WO2014122372A2 - Procédé et dispositif d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources - Google Patents

Procédé et dispositif d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources Download PDF

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WO2014122372A2
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S. Hyosang SHIN
Alexandre KOTENKOFF
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    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
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    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/26—Government or public services

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for optimizing a resource allocation plan.
  • resource allocation means associating resources with objectives, for example weapons, with targets to be achieved in the military field.
  • the present invention can be applied to any resource allocation or task allocation situation that can be modeled by availability and efficiency windows, i.e., time dependent windows for which the corresponding resource can be used (ie is available) and whose value illustrates the effectiveness of this resource to achieve its goal, for example the effectiveness of a weapon such as a missile to destroy a target .
  • availability and efficiency windows i.e., time dependent windows for which the corresponding resource can be used (ie is available) and whose value illustrates the effectiveness of this resource to achieve its goal, for example the effectiveness of a weapon such as a missile to destroy a target .
  • the present invention applies more particularly to the military field, and more specifically to the case of control and control systems ("Command & Control (C2)" in English) which manage in particular an allocation of weapons to targets ("Weapon Target Assignment").
  • C2 Control and Control
  • Weapon Target Assignment an allocation of weapons to targets
  • the defense of an area in the face of an enemy offensive requires careful pre-treatment in order to allocate better the resources available to address the threats by maximizing the survival expectancy of the strategic points defended.
  • the command and control system determines a commitment solution taking into account operational and technical criteria.
  • the determination of a commitment solution is based not only on the allocation of weapons available to the targets, but also on the choice of the firing date. The latter can be very complicated in the face of the many constraints and uncertainties that exist in such a complex system.
  • Modeling such a scenario therefore poses a real problem for arms manufacturers to find solutions to this difficulty. It is necessary to be able to find a solution based on a time horizon, but also to be able to model the zones of uncertainty when the threat is in range. An operator must validate a commitment based on the relevance of the proposed shooting dates, while taking into account the relevance of the associated probabilities of success. The engagement solution will have to be feasible and optimal in terms of the probability of success.
  • a first usual approach is to model the situation as a succession of problems of allocation of weapons to targets in static version. Each threat is assigned a degree of danger, and each weapon is assigned a probability of success against that threat.
  • the problem is made dynamic taking into account a scenario step by step, and observing the issues of each of the fights resulting from the allocation made in the previous step.
  • Another usual approach is to use a discrete time space and to associate a probability of success. This approach allows to plan an engagement solution with a time horizon that is divided into parts.
  • the present invention relates to a device for optimizing a resource allocation plan, which overcomes the aforementioned drawbacks.
  • said device of the type comprising:
  • said second means comprise:
  • a first element configured to probabilize a solution space, namely said time windows, by generating continuous functions as a function of time, respecting the time windows;
  • a second element configured to optimize the allocation plan from the solution space thus probabilized.
  • a device for determining and optimizing a resource allocation plan.
  • the device according to the present invention thus comprises, as specified below, technical means for generating data, technical means for automatically processing data (in order to determine an optimal allocation plan) and technical means for using the data. Results of treatment.
  • Probabilizing means assigning probabilities to the elements of the set considered. Usually, probability is an evaluation of the probable nature of an event; the larger the number, the greater the chance that the event will occur.
  • the data input means comprise means (for example a radar) which make it possible to automatically supply data and / or means enabling an operator to enter data; and or the user means comprise display means that display the optimal allocation plan on a screen; and or
  • the display means and the means enabling an operator to enter data form part of a man / machine interface
  • the first element is configured to implement an interpolation from performance points so as to obtain a probabilistic and continuous modeling of the solution space;
  • the second element is configured to perform particulate swarm optimization.
  • the device according to the invention can use any usual mathematical modeling probabilistic type of time windows of availability and efficiency.
  • the device according to the invention thus makes it possible to respond to the problem of modeling in a simple manner while including a better reliability in the mathematical representation.
  • Time horizon planning and transition zones are accurately represented.
  • the use of probability laws makes it possible to quantify the availability and effectiveness of each resource within an operational system, thus optimizing the overall mission over time by maximizing the probability of success of the mission.
  • the device according to the invention thus makes it possible in particular to solve the following two problems:
  • the present invention makes it possible to obtain a more precise and continuous solution space than a usual solution based on a discrete space.
  • the automatic optimization device according to the invention can be applied in a very large number of fields, as indicated below, and in particular in the military field.
  • the present invention also relates to a resource allocation system comprising such an optimization device. It further relates to a threat processing system in the military field, in particular of command and control (C2) type, comprising an allocation of weapons for dealing with threats, said system comprising:
  • a second unit comprising the above-mentioned optimization device, for processing this information in order to deduce a commitment proposal, by first determining fire windows from said information, and then deducing the proposal from commitment from these firing windows;
  • a third unit to implement a step of approval of the commitment proposal, the commitment being made in accordance with a commitment proposal approved by said third unit.
  • the first unit comprises at least one radar which transmits to said device information on the air situation of the environment of an area to be protected by the system; and or
  • the system further comprises a man / machine interface allowing an operator to perform an approval; and or
  • the system further comprises display means which display the commitment proposal approved by said third unit.
