EP4165618A1 - System and method for fast and reliable detection of the complexity of air sectors - Google Patents

System and method for fast and reliable detection of the complexity of air sectors

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Publication number
EP4165618A1
EP4165618A1 EP21723874.0A EP21723874A EP4165618A1 EP 4165618 A1 EP4165618 A1 EP 4165618A1 EP 21723874 A EP21723874 A EP 21723874A EP 4165618 A1 EP4165618 A1 EP 4165618A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
trajectories
complexity
energy
aircraft
index
Prior art date
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Pending
Application number
EP21723874.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andrei PURICA
Béatrice PESQUET-POPESCU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4165618A1 publication Critical patent/EP4165618A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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]
    • G08G5/0017—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information
    • G08G5/0026—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information located on the ground
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0043—Traffic management of multiple aircrafts from the ground
    • 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 the determination of the complexity of handling air traffic control situations on sectors by operators, for example air traffic controllers.
  • the present invention also relates to the definition of air sectors, and the assignment of these sectors to operators.
  • air traffic control systems The purpose of air traffic control systems is to make the execution of flights safer, faster and more efficient. They make it possible to prevent collisions between aircraft, or dangerous situations between an aircraft and its environment (weather, terrain, etc.). They thus make it possible, by synchronizing as finely as possible the movement of aircraft, to ensure safe air traffic, but also allow aircraft to respect the scheduled flight times, and to adopt trajectories as economical as possible. possible in fuel.
  • air traffic controllers receive a set of information relating to the airspace: position and predicted trajectories of aircraft, the weather, etc.
  • the controllers can also communicate, via written messages or oral communications, with the pilots of the aircraft in order to retrieve additional information, if necessary, and give them instructions adapted to the situation, to guarantee the safety of air traffic, while ensuring the best possible quality of service for transport users air.
  • air traffic controllers can communicate to pilots the opportune moment to land or take off from an airport, or conversely instruct them to defer their approach if an airstrip is used by aircraft on time initially. planned.
  • the quality of the work of air traffic controllers is therefore essential, to guarantee both the safety and the efficiency of air traffic.
  • the work of air traffic controllers is organized by geographic sectors.
  • the complexity of the work to be done in an area varies depending on a number of factors, the most important of which is the complexity of the traffic: an air traffic controller will only be able to efficiently handle a limited number of flights simultaneously.
  • a varying number of controllers can be assigned to each sector, so that each controller only deals with a situation of sufficiently low complexity (for example, involving a number of flights, limited trajectory conflicts, where applicable in relation to environmental characteristics such as the weather for example) to perform the job properly.
  • July 2018 defines analytical functions to calculate an index of ATC complexity on an air sector according to a set of indicators impacting the complexity of handling an air situation: number of aerodrome, area of a sector, number of surrounding sectors, number of altitudes used, average speed of aircraft, number of incoming flights, number of outgoing flights, number of conflicting aircraft, average convergence angle for conflicts, traffic density, etc. These indicators can be combined within complex functions.
  • the definition of analytical functions of complexity has given rise to numerous publications such as Laudeman, IV, Shelden, SG, Branstrom, R., & Brasil, CL (1998). Dynamic density: An air traffic management metric, Netjasov, F., Janic, M., & Tosic, V. (2011).
  • analytical functions have several disadvantages.
  • analytical functions are extremely complex, and their execution time varies depending on input parameters, including the number and complexity of aircraft paths over a sector. For particularly large sectors, the computation time can thus become very long, of the order of several seconds.
  • the analytical functions calculated on CPU thus do not guarantee a fixed and low response time for the evaluation of the complexity of a sector. In the case of complex sectors, they do not guarantee a sufficiently low execution time to dynamically assign controllers according to the evolution of air traffic.
  • the invention relates to a computer-implemented method comprising: obtaining an ATC situation defined by a sector and a period of time, and a set of input parameters comprising, for the sector and the period of time, the trajectories of aircraft crossing the sector, said trajectories being defined by a set of trajectory parameters comprising at least the positions of the aircraft; the calculation, for each of the aircraft trajectories, of trajectory parameters at a set of identical time steps for all the trajectories; the formation of a matrix comprising, for each possible pair of trajectories, the parameters of the trajectories of the couple at said time steps; the application to said matrices of a transformation having the property of concentrating energy by component; the calculation of energy by component; calculating a complexity index of the ATC situation, based on a level of energy concentration by component.
  • said calculation, for each of the aircraft trajectories, of the positions of the aircraft at the set of time steps consists in interpolating the positions of the aircraft on the trajectories.
  • each row of the matrix represents a pair of trajectories; the columns of the matrix represent respectively, in successive time steps, the values of each of the parameters of the trajectories, for the first and then for the second trajectory of the pair.
  • the level of concentration of energy per component is equal to the minimum number of components concentrating an energy greater than or equal to a predefined ratio of the total energy.
  • the energy level per component is defined by the index of the last component for which a derivative of the overall energy level of the components is greater than or equal to a predefined threshold.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for the execution of the steps of a method according to one of the embodiments of the invention when said program is executed. on a computer.
  • the invention also relates to a system comprising: at least one input port capable of receiving, for a current ATC situation defined by a current sector and a period of time, a set of parameters comprising, for the sector current, the trajectories of aircraft crossing the sector; at least one computing unit configured to perform a method according to one of the embodiments of the invention for computing a complexity index of the ATC situation.
  • At least one calculation unit is configured to dynamically redefine the sectors of an airspace, from the complexity indices of the ATC situation calculated by said method.
  • the at least one computing unit is configured to solve a constrained optimization problem, aimed at minimizing the total number of sectors in an airspace, while ensuring that the ATC complexity index calculated for each sector and period of time is less than a predefined complexity.
  • FIG. 2 a set of sectors on which the invention can be implemented
  • FIG. 3 a system for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention
  • FIG. 4 a computer-implemented method for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention
  • FIG. 5 an example of calculating the positions of aircraft trajectories according to a set of common time steps, in a set of embodiments of the invention
  • FIG. 7a an example of calculating the complexity of a first ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
  • FIG. 1 represents an example of an air traffic control system, in which the invention can be implemented.
  • the air traffic control system shown in FIG. 1 comprises a control tower 110, equipped with a radar 111 making it possible to locate the aircraft 120, 121 flying in a given sector.
  • the control tower 110 can communicate with the aircraft, for example via a radio link, in order to give information and instructions to the aircraft, but also to receive information and requests from the aircraft.
  • the control tower can receive data from external providers, such as a weather server 130.
  • an air traffic controller can provide indications and instructions to the pilots of the aircraft from there. a set of data comprising the planned trajectories of aircraft in its sector, interactions with the pilots, and environmental data such as weather forecasts.
  • FIG. 1 The system of Figure 1 is given by way of non-limiting example only, and the invention can be implemented in many systems for air traffic control, such as ATC or ATFM systems.
  • FIG. 2 represents a set of sectors in which the invention can be implemented.
  • Airspace is said to be controlled when aircraft maneuvers are subject to clearance, that is to say authorization by an air traffic controller.
  • Figure 2 represents the airspace controlled in France.
  • the French metropolitan territory is controlled by five control centers each controlling an FIR:
  • the Reims center manages the FIR LFEE
  • the Marseille center manages the FIR LFMM
  • the Brest center manages the FIR LFRR.
  • the FIRs cover airspace in France up to 19,500 feet; beyond that extends a UIR managed by the 5 control centers. These regions are in turn divided into control sectors, such as the so-called Regional Control Center (CCR) sectors, or ACC in English. Each of the sectors is permanently crossed by a certain number of aircraft. As explained above, the complexity of handling air traffic in a sector varies depending on the number of aircraft in this sector, but also other characteristics such as weather, or traffic density. So that the controllers can carry out their checks in good conditions, the number of controllers assigned to a sector can be modulated according to the complexity of its processing. The shape and size of the sectors can also be adapted.
  • CCR Regional Control Center
  • FIG. 3 represents a system for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
  • the system 300 may for example be an ATM, ATC or ATFM system, allowing air traffic controllers to control the air situation in a given sector.
  • the system 300 is a calculation system. According to a set of embodiments of the invention, the system 300 may be a single computing device such as a computer, a server, or any other system capable of performing computer calculations. System 300 can also include a plurality of computing devices. For example, system 300 can be a server farm with multiple compute servers.
  • the system 300 thus comprises at least one computing unit 310.
  • the at least one computing unit 310 can be any type of computing unit capable of performing computer calculations.
  • the computing unit may be a processor configured with machine instructions, a microprocessor, an integrated circuit, a microcontroller, a programmable logic circuit, or any other computing unit capable of being programmed to perform computing operations.
  • the system 300 comprises at least one input port 320 capable of receiving a set of parameters relating to a current air situation in a sector.
  • the input parameter set includes the trajectories 321 of aircraft passing through the sector. According to different embodiments, these trajectories can include instantaneous trajectories and / or predicted trajectories.
  • meteorological information may for example consist of an indication that a given event (storm, thunderstorm, etc.) is taking place.
  • a "storm" event can be defined when the parameters of the weather messages related to a storm exceed a predefined threshold.
  • the input parameters can be received in different ways.
  • aircraft trajectories can be received by radio communication with aircraft, through radar measurements, etc.
  • Weather information can be received, for example, through measurements from a weather radar, by subscription to a weather service.
  • At least one port 320 can be of different types: internet connection, radio link, etc.
  • the invention is not restricted to one type of input port, and those skilled in the art will be able to tailor the reception of the input parameters to the available input channels.
  • the different input parameters can be received on a single port, or several ports, of the same type or of different types.
  • the trajectories of aircraft 321 can be received by radio link, and meteorological information by an Internet connection.
  • trajectories of aircraft 321 can be expressed in different ways.
  • trajectories can be expressed as 4D trajectories, with waypoints defined by latitude, longitude, and FL and time of way.
  • the trajectories can also include, for each waypoint, an associated heading.
  • a trajectory can also be associated with an aircraft type and / or a callsign (name of a given aircraft).
  • These parameters correspond to real situations occurring in sectors at the periods of time considered. They thus define, for an ATC situation defined by a given torque (sector, period of time), the input parameters representative of the processing complexity of the sector.
  • these parameters include the trajectories of aircraft which have crossed the sector.
  • the at least one calculation unit 310 is also configured to calculate, from the input parameters, an ATC complexity index of the current situation.
  • At least one calculation unit 310 is configured to execute the steps of a method according to the invention, such as for example the method 400 described with reference to FIG. 4.
  • the system 300 can use it in various ways. For example, he can display it to at least one operator, for example an air traffic controller, by means of at least one screen 330. This allows the operator to verify that the number of air traffic controllers assigned to a situation / a given sector is adequate according to the complexity of these. It can also raise an alert, either if the ATC complexity of a situation is too great compared to the number of controllers assigned to its handling, or it is too low, in which case too many air traffic controllers are mobilized for this situation. .
  • an air traffic controller for example an air traffic controller
  • At least one computing unit 310 is configured to dynamically redefine the shape and size of the sectors, in order to form as few sectors as possible, while by ensuring that the ATC complexity of each sector is below a predefined threshold.
  • This complexity threshold can for example be a threshold above which the sector becomes too complex to be processed by an air traffic controller.
  • the ATC complexity of a situation represented by a sector can be calculated. This therefore makes it possible to solve a constrained optimization problem, recalculating at each iteration the complexity for each sector and period of time. This thus allows a dynamic allocation of the air sectors. For example, the sectorization of airspace can be redefined in one-hour periods.
  • Complexity calculations can also be used to train a machine learning engine capable of automatically determining the complexity of an ATC situation.
  • a machine learning engine capable of automatically determining the complexity of an ATC situation.
  • the complexity calculation according to the invention can be used as the complexity to be predicted in this context.
  • FIG. 4 represents a computer-implemented method for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
  • the method 400 can for example be implemented by the system 300, and all the embodiments discussed with reference to FIG. 3 are applicable to the method 400.
  • the method 400 comprises a first step 410 of obtaining an ATC situation 340 defined by a sector and a period of time, and of a set of input parameters comprising, for the sector and the period of time , the trajectories of aircraft 321 crossing the sector.
  • the trajectories of the aircraft are defined by a set of trajectory parameters comprising at least the positions of the aircraft. In a set of embodiments of the invention, they may also include other parameters such as horizontal and vertical velocities, temperature, etc.
  • Input parameters can also include items other than aircraft paths, such as weather information.
  • This step 410 may consist, according to various embodiments of the invention, in receiving, in real time, the description of a current ATC situation (sector, period of time, trajectory of aircraft crossing the sector) d 'an air traffic control system. It can also consist in obtaining the description of a past situation, for example by extracting this information from a database of past situations.
  • the method 400 comprises a second step 420 of calculating, for each of the aircraft trajectories, the trajectory parameters at a set of identical time steps for all the trajectories.
  • This step consists in determining, for a set of given time steps, the parameters of each aircraft at the time step. Indeed, the trajectories can be initially described by parameters at variable times for each aircraft. This step 420 therefore makes it possible to obtain the parameters of the aircraft, at the same time steps for all the aircraft. For example, this makes it possible to compare the positions of the aircraft at identical time steps, and therefore to better identify potential trajectory conflicts.
