FR3105543A1 - Gestion de l'encombrement spatial autour de la trajectoire d'un vehicule - Google Patents

Abstract

Le document décrit des dispositifs et des procédés mis en œuvre par ordinateur, pour le couplage entre une interface homme-machine (e.g. graphique), alimentée en données, notamment de trafic et de météorologie, et un système de calcul de trajectoires (e.g. avionique de gestion de vol), en vue de l’exploration interactive de de trajectoires exploitables volables pour la gestion de l’encombrement spatial autour de la trajectoire d’un véhicule. Des développements décrivent le cas particulier d’un aéronef, comme la gestion de mission, la collecte des contraintes spatiales, temporelles ou techniques relatives à l’encombrement spatial au sein de l’espace aérien potentiel déterminé, la surveillance des évolutions de l’encombrement de l’espace aérien, des excursions de l’aéronef, des affichages divers et notamment superposés. Différents types d’interface homme-machine sont décrits, de réalité virtuelle ou augmentée, et configurés pour la visualisation des données en 2D, 3D et/ou 4D. Figure pour l’abrégé : Fig.1.

Description

GESTION DE L’ENCOMBREMENT SPATIAL AUTOUR DE LA TRAJECTOIRE D’UN VEHICULE

Domaine de l’invention

Le document décrit des procédés et des dispositifs pour la gestion de trajectoires d’un aéronef, ou plus généralement d’un véhicule.

Etat de la Technique

De manière générale, de nombreux types de véhicules disposent de systèmes de calcul de trajectoires, qui doivent être compatibles avec les conditions de trafic et/ou de météorologie. Presque tous les types de véhicules sont concernés: véhicule terrestre (e.g. voiture autonome), véhicule de surface (e.g. bateau), véhicule submersible (e.g. sous-marin), véhicule orbital (e.g. satellite), etc.

En particulier, la préparation de mission d’un véhicule, par exemple d’un aéronef comporte des exigences fortes quant à l’occupation ou parcours d’un espace aérien (un ou plusieurs volumes pour l’évolution de trajectoire). Un motif ou «pattern» de mission «recherche et secours» (en anglais «Search and Rescue», acronyme SAR) est par exemple connu dans l’état de la technique. Ce motif en forme d’escalier («ladder») balaye l’espace de manière systématique (par secteur, en carré etc).

Un système de calcul de trajectoires, par exemple un système de gestion de vol (en anglais «‘Flight Management System» acronyme FMS), embarqué à bord de l’aéronef, permet de définir ce genre de mission, parmi lesquelles existe également: l’aéro-largage («drop» en anglais), le ravitaillement en vol («AAR»), le vol à très basse altitude («LLF»). Le pilote de l’aéronef dispose de «pages FMS» (e.g. des affichages sur écran analogues à des formulaires) pour renseigner les différents éléments caractéristiques de ces différentes missions.

L’État de la technique, notamment la littérature brevet, ne décrit pas de solutions satisfaisantes pour la gestion de l’espace terrestre, aérien, maritime ou spatial. Les approches connues dans la littérature brevet relèvent en effet, et pour la plupart, de la définition et de la surveillance d’un corridor de vol d’un aéronef autour d’une trajectoire définie, en particulier dans des contextes de gestion du trafic aérien ou de gestion du terrain (e.g. anticipations des risques de collision). Dans ces derniers cas, les solutions techniques décrites reposent en général sur des boucles rapides de surveillance des états de l’aéronef (entre la milliseconde et quelques secondes). Ces approches présentent des limitations (e.g.notamment de faibles anticipations)

Il existe un besoin pour des systèmes et des procédés pour la gestion avancée de l’encombrement de l’espace autour de la trajectoire d’un véhicule.

Le document décrit des dispositifs et des procédés mis en œuvre par ordinateur, pour le couplage entre une interface homme-machine (e.g. graphique), alimentée en données, notamment de trafic et de météorologie, et un système de calcul de trajectoires (e.g. avionique de gestion de vol), en vue de l’exploration interactive de de trajectoires exploitables volables pour la gestion de l’encombrement spatial autour de la trajectoire d’un véhicule. Des développements décrivent le cas particulier d’un aéronef, comme la gestion de mission, la collecte des contraintes spatiales, temporelles ou techniques relatives à l’encombrement spatial au sein de l’espace aérien potentiel déterminé, la surveillance des évolutions de l’encombrement de l’espace aérien, des excursions de l’aéronef, des affichages divers et notamment superposés. Différents types d’interface homme-machine sont décrits, de réalité virtuelle ou augmentée, et configurés pour la visualisation des données en 2D, 3D et/ou 4D.

L’invention propose une solution au besoin de représentation de l’espace occupé (encombrement) pour une planification de mission de vol, ainsi que pour sa réalisation. L’invention propose également une solution pour la surveillance et l’alerte lors de la réalisation de cette mission. L’invention propose une solution pour aider à représenter la situation tactique ou l’optimiser ou la surveiller.