  • the present invention further relates to a method of automatically optimizing a resource allocation plan.
  • a / one generates data and is determined, from data generated, time windows of availability and efficiency, relating to said resources;
  • step B / the following successive operations are implemented:
  • the method according to the invention thus provides temporal probabilistic modeling in order to evaluate the plan as a whole, considering the real constraints, but also the fuzzy spaces, that is to say the time zone where the threat becomes within reach.
  • step B / a an interpolation is implemented from performance points so as to obtain a probabilized and continuous modeling of the solution space.
  • step B / b a particle swarm optimization is carried out.
  • Other usual optimization methods are also possible.
  • the present invention thus also relates to a method of processing threats in the military field, including an allocation of weapons to deal with threats.
  • this information is processed to deduce a commitment proposal, by first determining firing windows from said information, then deducting the engagement proposal from these firing windows, said proposal of commitment specifying the allocation of weapons and firing times for these weapons to deal with threats;
  • step ⁇ ) the engagement proposal is determined by implementing the aforementioned optimization method.
  • Figure 1 is a block diagram of a device according to the invention.
  • Figure 2 is a graph for explaining characteristics of the method implemented by the device according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a threat processing system, using a device according to the invention.
  • the device 1 according to the invention and shown schematically in FIG. 1 is intended to perform an automatic optimization of a resource allocation plan, that is to say to determine a plan that optimizes the allocation at best. different resources for specific purposes, such as weapons to deal with threats.
  • said optimization device 1 is of the type comprising:
  • the data input means 4 may comprise:
  • means 1 2 devices or systems such as a radar for example which make it possible to automatically supply data; and or
  • Means 1 3 allowing an operator to enter data including manually.
  • These means 1 3 may comprise a keyboard, a mouse, a touchpad, ..., or any other usual means, for example associated with a screen, which allows an operator to enter data in said device 1
  • said means 5 comprise, as represented in FIG.
  • an element 6 which is connected via link 7 to said means 2 and which is formed so as to probabilize a solution space, namely said time windows, by generating continuous functions as a function of time, which respect said time windows;
  • an element 8 which is connected via a link 9 to the element 6 and which is formed so as to optimize the allocation plan from the solution space thus probabilized.
  • the element 8 then transmits the optimal allocation plan via a link 10 to the user means 11.
  • the user means 1 1 are means that use the optimal allocation plan, determined by the means 5. These user means 1 1 comprise for example a display unit (which displays this optimal allocation plan on a screen) or printing means (which print the optimal allocation plan).
  • the means 1 1 can form with the means 1 3 a man / machine interface.
  • the element 6 implements an interpolation from performance points so as to obtain a probabilized and continuous modeling of the solution space (time windows of availability and efficiency). Interpolation of this type can be implemented accurately and efficiently using, for example, a usual interpolation in Bezier Splines.
  • the modeling implemented by the device 1 is based on usual probability laws (Gaussian, Poisson, ). This solution allows:
  • FIG. 2 (which illustrates a probability P as a function of time T) shows a probability curve G which is a curve of availability and efficiency and which is modeled as a sum of two Gaussian F1 and F2.
  • element 8 uses an optimization method based on the principle of particle swarm optimization, as defined for example in an article by Leboucher, Chelouah, Siarry and Le Menec, entitled “A Swarm Intelligence Method Combined to Evolutionary Game Theory Applied to the Allocation Problem” and published in "International Journal of Swarm Intelligence Research” (IJSIR), vol.3, p.20-38, 201 2.
  • IJSIR International Journal of Swarm Intelligence Research
  • Said device 1 according to the present invention can be applied in many fields.
  • said device 1 is part of a system for processing threats in the military field, in particular of the command and control type, comprising an allocation of weapons, in particular missiles, to deal with threats (generally airborne). .
  • This system 1 5 comprises, as represented in FIG. 3:
  • means 1 2 which comprise at least one radar 1 6 which transmits to the device 1 via the link 3 information on the air situation of the environment of the zone to be protected by the system 1 5. These means 1 2 can already make part (at least partly) of the device 1 or be dedicated to the system 1 5.
  • the radar 1 6 detects threats and transmits the corresponding information, including the position and the kinematics of the threats; said device 1 which processes this information to deduce a proposition of engagement, by first determining with the aid of means 2 firing windows from said previously formatted information, and then deducing by means of 5 the engagement proposal from these firing windows.
  • This engagement proposal is an optimal allocation plan that specifies an allocation of weapons and provides times or dates for dealing with threats; and
  • the commitment is made in accordance with the commitment proposal approved by said means 17 and transmitted by a link 20, for example to display means (not shown).
  • the means 1 7 and the device 1 are for example part of an information processing unit 21.
  • a post-processing of the information is performed by the device 1 in order to use this information.
  • This treatment is broken down into two sub-tasks: the calculation of the missile attack capacity on the considered threat, and the optimization of the sequencing of the shots in order to optimize the treatment of all the threats.
