EP1644906A2 - DISPOSITIF ET PROCEDE D’ASSISTANCE AUTOMATISEE AUX CONTROLEURS DE LA CIRCULATION AERIENNE - Google Patents

DISPOSITIF ET PROCEDE D’ASSISTANCE AUTOMATISEE AUX CONTROLEURS DE LA CIRCULATION AERIENNE

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Publication number
EP1644906A2
EP1644906A2 EP04742749A EP04742749A EP1644906A2 EP 1644906 A2 EP1644906 A2 EP 1644906A2 EP 04742749 A EP04742749 A EP 04742749A EP 04742749 A EP04742749 A EP 04742749A EP 1644906 A2 EP1644906 A2 EP 1644906A2
Authority
EP
European Patent Office
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controller
computer
conflicts
planes
aircraft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04742749A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jacques Villiers
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • G08G5/045—Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0004—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft
    • G08G5/0013—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft with a ground station
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0073—Surveillance aids
    • G08G5/0082—Surveillance aids for monitoring traffic from a ground station

Definitions

  • the present invention relates to a user-friendly and scalable device for automated assistance to air traffic controllers capable of evolving towards a fully automated system. It also relates to a process implemented in this device.
  • Air traffic control systems have the function of preventing collisions and ensuring the safe and efficient flow of air traffic. All decisions and responsibility for safety currently rests exclusively with air traffic controllers. Each team ensures control over a determined fraction of the airspace, called the control sector. This team is made up of a Radar controller and an assistant more specifically responsible for strategy and coordination with the adjacent sectors.
  • the role of computers is currently limited to acquiring, correlating, developing and automatically presenting to controllers, in the appropriate form and at the appropriate time, information on the current position (Radar) and flight intentions (Flight plans) of each aircraft taken isolation.
  • Computers do not systematically calculate the forecast of the relative positions of aircraft taken in pairs and a fortiori the probability of a collision between them, except to cause an ultimate alarm in the event of imminent collision danger (safety net) .
  • the controllers' perceptual, cognitive and mnemonic capacities limit the quantity and the precision of the information that, in real time, they can effectively acquire, retain and submit to mental calculation, in particular to evaluate the current and future relative positions of planes two by two.
  • controllers Because of the vagueness in which they operate, the controllers are forced to take significant margins in their assessments; they thus retain many pairs of “problem” planes and constantly monitor the evolution of the situation, consuming time and attention, in order to ensure as time goes by , that they do not constitute actual "conflicts” requiring avoidance action. They are constantly called upon to treat all traffic as a whole; to this end, they develop an overall strategy and tactics which are gradually adapted to the development of the situation and their workload. The saturation of the system capacity thus results from the partial use of fuzzy information leading to both imperfect use of the available airspace and a real time overload of controllers.
  • a computer assumed to be programmed to take full advantage of the information and computing capacities available to it in order to perform the task currently assigned to them in place of the controllers, would not meet any of these limitations. He would have to develop a strategy, tactics and decisions radically different from those of a controller. This disparity in perception and appreciation of the situation and its development would constitute an irreducible source of incommunicability and incomprehension between the controllers and a computer thus programmed. Likewise, the controllers would not have the time necessary to interrogate such a computer piecemeal to enrich or refine their knowledge of the current situation and its future, to test a solution or to have it perform calculations at their request. 'optimization.
  • the purpose of the present invention is to overcome all the pitfalls inherent in the current state of the art and thus to open a new field for the evolution of this system, without imposing new aircraft equipment, then to provide it with increasing efficiency as these equipments become more numerous, because of their contribution to the safety and efficiency of the system.
  • a scalable automated air traffic control assistance device intended to equip a conventional air traffic control system comprising a computer comprising a program enabling it to receive information concerning the flight plans of airplanes and of the
  • this automated assistance device comprises:
  • the device of the invention can also advantageously include means for developing optimal solutions to the conflicts appearing in the Computer Agenda.
  • optimal solutions to the conflicts appearing in the Computer Agenda.
  • there are techniques for developing such optimal solutions of which one can cite as an example, those described in the document “Optimal resolution of en route conflicts” by G. Granger, N. Durand and J. AUiot, 4th Air Traffic Management R. and D. Seminar 2001.
  • the device of the invention advantageously takes advantage of new equipment conforming to the specifications developed by the International Civil Aviation Organization (ICAO) (data link) as and when the planes are equipped with it. To this end, it may also include:
  • the device fully respects all the responsibility and the control of the controllers' decisions and preserves the total autonomy of their strategic and tactical choices as of the organization of their work. It does not impose on them any involuntary intervention or manipulation liable to disturb the course of their cognitive or mnemonic activity.
  • This device was designed on the basis of an in-depth knowledge of the nature and specificity of the controllers' work and aims to allow them to benefit from all the current and future information and calculation means on the ground and on board the aircraft.
  • controllers With a range of services and tools which they can use as they wish, if and when they wish; it may in particular receive delegations of responsibility from them.
  • This device will already find its effectiveness in the current state of aircraft equipment and will take advantage of any new equipment by accommodating their disparity and their mix.
  • the invention will be better understood if we deepen the effective nature of what is called a "conflict" between aircraft, that is to say the recognition at a given moment of a risk of potential occurrence of a collision.
  • the controller can only proceed on the Radar screen with a rough assessment of the ground speed of the planes or their rate of vertical evolution, and with approximate mental calculations of extrapolation. It is the same in the vertical plane.
  • the user-friendly and scalable automated assistance system for air traffic controllers object of the present invention, provides the set of functions described below. .
  • Such a control system includes a computer programmed in so that it can receive the information concerning the Flight plans of the planes and coming from the Radars, elaborate them, correlate them and present them to the controllers and assistant controllers of each control sector; these have a radiotelephone link to communicate with airplanes.
  • This system can advantageously be supplemented by an already experienced system which assists the controllers in constructing and displaying on a supplementary screen a list known as a “controller agenda” of problems such that said controllers can predict them with the only information and means of analysis which they feature.
  • ERATO a list known as a “controller agenda” of problems
  • the first merit of this combination lies in the fact that the controllers thus have a material visualization of the problems ordered in time according to their possible moment of occurrence; this visualization constituting a material reflection of the controller's "operational memory", which is all the more relieved, and becomes a particularly effective tool for coordination within the control team.
  • the device takes full advantage of the fact, hitherto untapped, that the Controller Calendar will constitute for the computer a precious source of knowledge of the representation that controllers make of the situation, taking into account the vagueness which their forecasts are affected. It also benefits from the fact that the conflicts as presented on the Controller Agenda are ordered in time and that their order, unlike that of the traditional board (called “strips") concerning each of the planes taken in isolation, has not necessary to be manipulated by the controllers without the knowledge of the computer. As a result, bilateral exchanges between computers and controllers can take as a basis the display or designation of the line concerning the problem under consideration or one of the planes concerned.
  • the device makes it possible in particular to carry out all or part of the following functions: - establishment and maintenance in memory of a second list of conflicts, called "Computer Agenda" on the basis of all the information and calculation means available to the computer, this list including all conflicts even before that the planes involved enter the control sector in which the conflict is likely to occur;
  • the device according to the invention also provides the following functions.
  • the automatic data link to the on-board computers of the planes equipped with it, it collects additional information to refine the establishment of the Computer Agenda.
  • the list of "false conflicts" can be extended in complete safety, taking into account the more precise information which can be collected automatically.
  • these links will make it possible to access better knowledge of the pilot's intentions, at air speed but also, thanks in particular to GPS or other precise means of navigation, at ground speeds, and to keep knowledge of speed up to date wind which can be deduced from it by the passage of successive planes.
  • the assistance device sends flight instructions, as necessary, to the computers of the planes, using these same data links, in order to modify the flight parameters of the planes.
  • flight instructions as necessary, to the computers of the planes, using these same data links, in order to modify the flight parameters of the planes.
  • this extended function further contributes to reducing the number of residual conflicts that will have to be dealt with by the controllers.
  • Such subliminal action vis-à-vis the controller can be extended vis-à-vis the pilot.
  • pilots very generally entrust the actual conduct of the flight to a computer (FMS), that is to say to an automatic pilot, to which he is content to make known his intentions (follow a flight plan introduced in the computer, follow a landing path etc.).
  • the autopilot then automatically monitors these intentions and permanently corrects the attitude and trajectory of the aircraft according to the atmospheric hazards encountered.
