T Poulain

C Kolski

P Millot

Contribution of the prototyping techniques for the ergonomic design of process control synopsis

This paper aims at studying the prototyping notion on one hand, and analysing its contribution to the design and evaluation of industrial process supervision synopsis on the other hand. The state of the art of interface evaluation techniques is presented. The notion of prototyping as a design/evaluation techniques is proposed. We illustrate this study with two applications: ERGO-CONCEPTOR (laboratory application) and ATLAS (industrial application).

Introduction

The design and the evaluation of process control synopsis are actually subjected to a lot of researches, leading to methodologies, techniques, tools and models already operational or currently to being validated. In this domain, a lot of synthesis and classifications exist in the literature. For example, DANIELLOU [START_REF] Daniellou | L'opérateur, la vanne, l'écran : l'ergonomie dans les salles de contrôle. Montrouge, ANACT, collection[END_REF] and MILLOT [START_REF] Millot | Coopération homme-machine : exemple de la téléopération[END_REF] describe global methodologies for Man-Machine System design. HANCOCK & CHIGNELL [START_REF] Hanckock | Intelligent interfaces: Theory, Research and Design[END_REF] and KOLSKI & al. [START_REF] Kolski | A process method for the design of "intelligent" man-machine interfaces: case study: "the Decisional Module of Imagery[END_REF] propose methodologies for intelligent interface design. TABORIN [START_REF] Taborin | Coopération entre opérateur et système d'aide à la décision pour la conduite de procédés continus: application à l'interface opérateur système expert du projet ALLIANCE[END_REF] and MANDIAU & al. [START_REF] Mandiau | A new approach for the cooperation between human(s) and assistance system(s): a system based on intentional states[END_REF] make an inventory of the different types of aid tools in industrial process control rooms. SENACH [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF] [START_REF] Senach | Evaluation de l'ergonomie des interfaces homme-machine[END_REF] and WILSON [START_REF] Wilson | A Framework and a context for ergonomics methodology[END_REF] make an inventory of interface evaluation techniques, and so on.

The aim of our researches is to contribute to the design and evaluation of Man-Machine Interface by using the prototyping notion. This paper is composed of five parts: the first one introduces the context of the domain by presenting the mental and physical activities of the human operator, for whom the control and supervisory tool is realized. The second part focuses on the different models involved in a process of man-machine interface design/evaluation. The third part makes a brief inventory of evaluation techniques issued from the literature. The fourth part of this paper deals with prototyping as a design/evaluation methodology. The last part describes two approaches of prototyping systems, which are currently developped in the LAIH.

Mental activities and physical activities

Before studying and discussing this domain, it is necessary to locate the supervisory task. The supervision activity, according to the models proposed by RASMUSSEN [START_REF] Rasmussen | The human as a system component[END_REF] and NORMAN [START_REF] Norman | Cognitive engineering[END_REF], is made of six steps: perception, interpretation, evaluation, intention, action specification and execution (see figure 1). When a default appears, the operator interpretes and estimates the process state. Then according to the operatory goals, he translates his intentions into a sequence of actions that he performs on the process. NORMAN distinguishes in this interaction two types of variables: the physical variables, corresponding with process variables (temperature, pressure...) and the psychological variables, with which the operator estimates the process states.

During his supervisory task, the operator must first translate the physical variables into psychological variables, with a view to estimate the situation. In a second time, the translation of psychological variables into physical variables allows him to specify the actions to work up. During the process evaluation stage, the operator compares the states of system with the initial goals and intentions. Now the interaction problem is stated in terms of compatibility with the operator model and the system image [START_REF] Scapin | Vers des outils formels de description des tâches orientés conception d'interfaces[END_REF].

This approach shows the importance of the supervisory interface. Indeed, this one must facilitate the correspondence between the psychological and the physical variables on one hand, the stating of associations between physical variables and control mechanisms on the other hand [START_REF] Coutaz | Interfaces homme-machine : un regard critique[END_REF]. So the control and supervisory operator builds a mental model issued from the interface utilization. But the models of the other actors concerned by the evaluation/design process may also influence the mental model described above. This point is debated into the following part.

The models used during the design and the evaluation of interfaces

Our study is based on a statement admitted by most of the researchers: the users develop their own mental model of the system, through the information supports (interfaces, control handbook...). Consequently, a critical problem concerns the design of these information supports.