L’invention permet à l’opérateur de définir et de visualiser des paramètres spatio-temporels contraignant une mission. L’invention permet à l’opérateur de disposer d’informations concernant le possible non-respect des contraintes spatio-temporelles de sa mission. L’invention permet à l’opérateur de diminuer sa charge cognitive, consistant à prendre en compte de multiples contraintes spatiales, temporelles ou techniques pour la réalisation et l’optimisation d’une mission dans un espace contraint, en raison de son besoin particulier, et/ou en raison de contingences tierces (sécurité météo, terrain, menace) et/ou réglementaires (critères de RNP, confinement à garantir dans le cas d’unhold).

L’état de la technique décrit des solutions limitées, et en particulier qui ne comporte pas d’interface homme-machine pour la visualisation. Par exemple, il n’existe aucune capacité dans le cockpit d’un avion permettant de percevoir (par le pilote ou un système embarqué) l’impact de ces paramètres sur l’espace de vol de la mission: passage d’une frontière de contrôle aérien, risque avec le terrain, conflit avec une zone quelconque (météo, tactique/militaire, zones de confinements de la navigation aérienne civile…). Par conséquent, l’équipage se trouve dans la nécessité de se reporter à des informations additionnelles (cartes) ou des systèmes additionnels avant la définition, ou au cours de la réalisation de la mission tactique. Il existe une fonction qui prend en compte des critères de terrain pour définir un profil de vol basse altitude volable, sécurisé avec des contraintes d’échappement garanties. Cependant, cette solution ne permet pas de fournir une information contextualisée du profil de vol par rapport au terrain dans une IHM en vol ou dans un système connecté au FMS (type EFB, tablette).

Il n’existe aucune solution technique connue, dans le domaine aéronautique, permettant de: a) visualiser de l’encombrement induit par une planification de vol ; b) surveiller et alerter du respect de cet espace de vol ; c) d’optimiser du survol dans les contraintes d’espace définies ;d) d’optimiser le survol planifié selon des contraintes liées aux paramètres de l’aéronef ou de son moyen de détection. Toutes ces fonctions devant être effectuées dans un horizon temporel de planification long (avant le vol) jusqu’à de quelques minutes à quelques heures avant la réalisation effective avec la mission ou ses contraintes associées.

Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention peuvent s’appliquer à différents types de missions (e.g. transport de passager, recherche et secours, surveillance …), ou tout autre domaine dans lequel la «compréhension» de l’espace occupé est nécessaire (e.g. manœuvres de satellite, évolutions de flottes de voitures autonomes, etc)

Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention peuvent être implémentés dans l’avionique embarquée (ou comme système réparti entre monde embarqué et monde non-embarqué). En effet, dans un mode de réalisation, le procédé ou le système selon l’invention repose sur un couplage entre un cœur du calcul avionique (calcul de plan de vol, de trajectoire, prédictions et éventuellement guidage), une interface homme-machine (e.g. cockpit ou non-embarquée) et un équipement en charge de capturer et représenter l’encombrement d’une mission.

Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention peuvent être embarqués, en prenant en compte planification et gestion de trajectoire. Optionnellement, des moyens non avioniques peuvent être utilisés (système étendu, e.g. tablette connectée). Des applications similaires existent dans le cas de missions de recherche maritime.

Avantageusement, les procédés et les systèmes selon l’invention peuvent tirer avantage d’une connexion avec des systèmes tiers fournisseurs de données.

Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention s’intègrent dans une avionique dite à « haut niveau d’intégration de données » (e.g. affichages complexes intégrant de multiples sources de données, liaisons avec tes bases de données météorologiques, d’obstacles, de menaces, d’informations de terrain, etc.)

Avantageusement, le procédé selon l’invention permet au pilote d’un aéronef de définir l’espace occupé par la mission qu’il planifie, ou qu’il modifie avant ou pendant le vol.

Avantageusement, les modes de réalisation de l’invention permettent de manipuler des missions de vol dits tactiques » (e.g. SAR), des vols de drones (Loiter) ou encore des procédures spécifiques de l’aviation civile telles que les «Hold» (hippodromes d’attente), des procédures de départ ou arrivée ayant des contraintes de confinement de trajectoire forte (RNP acronyme de «Required Navigation Performance» en anglais).

Description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit et des figures des dessins annexés dans lesquels:

La montre des exemples d’étapes selon un mode de réalisation de l’invention;

La montre un exemple de gestion de mission «recherche et secours»;

La illustre un exemple de mode de réalisation de l’invention, selon une première architecture;

La illustre un exemple de mode de réalisation de l’invention, selon une seconde architecture.

Description détaillée de l’invention

Selon les modes de réalisation de l’invention, un «mobile» ou « aéronef » peut être un drone, ou un avion commercial, ou un avion de fret, ou bien encore un hélicoptère, embarquant ou non des passagers, ou tout élément étant susceptible d’être télé-piloté (par liaison radio, satellite, ou autre), au moins partiellement (de manière intermittente, ou périodique, ou même opportuniste au cours du temps). Le mobile peut être un mobile piloté, télé-piloté ou autonome ; tel qu’un aéronef (avion, hélicoptère, ou tout autre appareil soumis aux lois de l’aéronautique). Dans d’autres modes de réalisation, le mobile peut être terrestre, de surface (e.g. bateau), submersible (sous-marin), orbitale (satellite), etc.

