Méthodes appliquées `a l'analyse des indicateurs de la complexité du trafic aérien

54 Pages·2007·0.44 MB·French

E´cole Nationale Supe´rieure des Te´le´communications - E´cole Nationale des
´
Ponts et Chausse´es - Ecole Nationale des Sciences Ge´ographiques
Cycle de Master en Management des Syste`mes d’Information et
Applications Ge´ographiques
Rapport destagedefin d’e´tudes
Me´thodes applique´es a` l’analyse des
indicateurs de la complexite´ du trafic ae´rien
Re´alise´ parHEYi
Stage effectue´ au coursdelape´riodedu1 Septembre2006au 28 Fe´vrier2007
a` l’E´coleNationaledel’AviationCivile
SousladirectiondeM. DavidGIANAZZA
Enseignant-Chercheura` laSous Directiondes E´tudeset delaRecherche Applique´e
Mots clefs : Secteur ae´rien, Complexite´ du trafic ae´rien (densite´ dynamique), clipping de
polygonesarbitraires, clustering,k-means.
Le13 fe´vrier2007
Non confidentiel
i
i
Remerciements
Jeremercietoutd’abordtouteslespersonnesquiontrenducetravailpossibleparleuraideet
leurs contributions.
Je tiens a` exprimer mes remerciements les plus since`res a` mon tuteur du stage, Monsieur
DavidGianazza,pourlaconfiancequ’ilm’aaccorde´eetpourm’avoirguide´,suivietaide´ toutau
longdelamission.
Je remercie e´galement Messieurs Jean-Marc Alliot et Nicolas Durand en tant que directeurs
du laboratoire pour m’avoir permis de re´aliser mes recherches au sein de leur laboratoire ainsi
quepourleurattentionauxmes proble`mesdulogementet delaconditiondu travail.
J’adresse tout particulie`rement mes remerciements a` Messieurs Pascal Brisset, Nicolas Bar-
nieret NicolasArchambaultpourleurs disponibilite´set aidespre´cieuses.
Ce travail de rapport a e´te´ pre´pare´ au laboratoire LOG. Je voudrais adresser mes remercie-
menta` tousles membresdes laboratoire,pourleursamitie´s,conseilset encouragements.
Je remercie chaleureusement Monsieur Vincent Aguilera, Directeur du Maste`re MSIAG a`
l’Ecole Nationale des Ponts et Chausse´es, pour m’avoir accueilli en France pendant ces deux
anne´es au seindecetteformationd’inge´nieurs.
Enfin,mesremerciementssontadresse´sa` mafamilleeta` mesamischinoispourleursoutien.

Re´sume´
Nouse´tudionsicil’ame´liorationdumode`led’estimationdelachargedetravailducontroˆleur
ae´rien (”aiguilleur du ciel”) a` partir d’indicateurs de la complexite´ du trafic ae´rien. Ce mode`le
est de´veloppe´ par le projet S2D2 de la Sous-Direction des E´tudes et de la Recherche applique´e
(SDER) delaDSNA/DTI.
Nous avons implante´ un algorithme venant de l’infographie (clipping de polygones) qui
permettra de calculer de nouveaux indicateurs plus pre´cis, relatifs a` la ge´ome´trie des secteurs
ae´riens. Par ailleurs, nous avons applique´ une technique de clustering pour obtenir une classifi-
cation des secteurs ae´riens en fonction de deux crite`res : le croisement des flux ae´riens dans le
secteur, et lese´volutionsverticales desavions.
Nous avons montre´ qu’on ne pouvait pas classer les secteurs en fonction du fait que les
avions suivent des routes paralle`les ou des routes qui se croisent, car ce n’est ge´ne´ralement pas
une caracte´ristique constante dans le temps pour un secteur donne´. Par contre, le crite`re des
e´volutions verticales permet bien de distinguer des groupes de secteurs. L’appartenance d’un
secteur a` un tel groupe de´finit un nouvel indicateur de complexite´, plus simple et plus robuste
queceluiutilise´ jusqu’a` pre´sent.
Table des matie`res
Remerciements i
Re´sume´ iii
Listedes abre´viations et sigles vii
Listedes tableaux ix
Tabledes figures xi
Introduction 1
I Controˆle ae´rien 3
I.1 Pre´sentationge´ne´rale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
I.2 Services du controˆleae´rien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
I.3 Conceptionactuelledelagestiondu traficae´rien . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
I.4 Organisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
II Contexte du stagede Master 10
II.1 Cadredu stage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
II.2 Complexite´ dutrafic ae´rien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II.2.1 Caracte´ristiques des mesuresdecomplexite´ . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II.2.2 Evaluationdes indicateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II.3 ProjetS2D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
II.3.1 Objectifs duprojet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
II.3.2 Relation entre la complexite´ du trafic ae´rien et la configuration des sec-
teurs ae´riens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
II.3.3 De´marche etre´sultatsdu projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
II.4 Quelquesquestionsouvertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
17
TABLE DES MATIE`RES TABLE DES MATIE`RES
III Calcul du volumeutiled’un secteur ae´rien 17
III.1 Descriptionge´ographiquedessecteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
III.2 Pre´sentationdelade´marche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
III.3 Clippingdepolygones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
III.4 Principedel’algorithme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
III.4.1 Choix dusens deparcours . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
III.4.2 Statut des pointsd’intersection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
III.5 Choixdelastructurededonne´es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
III.6 Descriptionde´taille´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
III.6.1 Phase 1: Calculertoutesles intersections . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
III.6.2 Phase 2: De´finirlestatutdes pointsd’intersection . . . . . . . . . . . . 24
III.6.3 Phase 3: Formerlesnouveauxpolygones . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
III.7 Cas particuliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
III.8 Re´sultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
III.9 Perspectivesd’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
IV Analysed’indicateurs de lacomplexite´ 29
IV.1 Objectifsdel’e´tude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
IV.2 De´marchepropose´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
IV.3 Me´thodedesk-means . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
IV.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
IV.3.2 Algorithme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
IV.4 Logicielutilise´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
IV.5 Re´sultatsduclustering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
IV.6 Comparaisondesdiffe´rents mode`les . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
IV.6.1 De´finitiondu BIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
IV.6.2 Re´sultats surles nouveauxindicateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Conclusionetperspectives 36
Bibliographie 39
v

vii
Liste des abre´viations et sigles
OACI: Organisationdel’AviationCivileInternationale
EUROCONTROL: Organisationeurope´ennepourlase´curite´ delanavigationae´rienne
DGAC: DirectionGe´ne´raledel’AviationCivile
DSNA : Directiondes Services delaNavigationAe´rienne
DTI : DirectiondelaTechinqueet del’Innovation
SDER : Sous-DirectiondesE´tudeset delaRecherche applique´e
ENAC : E´coleNationaledel’AviationCivile
LOG: Laboratoired’OptimisationGlobale
LEEA : Laboratoired’E´conomieet d’E´conome´triedel’Ae´rien
NASA : NationalAeronauticsand Space Administration
S2D2 : SectorStatus and DynamicDensity
ACP: Analyseen ComposantesPrincipales
BIC : Bayesian InformationCriterion