  • the time steps can be obtained in different ways.
  • the duration of the ATC situation can be sampled by regular time steps, either according to a target duration of the time steps (the duration of the time steps is then predefined, but not the number of time steps) , or by dividing the duration of the situation by a given number of time steps (the number of time steps is then predefined, but not the duration of the time steps).
  • FIG. 5 represents an example of calculating the positions of aircraft trajectories according to a set of common time steps, in a set of embodiments of the invention.
  • the graph 5000 represents three raw trajectories 5010, 5020 and 5030.
  • the trajectories are represented in two dimensions, and the time associated with each of the positions defining the trajectory is represented on the time axis 5040.
  • the positions defining the trajectory are represented by circles, and a thin line starting from the circle indicates the associated time on the time axis 5040.
  • the invention is applicable to 3d trajectories associated with time information (or 4D trajectory, the positions of the aircraft being able to be defined by a latitude, a longitude, an altitude, and a temporal information).
  • the trajectory 5010 is defined by the points 5011, 5012 and 5013, respectively associated with the times tson, tsoi2 and tsoi3.
  • the graph 5000 shows that the times associated with the positions on the trajectories 5020 and 5030 are not the times. same.
  • the position 5021 of the trajectory 5020 is associated with the time Î5021 which is different, although close, from the time tson . This difference between the times at which the positions of the aircraft are provided for the different trajectories makes it more difficult to characterize the position conflicts between aircraft.
  • Step 420 therefore consists in modifying the representation of the trajectories, into a set of positions temporally aligned over the same time steps.
  • the graph 5100 represents these trajectories 5110, 5120 and 5130 aligned in time, corresponding respectively to the trajectories 5010; 5020 and 5030.
  • the time axis 5140 is identical to the time axis 5040.
  • the trajectories 5110, 5120 and 5130 are each defined by the same number of positions aligned on the same time steps, in this case the steps time tsioi, tsio2, tsio3, tsio4, tsios and tsio6.
  • the path 5110 is now defined by the positions 5111, 5112, 5113, 5114, 5115 and 5116 aligned on the time steps t 5i0i, t 5i o 2 , t 5i o 3 , t 5i o 4 ,
  • the positions of the trajectories 5110, 5120 and 5130 can be obtained from those of the trajectories 5010, 5020 and 5030, in different ways. For example by interpolation of the trajectory with respect to the known positions on the trajectories 5010, 5020 and 5030. This interpolation can be carried out in different ways, for example via linear interpolation, or B-splines.
  • positions 5111 and 5121 directly provide information on the relative proximity of aircraft on trajectories 5110 and 5120, because they are aligned on the same time step ts-io-i, which was not the case for positions 5011 and 5021.
  • other parameters of the trajectories are known, in addition to the positions on the raw trajectories 5010, 5020, and 5030, and determined (for example interpolated) at the times t 5i0i , t 5i o 2 , t 5i03 , t 5i o 4 , tsios and Î5106 for trajectories 5110, 5120 and 51030.
  • this may be the case for the horizontal and vertical speeds of aircraft, their heading, or even the temperature. exterior.
  • These parameters can, for example, help to obtain a better estimate of the trajectories at different times, and therefore to obtain a better estimate of the conflicts.
  • Other parameters can be calculated directly on the positions of the temporally aligned trajectories 5110, 5120 and 5130. This is for example the number of conflicts, the distance or even the minimum separation between two aircraft.
  • the method 400 comprises a third step 430 of forming a matrix comprising, for each possible pair of trajectories, the parameters of the trajectories of the torque at said time steps.
  • This step consists in inserting into a matrix, for each of the pairs, the parameters at the same time steps.
  • each trajectory forms N-1 pairs, with the N-1 other trajectories respectively, and the total number of pairs is equal to N * (N-1) / 2.
  • the parameters of the two trajectories of the couple are noted, for each of the time steps.
  • each parameter of a trajectory will be noted N-1 times (for each of the N-1 pairs that the trajectory forms) in the matrix.
  • FIG. 6 represents an example of a matrix of parameters by pair of trajectories, according to a set of embodiments of the invention.
  • the matrix 600 represents the parameters of the trajectories at time steps, organized by pairs of trajectories.
  • N trajectories are present on the sector, denoted A1, A2, ... AN.
  • the trajectory parameters only include position parameters: longitude, latitude, altitude (in the form of an FL - Flight Level), for each time step.
  • the number of time steps is equal to p. Only the positions being taken into account, these different time steps / positions are noted Pos1, Pos2 ... Posp.
  • Each line corresponds to a pair of trajectories.
  • the lines 610, 611, 612 correspond respectively to the pairs of trajectories (A1, A2), (A1, A3), and (AN-1, AN).
  • the columns are grouped by successive time steps / positions. For each of the successive time steps / position, the columns represent successively the latitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple, the longitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple then the flight level of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple.
  • the columns represent successively the latitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple, the longitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple then the flight level of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple.
  • - cell 630 located on first column 620 and first line 610, represents the value of the latitude of the first trajectory A1 of the first pair (A1, A2) at the first time step p1;
  • - Cell 631 located on second column 621 and first line 610, represents the value of the latitude of the second trajectory A2 of the first pair (A1, A2) at the first time step p1;
  • the cell located in the first column 620 and the second row 611, represents the value of the latitude of the first trajectory A1 of the second couple (A1, A3) at the first time step p1. Its value is therefore equal to that of cell 630;
  • - cell 633 located in the last column corresponding to the second time / position step, and the last row 612, represents the flight level value of the second trajectory AN of the second pair (AN-1, AN) at the second step time p2.
  • Figure 6 is provided by way of example only of a matrix of parameters according to the invention. However, other representations are possible.
  • the order of the parameters or pairs of trajectories can be modified (for example, we could have the columns representing the longitude before those representing the latitude, and the pairs of trajectories can be interchanged). More generally, other parameters than the trajectory (horizontal speed, vertical speed, heading %) can be used, and the matrix can be defined so that:
  • each row of the matrix represents a pair of trajectories
  • the columns of the matrix represent respectively, by successive time steps, the values of each of the parameters of the trajectories, for the first and then for the second trajectory of the pair.
  • a matrix such as matrix 600 comprises in a single matrix all the information relating to an airline sector.
  • the parameters of the aircraft for each pair of trajectories and each time step are concatenated into a single vector, of dimension 6 (when 3 parameters latitude, longitude altitude are taken into account. count, or more generally twice the number of parameters).
  • the matrix is a tensor, of dimensions N (N-1) / 2, p, and 6 (when 3 parameters latitude, longitude altitude are taken into account, or more generally 2 times the number of parameters) .
  • the representation of the matrix can be adapted.
  • the rows and columns could be reversed - we would then have one column per couple of trajectory, and one line per parameter of a trajectory of a couple at a time step.
  • the method 400 comprises a fourth step 440 of applying to the matrix a transformation having the property of concentrating energy by component.
  • This transformation can for example be an analysis by principal component (PCA in French, or PCA in English), or an analysis by independent component (ACI in French or ICA in English).
  • PCA principal component
  • ACI analysis by independent component
  • IVA Independent Vector Analysis in English, or Independent Vector Analysis (AVI) in French).
  • An IVA is described in particular by D. Lahat, T. Adali and C. Jutten, “Multimodal data fusion: An overview of methods, challenges, and prospects," Proc. IEEE, vol. 103, no. 9, pp. 1449-1477, Sep. 2015, and is particularly indicated when the matrix is in the form of a tensor.
  • the method 400 then comprises a fifth step 450 for calculating the energy by component.
  • This step consists in calculating for each of the components of the transformed matrix, an energy value.
  • the energy of a component can for example be calculated as the sum of the squares of the elements of the component.
  • the method 460 then comprises a sixth step of calculating a complexity index of the ATC situation, as a function of a level of concentration of energy by component.
  • This step consists in determining to what point the energy is concentrated on the first components, and to deduce therefrom the complexity of the situation.
  • the energy is very concentrated on a few components, this means that all the information contained in the interactions between the pairs of trajectories can be summarized on a small number of dimensions, which indicates a low complexity of the situation. For example, if many trajectories are parallel, the information can be summarized in few dimensions, and the complexity of handling the ATC situation is low.
  • the energy is not very concentrated, and distributed over many components, this means that the interactions between the trajectories require many dimensions to be correctly represented, which suggests many trajectory conflicts, and a high complexity of the trajectories. the ATC situation.
  • the components can be sorted in order of increasing energy.
  • the level of energy concentration is defined by a number K of principal components, which concentrate a ratio of the total energy of the components greater than or equal to a threshold predefined P_K.
  • the level of energy concentration can be defined by the number of components concentrating 99% of the total energy of the components.
  • the index can be obtained in various ways. For example, it may simply be the number of components required to exceed the predefined energy threshold P_K.
  • FIGS. 7a and 7b represent two examples of calculating the complexity, respectively of a first and of a second ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
  • the energy level per component is defined by the index of the last component for which a derivative of the overall energy level of the components is greater than or equal to one. predefined threshold.
  • a derivative of the overall energy level of the components is greater than or equal to one. predefined threshold.
  • the complexity of handling the ATC situation is thus defined by the following formula:
  • - k is the index of the last component bringing a lot of energy, i.e. the component with k the largest such as the derivative of the total energy of the components, represented by E ck - E c fc _i ) is greater than or equal to a predefined threshold;
  • - k max is the index of the component for which the sum of the energies is greater than or equal to a predefined threshold of the total energy.
  • This calculation therefore makes it possible to determine the complexity of the ATC situation, as a function of the number of components providing a significant contribution to the total energy. It therefore allows a very reliable estimate of the complexity of handling the situation.
  • the derivative can be a central derivative, and not a derivative on the right, the formula then becomes:
  • FIG. 7a represents a first application of this calculation, to a first ATC situation.
  • Label 710a provides a synthetic representation of this situation, in which the trajectories of the aircraft are represented in 2D in the space of the air sector. This first situation is relatively uncomplicated, because many trajectories are substantially parallel.
  • Graph 720a represents the cumulative percentage of total energy by principal component index. The horizontal axis represents the index of the current component, and the vertical axis represents the cumulative energy of the components, from the first component to the current component, as a percentage of the total. For example, point 721a means that the 1 st component alone concentrates 30% of the total energy, point 722a that the first two components together concentrate a little less than 50% of the total energy, etc.
  • the inflection point at which the derivative of the total energy is below the threshold corresponds to the point 723a, and thus the 3rd component. This means that the components from the 4 th contribute little to the total energy.
  • the index k max from which almost all of the energy is concentrated corresponds to the 11th component 724a.
  • FIG. 7b represents a second application of this calculation, to a second ATC situation.
  • the sticker 710b represents the 2D trajectories of the aircraft in this situation, on the same principle as the sticker 710a.
  • This second situation although comprising a number of trajectories identical to that of the first situation, is more complex, because the trajectories intersect much more frequently.
  • Label 720b represents the change in total energy, by principal component, on the same model as label 710b.
  • the inflection point at which the derivative of the total energy is less than the predefined threshold is obtained at point 721 b corresponding to the 8 th component, and the index k max from which the almost all of the energy is concentrated corresponds to the 13th component 722b.
  • 8 components therefore contribute a great deal to the total energy, and the calculated complexity index is equal to 0.81686, and is therefore greater than that of the first situation.
  • the method 400 includes many advantages.
  • each of the steps of method 400 can be carried out by relatively simple calculations, and in a deterministic manner. Method 400 can therefore be executed in a limited time, on limited computational capacities.
  • the overall algorithmic complexity of method 400 is low compared to known methods for determining the complexity of handling an ATC situation.
  • the method 400 thus makes it possible to redefine ATC sectors in real time in order to adapt the workload of the air traffic controllers.
  • Method 400 is therefore likely to be certified.

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Abstract

The invention relates to the field of air traffic control. More particularly, the invention aims to determine the processing complexity of an ATC situation. To that end, the invention discloses a method consisting in grouping, for pairs of trajectories, parameters of the trajectories in a matrix, applying to this matrix a transformation aiming to concentrate the energy, and then calculating the complexity index of the ATC situation, according to a level of concentration of the energy per component.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre de l’invention : Système et méthode pour une détection rapide et fiable de complexité de secteurs aériens Title of the invention: System and method for rapid and reliable detection of complexity of aerial sectors
Domaine de l’invention Field of the invention
[0001] La présente invention concerne la détermination de la complexité de traitement de situations de contrôle aérien sur des secteurs par des opérateurs, par exemple des contrôleurs aériens. La présente invention concerne également la définition de secteurs aériens, et l’affectation de ces secteurs à des opérateurs. The present invention relates to the determination of the complexity of handling air traffic control situations on sectors by operators, for example air traffic controllers. The present invention also relates to the definition of air sectors, and the assignment of these sectors to operators.