  • the calculation of the hit capacity consists of converting the information provided by the radar 1 6 and formatted into firing windows for the calculation of the best firing sequence at the level of the engagement plan.
  • the means 2 calculate, for example, the intersection between a trajectory and a volume whose inputs are the kinematics of the threat and the performance of the weapons.
  • the means 2 provide temporal firing windows that can optionally be divided into several parts.
  • the means 5 then determine the engagement plane as a function of these firing windows.
  • the means 5 therefore use the firing windows as input, and after determining the optimal solution, they provide a set of solutions of the type: ⁇ Missile; Threat Shooting Date ⁇ .
  • the element 6, means 5 first probabilized the solution space, namely said firing windows, by generating continuous functions modeling said firing windows.
  • the solution space can be probabilized using a simple interpolation system from performance points.
  • Such interpolation can be implemented accurately and efficiently using, for example, Bezier Spline interpolation.
  • Bezier Spline interpolation We thus obtain a probabilized and continuous modeling of the solution space from real performance points, that is to say the probability of success of a shot according to the instant (or date) of fire.
  • the solution must take into account three major points: the association of missiles to treat a single threat, the possibility of planning the intervention with a time horizon, and the definition of a criterion which is a common metric, for example based on the ability of the system to cope with any type of scenario.
  • the device 1 according to the invention makes it possible to take into account these different aspects.
  • a probabilistic approach based on a succession of temporal events that can be considered as independent or not, is model in a known way.
  • the combination of missiles to intercept a single threat can be quantified very precisely.
  • the approach taken into account by the device 1 which is based on the forecast with time horizon makes it possible to examine all the possible combinations in terms of missiles used and time.
  • time-based planning is essential to successfully complete a mission.
  • the choice of a continuous function with respect to time for the modeling makes it possible to considerably improve the precision of the model used.
  • the definition of a measure to compare the solutions between them is essential.
  • the proposed approach is therefore based on probabilities. It is therefore necessary to define the quality of a solution by a probability.
  • the proposed model is based on a succession of independent events or not, and whose association rules are mathematically known.
  • the general criterion for evaluating a solution can thus be based on the total probability that all the threats are treated, or on the survival of the defended zone. A combination of both approaches is also possible.
  • the present invention solves the following two problems:
  • Device 1 has been described above in application to a type C2 system. However, many other applications are possible in the field of mission planning and / or mission control, particularly in the following sectors: civil or military aeronautics (mission preparation for weapon systems), autonomous systems civil or military (drones), air transport (airport management), logistics in the broad sense, transport (rail transport, traffic management, freight).

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Abstract

Le dispositif d'optimisation (1) comporte des moyens (4) pour entrer des données, des moyens (2) pour déterminer, à partir de données entrées, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, relatives à des ressources considérées, un élément (6) pour probabiliser un espace de solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps respectant lesdites fenêtres temporelles, un élément (8) pour optimiser le plan d'allocation de ressources à partir de l'espace de solutions ainsi probabilisé, et des moyens utilisateurs (11) pour utiliser un plan d'allocation optimal, ainsi déterminé.

Description

W
1
Procédé et dispositif d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par allocation de ressources, le fait d'associer des ressources à des objectifs, par exemple des armes à des cibles à atteindre dans le domaine militaire.
Plus précisément, la présente invention peut s'appliquer à toute situation d'allocation de ressources ou de tâches pouvant être modélisée par des fenêtres de disponibilité et d'efficacité, c'est-à-dire par des fenêtres dépendant du temps pour lesquelles la ressource correspondante peut être utilisée (c'est-à-dire est disponible) et dont la valeur illustre l'efficacité de cette ressource pour atteindre son objectif, par exemple l'efficacité d'une arme telle qu'un missile pour détruire une cible.
De nombreuses applications sont possibles dans le domaine de la planification de mission et/ou du contrôle de mission, et ceci notamment dans les secteurs suivants : aéronautique civile ou militaire (préparation de mission pour des systèmes d'armes), systèmes autonomes civils ou militaires (drones), transport aérien (gestion des aéroports), domaine de la logistique au sens large, domaine des transports (transport ferroviaire, gestion du trafic, fret).
Bien que pouvant ainsi être utilisée dans de nombreux domaines, la présente invention s'applique plus particulièrement au domaine militaire, et plus précisément au cas des systèmes de commande et de contrôle (« Command & Control (C2) » en anglais) qui gèrent notamment une allocation d'armes à des cibles (« Weapon Target Assignment » en anglais) . Dans un contexte militaire, la défense d'une zone face à une offensive ennemie requiert un minutieux prétraitement afin d'allouer au mieux les ressources disponibles pour traiter les menaces en maximisant l'espérance de survie des points stratégiques défendus.
En fonction des menaces, le système de commande et de contrôle détermine une solution d'engagement en tenant compte de critères opérationnels et techniques.
La détermination d'une solution d'engagement repose non seulement sur l'allocation des armes disponibles aux cibles, mais également sur le choix de la date de tir. Cette dernière peut se révéler très compliquée face aux nombreuses contraintes et incertitudes qui existent dans un tel système complexe.