Lors de la planification d’une mission, par exemple de « recherche et secours », l’équipage d’un véhicule peut avoir besoin de connaitre l’espace aérien (2D-plan, 3D, voire 4D) qui sera «occupé» ou «exploité» par la mission qu’il projette de réaliser.

Le besoin de la mission peut avoir différentes motivations (e.g. support aérien, planification et coordination tactique, négociation avec les autorités de contrôles en charge du/des espaces concernés, etc). les motivations ou les besoins peuvent s’exprimera priori, c’est-à-dire lors de la planification initiale, mais il peut se présenter égalementa posteriori,c’est-à-diredynamiquementau cours d’une mission («re-planification» sur opportunité par exemple).

Selon les modes de réalisation, dans le cas d’un aéronef, le procédé selon l’invention comprend une ou plusieurs des étapes consistant à:
a) visualiser un ou plusieurs espaces aériens, par exemple lors d’événements courants tels que le vol d’un hippodrome d’attente (« Hold »), pour lequel des contraintes réglementaires de confinement spatial peuvent exister, ou une procédure de vol (départ ou arrivée sur un aérodrome) dotée d’un critère « RNP » («Required Navigation Performance») qui implique la maitrise d’une trajectoire dans des tolérances définies réglementairement par des autorités de contrôle aérien;
b) intégrer des prédictions déterminées par un calculateur de vol («cœur de calcul»), par exemple de type FMS; cette intégration permet de prendre en compte un facteur de trajectoire ou un facteur de temps;
c) optionnellement, prendre en compte une ou plusieurs contraintes associées aux capacités du moyen de détection et/ou son montage (latéralité, portée, angle …); par exemple pour la détermination d’un escalier («ladder»), il peut être avantageux de déterminer certains des angles ou écarts;
d) prendre en compte une ou plusieurs contraintes associées à l’environnement aérien: zones de danger (météorologie, terrain, etc), de zones réglementées (régulation aérienne)

Différents exemples sont décrits ci-après.

Dans un mode de réalisation, l’opérateur peut choisir une procédure RNP, le procédé selon l’invention peut s’appuyer sur des données d’une base de données de navigation pour traduire visuellement les contraintes RNP (trajectoire à voler ainsi que les tolérances latérales maximales relatives à la procédure RNP)

Dans un mode de réalisation, l’opérateur peut choisir de faire un vol en cercle autour d’un point donné, le procédé selon l’invention peut utiliser les paramètres du cercle et du vol pour exprimer l’espace aérien occupé ou exploité (e.g. centre, rayon, altitude)

Dans un mode de réalisation, l’opérateur peut planifier un hippodrome d’attente, le procédé selon l’invention peut utiliser les données d’une base de données de navigation pour exprimer visuellement le volume occupé par cet hippodrome (s’il est catalogué en bases de données institutionnelles dont l’opérateur peut disposer avec son FMS, i.e. des bases de navigation).

Dans un mode de réalisation, la zone de bruit autour d’un aéronef peut être gérée ou contrôlée. Dans le cas d’un drone d’observation, l’invisibilité visuelle peut être maitrisée via une distance ou une hauteur suffisante, mais la connaissance d’une carte des vents (qui «portent» le son) peut contribuer au positionnement du drone de manière à supprimer ou minimiser le bruit de ses hélices.

La montre des exemples d’étapes selon un mode de réalisation de l’invention.

Il est décrit un procédé mis en œuvre par ordinateur de couplage entre une interface homme-machine visuelle ou graphique 111, alimentée en données 120 de trafic (par exemple aérien) et de météorologie (ainsi éventuellement d’autres types de données, intégrant différents risques ou opportunités), et un système de calcul de trajectoires 112, en vue de l’exploration interactive de trajectoires exploitables pour la gestion de l’encombrement spatial autour de la trajectoire d’un véhicule.

Il est important de noter que l’invention ne se limite pas à la gestion d’une « bulle» autour du véhicule; les modes de réalisation de l’invention visent bien la gestion du développé le long de la trajectoire, et notamment du pattern de mission (trajectoire future calculable ou calculée). Les distances de surveillance sont configurables (notamment fonction de la vitesse du véhicule dans les directions concernées, plus des marges de sécurité), et notamment peuvent évoluer au cours du temps (dynamique). Dit autrement: la trajectoire de l’aéronef à un instant t peut diversement varier; les calculs de trajectoires peuvent délimiter les évolutions par la prise en compte de contraintes et il s’agit de calculer l’intersection entre l’espace d’évolution potentiel voire maximale et les conditions de trafic et de météorologie (lesquelles sont également changeantes).

Les exemples qui suivent traitent plutôt du cas aéronautique, mais les applications terrestres, maritimes et spatiales sont également visées (e.g. trafic de voitures autonomes, trafic de sous-marins, trafic de tankers, trafic de satellite en orbite basse, etc). Le facteur temps (vitesses absolues et relatives) peut y être variable, ainsi que les évolutions en 2D ou en 3D, mais la gestion de ces véhicules ou objets spatiaux peut relever des mêmes mécanismes décrits ci-après.