  • the flight plans deposited by the pilot before the flight with the air traffic control authorities would include for each type of aircraft a cruising speed and a standard vertical rate of evolution, - this vertical evolution being a function of the on-board load - as well as the margins around of which these parameters can be modified by the pilot or the controller without impacting flight safety.
  • the device according to the invention thus achieves what could be called an “automatic air traffic control pilot” capable of automatically minimizing the number of real conflicts while leaving both the pilot and the controller free to develop or modify, after mutual agreement, their intentions or their instructions with regard to the two automations concerned on board and on the ground respectively.
  • the assistance device also establishes the list of conflicts which are likely to occur in a cluster, that is to say almost simultaneously at a future time, and offers controllers timely arrangements. likely to prevent them; these provisions can be proposed at a time when an aircraft is flying over a sector upstream of that in which one of these conflicts should take place.
  • the device according to the invention draws the attention of the controller currently in charge of this aircraft and specifically suggests that he implement the proposed solution even if said controller is unable to understand the reason and the utility thereof.
  • This system also ensures permanent monitoring of the development of the situation and intervenes with controllers in all cases of unforeseen hazards, or even failure of controllers or pilots.
  • the computer detects in particular any behavior by an aircraft contrary to the information at its disposal, and in particular any behavior resulting from a control instruction of which it has not been informed.
  • the computer displays in an appropriate form (analog or digital), in accordance with residual problems, the time to run before actual conflict as well as the planned separation flights at the time of their crossing.
  • the device according to the invention searches for one or more solution (s) from a set of standard maneuvers previously identified and standardized: change of speed or level or rate of vertical evolution, avoidance of conventional radar, direct routes, followed by an airplane of a dog curve aiming, with the necessary margins, a virtual airplane offset from the minimum separation of the airplane to avoid .
  • the assistance device adds to this list the delegation to planes in conflict, of the mission of ensuring by their own means their separation under conditions which it defines. In the latter case, it is a progressive, piecemeal decentralization of classic centralized control.
  • the device according to the invention makes known to the controllers concerned, on the screen of their Diary, that they keep at their disposal such constantly updated solutions and signals them in a one-to-one manner, for example by a specific icon, with the conflict concerned.
  • the assistance device also receives, via this same screen, the possible request from the controllers aiming to know the said solution (s), and displays, in this case and on this same screen, a virtual keyboard facilitating the entry of the methods of implementation of the type of solution chosen.
  • This virtual keyboard specific to each selected function, developed according to each circumstance, anticipates the probable intentions of the controller in order to allow him to enter the message through the play of a very small number of designations from the blocks of information presented.
  • the assistance device takes note of the solution chosen by the controllers, which they then send by radiotelephone to the aircraft concerned. Or at the controllers' request, it sends these instructions directly to the on-board computers of the aircraft which are equipped accordingly, and then follows their execution.
  • the device according to the invention keeps up to date on the Controller Calendar, according to ergonomically chosen codes (color or intensity of the display, icons, lateral sliding of the information line, etc.), the state of all the problems: (false conflicts, conflicts eliminated, conflicts delegated by the controllers to the computer then possibly by the latter to the aircraft, conflicts still to be resolved by the controller).
  • this Agenda thus becomes the "dashboard" of the situation, ie both an indicator of the conflicts still to be resolved, an indicator of the delegations already carried out for the benefit of the computer and a support communication virtual keyboard adapted to the specific nature of each transaction between the controller and the computer.
  • the device according to the invention elaborates on one of the screens an overall presentation of the moments of occurrence of the conflicts still to be resolved, staggered along a graduated time axis, on which the the controller can add the times at which he considers it necessary to check the state of each problem in order to intervene if necessary according to the evolution of the situation.
  • the assistance device develops an image on a screen showing each pair of planes in potential conflict in the form of a point, - and its associated evolution speed vector -, of which the coordinates are respectively on the abscissa the time which separates the current moment from the moment when said planes will have a minimum longitudinal separation, and on the ordinate their separation distance at said moment.
  • This figurative point of a pair of planes is associated with a label giving the necessary indications concerning said planes, as well as an indicator specifying their vertical separation at the time of their minimum horizontal separation. All these presentations are coupled together so that any designation of a problem by a controller on one of them shows the aircraft concerned on all the others.
  • the assistance device provides additional security in the event of an incident affecting the centralized system, by the increasing sub-delegation of the computer to the benefit of the on-board computers as aircraft are equipped for this purpose. effect, and thus facilitates a smooth transition to an increasingly automated system.
  • - Figure 2 shows an embodiment of the assistance device according to the invention
  • - Figure 3 schematically shows an example of control position screens implemented in the assistance device according to the invention
  • FIG. 4 is a diagram of information representation on the screen of the Controller Calendar
  • FIG. 5 shows the equipment of aircraft and their connections with the outside, in an application of the assistance device according to the invention.
  • FIG. 6 illustrates a second embodiment of an assistance device according to the invention, in which an image is generated on a screen showing each pair of planes in potential conflict, in the form of a point whose coordinates are respectively on the abscissa the time which separates the current moment from the moment when these planes will have a minimum longitudinal separation, and on the ordinate their separation distance at this moment.
  • This device complements a now conventional air traffic control system which is composed of a computer 1 comprising software modules 2 allowing it:
  • the complementary device includes an add-on software module 11 assisting the controllers to enable them to establish and display, on an additional screen 12, a time-ordered list of the problems 13, known as the "Controller Diary", so that these controllers are able to predict them with the only information and means of analysis available to them.
  • This complementary device also includes software and a complementary screen 14 for managing coordination between the sectors.
  • the device 15 comprises, with reference to FIG. 2: a data link 16 between the computer and the on-board computers 17 of the planes which are equipped for this purpose, with a view to collecting flight data there and sending control instructions to it,
  • a software module 19 making it possible, on the basis of all the information and calculation means available to the computer, to compare the planned trajectories of the aircraft and to search for all potential conflicts in order to establish and take into account update a list of said conflicts, known as the "Computer Calendar", which includes all the conflicts even before the planes involved enter the control sector in which the conflict is likely to occur,
  • a software module 21 making it possible to establish, within the list 20 of the problems of the Controller Agenda, the list of problems which arise from the lack of precision of the forecast made by the controller and which do not do not need to be taken into consideration by the controllers, - a software module 22 for selecting, from among the pairs of airplanes in the list 20, those of the conflicts likely to be resolved by a modification of the flight parameters (speed, rate of climb or descent, start of descent, lateral deviation from the nominal route %) of one or both aircraft (s) concerned which remains within the limits of normal plan tracking tolerances flight and to develop these modifications and transmit the corresponding instructions via the data link 16,
  • a software module 26 making it possible to exchange messages between the computer and the controllers 6 and assistant controllers 7 by means of the screens 5, 12 and 14,
  • a software module 27 for developing and displaying, as necessary, on the Controller Agendas, the different types of functions specific to the device according to the invention which are offered by the computer and relate to each of these conflicts, which types of function are associated in a one-to-one manner with the line concerning this conflict in the form of icons 28, of color, of signs or of lateral displacement of the information,
  • a software module 29 to enable the designation maneuvers to be interpreted by the controller of a particular block of information as displayed on their screens by the computer
  • a software module 30 making it possible to display, on the screens of the Controller Agendas 12, a keyboard 31 adapted to the message that the controller is capable of addressing to the computer following the designation by the latter of one of the types of functions 25. It should be noted that the keyboard 31 can be of the virtual type and can be reconfigured according to the situations treated.
  • control system is able to take advantage of all the information available, in particular that which it can acquire via data links 16 with the planes which are equipped with it.
  • the assistance device according to the invention is able to provide controllers at any time with a wide range of services according to the circumstances and their wishes, without requiring them to pay attention or carry heavy operations or those likely to interfere with the free flow of their thought and the organization of their work.
  • these services there are notably, with reference to the aforementioned figures and in particular to Figure 3:
  • the controller can likewise, if he wishes, choose a type of solution by designation of the characteristic signal and thus trigger the appearance of a keyboard 31 adapted to the type of solution designated and allowing him to easily express his intentions in view , according to his choice, to have them executed by the computer or to implement them himself as above indicated;
  • a speed vector V is associated, while a vector VS representative of the safety separation distance is provided on the vertical axis of the safety distances.