La modélisation d'un tel scénario pose donc un vrai problème que les industriels de l'armement rencontrent dans l'élaboration de solutions répondant à cette difficulté. Il faut, en effet, être capable de trouver une solution basée sur un horizon temporel, mais également être capable de modéliser les zones d'incertitude lorsque la menace est à portée. Un opérateur devra valider un engagement en se basant sur la pertinence des dates de tir proposées, tout en tenant compte de la pertinence des probabilités de réussite associées. La solution d'engagement devra être faisable et optimale en termes de probabilité de succès.
Une première approche usuelle prévoit de modéliser la situation comme une succession de problèmes d'allocation d'armes à des cibles en version statique. A chaque menace est attribué un degré de dangerosité, et à chacune des armes est attribuée une probabilité de succès contre cette menace. Le problème est rendu dynamique en prenant en compte un scénario étape par étape, et en observant les issues de chacun des combats résultant de l'allocation faite à l'étape précédente.
Une autre approche usuelle prévoit d'utiliser un espace de temps discret et d'y associer une probabilité de succès. Cette approche permet de planifier une solution d'engagement avec un horizon temporel qui est découpé en parties.
Toutefois, aucune de ces solutions n'est satisfaisante pour les applications envisagées. En effet :
- la modélisation du problème dynamique en succession de problèmes statiques n'est pas toujours en mesure de résoudre le problème réel dans la mesure où elle ne tient pas compte de la continuité du temps et des possibilités de prévision à long terme d'une solution d'engagement. Le problème étant ramené à une succession de problèmes statiques, la notion de prévision est absorbée. La planification à long terme n'est pas possible. Cette méthode ne permet pas le séquençage des tirs afin d'optimiser de manière globale le problème ; et
- la modélisation probabiliste en temps discret ne permet pas de gérer les frontières de la segmentation de temps de manière fiable. En effet, une telle modélisation suppose qu'entre deux instants de temps très proches, la probabilité de succès peut passer de 0 à une valeur importante. Ceci représente un défaut majeur de modélisation : par exemple pour l'application précitée dans le domaine militaire sur des portées de plusieurs kilomètres quelques mètres sont négligeables et ne devraient pas conduire à une différence aussi importante.
Par conséquent, il n'existe pas de dispositif ou de moyens techniques permettant de déterminer et optimiser un plan d'allocation de ressources.
La présente invention concerne un dispositif d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources, qui permet de remédier aux inconvénients précités.
A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif du type comprenant :
- des moyens d'entrée de données ; - des premiers moyens pour déterminer, à partir des données entrées, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, relatives auxdites ressources ;
- des deuxièmes moyens pour déterminer, à l'aide de ces fenêtres temporelles, un plan d'allocation optimal des ressources ; et
- des moyens utilisateurs utilisant un plan d'allocation optimal, déterminé par les deuxièmes moyens,
est remarquable en ce que lesdits deuxièmes moyens comprennent :
- un premier élément configuré pour probabiliser un espace de solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps respectant les fenêtres temporelles ; et
- un deuxième élément configuré pour optimiser le plan d'allocation à partir de l'espace de solutions ainsi probabilisé.
Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un dispositif permettant de déterminer et optimiser un plan d'allocation de ressources.
Le dispositif conforme à la présente invention comprend ainsi, comme précisé ci-dessous, des moyens techniques pour générer des données, des moyens techniques pour traiter automatiquement des données (afin de déterminer un plan d'allocation optimal) et des moyens techniques pour utiliser les résultats du traitement.
On entend par « probabiliser » le fait d'affecter des probabilités aux éléments de l'ensemble considéré. De façon usuelle, la probabilité est une évaluation du caractère probable d'un événement ; plus ce nombre est grand, plus la chance que l'événement se produise est élevée.
En outre, avantageusement :
- les moyens d'entrée de données comportent des moyens (par exemple un radar) qui permettent de fournir automatiquement des données et/ ou des moyens permettant à un opérateur d'entrer des données ; et/ou - les moyens utilisateurs comportent des moyens d'affichage qui affichent le plan d'allocation optimal sur un écran ; et/ou
- les moyens d'affichage et les moyens permettant à un opérateur d'entrer des données font partie d'une interface homme/machine ; et/ou
- le premier élément est configuré pour mettre en œuvre une interpolation à partir de points de performance de manière à obtenir une modélisation probabilisée et continue de l'espace de solutions ; et/ou
- le deuxième élément est configuré pour réaliser une optimisation par essaim particulaire.
Le dispositif conforme à l'invention peut utiliser toute modélisation mathématique usuelle de type probabiliste des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité.
Le dispositif conforme à l'invention permet ainsi de répondre au problème de modélisation de manière simple tout en incluant une meilleure fiabilité dans la représentation mathématique. La planification avec horizon temporel et les zones de transition sont représentées de manière précise. L'utilisation de lois de probabilité permet de quantifier au sein d'un système opérationnel la disponibilité et l'efficacité de chaque ressource, et ainsi d'optimiser globalement la mission au cours du temps, en maximisant la probabilité de réussite de la mission.