Therefore, the design step involves various actors: the operators, the process experts, the designers. Each of them have his own mental representations of the process to interface according to his knowledge, his experience and his application domain. Thus NORMAN distinguishes several aspects during the design step: the first one is physical and the two others are mental :

-THE SYSTEM IMAGE: it is issued from the physical structure of the system which has been built, including documentation, man-machine interfaces...

-THE DESIGNER MODEL: this mental model is based on a conceptualization of the system by the designer. This model, realized from a study of the process to interface, requires expertise and an analysis, which take into account operators tasks as well as their requests and their limits.

-THE USER MODEL: this model does not issue from the designer model, but from the way the operator interprets the system image.

The interpretation of mental model of expert by the designer, and the building of the user model through the interface involve possible errors. By this way, the ergonomist can improve the communication between the different actors by developing appropriate tools [START_REF] Scapin | Vers des outils formels de description des tâches orientés conception d'interfaces[END_REF]. Favoured by the technological evolution in data processing, the works leaded by BODKER and GRONBAEK [START_REF] Bodker | Cooperative prototyping: users and designers in mutual activity[END_REF] show the relatively interest of a cooperative, collaborative and participative design, based on common tools.

Furthermore, it is interesting to note that solving a problem (considering the variety of the techniques and the complexity of the means) implies global methods. Those one contribute to proceed efficiently from the problem to the solution definition. Such a method constitutes a methodology according to CALVEZ [START_REF] Calvez | Spécification et conception des systèmes : une méthodologie[END_REF]. In the man-machine interfaces domain, such a methodology will permit on one hand to make designers sensitive to the ergonomic problems, and on the other hand to improve their thought. Therefore, the understanding of the problem and the interfaces definition will be improved. At present, the actors of man-machine interface design/evaluation process can use a set of evaluation methods, briefly reminded below.

Techniques for interface evaluation

Numerous interfaces evaluation techniques currently exist. They are stemed from human engineering, psychology and ergonomics. In his very complete study, SENACH [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF][8] has classified those techniques according to two approaches (figure 2) :

The analytic approach aims at controlling the interface quality, according to a model a priori defined:

-This model may take the informal aspect of a human valuation or of an ergonomic evaluation checklist, like the GILMORE, GERTMAN and BLACKMAN's one [START_REF] Gilmore | User-Computer interface in process control[END_REF], -This model may be materialized by means of methodologies and formal tools : we may distinguish the predictive models, like GOMS and Keytroke [START_REF] Card | The psychologie of humancomputer interaction[END_REF] or the linguistic models like ALG (Action Language Grammar), issued from REISNER's works [START_REF] Reisner | Further developments toward using formal grammar as a design tool[END_REF] and CLG (Command Language Grammar) proposed by MORAN [START_REF] Moran | The command language grammar: a representation for the user interface of interactive computer systems[END_REF]. We may also distinguish the CCT model (Cognitive Complexity Theory) of KIERAS and POLSON [START_REF] Kieras | An approach to the formal analysis of user complexity[END_REF], which aims at formalizing the complexity notion, from the system user's point of view. This list is not exhaustive. Other models can be quoted, like the formal models of the interface quality such as SYNOP [START_REF] Kolski | A rule-based approach for the ergonomic evaluation of man-machine graphic interface[END_REF]. They are interested in measurable properties of the interface and this, in a more technical point of view than the previous models. The SENACH's classification [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF] distinguishes two approaches: (i) a cognitive approach of the interface quality which takes into account the processing realized on the information, (ii) an optimal approach of its quality, which does not consider the semantic aspects and evaluates the interface according to quantitative criteria related to the information presentation. These different models are described by SENACH.