  • This screen also includes a label E giving the necessary indications and information concerning said aircraft, as well as an indicator I specifying their vertical separation at the time of their minimum horizontal separation.
  • the controller thus has a dynamic vision of the situation and its evolution, and more particularly, a vector of displacement of the point representative of each conflict, making it possible to estimate to what extent he is moving towards the prohibited zone of separation of safety at the time of the effective crossing, said area being represented by the vector VS on the vertical axis starting from the origin and equal to said safety distance.

Landscapes

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Abstract

Dispositif d'assistance automatisée évolutive du contrôle de la circulation aérienne, et susceptible d'évoluer vers un système entièrement automatisé, prévu pour équiper un système de contrôle de la circulation aérienne comprenant un ordinateur (1) programmé pour recevoir les informations concernant des plans de vol (3) d'avions et des Radars (4) et les élaborer pour les présenter (5) à un opérateur contrôleur (6), et pour élaborer et afficher (12) une liste, dite "Agenda Contrôleur >>, ordonnée dans le temps, des conflits (13). Ce dispositif est agencé pour établir et tenir à jour une liste des conflits, dite "Agenda Ordinateur", sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur, pour comparer, paire d'avions par paire d'avions, l'Agenda Contrôleur et l'Agenda Ordinateur, pour élaborer des solutions optimales aux conflits figurant dans l'Agenda Ordinateur, pour procéder à des échanges de messages entre l'ordinateur et les contrôleurs (6) par la voie d'écrans (5), et pour élaborer et mettre en oeuvre des évitements des avions.

Description

«Dispositif et procédé d'assistance automatisée aux contrôleurs de la circulation aérienne»
La présente invention concerne un dispositif convivial et évolutif d'assistance automatisé aux contrôleurs de la circulation aérienne susceptible d'évoluer vers un système entièrement automatisé. Elle vise également un procédé mis en œuvre dans ce dispositif.
Les systèmes de contrôle de la circulation aérienne ont pour fonction de prévenir les abordages et d'assurer l'écoulement sûr et efficace du trafic aérien. L'ensemble des décisions et la responsabilité de la sécurité reposent actuellement exclusivement sur les contrôleurs de la circulation aérienne. Chaque équipe assure le contrôle sur une fraction déterminée de l'espace aérien, dite secteur de contrôle. Cette équipe est formée d'un contrôleur Radar et d'un assistant plus particulièrement chargé de la stratégie et de la coordination avec les secteurs adjacents.
Le rôle des ordinateurs se limite actuellement à acquérir, corréler, élaborer et présenter automatiquement aux contrôleurs, sous la forme et au moment appropriés, les informations sur la position actuelle (Radar) et les intentions de vol (Plans de vol) de chaque avion pris isolément.
Les ordinateurs ne procèdent pas au calcul systématique de prévision des positions relatives des avions pris deux à deux et a fortiori de la probabilité d'une collision entre eux, sauf pour provoquer une alarme ultime en cas de danger de collision imminente (filet de sauvegarde).
Les capacités perceptives, cognitives et mnémoniques des contrôleurs limitent la quantité et la précision des informations que, en temps réel, ils peuvent effectivement acquérir, retenir et soumettre au calcul mental, notamment pour évaluer les positions relatives actuelles et futures des avions deux à deux.
Du fait du flou dans lequel ils opèrent, les contrôleurs sont contraints de prendre des marges importantes dans leurs évaluations ; ils retiennent ainsi de nombreuses paires d'avions « problèmes » et procèdent à une surveillance constante de l'évolution de la situation, consommatrice de temps et d'attention, afin de s'assurer au fur et à mesure de l'écoulement du temps, qu'ils ne constituent pas des « conflits » effectifs nécessitant une action d'évitement. Ils sont amenés à traiter en permanence l'ensemble du trafic comme un tout; ils élaborent à cet effet une stratégie d'ensemble et une tactique progressivement adaptée à l'évolution de la situation et de leur charge de travail. La saturation de la capacité du système résulte ainsi de l'utilisation partielle d'une information floue entraînant à la fois une utilisation imparfaite de l'espace aérien disponible et une surcharge de travail en temps réel des contrôleurs.
Un ordinateur, supposé programmé pour tirer tout le parti de l'information et des capacités de calcul dont il dispose en vue d'effectuer à la place des contrôleurs la tâche qui leur est actuellement dévolue, ne rencontrerait aucune de ces limitations. Il serait amené à élaborer une stratégie, une tactique et des décisions radicalement différentes de celles d'un contrôleur. Cette disparité de perception et d'appréciation de la situation et de son évolution constituerait une source irréductible d'incommunicabilité et d'incompréhension entre les contrôleurs et un ordinateur ainsi programmé. De même, les contrôleurs ne disposeraient pas du temps nécessaire pour interroger un tel ordinateur au coup par coup pour enrichir ou affiner leur connaissance de la situation actuelle et de son devenir, pour tester une solution ou pour lui faire effectuer à leur demande des calculs d'optimisation.
Enfin, dans l'état actuel de l'art de la technique, un tel ordinateur ignorant la démarche cognitive des contrôleurs et leurs intentions ne serait pas en mesure de leur apporter une assistance sous la forme et au moment opportuns et risquerait au contraire de perturber d'une manière intempestive le fil de leur pensée. Une proposition d'action proposée à un moment donné par l'ordinateur n'aurait aucune chance de s'insérer harmonieusement dans la stratégie élaborée par le contrôleur concerné, dont l'ordinateur n'a pas connaissance; de telles propositions ne pourraient que lui paraître incompréhensibles ou malvenues.
Pour ces raisons, et en l'état actuel de la technique, il n'existe aucun dispositif permettant à un ordinateur d'apporter en temps réel son assistance dans l'élaboration des décisions de contrôleurs, seuls maîtres de l'organisation de leur travail, de l'élaboration de leur stratégie et seuls juges et responsables de leurs décisions et de la sécurité.
Pour des raison évidentes, la décision et la responsabilité dans un espace donné ne peuvent être qu'uniques et ne peuvent pas être partagées entre un contrôleur et un ordinateur sous peine de donner lieu à des situations dangereuses.
Pour l'ensemble de ces raisons, toutes les tentatives pour introduire un ordinateur dans les processus de décision des contrôleurs se sont jusqu'alors soldées par des échecs ou des résultats décevants. Inversement, il n'est pas envisageable d'introduire le contrôleur dans une boucle automatique dont la finalité et les processus lui échapperaient.
C'est ainsi que le système tel qu'il existe actuellement n'a pas évolué d'une manière significative depuis de nombreuses années; il en résulte qu'il ne peut toujours bénéficier ni de toute la quantité et de toute la précision de l'information disponible, ni des capacités de calcul des ordinateurs pour la prévision, le suivi ou la résolution des conflits potentiels des avions deux à deux. La situation est ainsi bloquée en dépit du fait que le système soit doté d'ordinateurs puissants pour effectuer les seules fonctions limitées qui peuvent actuellement leur être dévolues.
Pour surmonter les obstacles précités, qui s'opposent à la communicabilité entre un contrôleur et un ordinateur pour l'exercice de la fonction de contrôle proprement dite, on pourrait songer à procéder directement à une automatisation intégrale du système. Une telle éventualité radicale pourrait être rendue théoriquement envisageable du fait qu'il devient possible d'équiper les avions d'ordinateurs de navigation et de commande ainsi que de liaisons automatiques de données air/sol et air/air. En théorie, il serait même envisageable de songer à renoncer au contrôle centralisé au sol pour conférer cette fonction au réseau des ordinateurs de bord des avions en relation deux à deux. Une troisième voie parfois suggérée consisterait à tirer tout le parti de la précision et de la souplesse de la navigation des avions gérée par ordinateur pour rendre le système déterministe et donc planifiable.
Toutes ces éventualités restent cependant à l'état de débats théoriques. En effet, la réalisation effective de tels systèmes automatisés se heurterait à au moins deux obstacles infranchissables: il faudrait d'une part que tous les avions soient simultanément équipés en conséquence au jour J et que, d'autre part, l'ensemble de tels dispositifs d'une extrême complexité ait pu au préalable être testé et certifié en environnement réel face à tous les aléas auxquels ils ne manqueraient pas d'être soumis.