Pour ce faire, on définit donc une fenêtre de disponibilité des ressources (par exemple des armes) à laquelle on associe une probabilité de succès qui se modélise par les lois fondamentales de probabilité.
Le dispositif conforme à l'invention permet ainsi notamment de résoudre les deux problèmes suivants :
- l'incertitude aux bornes tout en utilisant les propriétés mathématiques d'une modélisation par loi normale ; et
- la proposition d'une solution avec horizon temporel. Par ailleurs, en plus de représenter plus fidèlement les zones de transition, la présente invention permet d'obtenir un espace des solutions plus précis et continu qu'une solution usuelle basée sur un espace discret.
Le dispositif d'optimisation automatique conforme à l'invention peut être appliqué dans de très nombreux domaines, comme indiqué ci- dessous, et notamment dans le domaine militaire.
La présente invention concerne également un système d'allocation de ressources, comprenant un tel dispositif d'optimisation. Elle concerne en outre système de traitement de menaces dans le domaine militaire, notamment de type commande et contrôle (C2), comprenant une allocation d'armes pour traiter les menaces, ledit système comportant :
- une première unité pour récupérer des informations sur la situation considérée ;
- une deuxième unité, comprenant le dispositif d'optimisation précité, pour traiter ces informations afin d'en déduire une proposition d'engagement, en déterminant tout d'abord des fenêtres de tirs à partir desdites informations, puis en déduisant la proposition d'engagement à partir de ces fenêtres de tirs ; et
- une troisième unité pour mettre en œuvre une étape d'approbation de la proposition d'engagement, l'engagement étant réalisé conformément à une proposition d'engagement approuvée par ladite troisième unité.
En outre, avantageusement :
- la première unité comporte au moins un radar qui transmet audit dispositif des informations sur la situation aérienne de l'environnement d'une zone à protéger par le système ; et/ou
- le système comporte, de plus, une interface homme/machine permettant à un opérateur de réaliser une approbation ; et/ou
- le système comporte, de plus, des moyens d'affichage qui affichent la proposition d'engagement approuvée par ladite troisième unité. La présente invention concerne, en outre, un procédé d'optimisation automatique d'un plan d'allocation de ressources.
Selon l'invention, ledit procédé d'optimisation selon lequel, de façon automatique, on met en œuvre les étapes suivantes :
A/ on génère des données et on détermine, à partir de données générées, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, relatives auxdites ressources ; et
B/ à l'aide de ces fenêtres temporelles, on détermine un plan d'allocation optimale des ressources, que l'on utilise ensuite,
est remarquable en ce qu'à l'étape B/, on met en œuvre les opérations successives suivantes :
a) on probabilise l'espace des solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps, qui respectent lesdites fenêtres temporelles ; et
b) on optimise le plan d'allocation à partir de l'espace des solutions ainsi probabilisé.
Le procédé conforme à l'invention prévoit donc une modélisation probabiliste temporelle afin d'évaluer le plan dans son ensemble, en considérant les contraintes réelles, mais également les espaces flous, c'est-à-dire la zone de temps où la menace devient à portée.
Avantageusement, à l'étape B/a), on met en œuvre une interpolation à partir de points de performance de manière à obtenir une modélisation probabilisée et continue de l'espace de solutions.
En outre, de façon avantageuse, à l'étape B/b), on réalise une optimisation par essaim particulaire. D'autres méthodes d'optimisation usuelles (algorithmes génétiques, algorithmes gloutons,...) sont également possibles. La présente invention concerne ainsi également une méthode de traitement de menaces dans le domaine militaire, comprenant une allocation d'armes pour traiter les menaces.
Cette méthode, selon laquelle on met en œuvre les étapes successives suivantes :
a) on récupère des informations sur la situation considérée ;
β) on traite ces informations pour en déduire une proposition d'engagement, en déterminant tout d'abord des fenêtres de tirs à partir desdites informations, puis en déduisant la proposition d'engagement à partir de ces fenêtres de tirs, ladite proposition d'engagement précisant l'allocation des armes et les instants de tir de ces armes pour traiter les menaces ; et
γ) on prévoit une étape d'approbation de la proposition de l'engagement, l'engagement étant réalisé conformément à une proposition d'engagement approuvée à cette étape γ),
est remarquable, selon l'invention, en ce qu'à l'étape β), on détermine la proposition d'engagement en mettant en œuvre le procédé d'optimisation précité.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention.
La figure 2 est un graphique permettant d'expliquer des caractéristiques du procédé mis en œuvre par le dispositif conforme à l'invention.
La figure 3 est le schéma synoptique d'un système de traitement de menaces, utilisant un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur la figure 1 est destiné à réaliser une optimisation automatique d'un plan d'allocation de ressources, c'est-à-dire à déterminer un plan qui optimise au mieux l'allocation des différentes ressources considérées à des objectifs particuliers, par exemple des armes pour traiter des menaces.