Etat de l’art précédent Previous state of the art
[0002] Les systèmes de contrôle aérien ont pour but de rendre l’exécution des vols plus sûrs, rapides et efficaces. Ils permettent de prévenir les collisions entre aéronefs, ou les situations dangereuses entre un aéronef et son environnement (météo, relief...). Ils permettent ainsi, en synchronisant de manière aussi fine que possible la circulation des aéronefs, de s’assurer d’une circulation aérienne sécurisée, mais permettent également aux aéronefs de respecter les heures de vols prévues, et d’adopter des trajectoires aussi économes que possible en carburant. [0002] The purpose of air traffic control systems is to make the execution of flights safer, faster and more efficient. They make it possible to prevent collisions between aircraft, or dangerous situations between an aircraft and its environment (weather, terrain, etc.). They thus make it possible, by synchronizing as finely as possible the movement of aircraft, to ensure safe air traffic, but also allow aircraft to respect the scheduled flight times, and to adopt trajectories as economical as possible. possible in fuel.
[0003] A cet effet, des contrôleurs aériens reçoivent un ensemble d’informations relatives à l’espace aérien : position et trajectoires prédites des aéronefs, la météo... Les contrôleurs peuvent également communiquer, via des messages écrits ou des communications orales, avec les pilotes des aéronefs afin de récupérer le cas échéant des informations complémentaires, et leur donner des instructions adaptées à la situation, pour garantir la sécurité de la circulation aérienne, tout en s’assurant de la meilleure qualité de service possible aux usagers du transport aérien. Par exemple, les contrôleurs aériens peuvent communiquer aux pilotes le moment opportun pour atterrir ou décoller d’un aéroport, ou au contraire leur donner l’instruction de différer leur approche si une piste d’atterrissage est utilisée par des aéronefs à l’heure initialement prévue. La qualité du travail des contrôleurs aériens est donc essentielle, pour garantir tant la sécurité que l’efficacité de la circulation aérienne. [0003] To this end, air traffic controllers receive a set of information relating to the airspace: position and predicted trajectories of aircraft, the weather, etc. The controllers can also communicate, via written messages or oral communications, with the pilots of the aircraft in order to retrieve additional information, if necessary, and give them instructions adapted to the situation, to guarantee the safety of air traffic, while ensuring the best possible quality of service for transport users air. For example, air traffic controllers can communicate to pilots the opportune moment to land or take off from an airport, or conversely instruct them to defer their approach if an airstrip is used by aircraft on time initially. planned. The quality of the work of air traffic controllers is therefore essential, to guarantee both the safety and the efficiency of air traffic.
[0004] Afin de garantir que les contrôleurs aériens sont pleinement opérationnels pour leurs missions, leur travail est régi par un cadre règlementaire strict : en particulier, afin de limiter leur fatigue, les règlementations nationales peuvent fixer un nombre d’heures de travail maximales d’affilée, par jour ou par semaine. [0004] In order to ensure that air traffic controllers are fully operational for their missions, their work is governed by a strict regulatory framework: in In particular, in order to limit fatigue, national regulations may set a maximum number of working hours in a row, per day or per week.
[0005] Le travail des contrôleurs aériens est organisé par secteurs géographiques. La complexité du travail à effectuer sur un secteur est variable en fonction d’un certain nombre de facteurs, le plus important d’entre eux étant la complexité du trafic : un contrôleur aérien ne pourra traiter efficacement qu’un nombre limité de vols simultanément. Afin de limiter la charge de travail de chaque contrôleur, un nombre variable de contrôleurs peut être affecté à chaque secteur, pour que chaque contrôleur ne traite qu’une situation dont la complexité est suffisamment faible (par exemple, comprenant un nombre de vols, de conflits de trajectoires limités, le cas échéant par rapport à des caractéristiques environnementales telles que la météo par exemple) pour exécuter son travail correctement. The work of air traffic controllers is organized by geographic sectors. The complexity of the work to be done in an area varies depending on a number of factors, the most important of which is the complexity of the traffic: an air traffic controller will only be able to efficiently handle a limited number of flights simultaneously. In order to limit the workload of each controller, a varying number of controllers can be assigned to each sector, so that each controller only deals with a situation of sufficiently low complexity (for example, involving a number of flights, limited trajectory conflicts, where applicable in relation to environmental characteristics such as the weather for example) to perform the job properly.
[0006] Il convient donc d’affecter en permanence à chaque secteur un nombre de contrôleurs adéquat et/ou définir des secteurs de complexité adaptée pour garantir la sécurité et l’efficacité du trafic aérien. Aujourd’hui cette affectation est effectuée de manière manuelle par les équipes de contrôleurs aériens. Cependant cette affectation manuelle présente un certain nombre de limites : compte tenu des contraintes règlementaires régissant le travail des contrôleurs aériens, il n’est pas toujours aisé de disposer d’un vivier de contrôleurs aériens mobilisables en cas d’augmentation de la complexité de traitement d’un secteur, sauf à conserver en réserve un nombre élevé de contrôleurs en permanence, ce qui s’avère inefficace et coûteux. [0006] It is therefore necessary to permanently assign an adequate number of controllers to each sector and / or define sectors of suitable complexity to guarantee the safety and efficiency of air traffic. Today this assignment is carried out manually by the teams of air traffic controllers. However, this manual assignment has a certain number of limits: given the regulatory constraints governing the work of air traffic controllers, it is not always easy to have a pool of air traffic controllers who can be mobilized in the event of an increase in the complexity of the processing. sector, unless a large number of controllers are kept in reserve at all times, which is inefficient and costly.
[0007] Il est de plus difficile d’estimer a priori la complexité de traitement du trafic dans un secteur : si le nombre de vols à traiter est la principale caractéristique, elle ne prend pas en compte les interactions entre les trajectoires. [0007] It is moreover difficult to estimate a priori the complexity of processing traffic in a sector: if the number of flights to be processed is the main characteristic, it does not take into account the interactions between the trajectories.
[0008] Afin d’automatiser l’évaluation de la complexité de traitement d’un secteur aérien, des fonctions analytiques ont été développées, qui permettent d’évaluer à partir d’un ensemble de paramètres (positions et trajectoires prédites des aéronefs, météo...) un indice de complexité de traitement du trafic sur un secteur. Par exemple, la publication “Sector Complexity Study - SESAR 2020”, A study commissioned by the Croatia Control Ltd, Faculty of Transport and Traffic Sciences, Univ of Zagreb,In order to automate the evaluation of the processing complexity of an air sector, analytical functions have been developed, which make it possible to evaluate from a set of parameters (positions and predicted trajectories of aircraft, weather forecast ...) an index of the complexity of processing traffic in a sector. For example, the publication “Sector Complexity Study - SESAR 2020”, A study commissioned by the Croatia Control Ltd, Faculty of Transport and Traffic Sciences, Univ of Zagreb,
July 2018 définit des fonctions analytiques permettant de calculer un indice de complexité ATC sur un secteur aérien selon un ensemble d’indicateurs impactant la complexité de traitement d’une situation aérienne : nombre d’aérodrome, surface d’un secteur, nombre de secteurs environnants, nombre d’altitudes utilisées, vitesse moyenne des aéronefs, nombre de vols entrants, nombre de vols sortants nombre d’aéronefs en conflit, angle de convergence moyen pour les conflits, densité du trafic... Ces indicateurs peuvent être combinés au sein de fonctions complexes. La définition de fonctions analytiques de complexité a donné lieu à de très nombreuses publications telles que Laudeman, I. V., Shelden, S. G., Branstrom, R., & Brasil, C. L. (1998). Dynamic density: An air traffic management metric, Netjasov, F., Janic, M., & Tosic, V. (2011). Developing a generic metric of terminal airspace traffic complexity. Transportmetrica, 7(5), 369-394., ou Hilburn, B., & Flynn, G. (2005). Toward a non- linear approach to modeling air traffic complexity. Human Performance, Situation Awareness, and Automation: Current Research and Trends HPSAA II, Volumes I and II, 207. La publication “Sector Complexity Study - SESAR 2020", A study commissioned by the Croatia Control Ltd, Faculty of Transport and Traffic Sciences, Univ of Zagreb, July 2018 liste également un grand nombre de publications traitant du calcul de la complexité d’un secteur. July 2018 defines analytical functions to calculate an index of ATC complexity on an air sector according to a set of indicators impacting the complexity of handling an air situation: number of aerodrome, area of a sector, number of surrounding sectors, number of altitudes used, average speed of aircraft, number of incoming flights, number of outgoing flights, number of conflicting aircraft, average convergence angle for conflicts, traffic density, etc. These indicators can be combined within complex functions. The definition of analytical functions of complexity has given rise to numerous publications such as Laudeman, IV, Shelden, SG, Branstrom, R., & Brasil, CL (1998). Dynamic density: An air traffic management metric, Netjasov, F., Janic, M., & Tosic, V. (2011). Developing a generic metric of terminal airspace traffic complexity. Transportmetrica, 7 (5), 369-394., Or Hilburn, B., & Flynn, G. (2005). Toward a non- linear approach to modeling air traffic complexity. Human Performance, Situation Awareness, and Automation: Current Research and Trends HPSAA II, Volumes I and II, 207. The publication “Sector Complexity Study - SESAR 2020”, A study commissioned by the Croatia Control Ltd, Faculty of Transport and Traffic Sciences, Univ of Zagreb, July 2018 also lists a large number of publications dealing with the calculation of the complexity of a sector.
[0009] Cependant, ces fonctions analytiques présentent plusieurs désavantages. En premier lieu, les fonctions analytiques sont extrêmement complexes, et leur temps d’exécution varie en fonction des paramètres d’entrée, notamment du nombre et de la complexité des trajectoires d’aéronefs sur un secteur. Pour des secteurs particulièrement importants, le temps de calcul peut ainsi devenir très important, de l’ordre de plusieurs secondes. Les fonctions analytiques calculées sur CPU ne permettent ainsi pas de garantir un temps de réponse fixe et faible pour l’évaluation de la complexité d’un secteur. Dans les cas de secteurs complexes, elles ne permettent pas de garantir un temps d’exécution suffisamment faible pour assigner dynamiquement des contrôleurs en fonction de l’évolution du trafic aérien. However, these analytical functions have several disadvantages. First, analytical functions are extremely complex, and their execution time varies depending on input parameters, including the number and complexity of aircraft paths over a sector. For particularly large sectors, the computation time can thus become very long, of the order of several seconds. The analytical functions calculated on CPU thus do not guarantee a fixed and low response time for the evaluation of the complexity of a sector. In the case of complex sectors, they do not guarantee a sufficiently low execution time to dynamically assign controllers according to the evolution of air traffic.
[0010] Il y a donc besoin d’une méthode de détermination de la complexité de traitement d’un secteur aérien par un contrôleur, qui puisse fournir une estimation fiable de la complexité de traitement du secteur aérien par le contrôleur dans un temps borné et avec une complexité de calcul faible. Résumé de l’invention [0010] There is therefore a need for a method for determining the complexity of processing an air sector by a controller, which can provide a reliable estimate of the complexity of processing the air sector by the controller in a limited time and with low computational complexity. Summary of the invention
[0011] A cet effet, l’invention a pour objet une méthode mise en oeuvre par ordinateur comprenant : l’obtention d’une situation ATC définie par un secteur et une période de temps, et d’un ensemble de paramètres d’entrée comprenant, pour le secteur et la période de temps, les trajectoires d’aéronefs traversant le secteur, lesdites trajectoires étant définies par un ensemble de paramètres de trajectoire comprenant au moins les positions des aéronefs ; le calcul, pour chacune des trajectoires d’aéronefs, de paramètres de trajectoire à un ensemble de pas de temps identique pour toutes les trajectoires ; la formation d’une matrice comprenant, pour chaque couple possible de trajectoires, les paramètres des trajectoires du couple auxdits pas de temps ; l’application à ladite matrices d’une transformation ayant pour propriété de concentrer l’énergie par composante ; le calcul de l’énergie par composante ; le calcul d’un indice de complexité de la situation ATC, en fonction d’un niveau de concentration de l’énergie par composante. To this end, the invention relates to a computer-implemented method comprising: obtaining an ATC situation defined by a sector and a period of time, and a set of input parameters comprising, for the sector and the period of time, the trajectories of aircraft crossing the sector, said trajectories being defined by a set of trajectory parameters comprising at least the positions of the aircraft; the calculation, for each of the aircraft trajectories, of trajectory parameters at a set of identical time steps for all the trajectories; the formation of a matrix comprising, for each possible pair of trajectories, the parameters of the trajectories of the couple at said time steps; the application to said matrices of a transformation having the property of concentrating energy by component; the calculation of energy by component; calculating a complexity index of the ATC situation, based on a level of energy concentration by component.
[0012] Avantageusement, ledit calcul, pour chacune des trajectoires d’aéronefs, des positions de l’aéronef à l’ensemble de pas de temps consiste à interpoler les positions des aéronefs sur les trajectoires. Advantageously, said calculation, for each of the aircraft trajectories, of the positions of the aircraft at the set of time steps consists in interpolating the positions of the aircraft on the trajectories.
[0013] Avantageusement, chaque ligne de la matrice représente un couple de trajectoires ; les colonnes de la matrice représentent respectivement, par pas de temps successif, les valeurs de chacun des paramètres des trajectoires, pour la première puis pour la deuxième trajectoire du couple. Advantageously, each row of the matrix represents a pair of trajectories; the columns of the matrix represent respectively, in successive time steps, the values of each of the parameters of the trajectories, for the first and then for the second trajectory of the pair.