Face à l'irréalisme d'une automatisation totale ou de la possibilité de mettre en oeuvre une coopération entre ordinateur et contrôleur, il résulte de l'état actuel de la technique que, non seulement les informations et moyens actuels sont incomplètement mis à profit, mais aussi que les moyens nouveaux susceptibles de les enrichir radicalement (navigation plus précise notamment par satellites, ordinateurs de bord et liaisons de données air/sol et air/air) restent inutilisables aux fins d'améliorer le contrôle de la circulation aérienne, alors que certains avions en sont déjà équipés et que d'autres pourraient l'être si un bénéfice pouvait effectivement en être tiré au profit du contrôle de la circulation aérienne.
Compte tenu de la saturation du système de contrôle de la circulation aérienne et du coût des retards qui en résulte, les compagnies aériennes seraient disposées à faire un effort d'équipement si elles étaient assurées que l'efficacité du système pouvait en être ainsi immédiatement améliorée.
Le but de la présente invention est de surmonter tous les écueils inhérents à l'état actuel de l'art et d'ouvrir ainsi un champ nouveau à l'évolution de ce système, sans imposer pour autant d'équipements nouveaux des avions, puis de lui prodiguer une efficacité croissante au fur et à mesure que ces équipements deviendront plus nombreux, en raison même de leur contribution à la sécurité et à l'efficacité du système.
Cet objectif est atteint avec un dispositif d'assistance automatisée évolutive du contrôle de la circulation aérienne prévu pour équiper un système de contrôle de la circulation aérienne classique comprenant un ordinateur comportant un programme lui permettant de recevoir les informations concernant les plans de vol des avions et des
Radars et de les élaborer et les présenter aux contrôleurs des secteurs de contrôle, lesdits contrôleurs disposant d'une liaison radiotéléphonique pour communiquer avec lesdits avions. Certaines dispositions de l'invention nécessitent en outre que ce système soit complété par un programme additif déjà expérimenté prévu pour permettre au contrôleur d'élaborer et d'afficher une liste complémentaire, dite « Agenda du Contrôleur », des problèmes tels que ledit contrôleur peut les prévoir avec les seuls informations et moyens d'analyse dont il dispose. Suivant l'invention, ce dispositif d'assistance automatisée comprend :
- des moyens pour établir et tenir à jour une liste des conflits, dite "Agenda Ordinateur" sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur,
- des moyens pour comparer, paire d'avions par paire d'avions, l'Agenda Contrôleur et l'Agenda Ordinateur, prévus pour mettre en évidence chaque disparité de prévision entre lesdits Agendas,
- des moyens pour sélectionner ceux des problèmes retenus par le contrôleur qui ne tiennent leur source qu'au manque de précision de la prévision effectuée par le contrôleur,
- des moyens pour sélectionner parmi les paires d'avions celles dont le conflit peut être résolu par une modification des paramètres de vol (notamment vitesse ou taux de montée ou de descente, d'un ou des deux avion(s) concerné(s), moment de début de descente, écart latéral de la route .... ), ladite modification restant dans la limite des tolérances normales de suivi de leur plan de vol, et - des moyens pour procéder à des échanges de messages entre l'ordinateur et le ou les contrôleurs, notamment par la voie d'écrans.
Le dispositif de l'invention peut en outre avantageusement comprendre des moyens pour élaborer des solutions optimales aux conflits figurant dans l'Agenda Ordinateur. II existe à ce jour des techniques d'élaboration de telles solutions optimales, dont on peut citer comme exemple, celles qui sont décrites dans le document « Optimal resolution of en route conflicts » par G. Granger, N.Durand and J.AUiot, 4th Air Traffic Management R. and D. Seminar 2001.
Le dispositif de l'invention tire avantageusement parti des nouveaux équipements conformes aux spécifications élaborées par l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (OACI) (liaison de données) au fur et à mesure que les avions en sont équipés. A cet effet, il peut comprendre en outre :
- des moyens pour établir une liaison de données avec les ordinateurs de bord des avions,
- des moyens pour recueillir automatiquement dans les ordinateurs de bord des informations complémentaires pour l'établissement de la liste des conflits de l'Agenda
Ordinateur, et
- des moyens pour élaborer et mettre en oeuvre des instructions en vue de l'évitement des avions^ de les faire exécuter et d'en contrôler l'exécution par la voie d'une liaison automatique de données avec les ordinateurs de bord des avions. Le dispositif selon l'invention respecte sans partage toute la responsabilité et la maîtrise des décisions des contrôleurs et préserve la totale autonomie de leurs choix stratégiques et tactiques comme de l'organisation de leur travail. Il ne leur impose aucune intervention ou manipulation non volontaire susceptible de perturber le déroulement de leur activité cognitive ou mnémonique. Ce dispositif a été conçu sur la base d'une connaissance approfondie de la nature et de la spécificité du travail des contrôleurs et vise à leur permettre de bénéficier de toute l'information et des moyens de calcul actuels et futurs au sol comme à bord des avions.
Il met à la disposition des contrôleurs une palette de services et d'outils auxquels ils peuvent avoir recours à leur guise, si et quand ils le souhaitent; il peut en particulier recevoir des délégations de responsabilité de leur part.
Ce dispositif trouvera déjà son efficacité dans l'état actuel de l'équipement des avions et tirera profit de tout nouvel équipement en s'accommodant de leur disparité et de leur mixité. L'invention sera mieux comprise si l'on approfondit la nature effective de ce qu'on appelle "conflit" entre avions, c'est à dire la reconnaissance à un moment donné d'un risque d'occurrence potentielle d'un abordage.
Il ne s'agit pas d'une prévision par "tout ou rien", comme il l'est souvent considéré, mais d'une estimation contingente qui dépend de la qualité de l'information disponible (positions et vitesses) concernant les deux avions impliqués et de son traitement. C'est ainsi, par exemple dans le plan horizontal, qu'une imprécision, même faible, sur la connaissance de la vitesse sol des avions, par exemple 15 minutes à l'avance, peut transformer une déclaration de "conflit" en "non-conflit" ou inversement (la vitesse de chaque avion est de l'ordre de 800 Km/h alors que les séparations minimales à assurer lors de croisement n'est que de l'ordre de 8 km).
L'estimation "conflit" ou "non conflit" est aussi une déclaration évolutive au fur et à mesure que s'approche le moment de collision potentielle : plus ce moment est lointain, plus cette estimation est floue. En revanche, plus ce moment est lointain, plus peuvent être efficaces de faibles actions correctrices sur les vitesses.
Or, le contrôleur ne peut procéder sur l'écran Radar qu'à une appréciation grossière de la vitesse sol des avions ou de leur taux d'évolution verticale, et qu'à des calculs mentaux d'extrapolation approximatifs. Il en est de même dans le plan vertical.
Il en résulte que les contrôleurs sont contraints de prendre de larges marges d'estimation, qui ont pour effet de retenir de nombreux « problèmes » dont beaucoup ne sont pas susceptibles de donner lieu à un conflit effectif ("faux conflits"), puis de procéder pour chacun d'eux à une mémorisation et à une surveillance permanentes de l'évolution de la situation, source d'une lourde charge de travail et d'attention qui contribue très significativement à leur stress et à la saturation de leur capacité mentale. De surcroît, n'étant pas en mesure de déterminer avec précision comment agir sur la vitesse horizontale ou verticale des avions, ils ne peuvent pas tirer le parti optimal de la capacité nominale de l'espace au voisinage des points de croisement des trajectoires.
Pour surmonter ces obstacles et tirer pleinement parti des capacités offertes par le traitement automatique des données, le dispositif convivial et évolutif d'assistance automatisée aux contrôleurs de la circulation aérienne, objet de la présente invention, assure l'ensemble de fonctions décrites ci-dessous.
Il apporte une série de fonctions nouvelles au système classique de contrôle de la circulation aérienne tel qu'il fonctionne classiquement dans les grands Centres de Contrôle actuellement en service. Un tel système de contrôle comprend un ordinateur programmé en sorte qu'il peut recevoir les informations concernant les Plans de vol des avions et en provenance des Radars, les élaborer, les corréler et les présenter aux contrôleurs et assistants contrôleurs de chaque secteur de contrôle; ceux-ci disposent d'une liaison radiotéléphonique pour communiquer avec les avions. Ce système peut être avantageusement complété par un système déjà expérimenté qui assiste les contrôleurs pour construire et afficher sur un écran supplémentaire une liste dite « Agenda contrôleur » des problèmes tels que lesdits contrôleurs peuvent les prévoir avec les seules informations et moyens d'analyse dont ils disposent. À titre d'exemple d'un tel système, on peut se référer au système dit ERATO et notamment au document « Mode d'emploi ERATO » par S. Abdesslem et C.Capsie, CENA Version 1.1 , Mai 2000.