Pour ce faire, ledit dispositif d'optimisation 1 est du type comprenant :
- des moyens 4 d'entrée de données ;
- des moyens 2 pour déterminer, à partir d'informations et de données reçues, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, notamment des fenêtres de tirs d'armes, relatives aux ressources considérées. Ces informations et données sont reçues des moyens 4 d'entrée de données par l'intermédiaire d'une liaison 3 ;
- des moyens 5 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 7 auxdits moyens 2 et qui est formés de manière à déterminer, à l'aide de ces fenêtres temporelles, un plan d'allocation optimal des ressources ; et
- des moyens utilisateurs 1 1 qui utilisent le plan d'allocation optimal, déterminé par les moyens 5.
Dans le cadre de la présente invention, les moyens d'entrée de données 4 peuvent comporter :
- des moyens 1 2 (des dispositifs ou des systèmes tels qu'un radar par exemple) qui permettent de fournir automatiquement des données ; et/ou
- des moyens 1 3 permettant à un opérateur d'entrer des données notamment manuellement. Ces moyens 1 3 peuvent comporter un clavier, une souris, un pavé tactile,..., ou tout autre moyen usuel, associé par exemple à un écran, qui permet à un opérateur d'entrer des données dans ledit dispositif 1 Selon l'invention, lesdits moyens 5 comprennent, comme représenté sur la figure 1 :
- un élément 6 qui est relié par l'intermédiaire de la liaison 7 auxdits moyens 2 et qui est formé de manière à probabiliser un espace de solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps, qui respectent lesdites fenêtres temporelles ; et
- un élément 8 qui est relié par l'intermédiaire d'une liaison 9 à l'élément 6 et qui est formé de manière à optimiser le plan d'allocation à partir de l'espace de solutions ainsi probabilisé.
L'élément 8 transmet ensuite le plan d'allocation optimal par l'intermédiaire d'une liaison 10 aux moyens utilisateurs 1 1 . Les moyens utilisateurs 1 1 sont des moyens qui utilisent le plan d'allocation optimal, déterminé par les moyens 5. Ces moyens utilisateurs 1 1 comprennent par exemple une unité d'affichage (qui affiche ce plan d'allocation optimal sur un écran) ou des moyens d'impression (qui impriment le plan d'allocation optimal). Les moyens 1 1 peuvent former avec les moyens 1 3 une interface homme/machine.
Dans un mode de réalisation particulier, l'élément 6 met en œuvre une interpolation à partir de points de performance de manière à obtenir une modélisation probabilisée et continue de l'espace de solutions (des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité). Une interpolation de ce type peut être mise en œuvre de manière précise et efficace en utilisant par exemple une interpolation usuelle en Splines de Bézier.
La modélisation mise en œuvre par le dispositif 1 est basée sur des lois de probabilité usuelles (Gaussienne, Poisson,...) . Cette solution permet :
- de définir la probabilité de succès en fonction du temps ; et
- d'anticiper à long terme le plan d'allocations. On notera qu'un avantage des espaces probabilisés est qu'il existe une théorie mathématique importante sur la combinaison des événements (indépendants ou non) rendant cette approche encore plus fiable.
A titre d'illustration, on a représenté sur la figure 2 (qui illustre une probabilité P en fonction du temps T), une courbe de probabilité G qui est une courbe de disponibilité et d'efficacité et qui est modélisée comme une somme de deux gaussiennes F1 et F2.
En outre, dans un mode de réalisation particulier, l'élément 8 utilise une méthode d'optimisation basée sur le principe de l'optimisation par essaim particulaire, tel que défini par exemple dans un article de Leboucher, Chelouah, Siarry et Le Ménec, intitulé "A Swarm Intelligence Method Combined to Evolutionary Game Theory Applied to the Resources Allocation Problem" et publié dans « International Journal of Swarm Intelligence Research » (IJSIR), vol.3, p.20-38, 201 2.
Ledit dispositif 1 conforme à la présente invention peut être appliqué dans de nombreux domaines.
Dans une application préférée, ledit dispositif 1 fait partie d'un système 1 5 de traitement de menaces dans le domaine militaire, notamment de type commande et contrôle, comprenant une allocation d'armes en particulier des missiles pour traiter des menaces (généralement aériennes).
Ce système 1 5 comporte, comme représenté sur la figure 3 :
- des moyens 1 2 qui comprennent au moins un radar 1 6 qui transmet au dispositif 1 via la liaison 3 des informations sur la situation aérienne de l'environnement de la zone à protéger par le système 1 5. Ces moyens 1 2 peuvent déjà faire partie (au moins en partie) du dispositif 1 ou être dédiés au système 1 5. Le radar 1 6 détecte des menaces et transmet les informations correspondantes, notamment la position et la cinématique des menaces ; - ledit dispositif 1 qui traite ces informations pour en déduire une proposition d'engagement, en déterminant tout d'abord à l'aide des moyens 2 des fenêtres de tirs à partir desdites informations préalablement formatées, puis en déduisant à l'aide des moyens 5 la proposition d'engagement à partir de ces fenêtres de tirs. Cette proposition d'engagement est un plan d'allocation optimal qui précise une allocation des armes et prévoit des instants ou dates de tir pour traiter les menaces ; et
- des moyens 1 7 pour mettre en œuvre une étape d'approbation de la proposition de l'engagement, reçue du dispositif 1 par la liaison 10.
