Departure and arrival route optimization near large airports
Optimisation des routes de départ et d'arrivée aux approches des grands aéroports
Résumé
The bottleneck of today's airspace is the Terminal Maneuvering Areas (TMA), where aircraft leave their routes to descend to an airport or take off and reach the en-route sector. To avoid congestion in these areas, an efficient design of departure and arrival routes is necessary. In this work, a solution for designing departure and arrival routes is proposed, which takes into account the runway configuration, the surroundings of the airport and operational constraints such as limited slopes or turn angles. The routes consist of two parts: a horizontal path in a graph constructed by sampling the TMA around the runway, to which is associated a cone of altitudes. The set of all routes is optimized by the Simulated Annealing metaheuristic. In the process and at each iteration, each route is computed by defining adequately the cost of the arcs in the graph and then searching a path on it. The costs are chosen so as to avoid zigzag behaviors as much as possible. Several tests were performed, one on an artificial problem designed specifically to test this approach and the three others on instances taken from the literature. The obtained results are satisfying with regard to the current state of air operations management and constraints.
Les TMAs (Terminal Maneuvering Areas) sont aujourd'hui un goulot d'étranglement de l'espace aérien, dans lequel les avions quittent leur phase de croisière pour atterrir à un aéroport, ou au contraire effectuent leur montée pour rejoindre leur route de croisière. Afin d'éviter la congestion de ces zones, il est nécessaire de construire des routes de départ et d'arrivée efficaces. Dans ce travail, une solution pour la création de routes de départ et d'arrivée est proposée, prenant en compte la configuration des pistes, les environs de l'aéroport, ainsi qu'un ensemble de contraintes opérationnelles telles que les angles de montée ou de virages limités. Les routes sont en deux parties : un chemin horizontal construit dans un graphe discrétisant la TMA, auquel est associé un cône d'altitudes. L'ensemble des routes est optimisé à l'aide d'un algorithme de recuit simulé. Dans ce processus, à chaque itération, chaque route est construite en valuant les arcs du graphe, puis en effectuant une recherche de chemin dans celui-ci. Les coûts des arcs sont choisis de manière à éviter autant que possible les phénomènes de zigzag. Plusieurs tests ont été effectués : un sur un cas artificiel créé spécifiquement pour cette approche, et trois autres sur des cas tirés de la littérature. Les résultats obtenus sont satisfaisants au regard de l'état actuel de la gestion du trafic aérien et des contraintes afférentes.
Origine : Version validée par le jury (STAR)