On appellera ci-dessous « Agenda Contrôleur » tout affichage des problèmes reconnus par les contrôleurs quel que soit le moyen retenu pour les expliciter et pour les afficher sur les écrans.
Le premier mérite de cette combinaison réside dans le fait que les contrôleurs disposent ainsi d'une visualisation matérielle des problèmes ordonnés dans le temps selon leur moment d'occurrence éventuelle; cette visualisation constituant le reflet matérialisé de la "mémoire opérationnelle " du contrôleur, qui en est soulagée d'autant, et devient un outil particulièrement efficace de coordination au sein de l'équipe de contrôle.
Le dispositif selon l'invention tire tout le parti du fait, jusqu'alors inexploité, que l'Agenda Contrôleur constituera pour l'ordinateur une source précieuse de connaissance de la représentation que se font les contrôleurs de la situation, compte tenu du flou dont sont affectées leurs prévisions. Il tire aussi bénéfice du fait que les conflits tels que présentés sur l'Agenda Contrôleur sont ordonnés dans le temps et que leur ordre, contrairement à celui du tableau classique (dits "de strips") concernant chacun des avions pris isolément, n'a pas lieu d'être manipulé par les contrôleurs à l'insu de l'ordinateur. De ce fait, les échanges bilatéraux entre les ordinateurs et les contrôleurs peuvent prendre comme base l'affichage ou la désignation de la ligne concernant le problème considéré ou l'un des avions concernés.
Dans une autre version de l'invention, l'Agenda Ordinateur, tel que décrit ci- dessous, est directement affiché au profit des contrôleurs et tient directement le rôle d'Agenda Contrôleur.
Le dispositif selon l'invention permet notamment de réaliser tout ou partie des fonctions suivantes: - établissement et tenue à jour en mémoire d'une deuxième liste des conflits, dite "Agenda Ordinateur" sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur, cette liste incluant tous les conflits avant même que les avions impliqués entrent dans le secteur de contrôle dans lequel le conflit est susceptible de se produire ;
- comparaison, paire d'avions par paire d'avions, de "l'Agenda Contrôleur" et de "l'Agenda Ordinateur", et mise en évidence de chaque disparité de prévision entre eux,
- recherche de ceux des problèmes de l'Agenda Contrôleur qui ne tiennent leur source qu'au manque de précision de la prévision effectuée par le contrôleur, et information de ce dernier que lesdits problèmes n'ont pas, ou n'ont plus, raison d'être pris en considération.
Compte tenu de l'imprécision de l'estimation effectuée par les contrôleurs, notamment lors de l'entrée d'un avion dans leur secteur, et de la faible valeur de la séparation minimale à assurer au moment du croisement de leurs trajectoires, la proportion de ces "faux conflits" est importante. Du fait de cette fonction, les contrôleurs se trouveront ainsi déchargés de la tâche importante consistant, soit à tenir leur attention en éveil permanent pour suivre inutilement l'évolution de nombreuses situations, soit à prendre une décision anticipée pour procéder à un évitement pénalisant pour l'avion et pour lui-même, alors qu'il ne se serait pas révélé nécessaire. Le dispositif selon l'invention procure en outre les fonctions suivantes.
Il recueille, grâce à la liaison automatique de données vers les ordinateurs de bord des avions qui en sont équipés, des informations complémentaires pour affiner l'établissement de l'Agenda Ordinateur. Au fur et à mesure que les avions seront équipés d'ordinateurs de bord et de liaisons de données, la liste de "faux conflits " pourra être allongée en toute sécurité compte tenu des informations plus précises qui pourront être recueillies automatiquement. En particulier, ces liaisons permettront d'accéder à une meilleure connaissance des intentions du pilote, à la vitesse air mais aussi, grâce notamment au GPS ou autre moyen de navigation précise, aux vitesses sol, et de tenir à jour la connaissance de la vitesse du vent qui peut en être déduite grâce au passage des avions successifs.
Le dispositif d'assistance selon l'invention adresse en tant que de besoin aux ordinateurs des avions des instructions de vol, grâce à ces mêmes liaisons de données, en vue de modifier les paramètres de vol des avions. Toutefois, en raison de l'unicité de la responsabilité dans un espace donné, il ne peut pas adresser de telles instructions sans demande ou accord préalable du contrôleur concerné.
Il met à profit le cas très important où cette dernière règle d'unicité de commande peut être transgressée dans la limite du flou de l'information du contrôleur, lequel flou résulte à la fois de la large tolérance dont la tenue des plans de vol des avions est affectée et de l'imprécision ajoutée par l'imperfection de la prévision effectuée par les contrôleurs.
Dans la limite de cette connaissance imparfaite de la part des contrôleurs, rien n'empêche le dispositif de régler finement à l'insu des contrôleurs les paramètres de vol d'un ou des deux avions concerné(s) suffisamment à l'avance pour assurer leur séparation au moment du croisement de leurs trajectoires. Ce dispositif utilise ainsi le flou de la vision du contrôleur pour en tirer avantage. Cette possibilité d'action subliminale permet au dispositif selon l'invention d'augmenter encore significativement le nombre de "faux conflits" de l'Agenda Contrôleur. Du fait de son caractère subliminal pour les contrôleurs, ce type d'action peut s'exercer à tout moment, et donc même si le conflit à éradiquer n'est susceptible d'intervenir que dans l'espace d'un secteur situé en aval de celui où l'avion évolue à un moment donné. en disposant ainsi de plus de temps pour bénéficier de l'effet d'une modification, même minime, des paramètres de vol, cette fonction ainsi étendue contribue encore à diminuer le nombre de conflits résiduels qui devront être traités par les contrôleurs. Une telle action subliminale vis-à-vis du contrôleur peut être étendue vis-à-vis du pilote. En effet, les pilotes confient très généralement la conduite effective du vol à un ordinateur (FMS), c'est-à-dire à un pilote automatique, auquel il se contente de faire connaître ses intentions (suivre un plan de vol introduit dans l'ordinateur, suivre une trajectoire d'atterrissage etc.). Le pilote automatique assure alors de lui-même le suivi de ces intentions et corrige en permanence l'assiette et la trajectoire de l'avion en fonction des aléas atmosphériques rencontrés.
Dans une certaine mesure, certains paramètres du plan de vol (vitesse, taux de montée ou de descente ....) sont fixés pour des raisons commerciales (compromis entre vitesse et consommation, par exemple.), sans raison directement liée à la sécurité du vol. Avec le dispositif selon l'invention, les plans de vol déposés par le pilote avant le vol auprès des autorités de contrôle de la circulation aérienne comprendraient pour chaque type d'avion une vitesse de croisière et un taux d'évolution verticale standard, - cette évolution verticale étant fonction de la charge embarquée -, ainsi que les marges autour desquelles ces paramètres peuvent être modifiées par le pilote ou par le contrôleur sans impact sur la sécurité du vol.
C'est ainsi que le pilote pourra librement choisir, dans ces limites, ses conditions de vol. Mais aussi, dans ces mêmes limites, le système de contrôle pourra rechercher des modifications a priori acceptables par le pilote et donc exécutables éventuellement par le pilote automatique sans son avis préalable. Dans ces conditions, les ordres subliminaux, - vis-à-vis à la fois du contrôleur et du pilote -, constituent, du point de vue du pilote automatique de l'avion, une simple contrainte à laquelle il doit réagir, qui est de même nature que les contraintes résultant des aléas aérologiques (vents, turbulences,...). Dans les marges ainsi définies, le dispositif selon l'invention réalise ainsi ce qu'on pourrait appeler un « pilote automatique de contrôle de la circulation aérienne » susceptible de minimiser automatiquement le nombre de conflits réels tout en laissant à la fois le pilote et le contrôleur libres d'élaborer ou de modifier après accord mutuel leurs intentions ou leurs instructions à l'égard des deux automatismes concernés respectivement à bord et au sol.