L'approbation est faite par un opérateur à l'aide de moyens 1 8 (faisant par exemple partie de l'interface homme/machine précitée) qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 1 9 auxdits moyens 1 7.
Ensuite, l'engagement est réalisé conformément à la proposition d'engagement approuvée par lesdits moyens 1 7 et transmise par une liaison 20, par exemple à des moyens d'affichage (non représentés). Les moyens 1 7 et le dispositif 1 (notamment ses moyens 2, 6 et 8) font par exemple partie d'une unité 21 de traitement d'informations.
On décrit plus en détail, ci-après, les traitements mis en œuvre par les différents moyens du dispositif 1 .
A partir des informations fournies par le radar 1 6, un posttraitement des informations est réalisé par le dispositif 1 afin de pouvoir utiliser ces informations. Ce traitement se décompose en deux sous tâches : le calcul de la capacité d'atteinte des missiles sur la menace considérée, et l'optimisation du séquencement des tirs afin d'optimiser le traitement de l'ensemble des menaces.
Le calcul de la capacité d'atteinte, mis en œuvre de façon usuelle par les moyens 2, consiste à convertir les informations fournies par le radar 1 6 et formatées en fenêtres de tirs pour le calcul de la meilleure séquence de tir au niveau du plan d'engagement. Pour ce faire, les moyens 2 calculent, par exemple, l'intersection entre une trajectoire et un volume dont les entrées sont la cinématique de la menace et les performances des armes. Les moyens 2 fournissent des fenêtres de tirs temporelles pouvant éventuellement être divisées en plusieurs parties.
Les moyens 5 déterminent ensuite le plan d'engagement en fonction de ces fenêtres de tir.
Les moyens 5 utilisent donc en entrée les fenêtres de tirs, et après détermination de la solution optimale, ils fournissent un ensemble de solutions du type : {Missile ; Menace ; Date de Tir}.
A cet effet, l'élément 6, des moyens 5 probabilisé tout d'abord l'espace des solutions, à savoir lesdites fenêtres de tirs, en générant des fonctions continues modélisant lesdites fenêtres de tirs.
Comme indiqué ci-dessus, l'espace des solutions peut être probabilisé en utilisant un système simple d'interpolation à partir de points de performance. Une interpolation de ce type peut être mise en œuvre de manière précise et efficace en utilisant par exemple une interpolation en Splines de Bézier. On obtient donc une modélisation probabilisée et continue de l'espace des solutions à partir de points de performances réels, c'est-à-dire la probabilité de réussite d'un tir en fonction de l'instant (ou date) de tir.
La solution doit prendre en compte trois points majeurs : l'association de missiles pour traiter une unique menace, la possibilité de planifier l'intervention avec un horizon temporel, et la définition d'un critère qui est une métrique commune, par exemple basé sur la capacité du système à faire face à tout type de scénario. Le dispositif 1 conforme à l'invention permet de prendre en compte ces différents aspects.
Une approche probabilisée basée sur une succession d'événements temporels que l'on peut considérer comme indépendants ou non, se modélise de manière connue. Ainsi, la combinaison des missiles pour intercepter une unique menace peut se quantifier de manière très précise. L'approche prise en compte par le dispositif 1 qui se base sur la prévision avec horizon temporel permet d'examiner toutes les combinaisons possibles en termes de missiles utilisés et de temps. Ainsi, on ne cherche plus à optimiser seulement un couple {Missile 1 - Missile 2}, mais un triplet {Missile 1 - Missile 2 - Date d'interception}.
Comme indiqué ci-dessus, la planification avec horizon temporel est indispensable pour réussir avec succès une mission. Le choix d'une fonction continue par rapport au temps pour la modélisation permet d'améliorer considérablement la précision du modèle utilisé.
Concernant l'optimisation mise en œuvre par l'élément 8, comme tout problème d'optimisation, la définition d'une mesure permettant de comparer les solutions entre elles est indispensable. L'approche proposée se base donc sur les probabilités. Il convient donc de définir la qualité d'une solution par une probabilité. En effet, le modèle proposé se base sur une succession d'événements indépendants ou non, et dont les règles d'association sont mathématiquement connues. Le critère général d'évaluation d'une solution peut ainsi se baser sur la probabilité totale que toutes les menaces soient traitées, ou encore sur la survie de la zone défendue. Une combinaison des deux approches est également possible.