[0014] Avantageusement, le niveau de concentration de l’énergie par composante est égal au nombre minimum de composantes concentrant une énergie supérieure ou égal à un ratio prédéfini de l’énergie totale. Advantageously, the level of concentration of energy per component is equal to the minimum number of components concentrating an energy greater than or equal to a predefined ratio of the total energy.
[0015] Avantageusement, le niveau d’énergie par composante est défini par l’indice de la dernière composante pour laquelle une dérivée du niveau d’énergie global des composantes est supérieure ou égale à un seuil prédéfini. Advantageously, the energy level per component is defined by the index of the last component for which a derivative of the overall energy level of the components is greater than or equal to a predefined threshold.
[0016] Avantageusement, l’indice de complexité est défini par l’une des formules suivantes : C = Kmax *[l-(Eck- Ec (fc-1})] ou où : les composantes sont rangées par énergie croissante, selon un indice k = [1 ... N] ; Ec k représente la somme de l’énergie des composantes, de l’indice 1 à l’indice k ; k est l’indice de la dernière composante pour laquelle la dérivée de l’énergie totale des composantes est supérieure ou égale à un seuil prédéfini ; kmax est l’indice de la composante pour laquelle la somme des énergies est supérieure ou égale à un seuil prédéfini de l’énergie totale des composantes. Advantageously, the complexity index is defined by one of the following formulas: C = K max * [l- (E ck - E c (fc-1} )] or where: the components are ordered by increasing energy, according to an index k = [1 ... NOT] ; E ck represents the sum of the energy of the components, from index 1 to index k; k is the index of the last component for which the derivative of the total energy of the components is greater than or equal to a predefined threshold; k max is the index of the component for which the sum of the energies is greater than or equal to a predefined threshold of the total energy of the components.
[0017] L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’une méthode selon l’un des modes de réalisation de l’invention lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. The invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for the execution of the steps of a method according to one of the embodiments of the invention when said program is executed. on a computer.
[0018] L’invention a également pour objet un système comprenant : au moins un port d’entrée apte à recevoir, pour une situation ATC courante définie par un secteur courant et une période de temps, un ensemble de paramètres comprenant, pour le secteur courant, les trajectoires d’aéronefs traversant le secteur ; au moins une unité de calcul configurée pour exécuter une méthode selon l’un des modes de réalisation de l’invention pour calculer un indice de complexité de la situation ATC. The invention also relates to a system comprising: at least one input port capable of receiving, for a current ATC situation defined by a current sector and a period of time, a set of parameters comprising, for the sector current, the trajectories of aircraft crossing the sector; at least one computing unit configured to perform a method according to one of the embodiments of the invention for computing a complexity index of the ATC situation.
[0019] Avantageusement l’au moins une unité de calcul est configurée pour redéfinir dynamiquement les secteurs d’un espace aérien, à partir de l’indices de complexité de la situation ATC calculées par ladite méthode. Advantageously, at least one calculation unit is configured to dynamically redefine the sectors of an airspace, from the complexity indices of the ATC situation calculated by said method.
[0020] Avantageusement, l’au moins une unité de calcul est configurée pour résoudre un problème d’optimisation sous contrainte, visant à minimiser le nombre total de secteurs sur un espace aérien, tout en s’assurant que l’indice de complexité ATC calculée pour chaque secteur et période de temps est inférieure à une complexité prédéfinie. Advantageously, the at least one computing unit is configured to solve a constrained optimization problem, aimed at minimizing the total number of sectors in an airspace, while ensuring that the ATC complexity index calculated for each sector and period of time is less than a predefined complexity.
[0021] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : Other features, details and advantages of the invention will become apparent on reading the description given with reference to the accompanying drawings given by way of example and which represent, respectively:
- la figure 1 , un système de contrôle aérien, dans lequel l’invention peut être implémentée ; - Figure 1, an air traffic control system, in which the invention can be implemented;
- la figure 2, un ensemble de secteurs sur lesquels l’invention peut être implémentée ; - la figure 3, un système de calcul de la complexité de traitement d’une situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention ; FIG. 2, a set of sectors on which the invention can be implemented; FIG. 3, a system for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention;
- la figure 4, une méthode mise en oeuvre par ordinateur de calcul de la complexité de traitement d’une situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention ; FIG. 4, a computer-implemented method for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention;
- la figure 5, un exemple de calcul de positions des trajectoires d’aéronefs selon un ensemble de pas de temps commun, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention ; FIG. 5, an example of calculating the positions of aircraft trajectories according to a set of common time steps, in a set of embodiments of the invention;
- la figure 6, un exemple de matrice de paramètres par couple de trajectoires, selon un ensemble de modes de réalisation de l’invention ; - Figure 6, an example of a matrix of parameters by pair of trajectories, according to a set of embodiments of the invention;
- la figure 7a, un exemple de calcul de la complexité d’une première situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention ; FIG. 7a, an example of calculating the complexity of a first ATC situation, in a set of embodiments of the invention;
- la figure 7b, un exemple de calcul de la complexité d’une deuxième situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention. - Figure 7b, an example of calculating the complexity of a second ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
[0022] Certains acronymes anglo-saxons couramment utilisés dans le domaine technique de la présente demande pourront être employés au cours de la description. Ces acronymes sont listés dans le tableau ci-dessous, avec notamment leur expression anglo-saxonne et leur signification. Certain Anglo-Saxon acronyms commonly used in the technical field of the present application may be used during the description. These acronyms are listed in the table below, with in particular their Anglo-Saxon expression and their meaning.
[0023] La figure 1 représente un exemple de système de contrôle aérien, dans lequel l’invention peut être implémentée. [0024] Le système de contrôle aérien représenté en figure 1 comprend une tour de contrôle 110, équipée d’un radar 111 permettant de repérer les aéronefs 120, 121 volant dans un secteur donné. La tour de contrôle 110 peut communiquer avec les aéronefs, par exemple via une liaison radio, afin de donner des informations et instructions aux aéronefs, mais aussi de recevoir des informations et requête des aéronefs. Afin de fournir aux aéronefs les indications les plus pertinentes, la tour de contrôle peut recevoir des données de fournisseurs externes, tels qu’un serveur météo 130. Ainsi, un contrôleur aérien peut fournir des indications et instructions aux pilotes des aéronefs à partir d’un ensemble de données comprenant les trajectoires prévues des aéronefs sur son secteur, les interactions avec les pilotes, et des données d’environnement telles que des prévisions météo. FIG. 1 represents an example of an air traffic control system, in which the invention can be implemented. The air traffic control system shown in FIG. 1 comprises a control tower 110, equipped with a radar 111 making it possible to locate the aircraft 120, 121 flying in a given sector. The control tower 110 can communicate with the aircraft, for example via a radio link, in order to give information and instructions to the aircraft, but also to receive information and requests from the aircraft. In order to provide the aircraft with the most relevant indications, the control tower can receive data from external providers, such as a weather server 130. Thus, an air traffic controller can provide indications and instructions to the pilots of the aircraft from there. a set of data comprising the planned trajectories of aircraft in its sector, interactions with the pilots, and environmental data such as weather forecasts.
[0025] Le système de la figure 1 est donné à titre d’exemple non limitatif uniquement, et l’invention peut être implémentée dans de nombreux systèmes pour le contrôle aérien, tels que des systèmes ATC ou ATFM. The system of Figure 1 is given by way of non-limiting example only, and the invention can be implemented in many systems for air traffic control, such as ATC or ATFM systems.
[0026] La figure 2 représente un ensemble de secteurs sur lesquels l’invention peut être implémentée. [0026] FIG. 2 represents a set of sectors in which the invention can be implemented.
[0027] Un espace aérien est dit contrôlé lorsque les manoeuvres des aéronefs sont soumises à clearance, c’est-à-dire une autorisation par un contrôleur aérien. La figure 2 représente l’espace aérien contrôlé en France. Le territoire métropolitain français est contrôlé par cinq centres de contrôle contrôlant chacune une FIR : Airspace is said to be controlled when aircraft maneuvers are subject to clearance, that is to say authorization by an air traffic controller. Figure 2 represents the airspace controlled in France. The French metropolitan territory is controlled by five control centers each controlling an FIR:
- le centre de Bordeaux contrôle la FIR LFBB ; - the Bordeaux center controls the FIR LFBB;
- le centre de Reims gère la FIR LFEE ; - the Reims center manages the FIR LFEE;
- le centre de Paris gère la FIR LFFF ; - the Paris center manages the FIR LFFF;
- le centre de Marseille gère la FIR LFMM ; - the Marseille center manages the FIR LFMM;
- le centre de Brest gère la FIR LFRR. - the Brest center manages the FIR LFRR.
[0028] Les FIR couvrent en France l’espace aérien jusqu’à 19500 pieds ; au-delà s’étend une UIR gérée par les 5 centres de contrôle. Ces régions sont à leur tour découpées en secteurs de contrôle, comme par exemple les secteurs dits Centre de Contrôle Régional (CCR), ou ACC en anglais. Chacun des secteurs est en permanence traversé par un certain nombre d’aéronefs. Comme expliqué ci-dessus, la complexité de traitement du trafic aérien sur un secteur est variable en fonction du nombre d’aéronef dans ce secteur, mais aussi d’autres caractéristiques telles que la météo, ou la densité de trafic. Afin que les contrôleurs puissent effectuer leurs contrôles dans de bonnes conditions, le nombre de contrôleurs affectés à un secteur peut être modulé en fonction de la complexité de traitement de celui-ci. La forme et la taille des secteurs peuvent également être adaptées. The FIRs cover airspace in France up to 19,500 feet; beyond that extends a UIR managed by the 5 control centers. These regions are in turn divided into control sectors, such as the so-called Regional Control Center (CCR) sectors, or ACC in English. Each of the sectors is permanently crossed by a certain number of aircraft. As explained above, the complexity of handling air traffic in a sector varies depending on the number of aircraft in this sector, but also other characteristics such as weather, or traffic density. So that the controllers can carry out their checks in good conditions, the number of controllers assigned to a sector can be modulated according to the complexity of its processing. The shape and size of the sectors can also be adapted.
[0029] La figure 3 représente un système de calcul de la complexité de traitement d’une situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention. [0029] FIG. 3 represents a system for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
[0030] Le système 300 peut être par exemple un système ATM, ATC ou ATFM, permettant aux contrôleurs aériens de contrôler la situation aérienne sur un secteur donné. The system 300 may for example be an ATM, ATC or ATFM system, allowing air traffic controllers to control the air situation in a given sector.
[0031] Le système 300 est un système de calcul. Selon un ensemble de modes de réalisation de l’invention, le système 300 peut être un dispositif de calcul unique tel qu’un ordinateur, un serveur, ou tout autre système apte à effectuer des calculs informatiques. Le système 300 peut également comporter une pluralité de dispositifs de calcul. Par exemple, le système 300 peut être une ferme de serveurs comportant plusieurs serveurs de calcul. The system 300 is a calculation system. According to a set of embodiments of the invention, the system 300 may be a single computing device such as a computer, a server, or any other system capable of performing computer calculations. System 300 can also include a plurality of computing devices. For example, system 300 can be a server farm with multiple compute servers.
[0032] Le système 300 comprend ainsi au moins une unité de calcul 310.L’au moins une unité de calcul 310 peut être n’importe quel type d’unité de calcul apte à effectuer des calculs informatiques. Par exemple, l’unité de calcul peut être un processeur configuré avec des instructions machines, un microprocesseur, un circuit intégré, un microcontrôleur, un circuit logique programmable, ou tout autre unité de calcul apte à être programmée pour effectuer des opérations de calcul. [0032] The system 300 thus comprises at least one computing unit 310. The at least one computing unit 310 can be any type of computing unit capable of performing computer calculations. For example, the computing unit may be a processor configured with machine instructions, a microprocessor, an integrated circuit, a microcontroller, a programmable logic circuit, or any other computing unit capable of being programmed to perform computing operations.
[0033] Le système 300 comprend au moins un port d’entrée 320 apte à recevoir un ensemble de paramètres relatifs à une situation aérienne courante sur un secteur. L’ensemble de paramètres d’entrée comprend les trajectoires 321 d’aéronefs traversant le secteur. Selon différents modes de réalisation, ces trajectoires peuvent comprendre des trajectoires instantanées et/ou des trajectoires prédites. The system 300 comprises at least one input port 320 capable of receiving a set of parameters relating to a current air situation in a sector. The input parameter set includes the trajectories 321 of aircraft passing through the sector. According to different embodiments, these trajectories can include instantaneous trajectories and / or predicted trajectories.
[0034] Selon divers mode de réalisation, d’autres types de paramètres d’entrée peuvent être reçus, tels que des informations météorologiques. Ces informations météorologiques peuvent par exemple consister en une indication qu’un événement donné (tempête, orage...) a lieu. Par exemple, un événement « tempête » peut être défini lorsque les paramètres des messages météo liés à une tempête dépassent un seuil prédéfini. According to various embodiments, other types of input parameters can be received, such as meteorological information. This meteorological information may for example consist of an indication that a given event (storm, thunderstorm, etc.) is taking place. For example, a "storm" event can be defined when the parameters of the weather messages related to a storm exceed a predefined threshold.
