attendus de l’industriel à savoir : l’évaluation de la faisabilité d’une mission, l’amélioration des performances, la réduction de la charge de travail « navigation », ainsi que l’amélioration de la sécurité en vol. Afin de concrétiser la solution proposée, nous avons conçu un nouvel outil de planification automatique de vol 3D.
Type de contenu : Texte
Format : PDF
Format : PDF
Identifiant : uvhc-ori-oai-wf-1-2559
Type de ressource : Thèse
Type de ressource : Thèse