Façonner l’avenir de la gestion du trafic aérien en équipe

Pendant que les ingénieurs de LFV travaillaient sur le financement et la collecte de données, les experts IBM Garage du site de Copenhague, au Danemark, ont fait appel à l’équipe de IBM Research et aux développeurs pour la plateforme d’analyse IBM Streams. L’équipe mixte élargie de LFV et IBM a collaboré lors d’un atelier IBM Enterprise Design Thinking. Comme la méthodologie IBM Garage s’appuie sur la conception centrée sur l’utilisateur, LFV a inclus deux contrôleurs aériens qui ont fourni des informations sur des facteurs tels que les limites de l’avion, la charge de carburant et la coopération entre pilotes.

Grâce à une vision et à un plan technique solides, l’équipe était prête à commencer à développer un Advanced Autoplanner (AAP), une solution autonome de contrôle du trafic aérien pilotée par l’IA et financée par l’administration suédoise des transports. Mais la pandémie de COVID-19 a frappé et les pays nordiques sont entrés en période de confinement. La résilience faisant partie l’ADN de la méthodologie agile d’IBM Garage, le projet est néanmoins resté sur la bonne voie. Les membres de l’équipe en Europe et aux États-Unis ont maintenu des réunions, simulations et points téléphoniques d’avancement technique à fréquence régulière en toute flexibilité, ce qui a permis de développer avec succès le premier produit minimum viable (MVP) de la solution AAP.

Les normes aéronautiques exigent le respect de cinq milles nautiques autour de chaque avion en vol à tout moment. Lorsqu’elle a élaboré la solution AAP, l’équipe LFV et IBM Garage a prévu une marge de six milles nautiques. Si les avions se rapprochent plus que cette distance, on parle de « perte de séparation », ce qui peut entraîner une collision quelque temps après. La solution AAP fonctionne en deux phases, car elle gère un secteur aérien spécifique. Tout d’abord, une technologie d’exploration de l’espace 3D basée sur une trame permet de suivre et de prévoir en permanence la position des avions en temps réel. Si l’application détermine qu’un avion va subir une perte de séparation, elle est capable d’exécuter près de 800 scénarios possibles - en une seconde - pour modifier légèrement la trajectoire, la vitesse ou l’altitude de l’avion. La solution AAP examine les conséquences de la trajectoire d’un scénario sur l’ensemble de l’espace aérien du secteur, comme un échiquier en 3D, puis identifie les actions sûres qui éviteront les conflits futurs.

Dans un deuxième temps, la solution utilise une approche basée sur des règles pour classer les actions identifiées dans la première phase, puis envoie la meilleure option au pilote. Le pilote peut exécuter l’instruction ou communiquer que cela n’est pas possible. Par exemple, si l’instruction est d’augmenter l’altitude de l’avion de 1 000 pieds et que le pilote détermine que cela n’est pas possible, l’application fournira alors une instruction alternative, comme celle d’ajuster la trajectoire de cinq degrés à l’est. La solution AAP assure également le suivi jusqu’au moment où l’appareil est en sécurité et peut reprendre son plan de vol initial.

Étonnamment, la pandémie a eu un impact positif sur un aspect essentiel du projet. Étant donné que LFV contrôle à la fois le trafic aérien civil et militaire en Suède, ses données sont hautement sécurisées et donc inaccessibles hors site. Pendant le confinement, l’équipe étendue n’était plus autorisée à entrer sur le site et ne pouvait donc plus accéder aux données nécessaires pour créer le modèle d’IA de la solution AAP. Se retrouvant dans l’obligation de repenser le développement de l’IA, le groupe a décidé de créer un modèle d’IA basé sur l’intégration avec un simulateur de recherche de contrôle du trafic aérien (NARSIM) du NLR (Laboratoire national néerlandais pour l’aviation et l’aérospatiale).

Les spécialistes des données ont créé un modèle d’IA déterministe avec un algorithme personnalisé sur la plateforme d’analyse IBM Streams, puis ont ouvert une connexion entre le simulateur NARSIM et IBM Streams reposant sur IBM Cloud. Ils simulaient le trafic dans l’espace aérien déterminé et, selon les résultats obtenus, ont continué à affiner l’algorithme et à itérer le modèle d’IA. Une base de données IBM Db2 stocke les données de l’application IBM Streams et une base de données IBM Cloudant stocke les instructions de la solution AAP pour le contrôleur aérien et le pilote.

Basée à Norrköping, en Suède, la société LFV (lien externe à ibm.com) fournit des solutions de contrôle du trafic aérien et les services associés pour l’aviation civile et militaire en Suède. Dans des situations normales (avant la pandémie), les contrôleurs aériens de LFV gèrent environ 2 000 avions par jour dans l’espace aérien suédois. LFV emploie 1 100 personnes et réalise un chiffre d’affaires annuel de 3,1 milliards de SEK.