[0035] Les paramètres d’entrée peuvent être reçus de différentes manières. Par exemple, les trajectoires d’aéronefs peuvent être reçues par communication radio avec les aéronefs, par le biais de mesures radars, etc. Les informations météo peuvent être reçues par exemple par le biais de mesures d’un radar météo, par abonnement à un service météorologique. [0035] The input parameters can be received in different ways. For example, aircraft trajectories can be received by radio communication with aircraft, through radar measurements, etc. Weather information can be received, for example, through measurements from a weather radar, by subscription to a weather service.
[0036] A cet effet, l’au moins un port 320 peut être de différents types : connexion internet, liaison radio, etc. L’invention n’est pas restreinte à un type de port d’entrée, et l’homme de l’art pourra adapter la réception des paramètres d’entrée aux canaux d’entrée disponibles. De même, selon différents modes de mise en oeuvre de l’invention, les différents paramètres d’entrée peuvent être reçus sur un port unique, ou plusieurs ports, de même type ou de types différents. Par exemple, les trajectoires d’aéronefs 321 peuvent être reçues par liaison radio, et des informations météorologiques par une connexion internet. For this purpose, at least one port 320 can be of different types: internet connection, radio link, etc. The invention is not restricted to one type of input port, and those skilled in the art will be able to tailor the reception of the input parameters to the available input channels. Likewise, according to different embodiments of the invention, the different input parameters can be received on a single port, or several ports, of the same type or of different types. For example, the trajectories of aircraft 321 can be received by radio link, and meteorological information by an Internet connection.
[0037] Les trajectoires d’aéronefs 321 peuvent être exprimées de différentes manières. Par exemple, les trajectoires peuvent être exprimées sous la forme de trajectoires 4D, avec des points de passage définis par une latitude, longitude, et un FL et un temps de passage. Les trajectoires peuvent également comprendre, pour chaque point de passage, un cap associé. Une trajectoire peut également être associée à un type d’avion et/ou un callsign (dénomination d’un aéronef donné). The trajectories of aircraft 321 can be expressed in different ways. For example, trajectories can be expressed as 4D trajectories, with waypoints defined by latitude, longitude, and FL and time of way. The trajectories can also include, for each waypoint, an associated heading. A trajectory can also be associated with an aircraft type and / or a callsign (name of a given aircraft).
[0038] Ces paramètres correspondent à des situations réelles se produisant dans des secteurs aux périodes de temps considérées. Ils définissent ainsi, pour une situation ATC définie par un couple (secteur, période de temps) donné, les paramètres d’entrée représentatifs de la complexité de traitement du secteur. These parameters correspond to real situations occurring in sectors at the periods of time considered. They thus define, for an ATC situation defined by a given torque (sector, period of time), the input parameters representative of the processing complexity of the sector.
Comme indiqué ci-dessus, ces paramètres comprennent les trajectoires d’aéronefs ayant traversé le secteur. As indicated above, these parameters include the trajectories of aircraft which have crossed the sector.
[0039] L’au moins une unité de calcul 310 est également configurée pour calculer, à partir des paramètres d’entrée, un indice de complexité ATC de la situation courante. The at least one calculation unit 310 is also configured to calculate, from the input parameters, an ATC complexity index of the current situation.
[0040] L’un des objectifs du système 300 est notamment de fournir un calcul fiable de complexité ATC, capable de s’exécuter dans un temps borné en sollicitant des capacités de calcul limitées. A cet effet, l’au moins une unité de calcul 310 est configurée pour exécuter les étapes d’une méthode selon l’invention, telle que par exemple la méthode 400 décrite en référence à la figure 4. One of the objectives of the system 300 is in particular to provide a reliable calculation of ATC complexity, capable of being executed in a limited time while requiring limited calculation capacities. For this purpose, at least one calculation unit 310 is configured to execute the steps of a method according to the invention, such as for example the method 400 described with reference to FIG. 4.
[0041] Une fois l’indice de complexité ATC calculé, le système 300 peut l’utiliser de différentes manières. Par exemple, il peut l’afficher à au moins un opérateur, par exemple un contrôleur aérien, par le biais d’au moins un écran 330. Ceci permet à l’opérateur de vérifier que le nombre de contrôleur aérien affecté à une situation / un secteur donné est adéquat en fonction de la complexité de ceux-ci. Il peut également lever une alerte, soit si la complexité ATC d’une situation est trop importante par rapport au nombre de contrôleurs affectés à son traitement, soit elle est trop faible, auquel cas un trop grand nombre de contrôleurs aérien est mobilisé pour cette situation. [0041] Once the ATC complexity index has been calculated, the system 300 can use it in various ways. For example, he can display it to at least one operator, for example an air traffic controller, by means of at least one screen 330. This allows the operator to verify that the number of air traffic controllers assigned to a situation / a given sector is adequate according to the complexity of these. It can also raise an alert, either if the ATC complexity of a situation is too great compared to the number of controllers assigned to its handling, or it is too low, in which case too many air traffic controllers are mobilized for this situation. .
[0042] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, l’au moins une unité de calcul 310 est configurée pour redéfinir dynamiquement la forme et la taille des secteurs, afin de former une nombre de secteur aussi faible que possible, tout en s’assurant que la complexité ATC de chaque secteur est inférieure à un seuil prédéfini. In a set of embodiments of the invention, at least one computing unit 310 is configured to dynamically redefine the shape and size of the sectors, in order to form as few sectors as possible, while by ensuring that the ATC complexity of each sector is below a predefined threshold.
[0043] Ceci peut par exemple être réalisé si l’au moins une unité de calcul est configurée pour résoudre un problème d’optimisation sous contrainte, visant à minimiser le nombre de secteurs, avec la contrainte que la complexité ATC de chaque secteur soit inférieure ou égale à un seuil de complexité prédéfini. Ce seuil de complexité peut par exemple être un seuil au-dessus duquel le secteur devient trop complexe à traiter par un contrôleur aérien. This can for example be achieved if the at least one computing unit is configured to solve a constrained optimization problem, aimed at minimizing the number of sectors, with the constraint that the ATC complexity of each sector is lower. or equal to a predefined complexity threshold. This complexity threshold can for example be a threshold above which the sector becomes too complex to be processed by an air traffic controller.
[0044] A chaque itération d’optimisation, la complexité ATC d’une situation représentée par un secteur peut être calculée. Ceci permet donc de résoudre un problème d’optimisation sous contrainte, recalculant à chaque itération la complexité pour chaque secteur et période de temps. Ceci permet ainsi une allocation dynamique des secteurs aériens. Par exemple, la sectorisation de l’espace aérien peut être redéfinie par périodes d’une heure. At each optimization iteration, the ATC complexity of a situation represented by a sector can be calculated. This therefore makes it possible to solve a constrained optimization problem, recalculating at each iteration the complexity for each sector and period of time. This thus allows a dynamic allocation of the air sectors. For example, the sectorization of airspace can be redefined in one-hour periods.
[0045] Ceci permet de disposer d’un nombre de secteurs aussi faible que possible, et ainsi de limiter le nombre de contrôleurs nécessaire pour les traiter, tout en s’assurant qu’ils puissent être traités correctement par les contrôleurs. Ceci permet également de prédire de manière dynamique le nombre de contrôleurs qui devra être affecté à un espace aérien pour chaque période de temps. This makes it possible to have as few sectors as possible, and thus to limit the number of controllers necessary to process them, while ensuring that they can be processed correctly by the controllers. this allows also to dynamically predict the number of controllers that will have to be assigned to an airspace for each period of time.
[0046] Les calculs de complexité peuvent également servir à entraîner un moteur d’apprentissage automatique apte à déterminer automatiquement la complexité d’une situation ATC. Par exemple, la demanderesse a déposé la demande de brevet français n° 1908722, décrivant l’entraînement d’un moteur d’apprentissage automatique supervisé pour prédire une complexité d’une situation ATC à partir des différents éléments de la situation. Le calcul de la complexité selon l’invention peut être utilisé comme complexité à prédire dans ce cadre. [0046] Complexity calculations can also be used to train a machine learning engine capable of automatically determining the complexity of an ATC situation. For example, the applicant has filed French patent application No. 1908722, describing the training of a supervised machine learning engine to predict the complexity of an ATC situation from the various elements of the situation. The complexity calculation according to the invention can be used as the complexity to be predicted in this context.
[0047] La figure 4 représente une méthode mise en oeuvre par ordinateur de calcul de la complexité de traitement d’une situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention. [0047] FIG. 4 represents a computer-implemented method for calculating the complexity of processing an ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
[0048] La méthode 400 peut par exemple être mise en oeuvre par le système 300, et tous les modes de réalisation discutés en référence à la figure 3 sont applicables à la méthode 400. The method 400 can for example be implemented by the system 300, and all the embodiments discussed with reference to FIG. 3 are applicable to the method 400.
[0049] La méthode 400 comprend une première étape 410 d’obtention d’une situation ATC 340 définie par un secteur et une période de temps, et d’un ensemble de paramètres d’entrée comprenant, pour le secteur et la période de temps, les trajectoires d’aéronefs 321 traversant le secteur. Les trajectoires des aéronefs sont définies par un ensemble de paramètres de trajectoires comprenant au moins les positions des aéronefs. Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, ils peuvent également comprendre d’autres paramètres tels que les vitesses horizontale et verticale, la température, etc. Les paramètres d’entrée peuvent aussi comprendre d’autres éléments que les trajectoires d’aéronef, tels que des informations météo. The method 400 comprises a first step 410 of obtaining an ATC situation 340 defined by a sector and a period of time, and of a set of input parameters comprising, for the sector and the period of time , the trajectories of aircraft 321 crossing the sector. The trajectories of the aircraft are defined by a set of trajectory parameters comprising at least the positions of the aircraft. In a set of embodiments of the invention, they may also include other parameters such as horizontal and vertical velocities, temperature, etc. Input parameters can also include items other than aircraft paths, such as weather information.
[0050] Cette étape 410 peut consister, selon différents modes de réalisation de l’invention, à recevoir, en temps réel, la description d’une situation ATC courante (secteur, période de temps, trajectoire d’aéronefs traversant le secteur) d’un système de contrôle aérien. Elle peut aussi consister à obtenir la description d’une situation passée, par exemple en extrayant ces informations d’une base de données de situations passées. [0051] La méthode 400 comprend une deuxième étape 420 de calcul, pour chacune des trajectoires d’aéronefs, des paramètres de trajectoire à un ensemble de pas de temps identique pour toutes les trajectoires. This step 410 may consist, according to various embodiments of the invention, in receiving, in real time, the description of a current ATC situation (sector, period of time, trajectory of aircraft crossing the sector) d 'an air traffic control system. It can also consist in obtaining the description of a past situation, for example by extracting this information from a database of past situations. The method 400 comprises a second step 420 of calculating, for each of the aircraft trajectories, the trajectory parameters at a set of identical time steps for all the trajectories.
[0052] Cette étape consiste à déterminer, pour un ensemble de pas de temps donné, les paramètres de chaque aéronef au pas de temps. En effet, les trajectoires peuvent être initialement décrites par des paramètres à des temps variables pour chaque aéronef. Cette étape 420 permet donc d’obtenir les paramètres des aéronefs, aux mêmes pas de temps pour tous les aéronefs. Par exemple, ceci permet de comparer les positions des aéronefs à des pas de temps identiques, et donc de mieux identifier de potentiels conflits de trajectoires. This step consists in determining, for a set of given time steps, the parameters of each aircraft at the time step. Indeed, the trajectories can be initially described by parameters at variable times for each aircraft. This step 420 therefore makes it possible to obtain the parameters of the aircraft, at the same time steps for all the aircraft. For example, this makes it possible to compare the positions of the aircraft at identical time steps, and therefore to better identify potential trajectory conflicts.
[0053] Les pas de temps peuvent être obtenus de différentes manières. Par exemple, la durée de la situation ATC peut être échantillonnée par pas de temps réguliers, soit en fonction d’une durée cible des pas de temps (la durée des pas de temps est alors prédéfinie, mais pas le nombre de pas de temps), soit en divisant la durée de la situation par un nombre de pas de temps donné (le nombre de pas de temps est alors prédéfini, mais pas la durée des pas de temps). The time steps can be obtained in different ways. For example, the duration of the ATC situation can be sampled by regular time steps, either according to a target duration of the time steps (the duration of the time steps is then predefined, but not the number of time steps) , or by dividing the duration of the situation by a given number of time steps (the number of time steps is then predefined, but not the duration of the time steps).
[0054] La figure 5 représente un exemple de calcul de positions des trajectoires d’aéronefs selon un ensemble de pas de temps commun, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention. [0054] FIG. 5 represents an example of calculating the positions of aircraft trajectories according to a set of common time steps, in a set of embodiments of the invention.
