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Conclusion sur la structuration de simulation dans le monde aérien

2.4 Objectifs de la thèse

3.1.4 Conclusion sur la structuration de simulation dans le monde aérien

Nous avons évalué les différents systèmes et méthodes présentés précédemment selon huit critères principaux :

1. Structuration de la simulation : quand s’effectue la structuration de la simulation, lors de la construction d’un scénario ou lors de la simulation,

2. Catégorie de méthodologie : quelle catégorie de méthodologie est utilisée pour struc- turer la simulation, soit en générant un scénario à partir de zéro, soit à partir d’un enregis- trement du trafic,

3. Automatisation : quel est le niveau d’automatisation du système, si le système est au- tonome, son automatisation est forte, sinon l’automatisation est faible, ou moyenne,

3.1. Structuration de simulations de trafic dans le monde aérien

4. Utilisation de l’environnement : est-ce que le système s’appuie sur l’environnement pour développer son scénario ? Est-ce qu’il ne fait aucune utilisation de l’environnement, ou bien utilise-t-il un réseau de routes, ou encore la météorologie ? Ou encore est-ce que l’utilisation est indirecte et vient de l’utilisation d’un enregistrement ?,

5. Situations : quelles situations sont générées ? Comme une densité de trafic (niveau ma-

croscopique), des conflits ou des densités de départ (niveau microscopique),

6. Réalisme : le réalisme de la simulation, est divisé en fonction du réalisme du trafic et du réalisme de la trajectoire.

— Le réalisme de trajectoire : nous divisons le réalisme de trajectoire en deux, la phy- sique de la trajectoire c’est-à-dire si la trajectoire respecte les règles physiques qui régissent l’entité mobile et le comportement de l’entité mobile, c’est-à-dire si l’en- tité mobile se comporte comme une entité mobile dans le monde réel. Le réalisme de la trajectoire du point de vue physique vient soit d’un enregistrement, soit d’un modèle mathématique comme les tables BADA ou ASTOR en utilisant un réseau de routes, soit encore d’un modèle mathématique utilisé sur trajectoires linéaires. Le réalisme de la trajectoire du point du vue du comportement est soit complexe, soit simple, soit n’est pris en compte d’aucune manière.

— Le réalisme du trafic : soit il vient de l’utilisation d’un enregistrement, soit il est à la charge de l’expert scénariste, soit il vient de mesures de densité que le système essaye d’obtenir dans le scénario, ou alors le système ne présente aucun réalisme de trafic. 7. Adaptation du trafic : est-ce que la simulation est adaptative, c’est-à-dire est-ce que les avions réagissent aux modifications de leur environnement de simulation ou de leur scé- nario ? L’adaptation du trafic à l’évolution de la simulation correspond par exemple à l’évitement entre des avions qui n’étaient pas en conflit mais qui sont devenus en conflit à cause de la modification de la trajectoire d’un avion. L’adaptation du trafic à l’envi- ronnement de simulation est soit effectuée par l’humain, soit il n’y a aucune adaptation. Quant à elle, l’adaptation du trafic au scénario correspond par exemple à modifier la trajectoire d’un des deux avions impliqués dans un conflit parce que l’autre avion a eu une modification de sa trajectoire. Cette adaptation est soit effectuée par l’humain, soit il n’y a aucune adaptation.

8. Nécessité d’un plan de vol : un dernier critère propre à l’aviation, si la méthode ou le système nécessite un plan de vol de manière, obligatoire, non obligatoire, ou au contraire ne nécessite aucun plan de vol.

l’a rt sur la structuration de simulations de tr a fic Systèmes Critères Structuration simulation Catégorie de métho- dologie Automa- tisation Utilisation de l’environnement

Situations Réalisme Adaptation du trafic

Nécessite plan de vol

Micro Macro Trajectoire Trafic

Physique Compor-

tement Scénario Simulation

[Bilimoria, 2001] Scénario Enregis-

trement Faible Indirectement Conflits Aucun Enregistrement

Enregis-

trement Enregistrement Aucune Aucune Aucun

[Signor et al., 2004] Scénario Enregis-

trement Faible Réseau de routes

Non précisé Non précisé Dépend du simu- lateur Dépend du simula- teur Enregistrement et à la charge du scénariste

Humaine Humaine Obligatoire

[Kupfer et al., 2013] Scénario Enregis-

trement Faible Réseau de routes

Non précisé Non précisé Modèle Ma- thématique (ASTOR) Aucun Enregistrement et à la charge du scénariste

