Replanification dynamique d'un plan de vol d'un hélicoptère « Autoroutage 3D »
Résumé
Méthode de replanification de trajectoires en trois dimensions pour les hélicoptères, basée sur un découpage multi-niveaux via des quadtrees. L’enjeu de replanification d’un plan de vol à bord d’un hélicoptère en tenant compte des différents paramètres environnementaux (terrain, conditions climatiques, cas d’urgence, etc.) constitue un facteur clé dans le secteur aéronautique afin d’assurer une mission en toute sécurité et avec un coût réduit. ÀA ce jour, les pilotes ne bénéficient pas en vol d’un système d’autoroutage 3D permettant ld’assistance pour la replanification dynamique de leur mission face à un imprévu complexe ou une situation d’urgence. Étant donnés la diversification et le niveau de criticité des situations possibles, la recherche d’une solution correspondante à un plan de vol optimal doit être associée à une ou plusieurs contrainte(s) (temps de calcul, carburant disponible, état de l’appareil, etc.) et à un ou plusieurs objectifs (durée du vol, nombre de changements de cap et/ou d’altitude, carburant consommé...). Les plans de vol proposés devront tenir compte des contraintes fortes tout en optimisant un ou plusieurs objectifs. Plusieurs plans de vol pourront être présentés à l’équipage sur base d’un classement multicritère [9]. On peut citer ça, mais c’est un outil visuel : Duvivier D., Meskens N., Ahues M. (2013). A fast multicriteria decision-making tool for industrial scheduling problems. International Journal of Production Economics, 145, pp. 753-760, ISSN 0925-5273 [DOI=10.1016/j.ijpe.2013.05.028]. Ou Ca : Roux O., Duvivier D., Dhaevers V., Meskens N., Artiba A. (2008). Multicriteria approach to rank scheduling strategies. International Journal of Production Economics, 112, pp. 192-201 [DOI=10.1016/j.ijpe.2006.08.020]. Par ailleurs, la navigation dans un environnement partiellement connu et complété dynamiquement à l’aide de capteurs évolués (radar, vision, etc.) vient augmenter la complexité du problème. Cette complexité est présente à la fois au niveau des algorithmes d’optimisation des trajectoires, mais elle s’exprime également au niveau des structures de données et algorithmes sous-jacents utilisés pour stocker et explorer efficacement l’environnement. La nécessité d’utiliser des algorithmes déterministes et bornés au niveau du temps maximum d’exécution accroît la difficulté de mise au point des algorithmes. Les évolutions technologiques aux niveaux des calculateurs embarqués, des capteurs extéroceptifs et des moyens de transmission ont permis l’émergence des systèmes de type « Sense and Avoid » dans le secteur de l’aéronautique. Bien que ces systèmes soient aujourd’hui utilisés pour la navigation autonome dans des drones, leur déploiement dans un contexte de replanification dynamique d’un plan de vol au niveau d’un aéronef complexe tel qu’e un hélicoptère représente un défi scientifique et industriel. Un système d’assistance pour la replanification d’un plan de vol à bord d’un hélicoptère, répondant aux exigences précédemment décrites, constitue un facteur différentiateur clé dans la thématique sécurité dans le transport aéronautique. Pour atteindre cet objectif, nous avons besoin de solutions innovantes sur le plan algorithmique, mais aussi sur le plan architecture matérielle embarquée. L’utilisation des architectures hétérogènes CPU /FPGA (Central Processing Unit/ Field-Programmable Gate Array) est alors intéressante afin de s’adapter aux contraintes temporelles. En effet, l’utilisation des FPGA permet d’accélérer les calculs et donne des garanties temporelles déterministes. Des travaux tels que [10] relèvent les avantages indéniables de l’utilisation des systèmes hétérogènes. On s’intéressera dès lors dans cette partie à implémenter les algorithmes proposés pour la replanification des plans de vol sur une structure hétérogène CPU/FPGA avec un modèle d’exécution dynamique pour l’allocation des ressources selon les besoins de l’application. Face au défi de planification d’un plan de vol optimal, des réflexions profondes au sein d’un groupe de travail incluant Airbus Helicopters et l’Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (dans le cadre de la thèse d’Omar Souissi qui se termine courant 2014) ont abouti à des choix stratégiques afin de satisfaire des critères de temps de calcul, d’espace mémoire, etc. Aujourd’hui, la prise en considération de la replanification en cours de vol, la calibration de la qualité des solutions en fonction de la criticité de la situation et l’environnement incertain ouvrent de nombreuses opportunités pour la recherche afin de proposer un système d’assistance pour la replanification dynamique d’un plan de vol à bord d’un hélicoptère. Ce projet de recherche s’inscrit dans le thème général « Systèmes de transports intelligents » identifié au sein du Pôle de Recherches « Transports et Mobilité Durables » de l’Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, et en cohérence avec les objectifs scientifiques du projet régional CISIT ainsi que le pôle de compétitivité i-Trans. Il fait appel à l’utilisation conjointe de l’optimisation, de la simulation, de l’aide à la décision et des systèmes embarqués.