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Theses

Optimization-Simulation implementations for harmonizing operations at big airports

Résumé : La croissance constante du trafic aérien, en particulier en Europe, exerce une pression sur les aéroports, qui souffrent eux aussi de problèmes de congestion. L'espace aérien entourant l'aéroport, la zone de manœuvre du terminal (TMA), est particulièrement encombré, car il accueille tout le trafic convergent en provenance et à destination des aéroports. Outre l'espace aérien, la capacité au sol des aéroports est également confrontée à des problèmes de congestion, du fait que les inefficacités résultant des opérations dans l'espace aérien sont transférées au sol de l'aéroport et inversement. Les principales conséquences de la congestion au niveau de l’espace aérien et du sol de l’aéroport sont déterminées par le retard généré, qui est à son tour transféré vers d’autres aéroports du réseau. Les problèmes d'encombrement affectent également la charge de travail des contrôleurs aériens qui doivent gérer ce volume de trafic important. Cette thèse traite de l'optimisation des opérations aéroportuaires intégrées, en considérant l'aéroport d'un point de vue global, en incluant ensemble des opérations telles que l'espace aérien et le sol. Contrairement à d’autres études dans ce domaine de recherche, cette thèse contribue en appuyant les décisions des contrôleurs de la circulation aérienne en ce qui concerne le séquençage des aéronefs et en atténuant les embouteillages au sol de l’aéroport. Les opérations au sol et les opérations dans l’espace aérien de l’aéroport peuvent être abordées avec deux niveaux différents d’abstractions, macroscopique ou microscopique, en fonction du laps de temps imparti pour la prise de décision. Dans cette thèse, les opérations aéroportuaires sont modélisées à un niveau macroscopique. Le problème est formulé sous forme de modèle d'optimisation en identifiant une fonction objective qui prend en compte le nombre de conflits dans l'espace aérien et la surcharge de capacité sur le sol de l'aéroport. contraintes imposées par la réglementation sur les minimums d'espacement entre aéronefs consécutifs dans l'espace aérien et sur la piste; variables de décision liées au temps d'entrée de l'aéronef et à la vitesse d'entrée dans l'espace aérien, au choix de la piste d'atterrissage et de la piste au départ, et au temps de refoulement. Le modèle d'optimisation est résolu en implémentant une approche par fenêtre coulissante et une version adaptée du recuit simulé métaheuristique. L’incertitude est incluse dans les opérations en développant un modèle de simulation et en incluant des variables stochastiques qui représentent les sources d’incertitude les plus importantes lorsqu’on considère les opérations à un niveau macroscopique, telles que le décalage par rapport au temps d’entrée dans l’espace aérien, le décalage par rapport à la durée moyenne écart dans le temps de refoulement. Dans cette thèse, les techniques d'optimisation et de simulation sont combinées en développant deux méthodes visant à améliorer la robustesse et la faisabilité de la solution. La première méthode sert d'outil de validation pour la solution optimisée et améliore la robustesse de la solution en ajustant de manière itérative certains paramètres d'entrée du modèle d'optimisation. La deuxième méthode intègre l'optimisation dans un environnement de simulation en tirant pleinement parti de l'approche de la fenêtre coulissante et en créant une boucle permettant une amélioration continue de la solution optimisée à chaque fenêtre de l'approche de la fenêtre coulissante. Les deux méthodes s'avèrent efficaces en améliorant les performances, en abaissant le nombre total de conflits jusqu'à 23,33% pour la première méthode et jusqu'à 11,2% pour la deuxième méthode. Toutefois, contrairement à la méthode déterministe, les deux méthodes ne sont pas capable de réaliser un scénario sans conflit en raison de l’incertitude. En général, les recherches menées dans cette thèse soulignent que l’incertitude est un facteur qui affecte dans une large mesure la faisabilité d’une solution optimisée lorsqu’elle est appliquée à des instances du monde réel. Elle confirme par ailleurs que l’utilisation de la simulation avec optimisation a le potentiel de idéal avec incertitude. Le cadre développé peut être potentiellement appliqué à des problèmes similaires et différentes méthodes de résolution d'optimisation peuvent y être adaptées.
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02329839
Contributor : Laurence Porte <>
Submitted on : Wednesday, October 23, 2019 - 5:03:34 PM
Last modification on : Thursday, July 23, 2020 - 7:24:02 PM
Document(s) archivé(s) le : Friday, January 24, 2020 - 8:25:01 PM

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  • HAL Id : tel-02329839, version 1

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Paolo Maria Scala. Optimization-Simulation implementations for harmonizing operations at big airports. Optimization and Control [math.OC]. Université Toulouse 3 - Paul Sabatier, 2019. English. ⟨tel-02329839v1⟩

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