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9 results on '"Loïc Cellier"'

3. Combination of optimal control approaches for aircraft conflict avoidance via velocity regulation

Author

Loïc Cellier, Frédéric Messine, Riadh Omheni, Sonia Cafieri, Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Institut Henri Poincaré (IHP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Algorithmes Parallèles et Optimisation (IRIT-APO), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Données, Economie et Visualisation (DEVI)

Subjects
Engineering, Mathematical optimization, Control and Optimization, Separation (aeronautics), 0211 other engineering and technologies, 02 engineering and technology, Conflict avoidance, air traffic management, optimal control, Control theory, Pontryagin maximum principle, 0502 economics and business, direct shooting method, Decomposition (computer science), Integral element, conflict avoidance, 050210 logistics & transportation, 021103 operations research, business.industry, Applied Mathematics, Numerical analysis, 05 social sciences, Air traffic management, velocity change, Optimal control, Control and Systems Engineering, Pairwise comparison, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], business, Software
Abstract

International audience; This paper deals with optimal control applied to one of the most crucial and challenging problems in Air Traffic Management that of aircraft conflict avoidance. We propose an optimal control model where aircraft separation is achieved by changing the speeds of aircraft, and the integral over a time window of their squared accelerations is minimized. Pairwise aircraft separation constraints constitute the main difficulties to be handled. We propose an original decomposition of the problem into 3 zones, in such a way that in two of them, no conflict occurs. Then, using the Pontryagin maximum principle, 2 new formulations of the original optimal control problem are proposed and solved via direct shooting methods. Thanks to our decomposition, these numerical methods are applied on subproblems having reduced size with respect to the original one, thus improving the efficiency of the solution process. Thirty problem instances are numerically solved, showing the effectiveness of the proposed approaches

Published
2017
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4. Régulation en vitesse pour un problème d'évitement de conflit aérien : combinaison des résolutions directe et indirecte de contrôle optimal

Author

Loïc Cellier, Sonia Cafieri, Frédéric Messine, ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), LAboratoire PLasma et Conversion d'Energie (LAPLACE), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Société française de recherche opérationnelle et d'aide à la décision, and ANR-12-JS02-0009,ATOMIC,Optimisation du trafic aérien via des méthodes mixtes (discretes-continus)(2012)

Subjects
résolution de conflits, contrôle optimal, [INFO.INFO-RO]Computer Science [cs]/Operations Research [cs.RO], Trafic aérien, régulation en vitesse
Abstract

National audience; Nous proposons une étude concernant l'évitement de conflit aérien, i.e., le maintien d'une distance de sécurité entre avions de commerce, enjeu important de gestion de ce moyen de transport. Notre approche se focalise sur un modèle de contrôle optimal basé sur de petits changements de vitesse au regard des vitesses nominales des avions. Nous observons les configurations pour lesquelles les avions sont susceptibles d'être trop proche (situation dite de 'conflit potentiel'). Nous choisissons de combiner les approches de résolution, appelées respectivement méthode directe (avec une discrétisation de la fenêtre de temps) et méthode indirecte (avec l'application du principe de maximum de Pontryagyn).

Published
2014

5. Combining direct and indirect methods to solve aircraft conflict avoidance problems

Author

Frederic Messine, Sonia Cafieri, Loïc Cellier, Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Algorithmes Parallèles et Optimisation (IRIT-APO), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), ENAC Equipe MAIAA-OPTIM (MAIA-OPTIM), and Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC)-Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC)

Subjects
[MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract

International audience; Aircraft conflict avoidances can be formulated as optimal control problems (the control are the accelerations of the aircraft). Some particular formulations yield convex optimal control problems under some concave inequality constraints including state variables (this is the main difficulty on the resolution of these types of problems). We propose here an original approach combining direct and indirect methods to solve this optimal control problem. This approach is based on the decomposition into zones where the concave inequality constraints could be active and moreover these constraints are proved to be inactive outside. Thus, the problem is then solved by using a direct shooting method inside the zone and, outiside the zone, a solution is analytically provided by directly applying the Pontyagin Maximum Principle. Numerical experiments validated the great efficiency of this approach.