INTE
The empirical approach permits an evaluation of the interface from a selection and an analysis of the behavioral data. Those data are issued from interface utilization by representative operators. SENACH [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF][8] distinguishes two approaches of empirical evaluation :

-The "employment diagnosis": this evaluation is realized when an experience of system using exist. Different techniques allow to diagnose functions or modes of representation, which may be failing, useless, difficult to use, etc. Three examples of techniques illustrate the "employment" diagnosis: the method of the critical incidents, the interviews and the monitoring (consisting in using an observer in the computerized system). According to SENACH [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF], they correspond to different steps of an ergonomical intervention. The information required by man-machine system analysis are defined into levels of details, which are more and more important, -The design tests : this type of evaluation may be used when no experience of system using exist. Some tests are then realized along the whole design process. When no evident criteria of choice exists, the design test method can be used and the empirical data gathering must then permit to hierarchize the initial solutions. Most of the time, this methodology is realized before the prototyping. The latter will be discussed in the next paragraph. We also distinguish the process of "evaluation engineering": the first version of the interface is evaluated with regard to performance goals. Next an analysis of impact finally aims at obtaining an interface version corresponding to the performance objectives.

Prototyping as a design/evaluation method

The appearance of numerous powerful software tools during last few years led to the development of new design/evaluation techniques of man-machine systems. These techniques based on rapid prototyping of man-machine interfaces allowing thereby an iterative design [START_REF] Keyson | Designing the user interface using rapid prototyping[END_REF]. These software tools can be classified according to three categories [START_REF] Coutaz | Architecture et outils pour programmation des systèmes interactifs[END_REF].

-THE TOOL BOXES (Xtoolkit, Dvtools, Aida, Machintosh toolbox...): they correspond with a set of routines which allow the description of the dialogue from Input/Output devices (mouse, keyboard...). This kind of product necessitates a long and tedious learning of their programming techniques.

-THE INTERFACE GENERATORS (Dvdraw, Masaï...): those tools permit a graphical and/or textual description of the interface. But they are not always compatible with the temporal constraints required for the control of some continuous process.

-THE SKELETONS OF APPLICATION: they correspond with a set of configurable applications applied to process control. This approach is often compatible with the temporal constraints met in process control.

SCAPIN [START_REF] Scapin | Vers des outils formels de description des tâches orientés conception d'interfaces[END_REF] shows that some decisions of design result from compromises between several criteria. Therefore, the use of this kind of tools permit to evaluate the various design possibilities. SENACH moreover proposes a theoretical model of design/evaluation (figure 3). This theoretical model points out the data-gathering techniques used to evaluate the choices of design. Those data allow to analyse the defaults and to measure their impact. BEWLEY'S works [START_REF] Bewley | Human factors testing in the design of XEROX'S 8010 "STAR" office workstation[END_REF] (quoted by SENACH [START_REF] Senach | Evaluation ergonomique des interfaces Homme-machine : une revue de la littérature[END_REF]) show that it is imperative to precise correctly the objects and also to define appropriate control tasks so as to realize a good evaluation. Most of the evaluations are conducted in a laboratory context, which do not reproduce the real conditions of use (lack of stress and motivation, different working environment...). The final product must then be validated in an real conditions. The ergonomic problems related to man-machine interface design have leaded a lot of researchers to propose methodologies, like MILLOT [START_REF] Millot | Coopération homme-machine : exemple de la téléopération[END_REF] and TABORIN [START_REF] Taborin | Coopération entre opérateur et système d'aide à la décision pour la conduite de procédés continus: application à l'interface opérateur système expert du projet ALLIANCE[END_REF]. We propose a model of supervision synopsis design based on a methodology developed in the LAIH. The design model is inspired by three prototyping notions: exploratory, experimental and evolutive (this model extend the notions presented by GEIB [START_REF] Geib | Cours de génie logiciel[END_REF]), figure 4 -STEP 1 -The exploratory prototyping: This step consists in describing all the static displays of the synopsis, by means of a process description and a definition of operator's informational needs. This approach permits on one hand to validate the specifications of man-machine interface (number of views, their chaining, their parts...) and on the other hand to define the adequate representation modes. The use of a prototyping tool for this step may contribute to a better communication between the different actors (operators, process experts, designers, ergonomists) and so may improve the specification phase.

-STEP 2 -The experimental prototyping: It is necessary to describe the dynamic aspect of displays and to evaluate them. This evaluation is made in simulated situations. Therefore it needs to generate representative scenarii of process functioning.

-STEP 3 -The evolutive prototyping: As the synopsis is realized (static and dynamic aspects), it is necessary to put it back on a real context. This evaluation permits to verify if the synopsis answers to the needs required by the human supervisory tasks.