La présente invention permet de résoudre les deux problèmes suivants :
- la modélisation des incertitudes liées au contexte et la probabilité de prévoir mieux et à long terme un engagement en tenant compte d'une situation qui évolue de manière continue en fonction du temps ; et
- la résolution des problèmes aux frontières des domaines de la capacité d'atteinte pour plus de réalisme dans la modélisation. On a décrit ci-dessus le dispositif 1 dans une application à un système 1 5 de type C2. Toutefois, de nombreuses autres applications sont possibles dans le domaine de la planification de mission et/ou du contrôle de mission, et ceci notamment dans les secteurs suivants : aéronautique civile ou militaire (préparation de mission pour des systèmes d'armes), systèmes autonomes civils ou militaires (drones), transport aérien (gestion des aéroports), domaine de la logistique au sens large, domaine des transports (transport ferroviaire, gestion du trafic, fret) .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif automatique d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources, ledit dispositif (1 ) comprenant :
- des moyens (4) d'entrée de données ;
- des premiers moyens (2) pour déterminer, à partir des données entrées, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, relatives auxdites ressources ;
- des deuxièmes moyens (5) pour déterminer, à l'aide de ces fenêtres temporelles, un plan d'allocation optimal des ressources ; et
- des moyens utilisateurs (1 1 ) utilisant un plan d'allocation optimal, déterminé par les deuxièmes moyens (5),
caractérisé en ce que lesdits deuxièmes moyens (5) comprennent :
- un premier élément (6) configuré pour probabiliser un espace de solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps respectant les fenêtres temporelles ; et
- un deuxième élément (8) configuré pour optimiser le plan d'allocation à partir de l'espace de solutions ainsi probabilisé.
2. Dispositif selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que les moyens (4) d'entrée de données comportent des moyens ( 1 2) qui permettent de fournir automatiquement des données.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que les moyens (4) d'entrée de données comportent des moyens (1 3) permettant à un opérateur d'entrer des données.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que les moyens utilisateurs (1 1 ) comportent des moyens d'affichage qui affichent le plan d'allocation optimal sur un écran.
5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens d'affichage et les moyens ( 1 3) permettant à un opérateur d'entrer des données font partie d'une interface homme/machine.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le premier élément (6) est configuré pour mettre en œuvre une interpolation à partir de points de performance de manière à obtenir une modélisation probabilisée et continue de l'espace de solutions.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le deuxième élément (8) est configuré pour réaliser une optimisation par essaim particulaire.
8. Système d'allocation de ressources,
caractérisée en ce qu'il comprend le dispositif (1 ) spécifié sous l'une quelconque des revendication 1 à 7.
9. Système de traitement de menaces dans le domaine militaire, notamment de type commande et contrôle, comprenant une allocation d'armes pour traiter les menaces, ledit système (1 5) comportant :
- une première unité (1 2) pour récupérer des informations sur la situation considérée ;
- une deuxième unité (1 ) pour traiter ces informations pour en déduire une proposition d'engagement, en déterminant tout d'abord des fenêtres de tirs à partir desdites informations, puis en déduisant la proposition d'engagement à partir de ces fenêtres de tirs, ladite proposition d'engagement précisant l'allocation des armes et les instants de tir pour traiter les menaces ; et
- une troisième unité (1 7) pour mettre en œuvre une étape d'approbation de la proposition d'engagement, l'engagement étant réalisé conformément à une proposition d'engagement approuvée par ladite troisième unité (1 7), caractérisé en ce que ladite deuxième unité comprend le dispositif (1 ) spécifié sous l'une quelconque des revendication 1 à 7.
1 0. Système selon la revendication 9,
caractérisé en ce que la première unité (1 2) comporte au moins un radar ( 1 6) qui transmet audit dispositif (1 ) des informations sur la situation aérienne de l'environnement d'une zone à protéger par le système (1 5).
1 1 . Système selon l'une des revendications 9 et 10,
caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, une interface homme/machine permettant à un opérateur de réaliser une approbation.
1 2. Système selon l'une des revendications 9 à 1 1 ,
caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens d'affichage qui affichent la proposition d'engagement approuvée par ladite troisième unité (1 7).
1 3. Procédé d'optimisation d'un plan d'allocation de ressources, procédé selon lequel, de façon automatique, on met en œuvre les étapes suivantes :
A/ on génère des données et on détermine, à partir de données générées, des fenêtres temporelles de disponibilité et d'efficacité, relatives auxdites ressources ; et
B/ à l'aide de ces fenêtres temporelles, on détermine un plan d'allocation optimale des ressources, que l'on utilise ensuite,
caractérisé en ce qu'à l'étape B/, on met en œuvre les opérations successives suivantes :
a) on probabilise un espace des solutions, à savoir lesdites fenêtres temporelles, en générant des fonctions continues en fonction du temps, qui respectent lesdites fenêtres temporelles ; et
b) on optimise le plan d'allocation à partir de l'espace des solutions ainsi probabilisé.
1 4. Méthode de traitement de menaces dans le domaine militaire, comprenant une allocation d'armes pour traiter les menaces, méthode selon laquelle on met en œuvre les étapes successives suivantes :
a) on récupère des informations sur la situation considérée ;
β) on traite ces informations pour en déduire une proposition d'engagement, en déterminant tout d'abord des fenêtres de tirs à partir desdites informations, puis en déduisant la proposition d'engagement à partir de ces fenêtres de tirs, ladite proposition d'engagement précisant l'allocation des armes et les instants de tir pour traiter les menaces ; et γ) on prévoit une étape d'approbation de la proposition de l'engagement, l'engagement étant réalisé conformément à une proposition d'engagement approuvée à cette étape γ),
caractérisée en ce qu'à l'étape β), on détermine la proposition d'engagement en mettant en oeuvre le procédé le procédé spécifié sous la revendication 1 3.
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