Humaine Humaine Obligatoire

[Paglione et al., 2003] Scénario Enregis-

trement Moyenne Indirectement Conflits Aucun Enregistrement

Enregis-

trement Enregistrement Aucune Aucune Aucun

[Heesbeen et al., 2003] Scénario De zéro Faible Réseau de routes

Densité de dé- part Densité trafic Modèle Mathé-

matique (BADA) Aucun

Densité possible

par fitting Humaine Humaine

Non obli-

gatoire

[Prats et al., 2017] Scénario De zéro Moyenne Réseau de route,

Météorologie Dépend de l’ex- pert (Den- sité) Dépend de l’ex- pert (Den- sité) Modèle Mathé-

matique (BADA) Simple

Enregistrement et à la charge de l’expert

Humaine Humaine Non obli-

gatoire

[Alam et al., 2007] Scénario De zéro Moyenne Aucune Conflits Densité

trafic

Linéaire avec

Modèle mathé-

matique (BADA)

Aucun Aucun Aucune Aucune Aucun

[Ritchie III, 2019] Scénario De zéro Moyenne Aucune Conflits Densité

trafic

Linéaire avec

Modèle mathé-

matique (BADA)

Aucun Aucun Aucune Aucune Aucun

Table 3.1 – Comparaison des systèmes de structuration de simulation dans le monde aérien

Augustin

3.1. Structuration de simulations de trafic dans le monde aérien

Tous les systèmes et méthodes présentés structurent la simulation au cours de la généra- tion du scénario pour jouer les différentes situations souhaitées. La structuration au cours de la simulation, si elle existe, se fait ensuite à travers des interfaces utilisateurs, ce qui implique donc des humains lors de la simulation [Signor et al., 2004][Kupfer et al., 2013]. Parmi les 8 systèmes et méthodes présentés, seulement la moitié permettent l’interaction lors de la si- mulation, et s’adaptent à des modifications, et ce, seulement par l’intervention d’humains [Heesbeen et al., 2003] [Prats et al., 2017] [Signor et al., 2004] [Kupfer et al., 2013]. En struc- turant la simulation uniquement par la génération du scénario, la simulation s’adapte très faiblement, voire pas, à des modifications de l’environnement, des trajectoires, ou d’un quel- conque paramètre. La seule adaptation constatée vient de l’intervention d’un acteur humain, ce qui est un procédé coûteux, et limité pour le passage à l’échelle.

Parmi les 8 systèmes et méthodes présentés, la moitié utilise des enregistrements de trafic et l’autre moitié part de zéro pour générer les scénarios. D’un côté, l’utilisation d’un enregistrement permet d’obtenir un réalisme de départ accru, puisque l’enregistre- ment contient à la fois le réalisme de la trajectoire, c’est-à-dire un respect de la physique du mobile, mais aussi des comportements que peut avoir un mobile, et le réalisme de tra- fic [Heesbeen et al., 2003] [Prats et al., 2017] [Signor et al., 2004] [Kupfer et al., 2013]. Ce réa- lisme est altéré pour correspondre aux attentes de l’expert scénariste. Cette altération de réalisme est plus forte dans [Signor et al., 2004] [Kupfer et al., 2013] ; en revanche ces outils permettent de générer des situations plus variées et fines, à la charge des experts scénaristes. A contrario, partir de zéro pour construire des trajectoires permet de construire incrémen- talement un scénario qui correspond aux différentes situations désirées, et donc facilite leur création [Bilimoria, 2001] [Paglione et al., 2003] [Alam et al., 2007] [Ritchie III, 2019]. En re- vanche, partir de zéro altère fortement le réalisme qui peut se regagner en partie par l’uti- lisation de modèles mathématiques (réalisme de trajectoire) et en utilisant en entrée des indicateurs, par exemple des départs réels ou des densités de trafic (réalisme de trafic) [Heesbeen et al., 2003] [Prats et al., 2017].

Sur les 8 systèmes et méthodes et systèmes présentés, 5 sont automatisés, avec des entrées diverses [Heesbeen et al., 2003] [Prats et al., 2017] [Paglione et al., 2003] [Alam et al., 2007] [Ritchie III, 2019]. Parmi ces 5 systèmes, seulement [Paglione et al., 2003] utilise des enregistrements, et uniquement pour la génération de situations simples de conflit avec comme seule caractéristique la perte de séparation. Ceci requiert peu de mo- difications du trafic (dans sa méthode, uniquement des translations dans le temps). Les si- tuations générées par les systèmes et méthodes automatiques sont soit relativement simples (des conflits avec peu de caractéristiques) [Paglione et al., 2003], soit manquent de réalisme [Heesbeen et al., 2003] [Alam et al., 2007] [Ritchie III, 2019], soit demandent un travail de l’expert scénariste pour obtenir des situations plus complexes qui ne concernent que la den- sité pour les méthodes citées ici [Heesbeen et al., 2003] [Prats et al., 2017]. Pour conclure, l’automatisation présentée dans ces méthodes apporte peu de flexibilité, et repose majo- ritairement sur le scénariste pour obtenir des situations fines et variées.