Le dispositif d'assistance selon l'invention établit par ailleurs la liste des conflits qui risquent de se produire en grappe (clusters), c'est- à dire quasi-simultanément à un moment futur, et propose en temps opportun aux contrôleurs des dispositions susceptibles de les prévenir; ces dispositions pouvant être proposées à un moment où un avion survole un secteur en amont de celui dans lequel un de ces conflits devrait avoir lieu. Le dispositif selon l'invention attire l'attention du contrôleur actuellement en charge de cet avion et lui suggère spécifiquement de mettre en oeuvre la solution proposée même si ledit contrôleur n'est pas en mesure d'en comprendre la raison et l'utilité.
Ce dispositif assure par ailleurs la surveillance permanente de l'évolution de la situation et intervient auprès des contrôleurs dans tous les cas d'aléas imprévus, voire de manquement des contrôleurs ou des pilotes. L'ordinateur détecte en particulier tout comportement d'un avion contraire aux informations dont il dispose et notamment tout comportement résultant d'une instruction de contrôle dont il n'aurait pas été informé.
Pour tous les conflits qui n'ont pas été éliminés par le jeu des fonctions précédentes, l'ordinateur affiche sous une forme appropriée (analogique ou numérique), au droit des problèmes résiduels, le temps à courir avant conflit réel ainsi que la séparation prévue des vols au moment de leur croisement.
Le dispositif selon l'invention recherche une ou plusieurs solution(s) parmi un ensemble de manoeuvres-types préalablement recensées et normées: changement de vitesse ou de niveau ou de taux d'évolution verticale, évitement Radar classique, routes directes, suivi par un avion d'une courbe du chien visant, avec les marges nécessaires, un avion virtuel décalé de la séparation minimale de l'avion à éviter.
Lorsque les avions sont équipés en conséquence, le dispositif d'assistance selon l'invention ajoute à cette liste la délégation à des avions en conflit, de la mission d'assurer par leurs propres moyens leur séparation dans des conditions qu'il définit. Il s'agit, dans ce dernier cas, d'une décentralisation progressive au coup par coup du contrôle centralisé classique.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention fait connaître aux contrôleurs concernés, sur l'écran de leur Agenda, qu'il tient à leur disposition de telles solutions constamment remises à jour et le leur signale d'une manière biunivoque, par exemple par une icône spécifique, avec le conflit concerné.
Le dispositif d'assistance selon l'invention reçoit en outre, par l'intermédiaire de ce même écran, la demande éventuelle des contrôleurs visant à connaître la ou lesdites solution(s), et affiche, en ce cas et sur ce même écran, un clavier virtuel facilitant l'entrée des modalités de mise en oeuvre du type de solution choisie.
Ce clavier virtuel, propre à chaque fonction sélectionnée, élaboré selon chaque circonstance, devance les intentions probables du contrôleur en vue de lui permettre l'entrée du message par le jeu d'un très faible nombre de désignations parmi les blocs d'informations présentés.
Le dispositif d'assistance selon l'invention prend note de la solution choisie par les contrôleurs, que ceux-ci adressent alors par voie radiotéléphonique aux avions concernés. Ou à la demande des contrôleurs, il adresse directement lesdites instructions aux ordinateurs de bord des avions qui sont équipés en conséquence, puis en suit l'exécution. Le dispositif selon l'invention tient à jour sur l'Agenda Contrôleur, selon des codes ergonomiquement choisis (couleur ou intensité de l'affichage, icônes, glissement latéral de ligne d'information ....), l'état de tous les problèmes: (faux conflits, conflits éliminés, conflits délégués par les contrôleurs à l'ordinateur puis éventuellement par celui-ci aux avions, conflits encore à résoudre par le contrôleur). Outre sa fonction initiale, cet Agenda devient ainsi le "tableau de bord" de la situation, c'est à dire à la fois un indicateur des conflits restant à résoudre, un indicateur des délégations déjà effectuées au profit de l'ordinateur et un support de clavier virtuel de communication adapté à la spécificité de chaque transaction entre le contrôleur et l'ordinateur. Outre les affichages ci-dessus précisés (Radar, Agenda), le dispositif selon l'invention élabore sur un des écrans une présentation d'ensemble des moments d'occurrence des conflits restant à résoudre échelonnés selon un axe gradué en temps, sur laquelle le contrôleur peut ajouter les moments auxquels il estime devoir vérifier l'état de chaque problème pour intervenir si nécessaire en fonction de l'évolution de la situation.
Dans une autre version de l'invention, le dispositif s' assistance élabore sur un écran une image faisant apparaître chaque paire d'avions en conflit potentiel sous forme d'un point, - et de son vecteur vitesse d'évolution associé -, dont les coordonnées sont respectivement en abscisse le temps qui sépare le moment actuel du moment où lesdits avions auront une séparation longitudinale minimale, et en ordonnée leur distance de séparation audit moment.
A ce point figuratif d'une paire d'avions, est associé une étiquette donnant les indications nécessaires concernant lesdits avions, ainsi qu'un indicateur précisant leur séparation verticale au moment de leur séparation horizontale minimale. Toutes ces présentations sont couplées entre elles de sorte que toute désignation d'un problème par un contrôleur sur l'une d'elle fait apparaître les avions concernés sur toutes les autres.
Le dispositif d'assistance selon l'invention apporte une sécurité complémentaire en cas d'incident affectant le système centralisé, par la subdélégation croissante de l'ordinateur au profit des ordinateurs de bord au fur et à mesure de l'équipement des avions à cet effet, et il facilite ainsi une transition douceur vers un système de plus en plus automatisé.
Dans les stades avancés de l'automatisation, le nombre de problèmes restant à résoudre deviendra de plus en plus faible, de sorte que l'ordinateur sera en mesure de proposer au contrôleur une stratégie optimale pour en assurer la résolution puis se charger avec l'accord du contrôleur de sa mise en œuvre.
L'analyse ci-dessus d'un mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention montre que celui-ci permet effectivement de surmonter les écueils qui s'opposaient en l'état de l'art à tout progrès significatif du système. Elle montre en particulier que ce dispositif permet d'atteindre tous les objectifs d'unicité de responsabilité, de convivialité, d'efficacité et d'évolution progressive qui lui ont été assignés.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre non limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre les éléments essentiels du dispositif d'assistance selon l'invention, dans leur environnement ;
- la figure 2 représente un exemple de réalisation du dispositif d'assistance selon l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement un exemple d'écrans de position de contrôle implémentés dans le dispositif d'assistance selon l'invention ;
- la figure 4 constitue un schéma de représentation des informations sur l'écran de l'Agenda Contrôleur ;
- la figure 5 montre l'équipement des avions et leurs liaisons avec l'extérieur, dans une application du dispositif d' assistance selon l' invention ; et
- la figure 6 illustre une seconde version de réalisation d'un dispositif d'assistance selon l'invention, dans lequel on génère sur un écran une image faisant apparaître chaque paire d'avions en conflit potentiel, sous forme d'un point dont les coordonnées sont respectivement en abscisse le temps qui sépare le moment actuel du moment où ces avions auront une séparation longitudinale minimale, et en ordonnée leur distance de séparation à ce moment.
On va tout d'abord décrire, en référence aux figures précitées, un exemple de réalisation d'un dispositif d'assistance selon l'invention. Ce dispositif complémente un système désormais classique de contrôle de la circulation aérienne qui est composé d'un ordinateur 1 comportant des modules logiciels 2 lui permettant :
- de recevoir des informations concernant les plans de vol des avions 3, tels que les pilotes les ont déposés avant le vol, et des informations provenant des radars 4,
- d'interpréter ces informations, de les corréler et de les élaborer pour les présenter sur des écrans 5 des contrôleurs 6 et assistants contrôleurs 7 de chaque secteur de contrôle 8; ceux-ci disposant d'une liaison radiotéléphonique 9 pour communiquer avec des avions 10, 10'.
Le dispositif complémentaire comporte un module logiciel additif 11 assistant les contrôleurs pour leur permettre d'établir et d'afficher, sur un écran supplémentaire 12, une liste ordonnée dans le temps des problèmes 13, dite "Agenda Contrôleur", de sorte que ces contrôleurs sont en mesure de les prévoir avec les seules informations et moyens d'analyse dont ils disposent. Ce dispositif complémentaire comprend en outre un logiciel et un écran complémentaire 14 pour la gestion des coordinations entre les secteurs.