The proposed design model is based on a serial of design/evaluation steps. It presents several advantages:

-The establishment of a dialogue between the designers and the users. A lot of experts of man-machine interaction agree that the potential users are disposed to accept a system, if they participate to specification and if some of their suggestions have been taken into account [START_REF] Scapin | La conception ergonomique d'interfaces : problèmes de méthode[END_REF].

-The possibility to evaluate the synopsis at the key points of the design, and therefore to facilitate the early detection of design errors.

-The increasing of the designers though during the specification step. Therefore, they apprehend in the better way the problems related to the interfaces design.

This approach may contribute to a decrease of ergonomic problems related to the interfaces design. Nevertheless, some factors must be considered so as to motivate the designer into taking up such a method [START_REF] Keyson | Designing the user interface using rapid prototyping[END_REF]:

-the easy modification of the prototype contributing therefore to an iterative method of design, -the ease of use which appears after an acceptable learning period, -the realistic simulation of the application, in order to respect the system semantics,

-the possibility to recover a piece of software issued from the prototyping step for the finished product (involving a development cost decrease).

Those four points aim at (i) urging the designers to use the prototyping tool and therefore to involve the final user in the design process, (ii) improving productivity and reducing development and maintenance costs. As SOMMERVILLE [START_REF] Sommerville | Le génie logiciel et ses applications[END_REF] stated, maintenance costs can be two or three times as much as development costs in the case of complex systems. The experience shows that maintenance costs are mainly due to shifts in the definition of the requirements and not to errors. Then this approach related on rapid prototyping ensures a decrease of project costs insofar as it allows better definition of the requirements. Two examples of prototyping techniques are now described.

Two prototyping approaches of Man-Machine Interface design for process control

In order to illustrate this study, this part describes two prototyping approaches about man-machine interface design for industrial process control: ERGO-CONCEPTOR and ATLAS.

The ERGO-CONCEPTOR system

Considering the specific domain of process control, the ERGO-CONCEPTOR system relies on the idea that it is possible to automatically generate graphical views from an exhaustive description of the process. This description is made according to various abstraction levels while taking account of control objectives (in terms of tasks to be achieved by the operators) [28][29]. This system is made up of three modules:

-The first module allows to interactively and hierarchically describe the process while taking account of the operator's prescribed tasks: supervision, default detection, evaluation of situation, decision making and action. This module generates a descriptive database of the application.

-The second module analyses the database content according to ergonomic criteria. A set of interface specifications is generated.

-The third module is a graphical editor. The designer can ask for an automatic generation of the representation modes directly on the screen. A set of graphical functions allows him to modify the displays.

The figure 5 describes the global design process implemented in ERGO-CONCEPTOR. The result is a database of control displays. Three interfaces are used: (i) a "description" interface permits to describe the process characteristics. Different sets of variables are created according to the control operators needs, (ii) an "ergonomist" interface is used to update the ergonomic knowledge bases, (iii) the third interface allows the designer to create the displays. In addition to its utilization by the different actors of the design process, the interest of this system consists in an automation of several design and realization steps. ERGO-CONCEPTOR proposes to the designer several ergonomical representation modes adapted to the control tasks. The synopsis, issued from ERGO-CONCEPTOR, must be validated by the operators. This system is being validated on several simulated industrial process [START_REF] Moussa | A formal methodology for ergonomic design of Man-Machine interfaces[END_REF].

Set of specifications

The ATLAS system

The atlas system is issued from a collaboration between CSEE, 3IP * and the LAIH. The aim of this project is to realize a computer aided software engineering workbench, easing the supervision synopsis specifications on one hand and their realization on the other hand.

The temporal constraints, required by the supervision of industrial process, result in the following configuration: a target machine in which data processing tasks used for the supervision are implemented, and a development machine with which the designer specifies his application (figure 6).

The chaining of the different data processing tasks in the target machine is sequential and their function are specific: -Acquisition and filtering: gathering process data on one hand and validating their measures on the other hand, -Logical processing: defining the different logical states of the process (for instance : a valve is opened, a pump yield...), -Animation processing: making a link between the logical states and the animation states (for example: the valve is opened, therefore his background color is red...),

-Animation: modifying the image on the control process screen.