Published
2013

6. Résolution de conflit aérien par contrôle optimal basé sur la régulation en vitesse

Author

Loïc Cellier, Sonia Cafieri, Frédéric Messine, ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Porte, Laurence

Subjects
régulation de vitesse, contrôle optimal, méthode directe, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], conflit aérien, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC]
Abstract

National audience; Dans le contexte du trafic aérien, pour éviter le risque de collision, des distances de séparation doivent être respectées. On dit que deux avions sont en conflit si les distances qui les séparent sont inférieures à 5 NM horizontalement ou à 1000 ft 1 verticalement. Motivées par des raisons de sécurité et d?efficacité pour des trafics en constante augmentation, diverses méthodes de détection et de résolution de conflit ont été proposées [1]. Plusieurs modèles de contrôle optimal sont apparus dans ce domaine [2, 3] ; et ces derniers, basés sur des changements de cap, placent la trajectoire comme commande sur le système. Nous proposons une approche contrôle optimal conservant les trajectoires prédéfinies et se focalisant sur les variations en vitesse.

Published
2012

7. Combinaison de méthodes de contrôle optimal pour l'évitement de collision dans le trafic aérien

Author

Loïc Cellier, Sonia Cafieri, Frédéric Messine, ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Porte, Laurence

Subjects
gestion du trafic, méthode indirecte, contrôle optimal, méthode directe, évitement de collision, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], conflit aérien, Principe du Maximum de Pontryagin, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], régulation en vitesse
Abstract

National audience; Pour prévenir le risque de collision, le rôle du contrôle aérien est dassurer une distance minimale de séparation entre tout couple d'avions. Cette dernière correspond a 1000 ft verticalement et 5 NM horizontalement ; on dit qu'il y a conflit si elle n'est pas respectée. Face à la densité croissante du trafic, différentes approches de détection et de résolution de conflits ont été proposées. La plupart des travaux porte sur des déviations de trajectoire, à partir de changements en altitude et/ou en cap. Récemment, le projet Européen ERASMUS met en avant la stratégie de manoeuvre en vitesse. Basés sur de petites variations de vitesse, de nouveaux modèles, de type MILP ou MINLP, ont été développés. Nous nous focalisons également sur la régulation en vitesse, en proposant un modèle de contrôle optimal. Une méthode basée sur la combinaison de méthodes directe et indirecte de contrôle optimal est développée et validée numériquement.

8. Hybridizing direct and indirect optimal control approaches for aircraft conflict avoidance

Author

Loïc Cellier, Sonia Cafieri, Frédéric Messine, ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Algorithmes Parallèles et Optimisation (IRIT-APO), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
conflict avoidance, optimal control, Pontryagin's maximum principle, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], speed regulation, air traffic management
Abstract

Aircraft conflict avoidance is a crucial issue arising in air traffic management. The problem is to keep a given separation distance for aircraft along their trajectories. We focus on an optimal control model based on speed regulation to achieve aircraft separation. We propose a solution strategy based on the decomposition of the problem and on the hybridization of a direct and an indirect method applied on the obtained subproblems. Numerical results show that the proposed approach is promising in terms of reduction of computing time for conflict avoidance.

9. Optimal control approaches for aircraft conflict avoidance using speed regulation : a numerical study

Author

Loïc Cellier, Sonia Cafieri, Frederic Messine, ENAC Equipe MAIAA-OPTIM (MAIA-OPTIM), ENAC - Laboratoire de Mathématiques Appliquées, Informatique et Automatique pour l'Aérien (MAIAA), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC)-Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC), Ecole Nationale Supérieure d'Electrotechnique, d'Electronique, d'Informatique, d'Hydraulique et de Télécommunications (ENSEEIHT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, and Porte, Laurence

Subjects
conflict avoidance, optimal control, numerical study, [MATH.MATH-OC] Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], Pontryagin's maximum principle, [MATH.MATH-OC]Mathematics [math]/Optimization and Control [math.OC], speed regulation, air traffic management, interior point-based solvers
Abstract

International audience; In this paper a numerical study is provided to solve the aircraft conflict avoidance problem through velocity regulation maneuvers. Starting from optimal controlbased model and approaches in which aircraft accelerations are the controls, and by applying the direct shooting technique, we propose to study two different largescale nonlinear optimization problems. In order to compare different possibilities of implementation, two environments (AMPL and MATLAB) and deterministic local optimization solvers are used. Numerical results are discussed. They show that the considered problem is really difficult to solve to global optimality, as different local minima are found using different methods.

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