Dynamic optimization of airspace sector grouping

par Tambet Treimuth

Thèse de doctorat en Mathématiques Appliquées

Sous la direction de Daniel Delahaye et de Sandra Ulrich Ngueveu.

Le président du jury était Cyril Briand.

Le jury était composé de Daniel Delahaye, Sandra Ulrich Ngueveu, Eric Feron, Bernard Gendron, Claus Gwiggner.

Les rapporteurs étaient Eric Feron, Bernard Gendron.

  • Titre traduit

    Optimisation du schéma de regroupement de secteurs d'espace


  • Résumé

    Au cours de ces dernières décennies,au fur et à mesure de l’augmentation du trafic, l’espace aérien a été divisé en secteurs de plus en plus petits afin d’éviter la saturation de ces derniers. Ce principe de sectorisation présente une limite dans la mesure où l’on doit ménager un temps suffisant au contrôleur pour gérer son trafic et donc générer des secteurs dont la taille permet de satisfaire cette contrainte. De plus, le contrôleur ne connaît que le trafic lié à son secteur et lorsqu’un avion passe d’un secteur à un autre,il s’opère un dialogue entre les contrôleurs et les pilotes qui induit une charge de travail supplémentaire(coordination).Au cours d’une journée de trafic ordinaire,la charge de contrôle fluctue dans le temps en fonction des demandes de trafic entre les diverses paires origine-destination. Dans le système opérationnel actuel, le nombre de contrôleurs varie en fonction des fluctuations de trafic. La nuit par exemple, le nombre d’équipes de contrôle est réduit car il y a beaucoup moins de trafic.Les secteurs sont alors regroupés en groupe de trois à quatre avant attribution à une équipe de contrôleurs. Il est donc nécessaire d’optimiser la planification sur une journée du schéma de regroupement et de dégroupement des secteurs: resectorisation dynamique de l’espace aérien. Un des objectifs est de fournir des groupes de secteurs présentant un minimum de coordinations et équilibrés en terme de charge de contrôle afin que chaque équipe de contrôleurs travaille de la même façon. Les instants de commutation entre configurations de secteurs en fonction des fluctuations de trafic doivent être déterminés, et les distances entre configurations successives doivent être prises en compte afin d’éviter des changements brusques au sein d’un espace aérien donné. Le développement d’un algorithme efficace pour résoudre le problème dynamique résultant est d’autant plus important que le trafic aérien est amené évoluer de manière significative au cours des années qui viennent.


  • Résumé

    The current airspace configuration is highly structured, fixed and is less responsive to changes causing the overall system to lack the flexibility, adaptability, and responsibility needed to handle the increasing air traffic demands in the near future. The work presented in this thesis aims at improving the flexibility and adaptability of today's airspace management in Europe in a pretactical context. We focus on the development of a method to support a process of automatic generation of a sequence of sector configurations composed of predefined sectors. Airspace configurations should be dynamically adjusted to provide maximum efficiency and flexibility in response to demand fluctuations. We dynamically build configurations by combining existing elementary sectors. In this step, any sector combination which forms controllable airspace blocks is eligible and may be used during the day of operation. In this work, we developed efficient methods to solve DAC problem. We formulated and study the sectorization problem from an algorithmic point of view. We proposed methods based on a mathematical modeling and heuristic optimization techniques. We also introduced here an approach to evaluate the workload inside sectors.


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