Dans un cas particulier (aéronef), il est décrit un procédé mis en œuvre par ordinateur de couplage entre une interface homme-machine visuelle ou graphique 111, alimentée en données 120 de trafic aérien et de météorologie, et un système de calcul de trajectoires 112, en vue de l’exploration interactive de trajectoires volables pour la gestion de l’encombrement spatial autour de la trajectoire de l’aéronef.

L’invention proposée peut notamment reposer sur le couplage entre un cœur de calcul de plan de vol, trajectoire, prédictions et éventuellement guidage (FMS) et une IHM (cockpit ou non-embarquée)

Un « couplage » désigne ou traduit une relation bilatérale ou bidirectionnelle. Une modification effectuée dans le calculateur de trajectoires e.g. du. FMS (par exemple une modification de trajectoire) sera traduite visuellement dans l’interface homme-machine ; et inversement une modification introduite via l’interface homme-machine (par exemple via la définition d’un volume interdit) entraînera des calculs d’adaptation côté calculateur de trajectoires.

Il est par exemple possible d’apprécier les conséquences du plan de vol/trajectoire prédite versus une zone de survol visée.

Au-delà de l’état de la technique qui permet seulement de visualiser le contexte d’une mission donnée de manière statique, les modes de réalisation de l’invention comprennent donc un couplage entre un calculateur de trajectoires (e.g. un cœur de calcul avionique pour déterminer un plan de vol, de trajectoire, de prédictions et éventuellement de guidage) et une IHM (dans le cockpit, poste de pilotage, ou non-embarquée)

Dans un développement, le procédé comprend en outre les étapes consistant à : d’une part, recevoir ou déterminer un plan de vol 130 de l’aéronef, associé à une mission ;
- déterminer l’espace aérien potentiel 140 associé au plan de vol ;
- d’autre part, collecter des contraintes spatiales, temporelles ou techniques relatives à l’encombrement spatial au sein de l’espace aérien potentiel déterminé,
- afficher dans l’interface homme-machine 111 le plan de vol reçu ou déterminé ainsi que les données relatives à l’encombrement spatial ;
- déterminer un plan de vol ou une trajectoire volable 130 tel que permis par le calculateur de trajectoires, e.g. système avionique de gestion de vol 112, ainsi que l’espace aérien associé.

L’ « espace aérien exploité » est l’espace aérien mobilisé ou sollicité ou convoqué ou invoqué ou associé à une mission de l’aéronef (réalité constatée a posteriori). L’ « espace aérien potentiel » ou « géométrie d’évolution » correspond à l’espace exploité par le plan de vol (interprétation large, l’espace aérien potentiel est amené à changer en fonction des évolutions dans l’espace au cours du temps de l’aéronef). L’espace aérien peut être celui strictement nécessaire au plan de vol de l’aéronef (e.g. enveloppe de trajectoire avec tolérance).

Les expressions équivalentes «espace spatial exploité», «zone maritime exploitée», «zones terrestres d’évolution» peuvent être manipulées.

En cela, l’invention peut s’appuyer non seulement sur la définition d’une zone de travail, mais également sur l’exploitation d’un calculateur de trajectoires (par un exemple un cœur de calcul de type Flight Management System;calcul de plan de vol, de trajectoire et de prédictions – performance avion, vitesse, altitude, masse) et d’un cœur de calcul de compatibilité entre l’espace délimité, la trajectoire (volée) ou simplement la position du véhicule (e.g. de l’aéronef).

Dans un développement, le procédé comprend les étapes consistant à : ajuster l’espace (e.g. aérien volable) en fonction d’interactions reçues via une interface homme-machine graphique et/ou des modifications de trajectoires (e.g. de plan de vol ou) déterminées dans ou par un calculateur de trajectoires (e.g. un système de gestion de vol avionique) ; et afficher un ou plusieurs espaces (aériens volés ou volables).

Dans un développement, le procédé comprend en outre l’étape consistant à surveiller 140 les évolutions de l’encombrement de l’espace, par exemple aérien. Les orbites des satellites adverses peuvent être surveillés de manière analogue. Le trafic routier ou maritime peut être surveillé.

De manière générale, la géométrie dans laquelle va évoluer l’aéronef ou mobile peut être définie à partir de paramètres entrés par l’utilisateur et/ou issus d’un ou des systèmes externes qui comprennent des informations de géométrie, par exemple des contraintes de vol (limites de détection, angles de détection, distances de détection) et des tolérances (marges latérales et verticales). Cette géométrie est la géométrie d’évolution du véhicule (e.g. de l’aéronef ou « espace aérien associé à l’aéronef »).

Cette géométrie peut être fournie en entrée à un système de surveillance (pour suivre ou surveiller les évolutions de périmètre de la géométrie d’évolution du véhicule) et un système d’alertes (e.g. suivi des excursions).