Le dispositif 15 selon l'invention comprend, en référence à la figure 2 : - une liaison de données 16 entre l'ordinateur et les ordinateurs de bord 17 des avions qui sont équipés à cet effet, en vue d'y recueillir les données de vol et d'y adresser des instructions de contrôle,
- un module logiciel 18, 18' installé sur les ordinateurs de bord 17, 17' des avions 10, 10' pour leur permettre d'assurer deux à deux et par eux-mêmes la prévention de leur abordage,
- un module logiciel 19 permettant, sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur, de comparer les trajectoires prévues des avions et de rechercher tous les conflits potentiels afin d'établir et de tenir à jour une liste desdits conflits, dite "Agenda Ordinateur", laquelle inclut tous les conflits avant même que les avions impliqués entrent dans le secteur de contrôle dans lequel le conflit est susceptible de se produire,
- un module logiciel 20 permettant de comparer, paire d'avions par paire d'avions, "l'Agenda Contrôleur" et "l'Agenda Ordinateur", et de mettre en évidence à chaque instant toute disparité de prévision entre eux,
- un module logiciel 21 permettant d'établir, au sein de la liste 20 des problèmes de l'Agenda Contrôleur, la liste des problèmes qui ne tiennent leur source qu'au manque de précision de la prévision effectuée par le contrôleur et qui n'ont pas lieu d'être pris en considération par les contrôleurs, - un module logiciel 22 pour sélectionner, parmi les paires d'avions de la liste 20, ceux des conflits susceptibles d'être résolus par une modification des paramètres de vol (vitesse, taux de montée ou de descente, début de descente, écart latéral par rapport à la route nominale...) d'un ou des deux avion(s) concerné(s) qui reste dans la limite des tolérances normales de suivi de leur plan de vol et pour élaborer ces modifications et transmettre les instructions correspondantes par la liaison de données 16,
- un module logiciel 23 permettant de rechercher parmi les conflits de la liste 20 ceux des conflits qui risquent de se produire quasi-simultanément (clusters) au sein des différents secteurs,
- un module logiciel 24 permettant de rechercher et de tenir à jour des solutions optimales à chacun des conflits figurant dans l'Agenda Ordinateur 19 et plus particulièrement aux agrégats 23 de conflits (clusters),
- une liste pré-étàblie 25 de types normes de solutions aux conflits (profils de montée ou descente, évitement dit Radar, route directe, délégation de contrôle aux avions...), - un module logiciel 26 permettant de procéder à des échanges de messages entre l'ordinateur et les contrôleurs 6 et assistants contrôleurs 7 par la voie des écrans 5, 12 et 14,
- un module logiciel 27 pour élaborer et pour afficher, en tant que de besoin, sur les Agendas Contrôleur, les différents types de fonctions propres au dispositif selon l'invention qui sont offertes par l'ordinateur et concernent chacun de ces conflits, lesquels types de fonction sont associés d'une manière biunivoque à la ligne concernant ce conflit sous forme d'icônes 28, de couleur, de signes ou de déplacement latéral des informations,
- un module logiciel 29 pour permettre d'interpréter les manoeuvres de désignation par le contrôleur de tel ou tel bloc d'information tel qu'affiché sur leurs écrans par l'ordinateur,
- un module logiciel 30 permettant de faire apparaître, sur les écrans des Agendas Contrôleurs 12, un clavier 31 adapté au message que le contrôleur est susceptible d'adresser à l'ordinateur à la suite de la désignation par celui-ci d'un des types de fonctions 25. II est à noter que le clavier 31 peut être de type virtuel et reconfïgurable en fonction des situations traitées.
Ainsi complété par le dispositif selon l'invention, le système de contrôle est en mesure de tirer profit de toute les informations disponibles, notamment celles qu'il peut acquérir par les liaisons de données 16 avec les avions qui en sont équipés. Le dispositif d'assistance selon l'invention est en mesure de fournir à tout moment aux contrôleurs un large éventail de services en fonction des circonstances et de leurs désirs, sans nécessiter de leur part une attention ou des manoeuvres pesantes ou susceptibles d'interférer avec le libre déroulement de leur pensée et de l'organisation de leur travail. Parmi ces services, figurent notamment, en référence aux figures précitées et notamment à la figure 3 :
- l'affichage sur des écrans 12.1, 12.2, en relation avec le problème concerné, d'un signal caractéristique faisant connaître selon les listes 13.1, 13.2 établies par les modules logiciels 21 et 22 que ce problème n'a pas lieu d'être pris en considération par le contrôleur, suivi de la désignation par le contrôleur dudit signal, faisant connaître qu'il en a pris connaissance, déléguant ainsi au dispositif la responsabilité, de surveiller l'évolution de la situation et de prendre les mesures nécessaires ;
- la transmission automatique, sans coordination préalable avec les contrôleurs, par la liaison de donnée 16 aux avions qui en disposent, d'une instruction de modification des paramètres de vol entrant dans les tolérances normales affectant les plans de vol, suivie de l'affichage comme ci-dessus que le conflit n'a plus de raison d'être ;
- l'affichage sur les écrans 12.1, 12.2, en relation avec le conflit concerné d'un signal caractéristique faisant connaître que l'ordinateur tient à la disposition du contrôleur différents types de solutions normées choisies parmi la liste 25 et élaborés selon la liste élaborée par le module logiciel 25. Parmi les offres de service possibles, figurent notamment, si les avions sont équipés de la liaison de données 16, la délégation de responsabilité à l'ordinateur d'adresser lui-même les instructions aux avions conformément à la solution choisie par le contrôleur et en suivre l'exécution. Si les avions ne sont pas équipés de la liaison 16, le contrôleur peut prendre connaissance de cette solution, adresser lui-même les instructions aux avions par la liaison radiotéléphonique 9 et confirmer à l'ordinateur par désignation de cette solution la disposition qu'il a prise. Le contrôleur peut de même, s'il le souhaite, choisir un type de solution par désignation du signal caractéristique et déclencher ainsi l'apparition d'un clavier 31 adapté au type de solution désigné et lui permettant d'exprimer aisément ses intentions en vue, selon ses choix, de les faire exécuter par l'ordinateur ou de les mettre en oeuvre lui-même comme ci-dessus indiqué ;
- l'affichage, sur les écrans 14 des assistants contrôleurs 7 du secteur dans lequel les avions concernés évoluent à ce moment, d'un message selon la liste établi par le module logiciel 23 lui suggérant de modifier les paramètres de vol lorsque ceux-ci dépassent la tolérance normale des plans de vol, en vue d'éviter la formation de clusters ultérieurs, suivi de l'approbation éventuelle du dit assistant contrôleur et de l'envoi par lui-même des messages tels que suggérés par l'ordinateur, ou de l'envoi automatique par la voie de la liaison de donnée 16 si les avions en sont équipés. Comme l'illustre la figure 6, on peut aussi prévoir, dans une autre version du dispositif selon l'invention, une visualisation, sur un écran SC, d'un point P représentatif d'un conflit entre deux avions, dont les coordonnées sont respectivement en abscisse le temps qui sépare le moment actuel du moment où les avions auront une séparation longitudinale minimale, et en ordomiée leur distance de séparation audit moment. A ce point représentatif P, est associé un vecteur vitesse V, tandis qu'un vecteur VS représentatif de la distance de séparation de sécurité est fourni sur l'axe vertical des distances de sécurité. Cet écran inclut également une étiquette E donnant les indications et renseignements nécessaires concernant lesdits avions, ainsi qu'un indicateur I précisant leur séparation verticale au moment de leur séparation horizontale minimale.