L’adaptation aux modifications est faible, et l’utilisation de l’environnement est relati- vement faible. En effet, seuls [Prats et al., 2017] utilisent plus que le réseau de routes dans la génération de scénarios. Par exemple, la définition d’évènements comme l’ouverture ou la fermeture d’un zone militaire peut être possible dans ces simulations, mais c’est à l’opéra-

teur humain de le spécifier, et pas au système qui génère le trafic et le structure.

Les situations générées sont uniquement des situations de densité

de trafic, densité de départ, ou des conflits. Les méthodes et systèmes manquent de généricité pour générer des situations différentes en particulier [Paglione et al., 2003][Bilimoria, 2001][Alam et al., 2007][Ritchie III, 2019]. Aucun système n’est capable de générer des situations variées et potentiellement contradictoires.

Le réalisme des trajectoires du point de vue physique est obtenu dans 5 méthodes par l’utilisation d’un modèle mathématique (BADA ou ASTOR) [Heesbeen et al., 2003] [Alam et al., 2007] [Prats et al., 2017] [Kupfer et al., 2013] [Ritchie III, 2019]. Nous ajoutons [Signor et al., 2004] à cette liste car la majorité des simulateurs utilisent ces tables ou des tables équivalentes [Rantrua, 2017]. Dans [Bilimoria, 2001] [Paglione et al., 2003] le réalisme de trajectoire est obtenu par l’utilisation d’enregistrements. Du point de vue du compor-

tement, le réalisme vient aussi de l’utilisation d’enregistrements pour ces deux systèmes. Dans le cas des méthodes qui utilisent un modèle mathématique, il n’y a pas de réalisme de trajectoire du point de vue du comportement [Heesbeen et al., 2003] [Alam et al., 2007] [Prats et al., 2017] [Kupfer et al., 2013] [Ritchie III, 2019], sauf [Prats et al., 2017] qui inclut dans le choix du plan de vol des critères que peuvent utiliser les compagnies aériennes (cost index, free flight, temps le plus court).

Le réalisme de trafic vient en général d’enregistrements [Bilimoria, 2001] [Paglione et al., 2003], souvent en le laissant à charge de l’expert scénariste [Prats et al., 2017] [Kupfer et al., 2013] [Signor et al., 2004]. Dans les autres cas, il peut venir de l’utilisation de densités si l’expert scénariste le souhaite [Heesbeen et al., 2003], ou il n’y a aucun réalisme de trafic [Alam et al., 2007] [Ritchie III, 2019].

En conclusion, les outils pour la structuration de simulation dans le domaine aérien manquent d’automatisation, et ont besoin d’un modèle plus générique pour la génération de situations diverses et variées. La structuration de la simulation à partir du scénario mais aussi dans la simulation est une piste à développer, qui apporterait certainement plus de flexibilité et d’adaptation aux simulations. Enfin, un système capable de partir de zéro pour générer les situations, mais aussi capable d’utiliser des enregistrements pourrait amener à un compromis entre le réalisme de la simulation, et l’obtention des situations. Globalement, le monde de l’aviation manque d’outils pour la structuration de simulations, nous nous sommes donc intéressé à d’autres domaines afin d’étudier des systèmes et outils qui complèteraient ces différents travaux.

3.2

Structuration de simulations de trafic routier

Le domaine de l’aviation manque d’outils pour accélérer la génération de scénarios et de simulations réalistes. Cependant, dans d’autres domaines utilisant des simulations de trafic, des outils plus variés existent. Dans le domaine du trafic routier par exemple, plusieurs systèmes existent. Comme pour le trafic aérien, ces systèmes se divisent en deux familles, celles qui structurent la simulation à partir de données réelles, et celles qui partent de zéro. Nous présentons dans un premier temps des méthodes appartenant à ces deux familles, avant de faire une synthèse sur la structuration de simulation de trafic routier (section 3.2.3).

3.2. Structuration de simulations de trafic routier