direction générale de l’Aviation civile SDER ERASMUS

SDER Page 2 17/07/06 Les origines  Brevet d'invention déposé le 12/11/2003  Le CENA entre dans la boucle début 2004  Article de Jacques Villiers publié dans la revue de l'ITA  Le projet est supporté à Eurocontrol par Jean-Marc Garot  Mise en place du projet européen ERASMUS qui démarre le 11/05/06 (DSNA – Honeywell – Université de Zurich – Université de Linkoping – CE Brétigny - SICTA)

ERASMUS SDER Page 3 17/07/06 Les bases d'ERASMUS  Thèse de Géraud Granger (LOG: 2002)  Modélisation de l'incertitude  Etude de l'influence de l'incertitude sur le nombre de conflits détectés (5% sur la Gs et 30% sur la Vs multiplient par 3 le nombre de conflits détectés)  Méthodes de résolution stochastiques (clustering, caps, niveau, vitesse) permettant de résoudre des conflits complexes  ERATO (Leroux: )  Un outil, pour être acceptable, ne doit pas modifier les modes de travail du contrôleur  L' “agenda du controleur” est l'outil central d'ERATO: il présente les problèmes suivant la logique du contrôleur

ERASMUS SDER Page 4 17/07/06 Idées fondatrices d'ERASMUS  L'être humain a de faibles capacités calculatoires, et même en possession de tous les paramètres, sa prévision de trajectoire reste imprécise.  Le calculateur tout au contraire est capable, si on lui fournit les bons paramètres, de prévoir parfaitement les trajectoires.  Comment utiliser les nouvelles capacités du calculateur sans perturber les modes opératoires du contrôleur?

ERASMUS SDER Page 5 17/07/06 Partie I : le monde selon Villiers  Le double agenda  La résolution subliminale  L'auto-pilote ATC

ERASMUS SDER Page 6 17/07/06 Le double agenda  L'agenda du contrôleur (fourni par ERATO) liste les problèmes suivant la perception du contrôleur  L'agenda du calculateur fournit la liste des conflits qui auront véritablement lieu  La comparaison des deux listes permet à l'opérateur d'alléger sa charge de travail en se concentrant sur les véritables problèmes

ERASMUS SDER Page 7 17/07/06 La résolution subliminale  La marge d'erreur sur la précision humaine est grande  La sensibilité du contrôleur à des variations limitées de la vitesse d'un avion est faible  On peut donc glisser à l'intérieur de cette incertitude des “petits” changements de vitesse qui auront pour effet de « dissoudre » les conflits  Terme “subliminal” plutôt malheureux

ERASMUS SDER Page 8 17/07/06 L'auto-pilote ATC  L'ordinateur ATC peut librement dissoudre les conflits, en tenant le contrôleur simplement informé quand la variation est notable  Cela peut inclure des changements de vitesse, mais aussi des changements de niveau ou de début de descente, voire des caps.  L'ordinateur surveillera en permanence la bonne réalisation de ces instructions  Le contrôleur pourra toujours émettre des clairances

ERASMUS SDER Page 9 17/07/06 Partie II: le monde tel qu'il est L'agenda du contrôleur L'agenda de l'ordinateur La résolution subliminale L'auto-pilote ATC

ERASMUS SDER Page 10 17/07/06 L'agenda du contrôleur  Fourni par ERATO  Il doit être fiable et exhaustif (au sens de la prévision de conflit du contrôleur)  Ni fausse alarme, ni conflit manqué (au sens de la perception du contrôleur)  Problèmes généraux pour ce type d'activité: variabilité des opérateurs, etc, etc, etc  Certaines méthodes de psycho-physiologie permettraient peut-être d'améliorer le système (voir Bedouet 2005)

ERASMUS SDER Page 11 17/07/06 L'agenda de l'ordinateur  Doit être lui aussi fiable et exhaustif  Ni conflit oublié, ni fausse alarme  Plusieurs problèmes:  Nécessite une prévision de trajectoire de bonne qualité (nous y reviendrons)  Nécessite de maitriser l'intentionnalité des décisions humaines (si le contrôleur fait tourner un avion, l'ordinateur doit savoir quand et comment il reviendra sur trajectoire)  Objectif impossible à atteindre, le contrôleur ne sachant généralement pas lui-même quand il ramènera l'avion  L'agenda délenchera de fausses alarmes ou oubliera des conflits (problème existant déjà dans le TCAS)