[0055] Le graphe 5000 représente trois trajectoires brutes 5010, 5020 et 5030. Pour faciliter la compréhension, les trajectoires sont représentées en deux dimensions, et le temps associé à chacune des positions définissant la trajectoire est représenté sur l’axe temporel 5040. Les positions définissant la trajectoire sont représentées par des ronds, et un trait fin partant du rond indique le temps associé sur l’axe temporel 5040. Bien entendu, l’invention est applicable à des trajectoires 3d associées à des informations temporelles (ou trajectoire 4D, les positions des aéronefs pouvant être définies par une latitude, une longitude, une altitude, et une information temporelle). The graph 5000 represents three raw trajectories 5010, 5020 and 5030. To facilitate understanding, the trajectories are represented in two dimensions, and the time associated with each of the positions defining the trajectory is represented on the time axis 5040. The positions defining the trajectory are represented by circles, and a thin line starting from the circle indicates the associated time on the time axis 5040. Of course, the invention is applicable to 3d trajectories associated with time information (or 4D trajectory, the positions of the aircraft being able to be defined by a latitude, a longitude, an altitude, and a temporal information).
[0056] Par exemple, la trajectoire 5010 est définie par les points 5011 , 5012 et 5013, respectivement associée aux temps tson, tsoi2 et tsoi3- Le graphe 5000 montre que les temps associé aux positions sur les trajectoires 5020 et 5030 ne sont pas les mêmes. Par exemple, la position 5021 de la trajectoire 5020 est associée au temps Î5021 qui est différent, bien que proche, du temps tson. [0057] Cette différence entre les temps auxquels sont fournies les positions des aéronefs pour les différentes trajectoires rend plus difficile la caractérisation des conflits de positions entre aéronef. For example, the trajectory 5010 is defined by the points 5011, 5012 and 5013, respectively associated with the times tson, tsoi2 and tsoi3. The graph 5000 shows that the times associated with the positions on the trajectories 5020 and 5030 are not the times. same. For example, the position 5021 of the trajectory 5020 is associated with the time Î5021 which is different, although close, from the time tson . This difference between the times at which the positions of the aircraft are provided for the different trajectories makes it more difficult to characterize the position conflicts between aircraft.
[0058] L’étape 420 consiste donc à modifier la représentation des trajectoires, en un ensemble de position alignées temporellement sur les mêmes pas de temps. [0058] Step 420 therefore consists in modifying the representation of the trajectories, into a set of positions temporally aligned over the same time steps.
[0059] Dans l’exemple de la figure 5, le graphe 5100 représente ces trajectoires 5110, 5120 et 5130 alignées temporellement, correspondant respectivement aux trajectoires 5010; 5020 et 5030. L’axe des temps 5140 est identique à l’axe des temps 5040. Les trajectoires 5110, 5120 et 5130 sont définies chacune par un même nombre de positions alignées sur les mêmes pas de temps, en l’occurrence les pas de temps tsioi , tsio2, tsio3, tsio4, tsios et tsio6. In the example of Figure 5, the graph 5100 represents these trajectories 5110, 5120 and 5130 aligned in time, corresponding respectively to the trajectories 5010; 5020 and 5030. The time axis 5140 is identical to the time axis 5040. The trajectories 5110, 5120 and 5130 are each defined by the same number of positions aligned on the same time steps, in this case the steps time tsioi, tsio2, tsio3, tsio4, tsios and tsio6.
[0060] Par exemple, la trajectoire 5110 est maintenant définie par les positions 5111 , 5112, 5113, 5114, 5115 et 5116 alignées sur les pas de temps t5i0i , t5io2, t5io3, t5io4,For example, the path 5110 is now defined by the positions 5111, 5112, 5113, 5114, 5115 and 5116 aligned on the time steps t 5i0i, t 5i o 2 , t 5i o 3 , t 5i o 4 ,
Î5105 qΐ Î5106. Î5105 qΐ Î5106.
[0061 ] Les positions des trajectoires 5110, 5120 et 5130 peuvent être obtenues, à partir de celles des trajectoires 5010, 5020 et 5030, de différentes manières. Par exemple par interpolation de la trajectoire par rapport aux positions connues sur les trajectoires 5010, 5020 et 5030. Cette interpolation peut être effectuée de différentes manières, par exemple via une interpolation linéaire, ou des B-splines. The positions of the trajectories 5110, 5120 and 5130 can be obtained from those of the trajectories 5010, 5020 and 5030, in different ways. For example by interpolation of the trajectory with respect to the known positions on the trajectories 5010, 5020 and 5030. This interpolation can be carried out in different ways, for example via linear interpolation, or B-splines.
[0062] Cette représentation des trajectoires fournit des informations beaucoup plus pertinentes sur la proximité des trajectoires d’aéronef. Par exemple, les positions 5111 et 5121 fournissent directement une information sur la proximité relative des aéronefs sur les trajectoires 5110 et 5120, car elles sont alignées sur le même pas de temps ts-io-i, ce qui n’était pas le cas des positions 5011 et 5021 . This representation of the trajectories provides much more relevant information on the proximity of the aircraft trajectories. For example, positions 5111 and 5121 directly provide information on the relative proximity of aircraft on trajectories 5110 and 5120, because they are aligned on the same time step ts-io-i, which was not the case for positions 5011 and 5021.
[0063] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, d’autres paramètres des trajectoires sont connus, en plus des positions sur les trajectoires brutes 5010, 5020, et 5030, et déterminés (par exemple interpolés) aux temps t5i0i, t5io2, t5i03, t5io4, tsios et Î5106 pour les trajectoires 5110, 5120 et 51030. Par exemple, cela peut être le cas des vitesses horizontales et verticales des aéronefs, de leur cap, ou encore la température extérieure. Ces paramètres peuvent par exemple contribuer à obtenir une meilleure estimation des trajectoires aux différents temps, et donc d’obtenir une meilleure estimation des conflits. D’autres paramètres peuvent être calculés directement sur les positions des trajectoires alignées temporellement 5110, 5120 et 5130. Il s’agit par exemple du nombre de conflits, de la distance ou encore de la séparation minimale entre deux aéronefs. In a set of embodiments of the invention, other parameters of the trajectories are known, in addition to the positions on the raw trajectories 5010, 5020, and 5030, and determined (for example interpolated) at the times t 5i0i , t 5i o 2 , t 5i03 , t 5i o 4 , tsios and Î5106 for trajectories 5110, 5120 and 51030. For example, this may be the case for the horizontal and vertical speeds of aircraft, their heading, or even the temperature. exterior. These parameters can, for example, help to obtain a better estimate of the trajectories at different times, and therefore to obtain a better estimate of the conflicts. Other parameters can be calculated directly on the positions of the temporally aligned trajectories 5110, 5120 and 5130. This is for example the number of conflicts, the distance or even the minimum separation between two aircraft.
[0064] Retournant à la figure 4, la méthode 400 comprend une troisième étape 430 de formation d’une matrice comprenant, pour chaque couple possible de trajectoires, les paramètres des trajectoires du couple auxdits pas de temps. Returning to FIG. 4, the method 400 comprises a third step 430 of forming a matrix comprising, for each possible pair of trajectories, the parameters of the trajectories of the torque at said time steps.
[0065] Cette étape consiste à insérer dans une matrice, pour chacun des couples, les paramètres aux mêmes pas de temps. Ainsi, si N trajectoires sont présentes dans le secteur, chaque trajectoire forme N-1 couples, avec les N-1 autres trajectoires respectivement, et le nombre total de couples est égal à N * (N-1) / 2. Pour chacun des couples, les paramètres des deux trajectoires du couple sont notés, pour chacun des pas de temps. Ainsi, à chaque pas de temps, chaque paramètre d’une trajectoire sera noté N-1 fois (pour chacun des N-1 couple que forme la trajectoire) dans la matrice. This step consists in inserting into a matrix, for each of the pairs, the parameters at the same time steps. Thus, if N trajectories are present in the sector, each trajectory forms N-1 pairs, with the N-1 other trajectories respectively, and the total number of pairs is equal to N * (N-1) / 2. For each of the couples, the parameters of the two trajectories of the couple are noted, for each of the time steps. Thus, at each time step, each parameter of a trajectory will be noted N-1 times (for each of the N-1 pairs that the trajectory forms) in the matrix.
[0066] La figure 6 représente un exemple de matrice de paramètres par couple de trajectoires, selon un ensemble de modes de réalisation de l’invention. [0066] FIG. 6 represents an example of a matrix of parameters by pair of trajectories, according to a set of embodiments of the invention.
[0067] La matrice 600 représente les paramètres des trajectoires aux pas de temps, organisés par couples de trajectoires. Dans cet exemple, N trajectoires sont présentes sur le secteur, notées A1 , A2, ... AN. Les paramètres des trajectoires comprennent uniquement des paramètres de positions : longitude, latitude, altitude (sous la forme d’un FL - Flight Level ou Niveau de vol), pour chacun des pas de temps. Le nombre de pas de temps est égal à p. Seules les positions étant prises en compte, ces différents pas de temps/positions sont notés Pos1 , Pos2... Posp. The matrix 600 represents the parameters of the trajectories at time steps, organized by pairs of trajectories. In this example, N trajectories are present on the sector, denoted A1, A2, ... AN. The trajectory parameters only include position parameters: longitude, latitude, altitude (in the form of an FL - Flight Level), for each time step. The number of time steps is equal to p. Only the positions being taken into account, these different time steps / positions are noted Pos1, Pos2 ... Posp.
[0068] Chaque ligne correspond à un couple de trajectoire. Par exemple, les lignes 610, 611 , 612 correspondent respectivement aux couples de trajectoires (A1 , A2), (A1, A3), et (AN-1 , AN). Each line corresponds to a pair of trajectories. For example, the lines 610, 611, 612 correspond respectively to the pairs of trajectories (A1, A2), (A1, A3), and (AN-1, AN).
[0069] Les colonnes sont groupées par pas de temps/positions successifs. Pour chacun des pas de temps/position successifs, les colonnes représentent successivement la latitude du point au pas de temps pour la première puis la deuxième trajectoire du couple, la longitude du point au pas de temps pour la première puis la deuxième trajectoire du couple puis le niveau de vol du point au pas de temps pour la première puis la deuxième trajectoire du couple. [0070] Par mesure d’intelligibilité, seuls les première, deuxième et dernières lignes et colonnes de la matrice 600 sont représentées sur la figure 6. The columns are grouped by successive time steps / positions. For each of the successive time steps / position, the columns represent successively the latitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple, the longitude of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple then the flight level of the point at the time step for the first then the second trajectory of the couple. By measure of intelligibility, only the first, second and last rows and columns of the matrix 600 are shown in FIG. 6.
[0071] Par exemple : [0071] For example:
- la colonne 620 représente la latitude de la première trajectoire de chaque couple au premier pas de temps ; - Column 620 represents the latitude of the first trajectory of each pair at the first time step;
- la colonne 621 représente la latitude de la deuxième trajectoire de chaque couple au premier pas de temps ; - Column 621 represents the latitude of the second trajectory of each pair at the first time step;
- la colonne 622 représente la longitude de la première trajectoire de chaque couple au premier pas de temps ; - Column 622 represents the longitude of the first trajectory of each pair at the first time step;
- la colonne 623 représente la longitude de la deuxième trajectoire de chaque couple au premier pas de temps ; - Column 623 represents the longitude of the second trajectory of each pair at the first time step;
- la colonne 624 représente le niveau de vol de la première trajectoire de chaque couple au premier pas de temps ; - Column 624 represents the flight level of the first trajectory of each pair at the first time step;
- la colonne 625 représente le niveau de vol de la deuxième trajectoire de chaque couple au premier pas de temps. - Column 625 represents the flight level of the second trajectory of each pair at the first time step.
[0072] Puis les colonnes suivantes contiennent les paramètres aux pas de temps/positions suivants. Par exemple : Then the following columns contain the parameters at the following time steps / positions. For example :
- la colonne 626 représente la latitude de la première trajectoire de chaque couple au deuxième pas de temps ; - Column 626 represents the latitude of the first trajectory of each pair at the second time step;
- la colonne 627 représente la latitude de la première trajectoire de chaque couple au dernier pas de temps. - Column 627 represents the latitude of the first trajectory of each pair at the last time step.
[0073] Ainsi, par exemple : Thus, for example:
- la cellule 630, située sur la première colonne 620 et la première ligne 610, représente la valeur de la latitude de la première trajectoire A1 du premier couple (A1 , A2) au premier pas de temps p1 ; - cell 630, located on first column 620 and first line 610, represents the value of the latitude of the first trajectory A1 of the first pair (A1, A2) at the first time step p1;
- la cellule 631 , située sur la deuxième colonne 621 et la première ligne 610, représente la valeur de la latitude de la deuxième trajectoire A2 du premier couple (A1 , A2) au premier pas de temps p1 ; - Cell 631, located on second column 621 and first line 610, represents the value of the latitude of the second trajectory A2 of the first pair (A1, A2) at the first time step p1;
- la cellule, située sur la première colonne 620 et la deuxième ligne 611 , représente la valeur de la latitude de la première trajectoire A1 du deuxième couple (A1 , A3) au premier pas de temps p1. Sa valeur est donc égale à celle de la cellule 630 ; - the cell, located in the first column 620 and the second row 611, represents the value of the latitude of the first trajectory A1 of the second couple (A1, A3) at the first time step p1. Its value is therefore equal to that of cell 630;
- la cellule 633, située sur la dernière colonne correspondant au deuxième pas de temps/position, et la dernière ligne 612, représente la valeur de niveau de vol de la deuxième trajectoire AN du deuxième couple (AN-1 , AN) au deuxième pas de temps p2. - cell 633, located in the last column corresponding to the second time / position step, and the last row 612, represents the flight level value of the second trajectory AN of the second pair (AN-1, AN) at the second step time p2.
