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Le projet ERCOS a debuté en 1992, en même temps que le projet CATS . L'idée à la base d'ERCOS repose sur des travaux effectués au CENA et à l'ENAC dans le cadre du projet ERATO. ERATO a effectué au début des années 90 une analyse du travail du contrôleur et a permis de montrer qu'une part importante de ce travail consiste à gérer l'incertitude sur les trajectoires des avions. Un des buts du projet était donc de fournir au contrôleur des outils l'aidant a gérer l'incertain, tout en restant compatible avec son mode opératoire, pour ne pas perturber son travail.
ERATO s'est par la suite appliqué a développer ses outils en se basant sur des méthodes d'ingénierie cognitive. Au sein de notre équipe, nous nous sommes plutôt appliqués a développer une approche qui avait fait ses preuves, en particulier dans la programmation des jeux: se baser sur les forces des ordinateurs (la vitesse de calcul) pour traiter de façon calculatoire des problèmes qui pouvaient sembler en première approche liés à une activité humaine.
Nous avons tout d'abord developpé une modélisation mathématique de l'incertitude, qui est supposée rester dans un intervalle detérminé suivant l'axe de deplacement de l'avion, et être constante dans l'axe orthogonal à son déplacement. Cette hypothèse est compatible avec la navigation des aéronefs, dont la navigation suit de façon précise le cap, mais dont la précision sur le tenu de vitesse sur des périodes de 10 à 20 minutes est plus difficile à prévoir, en raison du grand nombre de facteurs extérieurs qui peuvent intervenir. On peut voir sur l'exemple suivant le fonctionnement de ce modèle.
Au début de la fenêtre de calcul, l'incertitude croissant linéairement avec le temps, le programme prévoit de donner une déviation à l'un des deux avions. Cependant, il ne communique encore aucune manoeuvre car il a encore le temps de prendre une decision et de la transmettre au pilote. Au fur et à mesure que les avions se rapprochent, l'incertitude absolue décroît et finalement, il est inutile de donner quelque manoeuvre que ce soit, les deux avions finissant par passer à plus d'une norme de séparation l'un de l'autre.
L'algorithme a été optimisé de façon a réduire le nombre de manoeuvres et à limiter le temps de déviation total des avions. Sur l'exemple ci-dessous, on voit comment est resolu un conflit à 4 avions. L'algorithme permet de résoudre tous les conflits en ne déviant que deux avions sur les quatre.
L'algorithme n'autorise que des manoeuvres simples:
L'exemple suivant montre comment est résolu un rattrapage de 5 avions en utilisant une mise en offset.
Le probleme à résoudre étant trop complexe pour être résolu par des algorithmes traditionnels, nous avons adapté des méta-heuristiques (algorithmes génétiques) à la résolution de ce problème. Ces algorithmes ne garantissant pas de trouver la meilleure solution, il était intéressant de les tester sur des cas pour lesquels la meilleure solution est connue. On voit sur l'exemple ci-dessous le cas du rond point: cinq avions se croisent exactement au même point. On sait que la solution de ce probleme est un rond point (les cinq avions tournent du meme côté) et c'est bien la solution trouvée par l'algorithme.
L'algorithme a également été testé sur des cas plus complexes comme le croisement par un avion de deux axes.
On voit ci dessous le cas de deux trains d'avions se croisant.
Tous les exemples présentés ci-dessus ne sont que des exemples "jouets" permettant de tester l'algorithme. La plus grande partie du travail fût d'implanter ensuite ERCOS à l'interieur du simulateur arithmetique CATS de facon à le tester sur du trafic simulé à partir de données "plan de vol" réelles. Ce travail a été la source de nombreuses idées, comme la résolution parallèle de clusters d'avions indépendants. Depuis 2002, ERCOS est capable de travailler sur l'ensemble de l'espace européen, soit en mode "route directe", soit en mode "route réelle". Les résultats détaillés du projet sont presentés dans les publications ci-dessous.
ERCOS a été avec CATS le sujet central de travail du LOG pendant de nombreuses années. Il reste le sujet principal de travail du pôle POM. Il a eu une réelle influence dans le monde de la recherche ATM, et est certainement à la base du projet ERASMUS. L'étude SAGES a évalué de façon plus précise comment il était possible de réaliser de la résolution en vitesse avec de petites modifications en limitant les algorithmes d'ERCOS (ils permettent par défaut de faire de la résolution en cap, niveau et vitesse) afin de tester l'idée du contrôle subliminal proposé dans ERASMUS.
Avec la fin du projet ERASMUS et les conclusions très mitigées concernant le contrôle subliminal, les algorithmes d'ERCOS (détection/clustering/résolution) vont reprendre leur forme initiale (cap/vitesse/niveau) et vont être à la base d'une étude commune avec Thalès (projet GENESE). Ils vont également être utilisés au sein du projet SESAR 4.7.2
Si vous voulez créer vous mêmes vos conflits et voir comment ERCOS les résoud, rendez-vous sur la page de notre applet JAVA!
Toutes les publications du pôle POM sont disponibles ici.
Les publications de l'ex LOG (Laboratoire d'optimisation globale) sont disponibles là.
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