ERASMUS SDER Page 12 17/07/06 La résolution subliminale  Type 1  L'ordinateur donne des ordres en vitesse (+/-5%) et informe le contrôleur que le conflit n'aura pas lieu  La résolution n'est plus subliminale  Les avions sont bloqués pour 20 minutes environ  Cela suppose une qualité de prévision de trajectoire meilleure que 5% (plan horizontal) sur 20 minutes  Type 2  L'ordinateur « dissout » le conflit de façon réellement subliminale en séparant tellement les avions que le contrôleur ne perçoit même plus le conflit  Cela requiert une qualité de prévision de trajectoire meilleure que 5% (plan horizontal) sur 30 minutes environ  Si le contrôleur « bouge » un avion => asservissement couteux inutile

ERASMUS SDER Page 13 17/07/06 L'auto-pilote ATC  Système qui additionne toutes les difficultés précédentes.  Demande une connaissance de l'intentionnalité réciproque  Nom mal choisi: il vaurait mieux parler d'auto-contrôleur....  Etape d'un futur trés futuriste; quand tous les autres problèmes auront été résolus, il sera temps d'en reparler...

ERASMUS SDER Page 14 17/07/06 Partie III: un ERASMUS minimaliste? L'agenda filtré La résolution subliminale “réduite”

ERASMUS SDER Page 15 17/07/06 L'agenda filtré  L'agenda filtré présente aux contrôleurs les conflits qui n'auront pas lieu s'ils ne bougent pas les avions concernés  Difficultés:  Savoir discerner les non-conflits évidents des non- conflits difficiles à cerner (ERATO?)  Présenter lisiblement l'information sans surcharger la position de contrôle  Avantages:  Permet d'employer la résolution subliminale type 1 pour dissoudre les conflits quand cela est possible  Pas de risque de fausses alarmes ou d'oublis, le système ne traitant que ce qu'il sait traiter, et cessant de le traiter en cas de modification des avions concernés.

ERASMUS SDER Page 16 17/07/06 La résolution subliminale “réduite”  Type 1:  Nécessite des modèles de vent dont la précision est inférieure à 10kts (soit 2.5%) sur des distance de 250kms  Nécessite une prévision de trajectoire (hors vent) meilleure que 2.5% sur 20 minutes -> inaccessible sans prévision FMS (Cost Index, consigne compagnie, etc) d'après Honeywell  OU passage en mode « asservissement » du FMS -> autres problèmes: (coût, dialogue avec le pilote, certification FMS...)  Type 2:  Peu envisageable sans asservissement de la trajectoire  Dans un premier temps, une simple amélioration (bien utilisée) de la prévision de la trajectoire peut être un outil déjà trés utile, la résolution subliminale étant un complément

ERASMUS SDER Page 17 17/07/06 Phases:  ERASMUS I : agenda ERATO filtré, basé sur une prévision sol de bonne qualité, ou une prévision FMS par data-link  ERASMUS II : utilisation de la résolution subliminale en vitesse pour améliorer les performances de l'agenda filtré avec de bons modèles de vent et une prévision FMS  ERASMUS III : utilisation du FMS en mode asservi (nécessite une modification des règles de certification FMS), résolution subliminale complète, auto-pilote ATC

ERASMUS SDER Page 18 17/07/06 Tests obligatoires de validation du concept  Estimer en simulation arithmétique le nombre de conflits que l'on peut effectivement résoudre par des modifications subliminales de la vitesse en fonction des incertitudes  Vérifier l'utilité d'un agenda filtré en simulation temps réel “Zardoz” (« wiZard of Oz »)  Vérifier la fiabilité d'un modèle comportemental modélisant les marges d'incertitude des contrôleurs (psycho-physiologie)  Vérifier la validité des algorithmes distinguant les non- conflits triviaux des non-conflits difficiles  Travailler avec les fabricants de FMS pour obtenir les modes de fonctionnement, les capacités de prévision de trajectoires et les possibilités d'asservissement des FMS  Vérifier par simulation “Zardoz” que le système ne souffre pas de “l'effet avalanche” en cas d'augmentation du trafic

ERASMUS SDER Page 19 17/07/06 Conclusion  Avantages  Idée extrèmement intéressante et séduisante  Permettrait un passage « doux » entre le système actuel et un système allant vers l'automatisation  Prolongement naturel de la philosophie DSNA  Inconvénients  Concept non encore validé aujourd'hui  Pourrait nécessiter dans sa phase ultime  une centralisation des données météo,  des liaisons sol-air dont le débit doit être évalué  des FMS de nouvelle génération  une modification des procédures de certification FMS  Susceptible d'être affecté ontologiquement par « l'effet avalanche »