Dans le cas aéronautique, la géométrie d’évolution de l’aéronef peut être fournie à un système de type FMS (ou externalisé au FMS) afin de construire un plan de vol optimisé en conséquence (rayon/distance/ angle de détection) et une trajectoire résultante confinée dans ladite géométrie.

La géométrie d’évolution de l’aéronef peut être optimisée pour prendre en compte des contraintes de temps de survol, des contrainte d’énergie consommée/restante en sortie du survol, des contraintes sonores.

L’invention proposée peut inclure un système de surveillance de la réalisation de la mission afin de détecter et alerter sur l’excursion de la trajectoire planifiée/prédite/volée dans des zones

Dans un mode de réalisation de l’invention, la planification et/ou la prévisualisation peuvent être enrichies par un système de surveillance et d’alerte afin d’aider à maitriser le confinement, par exemple pour la prise en compte de tolérances aux limites de la zone à couvrir, afin d’être robuste à une éventuelle différence entre la planification (statique) et la trajectoire prédite (dépendante de la dynamique de vol, par exemple un «overshoot » lors d’un virage).

La surveillance peut concerner notamment une ou plusieurs intersections (e.g. collision potentielle) entre la zone de travail déterminée avec une ou plusieurs zones tierces d’intérêt. Ces collisions peuvent être notamment des collisions (potentielles) avec le terrain (e.g. montage en vol basse altitude) des collisions avec une entité météorologique, des collisions avec un espace tiers réservé (autre zone de travail, zone d’exclusion, zone ennemie, zone de danger …), des collision avec la planification d’un autre mobile, etc.

En cela, l’invention peut s’appuyer sur un cœur de calcul d’intersections entre différentes entités géométriques, et des sources de données tierces (statiques ou construites dynamiquement)

Dans un développement, le procédé comprend en outre l’étape consistant à alerter (une entité prédéfinie, e.g. un serveur ou une organisation ou un pilote) en cas d’excursion du vol du véhicule ou de l’aéronef en dehors de l’espace aérien déterminé.

A l’inverse, l’excursion de la trajectoire en cours de vol en dehors de l’espace délimité peut être également surveillée. Une excursion peut comprendre un dépassement ou une sortie de l’espace aérien déterminé.

Dans un développement, le procédé comprend en outre l’étape consistant à modifier l’espace aérien associé à l’aéronef, en fonction des modifications de trajectoires de l’aéronef et/ou en fonction de données reçues en continu, lesdites données comprenant des données météorologiques critiques, des sous-espaces aériens dangereux à éviter ou à rejoindre, des sous-espaces aériens sûrs ou autorisés et/ou des contraintes réglementaires notamment des critères de confinement de type RNP.

L‘invention proposée peut s’interfacer avec des systèmes tiers comme des fournisseurs de sources de données tierces statiques (« immuables » sur un temps court : terrain, obstacles fixes) ou dynamiques (variables sur un temps court : météo, zones de contrôle aérien, zones de danger, zones militaires)

La géométrie de l’espace associé peut être définie statiquement, sur le fondement des paramètres entrés par l’opérateur. La géométrie peut également être dynamique, c’est-à-dire fonction de paramètres enrichis de données tierces, de manière continue.

L’invention proposée peut prendre en compte les données fournies par des systèmes tiers pour construire un plan de vol/trajectoire/prédictions confinée dans les espaces autorisés/sûrs (trajectoires volables, orbites autorisées ou interdites, etc)

Dans un développement, le procédé comprend en outre l’étape consistant à afficher en superposition une trajectoire et l’encombrement de l’espace associé à la trajectoire.

Dans un mode de réalisation, la représentation comprend un affichage (e.g. superposition visuelle, réalité augmentée, réalité virtuelle, etc.). Dans un mode de réalisation, l’affichage graphique est superposé à l’image courante (prévisualisation).

Dans un développement, sont affichés dans une interface homme-machine : un ou plusieurs des résultats de calcul intermédiaires portant notamment sur une trajectoire, et un espace d’évolution ; et/ou des informations relatives aux causes racines et/ou du contexte de calcul d’une ou de plusieurs des étapes du procédé.

Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs boucles de rétroaction (e.g. aval rétroagissant sur l’amont, feedforward, etc). Une boucle de rétroaction peut être « fermée » c’est-à-dire inaccessible au contrôle par l’humain (elle est exécutée par la machine). Elle peut être « ouverte » (e.g. étape d’affichage dans une interface homme-machine, validation ou tout autre système de confirmation par l’humain). Différents modes de réalisation peuvent aboutir à des implémentations différentes en fermant, respectivement en ouvrant, une ou plusieurs boucles ouvertes, respectivement fermées. Par exemple, le procédé selon l’invention peut invoquer uniquement des boucles de rétroaction ouvertes (i.e. le pilote intervient à tous les stades), ou bien uniquement des boucles de rétroaction fermée (e.g. automatisation totale), ou bien une combinaison des deux (la mise à contribution de l’humain étant variable ou configurable). De la sorte, le procédé (implémentant des étapes d’apprentissage ou d’ « intelligence artificielle ») peut être interprété comme « transparent », au sens de contrôlable. L’affichage peut concerner des résultats de calcul intermédiaires, des informations relatives aux causes racines, et/ou au contexte de calcul. De la sorte le procédé peut être considéré comme « explicable ».