[0074] La figure 6 est fournie à titre d’exemple uniquement d’une matrice de paramètres selon l’invention. Cependant, d’autres représentations sont possibles. [0074] Figure 6 is provided by way of example only of a matrix of parameters according to the invention. However, other representations are possible.
[0075] Par exemple, de manière plus générale, l’ordre des paramètres ou couples de trajectoires peut être modifié (on pourrait par exemple avoir les colonnes représentant la longitude avant celles représentant la latitude, et les couples de trajectoires peuvent être interchangées). De manière plus générale, d’autres paramètres que la trajectoire (vitesse horizontale, vitesse verticale, cap...) peuvent être utilisés, et la matrice peut être définie de manière à ce que : For example, more generally, the order of the parameters or pairs of trajectories can be modified (for example, we could have the columns representing the longitude before those representing the latitude, and the pairs of trajectories can be interchanged). More generally, other parameters than the trajectory (horizontal speed, vertical speed, heading ...) can be used, and the matrix can be defined so that:
- chaque ligne de la matrice représente un couple de trajectoires ; - each row of the matrix represents a pair of trajectories;
- les colonnes de la matrice représentent respectivement, par pas de temps successifs, les valeurs de chacun des paramètres des trajectoires, pour la première puis pour la deuxième trajectoire du couple. the columns of the matrix represent respectively, by successive time steps, the values of each of the parameters of the trajectories, for the first and then for the second trajectory of the pair.
[0076] Cette représentation matricielle permet de disposer côte à côte des valeurs représentatives d’un possible conflit de trajectoires. Par exemple, les cellules adjacentes 630 et 631 représentent les latitudes de positions de deux aéronefs dans le secteur, au même instant. De plus une matrice telle que la matrice 600 comprend en une seule matrice toute l’information concernant un secteur aérien. This matrix representation makes it possible to have side by side the values representative of a possible conflict of trajectories. For example, adjacent cells 630 and 631 represent the positional latitudes of two aircraft in the sector, at the same time. In addition, a matrix such as matrix 600 comprises in a single matrix all the information relating to an airline sector.
[0077] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, les paramètres des aéronefs pour chaque couple de trajectoire et chaque pas de temps sont concaténés en un seul vecteur, de dimension 6 (lorsque 3 paramètres latitude, longitude altitude sont prise en compte, ou de manière plus générale 2 fois les nombre de paramètres). Dans ce cas, la matrice est un tenseur, de dimensions N(N-1)/2, p, et 6 (lorsque 3 paramètres latitude, longitude altitude sont prise en compte, ou de manière plus générale 2 fois les nombre de paramètres). In a set of embodiments of the invention, the parameters of the aircraft for each pair of trajectories and each time step are concatenated into a single vector, of dimension 6 (when 3 parameters latitude, longitude altitude are taken into account. count, or more generally twice the number of parameters). In this case, the matrix is a tensor, of dimensions N (N-1) / 2, p, and 6 (when 3 parameters latitude, longitude altitude are taken into account, or more generally 2 times the number of parameters) .
[0078] Enfin, la représentation de la matrice peut être adaptée. Par exemple, les lignes et colonnes pourraient être inversées - on aurait alors une colonne par couple de trajectoire, et une ligne par paramètre d’une trajectoire d’un couple à un pas de temps. Finally, the representation of the matrix can be adapted. For example, the rows and columns could be reversed - we would then have one column per couple of trajectory, and one line per parameter of a trajectory of a couple at a time step.
[0079] De retour à la figure 4, la méthode 400 comprend une quatrième étape 440 d’application à la matrice d’une transformation ayant pour propriété de concentrer l’énergie par composante. Returning to Figure 4, the method 400 comprises a fourth step 440 of applying to the matrix a transformation having the property of concentrating energy by component.
[0080] Cette transformation peut par exemple être une analyse par composante principale (ACP en français, ou PCA en anglais), ou une analyse par composante indépendante (ACI en français ou ICA en anglais). This transformation can for example be an analysis by principal component (PCA in French, or PCA in English), or an analysis by independent component (ACI in French or ICA in English).
[0081] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, une analyse dite « IVA » (Independent Vector Analysis en anglais, ou Analyse par Vecteur Indépendant (AVI) en français). Peut être utilisée. Une IVA est notamment décrite par D. Lahat, T. Adali and C. Jutten, "Multimodal data fusion: An overview of methods, challenges, and prospects," Proc. IEEE, vol. 103, no. 9, pp. 1449-1477, Sep. 2015, et est particulièrement indiquée lorsque la matrice se présente sous la forme d’un tenseur. In a set of embodiments of the invention, a so-called "IVA" analysis (Independent Vector Analysis in English, or Independent Vector Analysis (AVI) in French). Can be used. An IVA is described in particular by D. Lahat, T. Adali and C. Jutten, "Multimodal data fusion: An overview of methods, challenges, and prospects," Proc. IEEE, vol. 103, no. 9, pp. 1449-1477, Sep. 2015, and is particularly indicated when the matrix is in the form of a tensor.
[0082] De manière générale, une telle transformation permet de transformer l’information en composantes indépendantes, déterminées de manière à concentrer l’énergie sur les premières composantes. In general, such a transformation makes it possible to transform information into independent components, determined so as to concentrate energy on the first components.
[0083] La méthode 400 comprend ensuite une cinquième étape 450 de calcul de l’énergie par composante. The method 400 then comprises a fifth step 450 for calculating the energy by component.
[0084] Cette étape consiste à calculer pour chacune des composantes de la matrice transformée, une valeur d’énergie. This step consists in calculating for each of the components of the transformed matrix, an energy value.
[0085] L’énergie d’une composante peut par exemple être calculée comme la somme des carrés des éléments de la composante. The energy of a component can for example be calculated as the sum of the squares of the elements of the component.
[0086] La méthode 460 comprend ensuite une sixième étape de calcul d’un indice de complexité de la situation ATC, en fonction d’un niveau de concentration de l’énergie par composante. [0086] The method 460 then comprises a sixth step of calculating a complexity index of the ATC situation, as a function of a level of concentration of energy by component.
[0087] Cette étape consiste à déterminer à quel point l’énergie est concentrée sur les premières composantes, et en déduire la complexité de la situation. De manière générale, si l’énergie est très concentrée sur peu de composantes, cela signifie que toute l’information contenue dans les interactions entre les couples de trajectoires peut être résumée sur un nombre de dimensions faible, ce qui indique une complexité faible de la situation. Par exemple, si de nombreuses trajectoires sont parallèles, l’information peut être résumée en peu de dimensions, et la complexité de traitement de la situation ATC est faible. Au contraire, si l’énergie est peu concentrée, et répartie sur beaucoup de composantes, cela signifie que les interactions entre les trajectoires nécessitent de nombreuses dimensions pour être correctement représentées, ce qui laisse supposer de nombreux conflits de trajectoires, et une complexité élevée de la situation ATC. This step consists in determining to what point the energy is concentrated on the first components, and to deduce therefrom the complexity of the situation. In general, if the energy is very concentrated on a few components, this means that all the information contained in the interactions between the pairs of trajectories can be summarized on a small number of dimensions, which indicates a low complexity of the situation. For example, if many trajectories are parallel, the information can be summarized in few dimensions, and the complexity of handling the ATC situation is low. On the contrary, if the energy is not very concentrated, and distributed over many components, this means that the interactions between the trajectories require many dimensions to be correctly represented, which suggests many trajectory conflicts, and a high complexity of the trajectories. the ATC situation.
[0088] De manière générale, les composantes peuvent être triées par ordre d’énergie croissante. In general, the components can be sorted in order of increasing energy.
[0089] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, le niveau de concentration de l’énergie est défini par un nombre K de composantes principales, qui concentrent un ratio de l’énergie totale des composantes supérieur ou égal à un seuil prédéfini P_K. Par exemple, le niveau de concentration de l’énergie peut être défini par le nombre de composantes concentrant 99% de l’énergie totale des composantes. In a set of embodiments of the invention, the level of energy concentration is defined by a number K of principal components, which concentrate a ratio of the total energy of the components greater than or equal to a threshold predefined P_K. For example, the level of energy concentration can be defined by the number of components concentrating 99% of the total energy of the components.
[0090] Ceci permet un calcul à la fois simple et efficace de la concentration de l’énergie. [0090] This allows a simple and efficient calculation of the energy concentration.
[0091] Une fois ce niveau de concentration d’énergie obtenu, l’indice peut être obtenu de différentes manières. Par exemple, il peut simplement s’agir du nombre de composantes nécessaires pour dépasser le seuil prédéfini d’énergie P_K. Once this level of energy concentration is obtained, the index can be obtained in various ways. For example, it may simply be the number of components required to exceed the predefined energy threshold P_K.
[0092] Les figures 7a et 7b représentent deux exemples de calcul de la complexité, respectivement d’une première et d’une deuxième situation ATC, dans un ensemble de modes de mise en oeuvre de l’invention. FIGS. 7a and 7b represent two examples of calculating the complexity, respectively of a first and of a second ATC situation, in a set of embodiments of the invention.
[0093] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, le niveau d’énergie par composante est défini par l’indice de la dernière composante pour laquelle une dérivée du niveau d’énergie global des composantes est supérieure ou égale à un seuil prédéfini. Dit autrement, lorsque les composantes sont rangées par quantité d’énergie croissante, la contribution de chaque composante au niveau d’énergie global décroît au fur et à mesure que l’indice des composantes s’accroît. Ainsi, la dérivée du niveau d’énergie global (somme des niveaux d’énergie de la première composante à la composante courante) décroît avec l’augmentation des indices des composantes. Ce critère consiste donc in fine à déterminer le nombre de composantes contribuant de manière significative à l’énergie globale. In a set of embodiments of the invention, the energy level per component is defined by the index of the last component for which a derivative of the overall energy level of the components is greater than or equal to one. predefined threshold. In other words, when the components are ordered by increasing quantity of energy, the contribution of each component to the overall energy level decreases as the index of the components increases. Thus, the derivative of the global energy level (sum of the energy levels of the first component to the current component) decreases with the increase of the indices of the components. This criterion therefore ultimately consists in determining the number of components contributing significantly to the overall energy.
[0094] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, la complexité de traitement de la situation ATC est ainsi définie par la formule suivante : In a set of embodiments of the invention, the complexity of handling the ATC situation is thus defined by the following formula:
Où : Or :
- les composantes sont rangées par énergie croissante, selon un indice k = [1 ... N] ; - the components are ordered by increasing energy, according to an index k = [1 ... N];
- Ec k représente la somme de l’énergie des composantes, de l’indice 1 à l’indice k ; - E ck represents the sum of the energy of the components, from index 1 to index k;
- k est l’indice de la dernière composante apportant beaucoup d’énergie, c’est- à-dire la composante avec k le plus grand tel que la dérivée de l’énergie totale des composantes, représentée par Ec k - Ec fc_i) est supérieure ou égale à un seuil prédéfini ; - k is the index of the last component bringing a lot of energy, i.e. the component with k the largest such as the derivative of the total energy of the components, represented by E ck - E c fc _i ) is greater than or equal to a predefined threshold;
- kmax est l’indice de la composante pour laquelle la somme des énergies est supérieure ou égale à un seuil prédéfini de l’énergie totale. - k max is the index of the component for which the sum of the energies is greater than or equal to a predefined threshold of the total energy.
[0095] Ce calcul permet donc de déterminer la complexité de la situation ATC, en fonction du nombre de composantes fournissant une contribution significative à l’énergie totale. Il permet donc une estimation très fiable de la complexité de traitement de la situation. This calculation therefore makes it possible to determine the complexity of the ATC situation, as a function of the number of components providing a significant contribution to the total energy. It therefore allows a very reliable estimate of the complexity of handling the situation.
[0096] Dans un ensemble de modes de réalisation de l’invention, la dérivée peut être une dérivée centrale, et non une dérivée sur la droite, la formule devient alors : In a set of embodiments of the invention, the derivative can be a central derivative, and not a derivative on the right, the formula then becomes:
[0097] La figure 7a représente une première application de ce calcul, à une première situation ATC. FIG. 7a represents a first application of this calculation, to a first ATC situation.
