Interactions humain-machine maximisant la sécurité lors de la préparation des missions de drones : cas de la catégorie d'exploitation spécifique

Safety-maximizing human-machine interactions in drone mission preparation : the case of the specific category

• Auteur / Autrice : Balita Heriniaina Rakotonarivo
• Direction : Stéphane Conversy, Nicolas Drougard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche ENAC (Toulouse ; 2019-....) - LII - Laboratoire d'Informatique Interactive
• Jury : Président / Présidente : Valérie Pommier-Budinger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Conversy, Nicolas Drougard, Emmanuel Pietriga, Thierry Duval, Olivier Grisvard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Pietriga, Thierry Duval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autorisations

Drones

Interaction humain-machine

Mots clés libres

Drones

Interaction Humain Machine

Etude de sécurité

Analyse géovisuelle

Uas

Demande d'autorisation

Drones

Human Computer Interaction

Risk Assessment

Geovisual analytics

Uas

Authorization Request

Résumé

Les drones apportent d'importants bienfaits à l'humanité, par exemple en tant que soutiens agiles et efficaces lors de la gestion des situations d'urgence ou de catastrophes naturelles, en permettant des livraisons de matériel médical plus rapides dans les endroits enclavés, ou l'acquisition accélérée de grandes quantités de données utiles pour la science et l'économie. Les aéronefs sans pilote à bord sont plus faciles à déployer, moins chers à construire, à exploiter et à entretenir que ceux de l'aviation conventionnelle. Parmi toutes les applications des drones, celles qui produiront un impact positif important sur la société se feront principalement hors vue du pilote à distance. Cependant, ce mode d'exploitation augmente le niveau de risque associé aux opérations.Avant de pouvoir réaliser les opérations, des études de sécurité devront être réalisées par les exploitants. Puis, ils devront demander une autorisation d’exploitation à une autorité compétente, qui vérifiera et validera le niveau de sécurité envisagé. Ces études de risque sont chronophages et reposent sur une méthodologie complexe appelée Specific Operation Risk Assessment. De plus, il est prévu une augmentation importante du nombre de missions de ce type dans les années à venir, en même temps que le nombre d’exploitations de drones devrait augmenter.Comment alors rendre plus utilisable la réalisation des études de sécurité et la demande d'autorisation d'exploitation des missions de drones, tout en maximisant la sécurité ?Grâce à une revue systématique de la littérature, nous compilons les contributions existantes en matière d'IHM. Nous classifions les interactions selon tâches effectuées, la phase de vol et l'utilisation des représentations cartographiques.Puis les recommandations de conception sont synthétisées. Toutefois, ces interactions sont le plus souvent appliquées pendant la phase d’exécution, et beaucoup moins la phase de préparation qui représente la majeure partie du temps d'une mission et durant laquelle les tâches d'analyse de sécurité et de demande d'autorisation sont réalisées. L'usage des cartes pour représenter l'opération est aussi largement étudié durant la phase d’exécution mais peu durant l'analyse de sécurité. Peu de données de terrain sur le travail réel des opérateurs opérant dans la catégorie d'exploitation spécifique sont disponibles.Nous modélisons donc le processus de demande d'autorisation d'exploitation en catégorie spécifique et produisons des recommandations de design, suite à des entretiens et un questionnaire soumis aux exploitants de drones et aux régulateurs. Ces recommandations se positionnent par rapport à trois axes à soutenir : l'automatisation, l'augmentation et la collaboration.Enfin, sur un cas d'utilisation précis avec un opérateur qui devait réaliser une étude de sécurité et demander une autorisation d'exploitation sur un aérodrome contrôlé, certaines recommandations sont mises en œuvre pour suivre ces processus afin de les outiller. Nous aboutissons alors à une carte interactive et de nouvelles interactions dites orientées sécurité permettant la description davantage effective du concept d'opérations en se basant une analyse géovisuelle des opérations de drones, afin de soutenir leur sécurité.

Drones provide important benefits to humanity, for example, as agile and efficient support during emergency management or natural disasters, enabling faster delivery of medical supplies to remote locations, or accelerated acquisition of large amounts of data useful for science and economics. Unmanned aircraft are easier to deploy and cheaper to build, operate and maintain than conventional aviation aircraft. Of all the applications of drones, those that will produce a significant positive impact on society will be primarily out of sight of the remote pilot. However, this mode of operation increases the level of risk associated with operations.Before operations can be carried out, safety studies will have to be carried out by the operators. Then, they will have to request operating authorization from a competent authority, which will verify and validate the level of safety envisaged. These risk studies are time-consuming and rely on a complex methodology called Specific Operation Risk Assessment. Moreover, the number of missions of this type is expected to increase significantly in the coming years, at the same time as the number of drone operations is expected to increase.How then can we make it more usable to conduct safety studies and apply for authorization to operate drone missions, while maximizing safety?Through a systematic review of the literature, we compile existing contributions in HMI. We classify the interactions according to the tasks performed, the flight phase, and the use of map representations.Collected design recommendations are synthesized. However, these interactions are most often applied during the execution phase and much less during the preparation phase which represents most of the time of a mission and during which the tasks of safety analysis and authorization request are performed. The use of maps to represent the operation is also widely studied during the execution phase but little during the security analysis. Little field data on the actual work of operators operating in the specific operating category is available.Therefore, we model the application process for specific category operations and produce design recommendations, following interviews and a questionnaire submitted to drone operators and regulators. These recommendations are positioned according to three axes to be supported: automation, augmentation, and collaboration.Finally, in a specific use case with an operator who had to perform a safety study and apply for operating authorization on a controlled aerodrome, some recommendations are implemented to follow these processes to tool them. We then end up with an interactive map and new so-called safety-oriented interactions allowing a more effective description of the concept of operations based on a geovisual analysis of drone operations, to support their safety.