The development machine must permit the designer to specify and to realize his application. Therefore it is composed of different modules described further: a graphical editor, a configurator and a scenarii editor

The graphical editor sustains two functions: the process description and the synopsis description. The process description is based on a systemic analysis method, described by FADIER [START_REF] Fadier | Fadier "Fiabilité humaine : méthodes d'analyses et domaines d'application[END_REF] : the "Diagram-Block" method. It consists in graphically describing the system and its different components, proceeding from the global system downto the elementary components by successive refinements. This method provides a good description of the process and facilitates the dialogue between the different actors. The synopsis description permits to determine the number of views composing the synopsis, their chaining as well as their informational contents (sub-systems to supervise, specific variables...). Process and synopsis databases are created, which are used by the display generation module to realize the static displays of the synopsis.

Thanks to the configurator, and with the displays created before, the designer specifies the dynamic behaviors of his application, by describing the logical and animation equations of the image components. In case of an animation symbolizes a transferring substance (for instance: a hydraulic circuit), a propagation network is automatically built by interpretation of the graphical displays databases.

So as to estimate the synopsis in simulated situations, the scenarii editor allows to generate representative scenarii of the process running. The process is simulated but not modelled because the process modelling requires specific knowledge (for instance qualitative physics), that the designer does not have.

As the set of specifications has been realized, the software interfaces permit the transmission of useful data to the target machine. We can note that during the evaluation in simulated situation, the development machine transmits the process data to the target machine through the simulator. The advantage of this system is that it proposes a method of specification/design based on the design model presented in the latter paragraph. Therefore the main constraint of the workbench of synopsis creation that it has to be convivial and easy to use. Thus during the exploratory prototyping phase, the designer graphically specifies his synopsis. After a dialogue between experts, ergonomists and users, the designer may modify the specifications. An experimental prototyping, which aims at verifying the dynamic behavior of images, is then realized with the configurator and editor of scenarii. New estimations are then done. The set of informations issued from these two first steps is then directly used in the third step of evolutive prototyping.

Conclusion

Our purpose is to facilitate the design and evaluation of man-machine interfaces, which are to be used in the industrial process control context, by means of prototyping techniques.

After a presentation of the design problem, a conceptual model has been proposed, it is composed of three steps involving prototyping techniques: an exploratory prototyping, an experimental prototyping and an evolutive prototyping. This paradigm has now to be validated.

We are therefore working on two approaches which use such techniques. The first one has been formalized into a system called ERGO-CONCEPTOR which can be used by some actors of the design process. This system is being validated in our laboratory. The second approach aims at building a computer aided software engineering workbench for industrial synopsis design. This system is currently being specified.

Figure 1 :

 1 Figure 1: Mental and physical activities of the human operators involved in a control supervisory task.

Figure 2 :

 2 Figure 2: Classification of the methods of man-machine interface evaluation.

Figure 3 :

 3 Figure 3: Evaluation steps to consider in the design process

Figure 4 :

 4 Figure 4: Model of supervision synopsis design

Figure 5 :

 5 Figure 5: process following by ERGO-CONCEPTOR tool

*

  Société pour l'Innovation l'Informatique Industrielle et la Productique, 104 rue Castagnary -Paris -Tél : 16.1.48.56.23.44.

Figure 6 :

 6 Figure 6: General structure of ATLAS.

RFACE EVALUATION ANAL YT IC APPROACH E MPIRICAL APPROACH Informa l Appro aches Fo rmal mo dels "emp lo yment" diag nosis Desig n tests

	Ex pert	Ev alu ation check list	critical incidents	Interv iews	Mon itoring	Selectio n of cho ices	Iterativ e evaluation
						Prototyp in g	Ev alu ation eng in eering

  .

			Validated static syn opsis	Dynamic sy nop sis validated in simulatio n	Operation al syn opsis
	Process
	descriptio n
		EXPLOR ATORY	EXPERIMENTAL	EVOLUTIVE
	Informational	PR OTOTYPING	PR OTOTYPING	PR OTOTYPING
	need s
		Step 1	Step 2		Step 3


Faouzi Moussa

Christophe Kolski

Vers une Formalisation d'une Démarche de Conception de Synoptiques Industriels, Application au système ERGO-CONCEPTOR

Keywords: conception ergonomique, interface homme-machine, contrôle de procédé ergonomic design, man-machine interface, process control

Cet article décrit une démarche de conception de synoptiques industriels que nous formalisons actuellement sous la forme d'un système informatique appelé ERGO-CONCEPTOR. Ce système est constitué de trois modules principaux. Le premier module permet la description du procédé à partir des résultats issus de l'étape d'analyse du système homme-machine. Le second module est capable de générer des spécifications d'interface. Enfin, le troisième module a pour but la génération interactive des vues graphiques à partir des spécifications.