[0098] La vignette 710a fournit une représentation synthétique de cette situation, dans laquelle les trajectoires des aéronefs sont représentées en 2D dans l’espace du secteur aérien. Cette première situation est relativement peu complexe, car de nombreuses trajectoires sont substantiellement parallèles. [0099] Le graphique 720a représente le pourcentage cumulé d’énergie totale par indice de composantes principales. L’axe horizontal représente l’indice de la composante courante, et l’axe vertical représente l’énergie cumulée des composantes, de la première composante à la composante courante, en pourcentage du total. Par exemple, le point 721a signifie que la 1e composante concentre à elle seule 30% de l’énergie totale, le point 722a que les deux premières composantes concentrent à elles deux un peu moins de 50% de l’énergie totale, etc. Label 710a provides a synthetic representation of this situation, in which the trajectories of the aircraft are represented in 2D in the space of the air sector. This first situation is relatively uncomplicated, because many trajectories are substantially parallel. Graph 720a represents the cumulative percentage of total energy by principal component index. The horizontal axis represents the index of the current component, and the vertical axis represents the cumulative energy of the components, from the first component to the current component, as a percentage of the total. For example, point 721a means that the 1 st component alone concentrates 30% of the total energy, point 722a that the first two components together concentrate a little less than 50% of the total energy, etc.
[0100] Dans cet exemple, le point d’inflexion auquel la dérivée de l’énergie totale est inférieure au seuil fixé correspond au point 723a, et donc à la 3e composante. Cela signifie que les composantes à partir de la 4e contribuent peu à l’énergie totale. [0100] In this example, the inflection point at which the derivative of the total energy is below the threshold corresponds to the point 723a, and thus the 3rd component. This means that the components from the 4 th contribute little to the total energy.
[0101] L’indice kmax à partir duquel la quasi-totalité de l’énergie est concentrée correspond à la 11e composante 724a. [0101] The index k max from which almost all of the energy is concentrated corresponds to the 11th component 724a.
[0102] On constate donc que, dans cette situation peu complexe, seules 3 composantes contribuent significativement à l’énergie totale. La valeur de l’indice de complexité est calculée à 0,63402. [0102] It can therefore be seen that, in this not very complex situation, only 3 components contribute significantly to the total energy. The value of the complexity index is calculated as 0.63402.
[0103] La figure 7b représente une seconde application de ce calcul, à une deuxième situation ATC. FIG. 7b represents a second application of this calculation, to a second ATC situation.
[0104] La vignette 710b représente les trajectoires 2D des aéronefs dans cette situation, sur le même principe que la vignette 710a. [0104] The sticker 710b represents the 2D trajectories of the aircraft in this situation, on the same principle as the sticker 710a.
[0105] Cette deuxième situation, bien que comprenant un nombre de trajectoires identiques à celui de la première situation, est plus complexe, parce que les trajectoires s’entrecroisent beaucoup plus fréquemment. [0105] This second situation, although comprising a number of trajectories identical to that of the first situation, is more complex, because the trajectories intersect much more frequently.
[0106] Ceci rend donc l’information des couples de trajectoires, telle qu’intégrée dans la matrice 600, plus complexe, et l’énergie est concentrée sur un nombre plus grand de composantes principales. [0106] This therefore makes the information of the pairs of trajectories, as integrated in the matrix 600, more complex, and the energy is concentrated on a larger number of principal components.
[0107] La vignette 720b représente l’évolution de l’énergie totale, par composante principale, sur le même modèle que la vignette 710b. [0107] Label 720b represents the change in total energy, by principal component, on the same model as label 710b.
[0108] Dans ce cas, le point d’inflexion, pour lequel la dérivée de l’énergie totale est inférieure au seuil prédéfini est obtenu au point 721 b correspondant à la 8e composante, et l’indice kmax à partir duquel la quasi-totalité de l’énergie est concentrée correspond à la 13e composante 722b. [0109] Dans ce cas, 8 composantes contribuent donc beaucoup à l’énergie totale, et l’indice de complexité calculé est égale à 0,81686, et est donc supérieur à celui de la première situation. [0108] In this case, the inflection point at which the derivative of the total energy is less than the predefined threshold is obtained at point 721 b corresponding to the 8 th component, and the index k max from which the almost all of the energy is concentrated corresponds to the 13th component 722b. In this case, 8 components therefore contribute a great deal to the total energy, and the calculated complexity index is equal to 0.81686, and is therefore greater than that of the first situation.
[0110] Ces deux exemples démontrent la capacité de l’invention à calculer un indice de complexité de situation qui prenne bien en compte les situations de conflits possibles entre les trajectoires, et pas seulement le nombre de trajectoires sur le secteur. [0110] These two examples demonstrate the capacity of the invention to calculate a situation complexity index which takes into account the situations of possible conflicts between the trajectories, and not just the number of trajectories in the sector.
[0111] La méthode 400 comprend de nombreux avantages. [0111] The method 400 includes many advantages.
[0112] Comme expliqué ci-dessus, elle fournit un indice de complexité fiable, prenant en compte les situations de conflits possibles entre les trajectoires, et pas seulement le nombre de trajectoires sur le secteur. As explained above, it provides a reliable complexity index, taking into account possible conflict situations between the trajectories, and not only the number of trajectories in the sector.
[0113] De plus, elle ne nécessite pas de phase d’entrainement, et se base sur un nombre limité de données d’entrée. [0113] In addition, it does not require a training phase, and is based on a limited number of input data.
[0114] Enfin, chacun des étapes de la méthode 400 peut être effectuée par des calculs relativement simples, et de manière déterministe. La méthode 400 peut donc s’exécuter dans un temps borné, sur des capacités de calcul limitées. La complexité algorithmique globale de la méthode 400 est faible comparée aux méthodes connues de détermination de la complexité de traitement d’une situation ATC. Finally, each of the steps of method 400 can be carried out by relatively simple calculations, and in a deterministic manner. Method 400 can therefore be executed in a limited time, on limited computational capacities. The overall algorithmic complexity of method 400 is low compared to known methods for determining the complexity of handling an ATC situation.
[0115] La méthode 400 permet ainsi une redéfinition en temps réel de secteurs ATC pour adapter la charge de travail des contrôleurs aériens. The method 400 thus makes it possible to redefine ATC sectors in real time in order to adapt the workload of the air traffic controllers.
[0116] Enfin, les résultats fournis par la méthode 400 sont explicables. La méthode 400 est donc susceptible d’être certifiée. Finally, the results provided by method 400 can be explained. Method 400 is therefore likely to be certified.
[0117] Les exemples ci-dessus démontrent la capacité de l’invention à calculer la complexité de traitement d’une situation ATC, en fournissant de manière fiable en un temps borné, tout en nécessitant des capacités de calcul limitées. Ils ne sont cependant donnés qu’à titre d’exemple et ne limitent en aucun cas la portée de l’invention, définie dans les revendications ci-dessous. [0117] The above examples demonstrate the ability of the invention to calculate the complexity of handling an ATC situation, delivering reliably in a limited time, while requiring limited computational capabilities. However, they are given only by way of example and in no way limit the scope of the invention, defined in the claims below.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode mise en œuvre par ordinateur (400) comprenant : 1. Computer implemented method (400) comprising:
- l’obtention (410) d’une situation ATC (340) définie par un secteur et une période de temps, et d’un ensemble de paramètres d’entrée comprenant, pour le secteur et la période de temps, les trajectoires d’aéronefs (321) traversant le secteur, lesdites trajectoires étant définies par un ensemble de paramètres de trajectoire comprenant au moins les positions des aéronefs ; - obtaining (410) an ATC situation (340) defined by a sector and a period of time, and a set of input parameters comprising, for the sector and the period of time, the trajectories of aircraft (321) crossing the sector, said trajectories being defined by a set of trajectory parameters comprising at least the positions of the aircraft;
- le calcul (420), pour chacune des trajectoires d’aéronefs, de paramètres de trajectoire à un ensemble de pas de temps identique pour toutes les trajectoires ; - the calculation (420), for each of the aircraft trajectories, of trajectory parameters at a set of identical time steps for all the trajectories;
- la formation (430) d’une matrice (600) comprenant, pour chaque couple possible de trajectoires, les paramètres des trajectoires du couple auxdits pas de temps ; - The formation (430) of a matrix (600) comprising, for each possible pair of trajectories, the parameters of the trajectories of the couple at said time steps;
- l’application (440) à ladite matrices d’une transformation ayant pour propriété de concentrer l’énergie par composante ; - the application (440) to said matrices of a transformation having the property of concentrating energy by component;
- le calcul (450) de l’énergie par composante ; - the calculation (450) of energy by component;
- le calcul (460) d’un indice de complexité de la situation ATC, en fonction d’un niveau de concentration de l’énergie par composante. - the calculation (460) of an index of complexity of the ATC situation, as a function of a level of concentration of energy by component.
2. Méthode mise en œuvre par ordinateur selon la revendication 1 , dans laquelle ledit calcul, pour chacune des trajectoires d’aéronefs, des positions de l’aéronef à l’ensemble de pas de temps consiste à interpoler les positions des aéronefs sur les trajectoires. 2. Computer-implemented method according to claim 1, wherein said calculation, for each of the aircraft trajectories, of the positions of the aircraft at the set of time steps consists in interpolating the positions of the aircraft on the trajectories. .
3. Méthode mise en œuvre par ordinateur selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle : 3. A computer-implemented method according to one of claims 1 or 2, wherein:
- chaque ligne de la matrice représente un couple de trajectoires ; - each row of the matrix represents a pair of trajectories;
- les colonnes de la matrice représentent respectivement, par pas de temps successif, les valeurs de chacun des paramètres des trajectoires, pour la première puis pour la deuxième trajectoire du couple. the columns of the matrix represent respectively, by successive time steps, the values of each of the parameters of the trajectories, for the first and then for the second trajectory of the pair.
4. Méthode mise en œuvre par ordinateur selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le niveau de concentration de l’énergie par composante est égal au nombre minimum de composantes concentrant une énergie supérieure ou égal à un ratio prédéfini de l’énergie totale. 4. Computer-implemented method according to one of claims 1 to 3, wherein the level of concentration of energy per component is equal to the minimum number of components concentrating an energy greater than or equal to a predefined ratio of the total energy.
5. Méthode mise en oeuvre par ordinateur selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le niveau d’énergie par composante est défini par l’indice de la dernière composante pour laquelle une dérivée du niveau d’énergie global des composantes est supérieure ou égale à un seuil prédéfini. 5. Method implemented by computer according to one of claims 1 to 3, wherein the energy level per component is defined by the index of the last component for which a derivative of the overall energy level of the components is. greater than or equal to a predefined threshold.
6. Méthode mise en oeuvre par ordinateur selon la revendication 5, dans laquelle l’indice de complexité est défini par l’une des formules suivantes : o les composantes sont rangées par énergie croissante, selon un indice k = [1 -. N] ; o Ec k représente la somme de l’énergie des composantes, de l’indice 1 à l’indice k ; o k est l’indice de la dernière composante pour laquelle la dérivée de l’énergie totale des composantes est supérieure ou égale à un seuil prédéfini ; o kmax est l’indice de la composante pour laquelle la somme des énergies est supérieure ou égale à un seuil prédéfini de l’énergie totale des composantes. 6. The computer-implemented method of claim 5, wherein the complexity index is defined by one of the following formulas: o the components are ordered by increasing energy, according to an index k = [1 -. NOT] ; o E ck represents the sum of the energy of the components, from index 1 to index k; ok is the index of the last component for which the derivative of the total energy of the components is greater than or equal to a predefined threshold; ok max is the index of the component for which the sum of the energies is greater than or equal to a predefined threshold of the total energy of the components.
7. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’une méthode selon l’une des revendications 1 à 6 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 7. A computer program product comprising program code instructions for performing the steps of a method according to one of claims 1 to 6 when said program is executed on a computer.
8. Système (300) comprenant : 8. System (300) comprising:
- au moins un port d’entrée (320) apte à recevoir, pour une situation ATC courante définie par un secteur courant et une période de temps, un ensemble de paramètres comprenant, pour le secteur courant, les trajectoires d’aéronefs (321) traversant le secteur ; - at least one input port (320) capable of receiving, for a current ATC situation defined by a current sector and a period of time, a set parameters comprising, for the current sector, the trajectories of aircraft (321) crossing the sector;
- au moins une unité de calcul (310) configurée pour exécuter une méthode selon l’une des revendications 1 à 6 pour calculer un indice de complexité de la situation ATC. - at least one calculation unit (310) configured to execute a method according to one of claims 1 to 6 for calculating a complexity index of the ATC situation.
9. Le système de la revendication 8, dans lequel l’au moins une unité de calcul (310) est configurée pour redéfinir dynamiquement les secteurs d’un espace aérien, à partir de l’indices de complexité de la situation ATC calculées par ladite méthode. 9. The system of claim 8, wherein the at least one calculation unit (310) is configured to dynamically redefine the sectors of an airspace, from the complexity indices of the ATC situation calculated by said. method.
10. Le système de la revendication 9, dans lequel l’au moins une unité de calcul (310) est configurée pour résoudre un problème d’optimisation sous contrainte, visant à minimiser le nombre total de secteurs sur un espace aérien, tout en s’assurant que l’indice de complexité ATC calculée pour chaque secteur et période de temps est inférieure à une complexité prédéfinie. 10. The system of claim 9, wherein the at least one computing unit (310) is configured to solve a constrained optimization problem, aiming to minimize the total number of sectors in an airspace, while s ensuring that the ATC complexity index calculated for each sector and time period is less than a predefined complexity.
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