Le contrôleur dispose ainsi d'une vision dynamique de la situation et de son évolution, et plus particulièrement, d'un vecteur de déplacement du point représentatif de chaque conflit, permettant d'estimer dans quelle mesure il évolue vers la zone interdite de séparation de sécurité au moment du croisement effectif, ladite zone étant représentée par le vecteur VS sur l'axe vertical partant de l'origine et égal à ladite distance de sécurité.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'assistance automatisée évolutive du contrôle de la circulation aérienne prévu pour équiper un système de contrôle de la circulation aérienne comprenant un ordinateur (1) comportant un programme lui permettant de recevoir les informations concernant les plans de vol (3) d'avions (10, 10') et des Radars (4), et de les élaborer et les présenter (5) aux contrôleurs (6) de secteurs de contrôle (8), lesdits contrôleur disposant d'une liaison radiotéléphonique (9) pour communiquer avec lesdits avions (10, 10'), ledit système de contrôle comprenant en outre des moyens pour permettre à un contrôleur d'élaborer et d'afficher (12) une liste, dite « Agenda Contrôleur », des problèmes (13) tels que ledit contrôleur peut les prévoir avec les seules informations et moyens d'analyse dont il dispose, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens (19) pour établir et tenir à jour une liste des conflits, dite "Agenda Ordinateur" sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur,
- des moyens (20) pour comparer, paire d'avions par paire d'avions, l'Agenda Contrôleur et l'Agenda Ordinateur, prévus pour mettre en évidence chaque disparité de prévision entre lesdits Agendas, - des moyens pour sélectionner ceux des problèmes retenus par le contrôleur qui ne tiennent leur source qu'au manque de précision de la prévision effectuée par le contrôleur,
- des moyens pour sélectionner parmi les paires d'avions celles dont le conflit peut être résolu par une modification des paramètres de vol, et
- des moyens pour procéder à des échanges de messages entre l'ordinateur et le contrôleur.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour élaborer des solutions optimales aux conflits figurant dans l'Agenda Ordinateur.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- des moyens pour établir une liaison de données avec les ordinateurs de bord des avions, - des moyens pour recueillir automatiquement dans lesdits ordinateurs de bord des informations complémentaires pour l'établissement de la liste des conflits de l'Agenda Ordinateur, et
- des moyens pour élaborer des instructions en vue de Pévitement des avions.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour faire exécuter les instructions d'évitement et en contrôler l'exécution par la voie d'une liaison automatique de données avec les ordinateurs de bord des avions.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour modifier automatiquement ou après accord du pilote de l'avion concerné, via la liaison numérique (16), les paramètres de vol d'un ou des avion(s) concemé(s).
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour modifier automatiquement ou après accord du pilote de l'avion concerné, via la liaison numérique (16), lorsqu'il en reçoit l'ordre de la part du contrôleur, les paramètres de vol d'un avion lorsque lesdites modifications font sortir la trajectoire dudit avion hors des tolérances de son plan de vol.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour déterminer parmi les conflits de la liste de l'Agenda Contrôleur (13) ceux qui n'ont plus lieu d'être et pour le notifier sur l'écran (12) du secteur en charge des avions impliqués.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour établir la liste des conflits (19) pour l'ensemble du trafic, incluant tous les conflits avant même que les avions impliqués entrent dans le secteur de contrôle dans lequel le conflit est susceptible de se produire.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour sélectionner dans la liste des conflits (19) les conflits particulièrement sensibles, notamment ceux qui vont donner lieu à des grappes de conflits (clusters) difficiles à résoudre, et des moyens pour proposer la modification des paramètres de vol d'un avion sur l'écran (14) de l'assistant contrôleur (7) actuellement en charge de l'avion lorsque lesdits conflits n'interviendront que lors du survol d'un secteur ultérieur.
10. Dispositif selon l'une des revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour sélectionner dans la liste des conflits (19), les conflits particulièrement sensibles, notamment ceux qui vont donner lieu à des clusters difficiles à résoudre, et des moyens pour proposer des conditions de transfert sur les écrans (14) d'assistants contrôleurs des conditions de transfert d'un avion d'un de ces secteurs au suivant
11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher sur les écrans (14) d'assistants contrôleurs, des propositions de résolutions anticipées de conflits notamment dans les cas les plus sensibles, soit pour des conflits qui n'interviendront que les secteurs suivants, soit pour les coordinations entre deux secteurs.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher sur les écrans (12, 14) des types de messages de l'ordinateur au contrôleur, sous forme d'icônes (28) en relation biunivoque avec la paire d'avion concernée, les dites icônes servant de touche virtuelle de clavier pour adresser en retour des messages à l'ordinateur concernant ledit conflit.
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher sur l'écran (12), pour chaque conflit de l'Agenda Contrôleur, une icône spécifique dont la désignation par le contrôleur fait apparaître un clavier virtuel (31) spécifiquement adapté à la situation.
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher sur l'écran (12) ou (14), une icône dont la désignation, par le contrôleur ou par l'assistant contrôleur, indique l'intention de celui-ci de connaître la ou (les) solution(s) que l'ordinateur a élaborée(s) puis d'informer l'ordinateur de la solution choisie.
15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le jeu d'icônes (28) est prévu pour permettre au contrôleur de consentir, lorsqu'il les désigne, une délégation de responsabilité à l'ordinateur.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher sur un des écrans du contrôleur, au droit de l'affichage de chaque problème, une information sur le temps à courir avant le conflit réel et/ou la séparation prévue au moment du croisement.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour afficher, sur un des écrans du contrôleur, une présentation de l'ensemble des moments d'occurrence des conflits restant à résoudre, échelonnés selon un axe gradué en temps.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens d'affichage de la présentation des moments d'occurrence sont agencés de sorte que le contrôleur peut ajouter les moments auxquels il estime devoir vérifier l'état de chaque problème.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour élaborer sur un écran (SC) une image faisant apparaître chaque paire d'avions en conflit potentiel sous forme d'un point (P) et de son vecteur vitesse d'évolution, les coordonnées dudit point (P) étant respectivement en abscisse le temps qui sépare le moment actuel du moment où lesdits avions auront une séparation longitudinale minimale, et en ordonnée leur distance de séparation audit moment.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il est agencé pour associer au point (P) figuratif d'une paire d'avions, une étiquette (E) fournissant les indications nécessaires concernant lesdits avions.
21. Dispositif selon l'une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce qu'il est agencé pour associer en outre au point figuratif d'une paire d'avions, un indicateur (I) précisant leur séparation verticale au moment de leur séparation horizontale minimale.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens agencés de sorte que toute désignation par un contrôleur d'un avion sur l'un quelconque des écrans, fait apparaître sur tous les autres écrans ledit avion et les avions en conflit avec lui.
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour envoyer des instructions de contrôle aux ordinateurs de bord (17) des avions équipés, et des moyens pour recevoir de ceux-ci des informations sur l'exécution de ces instructions.
24. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour envoyer un message à deux avions en conflit lorsqu'ils sont dotés des équipements nécessaires pour leur sous-déléguer la responsabilité d'assurer leur séparation par leurs propres moyens.
25. Dispositif selon l'une des revendications précédentes et la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est agencé pour assurer le repérage automatique de tout conflit délégué, de telle sorte que l'Agenda Contrôleur (12) constitue pour le contrôleur un tableau de bord permanent fournissant une liste des conflits délégués et une liste des conflits restant à résoudre.
26. Procédé d'assistance automatisée évolutive du contrôle de la circulation aérienne, mis en œuvre dans un système de contrôle de la circulation aérienne comprenant un ordinateur (1) programmé pour : - recevoir les informations concernant des plans de vol (3) d'avions et des Radars (4) et les élaborer pour les présenter (5) à un opérateur contrôleur (6) d'un secteur de contrôle (8), ledit contrôleur disposant d'une liaison radiotéléphonique (9) pour communiquer avec lesdits avions (10), et - élaborer et afficher (12) une liste, dite "Agenda Contrôleur », des conflits (13) tels que ledit contrôleur peut les prévoir avec les seules informations et moyens d'analyse dont il dispose, caractérisé en ce que ce procédé comprend : - un établissement et une actualisation d'une liste des conflits (19), dite "Agenda Ordinateur" sur la base de l'ensemble des moyens d'information et de calcul dont dispose l'ordinateur,
- une comparaison, paire d'avions par paire d'avions, de l'Agenda Contrôleur et l'Agenda Ordinateur, de façon à mettre en évidence chaque disparité de prévision entre lesdits
Agendas,
- une sélection de ceux des problèmes retenus par le contrôler qui ne tiennent leur source qu'au manque de précision de la prévision effectuée par le contrôleur, et
- une sélection parmi les paires d'avion, de celles dont le conflit peut être résolu par une modification des paramètres de vol.
27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une élaboration de solutions optimales aux conflits figurant dans l'Agenda Ordinateur.
28. Procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- une liaison entre l'ordinateur au sol et celui des avions en vue de constituer, par action subliminale vis-à-vis du contrôleur et du pilote, un « pilote automatique du contrôle de la circulation aérienne »
- des échanges de messages entre l'ordinateur et les contrôleurs (6) via des écrans (5), et
- une élaboration et une mise en oeuvre d'évitements des avions via ladite liaison de données (16) avec les ordinateurs de bord (17) des avions.
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