Il est décrit un produit programme d’ordinateur, ledit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code permettant d’effectuer une ou plusieurs étapes du procédé, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.

Il est décrit un système pour la mise en œuvre d’une ou de plusieurs étapes, le système comprenant : une interface homme-machine configurée pour afficher des informations latérales et/ou verticales en 2D, 3D ou 4D ; un système de gestion de vol, couplé à ladite interface homme-machine.

Dans un développement, le système comprend en outre un circuit et/ou des ressources de calcul et/ou de mémoire, lesdites ressources étant locales et/ou accédées à distance.

Pour les différents domaines d’application, l’invention peut faire partie soit du système servant à opérer le mobile (par exemple une suite avionique embarquée dans le cas d’un avion), soit un système externe connecté permettant l’échange de données bidirectionnelles (exemples dans le cas d’un avion: une tablette ou un EFB connectée à l’avionique, un serveur sol connecté à l’aéronef etc.).

Dans le cas aéronautique, l’invention peut être déployée dans un cockpit distant, un cockpit virtuel ou augmenté, 3D, tactile, etc. Les affichages concernés peuvent donc être le « Navigation Display » (affichage latéral du plan de vol ou de la trajectoire prédite par le FMS) et/ou le « Vertical Display » (affichage du profil vertical planifié ou du profil prédit par le FMS). Les systèmes impliqués peuvent donc être des systèmes embarqués.

Dans d’autres modes de réalisation, l’invention peut être implémentée dans un système complet, par exemple externe à une suite avionique embarquée.

Dans un développement, le système de calcul e.g. le système de gestion de vol est embarqué et avionique, notamment de type FMS, et/ou de type monde ouvert, notamment de type sac de vol électronique EFB.

Dans un développement, l’interface homme-machine comprend un écran de type ND.

Dans un contexte d’avionique embarquée, l’invention proposée peut s’intégrer dans un ND (« Navigation Display », affichage latéral) afin de montrer l’espace occupé par une mission tactique (par exemple). Le niveau d’intégration des données peut être augmenté (en plus des informations tactiques, combiner les données, au-delà de les juxtaposer).

Dans un développement, l’interface homme-machine comprend un ou plusieurs écrans, de réalité virtuelle ou augmentée, configurés pour la visualisation des données en 2D, 3D et/ou 4D.

Dans un développement, le système comprend en outre l’utilisation d’une ou plusieurs chaines de blocs et/ou de contrats intelligents configurés pour la gestion du trafic aérien, de la météorologie ou de l’encombrement spatial d’un ou de plusieurs aéronefs.

Optionnellement, une mise en œuvre de l’invention comprenant l’utilisation d’une chaîne de blocs est également possible (et ne fait pas obstacle à l’existence d’un ou de plusieurs nœuds privilégiés, s’agissant de cloud privé ou de chaîne de blocs privée). Une chaîne de blocs permet notamment le partage de données entre entités dont les intérêts ne sont pas nécessairement alignés ou même congruents, tout en permettant un enregistrement sûr des événements de vol (historique, traçabilité, confiance dans les données, etc). Par exemple, une chaîne de blocs mutualisée peut contenir les plans de vol déclarés des différents aéronefs évoluant dans un espace aérien donné. Des contrats intelligents exécutés sur une chaîne de blocs peuvent permettent de programmer ladite chaine de blocs, et peuvent permettre en particulier une exécution sûre des programmes. Par exemple, les modifications de trajectoire des aéronefs participants d’un même espace aérien peuvent être négociées via des contrats intelligents hébergés sur une chaîne de blocs.

En particulier, l’utilisation d’une chaine de blocs peut permettre l’organisation d’une mission réalisée avec plusieurs aéronefs (ex : flotte de drones) afin de répartir ou optimiser leur mission selon des critères de temps total de réalisation de la mission, de distance entre aéronefs participants, énergie dépensée (ex : carburant).

La montre un exemple de gestion de mission «recherche et secours» dans un contexte aéronautique.

Dans l’exemple qui est illustré, un opérateur ou un pilote manipule une tablette connectée (non avionique) de façon bidirectionnelle avec un système de calcul de trajectoires, ici un Flight Management System (avionique).

À l’étape 210, un opérateur planifie un « pattern » de mission à partir d’un point donné de sa planification de mission ou de n’importe quel autre point. A l’étape 220, l’opérateur détermine les différents paramètres nécessaires à la réalisation de sa mission. Le calculateur lui présente à l’étape suivante 230 la zone concernée en pointillés 231, sur la base des paramètres courants. Au fur et à mesure que le pilote ou l’opérateur fait varier les différents paramètres, le système adapte 240 en temps réel la zone concernée. Une fois que l’opérateur est satisfait des paramètres de sa mission, il les valide, le système les prend en compte et lui propose une planification/trajectoire correspondante 250. L’opérateur ou le pilote peut encore accepter, refuser, ou modifier la trajectoire. Si cette planification le satisfait, il peut la valider, elle devient sa nouvelle référence de travail.

La illustre un exemple de mode de réalisation de l’invention, selon une première architecture.

À l’étape 310, un dispositif capture les paramètres de la mission voulue. Ce peut être une interface homme – machine acronyme IHM permettant des entrées ou saisies humaines via des périphériques d’entrée, ou une liaison avec un équipement externe 311. A l’étape 320, un calculateur détermine la géométrie occupée correspondante aux paramètres entrés, i.e. détermine un espace aérien exploité (e.g. en termes de surfaces, d’occupation par secteurs, et/ou de volumes). Cette géométrie peut être un polygone approximant la zone (par exemple: carré, rectangle, cercle), ou un polygone plus complexe et précis (figure à N côtés, ou plus). La géométrie peut optionnellement être évolutive, e.g. associée à des paramètres temporels (frontières évolutives, etc). Cette géométrie peut être calculée indépendamment du plan de vol qui sera construit sur la base de ces mêmes paramètres. A l’étape 330, un dispositif d’affichage restitue les informations calculées (par exemple le polygone) à l’opérateur (ou à un système tiers, par exemple au sol). A l’étape 340, le dispositif d’affichage peut intégrer des données tierces pour augmenter la compréhension de l’environnement. Ces données tierces peuvent par exemple comprendre des données de terrain (e.g. état des pistes d’atterrissage), des données de météorologie, des données tactiques, etc). A l’étape 350, l’opérateur ou le pilote prend connaissance de l’information, et modifie au besoin les paramètres (retour à l’étape 310). A l’étape 360, si l’opérateur est satisfait, il valide ses paramètres dans un système de gestion de vol (type Flight Management System). A l’étape 370, le système de gestion de vol détermine un calcul de plan de vol, de trajectoire et des prédictions correspondant aux constructions choisies. Tout ou partie de ces données peuvent être affichées dans le système d’affichage.

La illustre un exemple de mode de réalisation de l’invention, selon une seconde architecture.

À l’étape 410, un dispositif capture les paramètres de la mission voulue. Ce peut être une IHM capturant des entrées humaines, ou une liaison avec un équipement externe 411. À l’étape 420, un dispositif calcule un plan de vol ou une portion de plan de vol optimisé sur la base des critères donnés en entrée. À l’étape 330, un dispositif calcule la géométrie occupée correspondante. A l’étape 440, le dispositif de calcul peut intégrer des données tierces pour augmenter la compréhension de l’environnement, et fournir les informations pour affichage (météo, terrain, trafic, zones aériennes d’intérêt, zones de danger, zones interdites au survol, etc.). Les données correspondantes peuvent être gérées directement par les systèmes clients des données e/ou être directement affichées. À l’étape 450, le plan de vol calculé est communiqué au FMS qui s’en servira pour effectuer des calculs de trajectoires et des prédictions. Une rétroaction (non représentée) est possible entre le système de gestion de vol FMS et le système de calcul de la portion de vol optimisée afin de prendre en compte les résultats de trajectoire et prédictions du FMS. À l’étape 460, les données de contraintes spatiales issues de sources tierces (voir également issues de 440) sont envoyées à un système de surveillance du vol. À l’étape 470, un dispositif présente des informations sélectionnées parmi : des données tierces (ensemble ou sous-ensemble transformé ou non, visuellement pertinent), la zone occupée, le plan de vol et sa trajectoire optimisé pour survoler la zone, éventuellement les marges ou tolérances prises en compte, éventuellement la projection prédite de l’espace couvert par un dispositif de détection, l’espace pris en compte par le système de surveillance du vol, etc. À l’étape 480, l’opérateur prend connaissance de la mission construite, et rectifie ou modifie au besoin les paramètres (retour en 410)

Si l’opérateur est satisfait, il valide ses paramètres dans le système de gestion de vol (type Flight Management System). À l’étape 490, le système de surveillance du vol détermine si les paramètres courants de l’aéronef permettent de respecter les contraintes obtenues en 460 (en préparation de mission, comme en vol). Le cas échéant, une alerte visuelle, sonore, haptique (qui concerne le sens du toucher), ou autre, est émise pour signifier le non-respect immédiat - ou anticipé (dans quelques secondes, minutes ou heures). Le système de surveillance peut également s’appuyer sur un plan de vol ou une trajectoire issue d’un calcul du système de gestion du vol (voir 350)

Matériellement, les implémentations de l’invention peuvent être diverses (embarquée et/ou au sol, etc). Matériellement, les modes de réalisation de l’invention peuvent par exemple être réalisés par ordinateur. Alternativement, une architecture distribuée du type « informatique dans les nuages » (« cloud computing » en anglais) peut être utilisée. Des serveurs en pair-à-pair, entièrement ou partiellement distribués (existences de centres) peuvent interagir. L’invention peut être répartie entre un domaine embarqué et un domaine non-embarqué (à bord ou même au sol). Une ou plusieurs bases de données peuvent être utilisées, centralisées et/ou distribuées.

Dans un mode de réalisation, concernant des évolutions terrestres ou maritimes, les calculateurs de trajectoires et de gestion du trafic peuvent être invoqués, couplés avec un système de visualisation. Dans le cas orbital, la gestion des trajectoires peut être coordonnée au plan international et/ou comprendre une régulation de pair à pair. La gestion de constellations de satellites peut implémenter une ou plusieurs étapes du procédé selon l’invention, notamment d’affichage 3D en réalité virtuelle.

Dans un mode de réalisation, un aéronef ou drone mobile est équipé d’un module de communication et de partage collaboratif de données issues des calculateurs embarqués dans l’aéronef. Ce module matériel peut être en relation avec divers utilisateurs (consommateurs) et/ou fournisseurs (producteurs) de données. Les équipements avioniques peuvent interagir (communication bilatérale) avec des équipements non-avioniques. Dans certains cas, les communications peuvent être unilatérales (depuis l’avionique vers le non-avionique (mais pas l’inverse, i.e. pour éviter l’injection de données erronées ou malicieuses du monde ouvert vers le monder avionique certifié). Des systèmes de gestion de vol FMS peuvent être mis en réseau entre eux, également avec des EFB.

Claims (15)

1. Procédé mis en œuvre par ordinateur d’exploration interactive de trajectoires exploitables (130), le procédé comprenant des étapes opérées entre une interface homme-machine (111) alimentée en données (120) de trafic et de météorologie, et un système de calcul de trajectoires (112), lesdites étapes permettant de gérer l’encombrement spatial autour de la trajectoire d’un véhicule, par exemple un aéronef.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes consistant à:
   - d’une part, recevoir ou déterminer un plan de vol de l’aéronef, associé à une mission;
   - déterminer l’espace aérien potentiel associé au plan de vol;
   - d’autre part, collecter des contraintes (120) spatiales, temporelles ou techniques relatives à l’encombrement spatial au sein de l’espace aérien potentiel déterminé,
   - afficher dans l’interface homme-machine (111) le plan de vol reçu ou déterminé ainsi que les données relatives à l’encombrement spatial;
   - déterminer un plan de vol ou une trajectoire volable (130) tel que permis par le système de calcul de trajectoires (112), ainsi que l’espace aérien associé.
3. Procédé selon la revendication 2, comprenant les étapes consistant à:
   - ajuster l’espace aérien volable en fonction d’interactions reçues via ladite interface homme-machine et/ou des modifications de plan de vol ou de trajectoire déterminées dans ou par le système de calcul de trajectoires;
   - afficher un ou plusieurs espace aériens volé ou volable.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l’étape consistant à surveiller (140) les évolutions de l’encombrement de l’espace aérien.
5. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre l’étape consistant à alerter en cas d’excursion du vol de l’aéronef en dehors de l’espace aérien déterminé.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le véhicule est un aéronef, le procédé comprenant en outre l’étape consistant à modifier un espace aérien associé à l’aéronef, en fonction de modifications de trajectoires de l’aéronef et/ou en fonction de données reçues en continu, lesdites données comprenant des données météorologiques critiques, des sous-espaces aériens dangereux à éviter ou à rejoindre, des sous-espaces aériens sûrs ou autorisés et/ou des contraintes réglementaires notamment des critères de confinement de type navigation basée sur la performance «RNP».
7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre l’étape consistant à afficher en superposition un plan de vol de l’aéronef et l’encombrement de l’espace aérien associé audit plan de vol
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel sont affichés dans une interface homme-machine:
   - un ou plusieurs des résultats de calcul intermédiaires portant notamment sur un plan de vol, une trajectoire, et un espace aérien; et/ou
   - des informations relatives aux causes racines et/ou du contexte de calcul d’une ou de plusieurs des étapes du procédé.
9. Produit programme d’ordinateur, ledit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code permettant d’effectuer les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
10. Système pour la mise en œuvre des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant:
    - une interface homme-machine (111) configurée pour afficher des informations latérales et/ou verticales en 2D, 3D ou 4D;
    - un système de calcul de trajectoires (112), couplé à ladite interface homme-machine (111).
11. Système selon la revendication 10, comprenant en outre un circuit et/ou des ressources de calcul et/ou de mémoire, lesdites ressources étant locales et/ou accédées à distance.
12. Système selon la revendication 10, le système de calcul de trajectoires étant un système de gestion de vol embarqué et avionique et/ou de type monde ouvert, notamment de type sac de vol électronique EFB.
13. Système selon la revendication 10, l’interface homme-machine comprenant un écran de navigation de type «ND».
14. Système selon la revendication 11, l’interface homme-machine comprenant un ou plusieurs écrans, de réalité virtuelle ou augmentée, configurés pour la visualisation des données en 2D, 3D et/ou 4D.
15. Système selon la revendication 11, comprenant en outre l’utilisation d’une ou plusieurs chaines de blocs et/ou de contrats intelligents configurés pour la gestion du trafic aérien, de la météorologie ou de l’encombrement spatial autour de la trajectoire d’un aéronef.