INTRODUCTION

La conception des synoptiques industriels pour la supervision et le contrôle de procédés complexes pose des problèmes méthodologiques et ergonomiques importants [START_REF] Rasmussen | Information processing and Human-Machine Interaction, an approach to cognitive engineering[END_REF][START_REF] Millot | Supervision des procédés automatisés et ergonomie[END_REF][START_REF] Millot | Coopération Homme-Machine : Exemple de la téléopération[END_REF][START_REF] Kolski | Contribution à l'ergonomie de conception des interfaces graphiques Homme-Machine dans les procédés industriels, application au système expert SYNOP[END_REF]. Pourtant, un certain nombre d'outils, permettant de faciliter et d'améliorer la conception d'interfaces, existent. Cependant, une des limites de ces outils est qu'ils s'intéressent uniquement à un aspect particulier de la conception (Coutaz, 1990). De plus, l'utilisation de ces outils n'est pas toujours facile pour des concepteurs ayant peu de connaissances en ergonomie et/ou en informatique.

Il est donc indispensable de replacer ces besoins en ergonomie vis à vis des différentes étapes de la conception et d'établir les liens entre les différents niveaux d'analyse [START_REF] Scapin | La conception ergonomique d'interfaces : problèmes de méthodes[END_REF]. Il est aussi nécessaire de tendre vers des concepts clairs, applicables dans le cadre des processus d'évaluation et de conception d'interfaces.

L'objectif de nos travaux est de tendre vers une formalisation de la tâche de conception d'interfaces ergonomiques graphiques homme-machine pour le contrôle de procédé industriel. Après la description de la démarche de conception d'interfaces que nous visons à mettre en place, nous présentons les principes suivis par un générateur d'interfaces ergonomiques à haut niveau d'abstraction appelé ERGO-CONCEPTOR.

Ainsi, la présentation générale de la première étape de la démarche de conception suivie par ERGO-CONCEPTOR, à savoir la description d'un procédé, sera résumée. Cette description doit intégrer les résultats issus de l'analyse des tâches humaines, à savoir les besoins informationnels des opérateurs. A ce niveau, la spécification de l'interface devient possible. La manière dont elle est mise en oeuvre dans l'outil ERGO-CONCEPTOR sera présentée. Enfin, la génération des vues graphiques est réalisée sur la base des spécifications formelles de l'interface à concevoir. Ce point fait l'objet de la dernière partie de cet article.

I. PRESENTATION GENERALE DE LA DEMARCHE DE CONCEPTION ERGONOMIQUE DE SYNOPTIQUES INDUSTRIELS

La démarche qui fait l'objet de cette première partie correspond, dans le cadre restrictif de la conception des interfaces, à l'étape descendante de conception de système Homme-Machine de la méthodologie définie par P. Millot (pour de plus amples détails le lecteur se référera à [START_REF] Millot | Coopération Homme-Machine : Exemple de la téléopération[END_REF]ou Millot, Roussillon, 1991). La démarche que nous mettons en oeuvre a pour objectif de fournir, à partir d'une part des caractéristiques techniques d'un procédé et de ses objectifs, et d'autre part des résultats issus de l'analyse de la tâche, un cahier des charges de spécification, incluant des facteurs ergonomiques, utiles à la génération des vues graphiques. Cette démarche est constituée principalement de deux phases (figure 1) : une première phase d'analyse du système homme-machine, suivie d'une seconde phase visant la réalisation effective des interfaces homme-machine.

-la première phase : à ce niveau un travail préliminaire est nécessaire. Ce travail consiste à construire un cahier des charges contenant les données du procédé, les besoins informationnels des opérateurs ainsi que les objectifs de contrôle et de commande. En réalité, la réalisation de la documentation technique du procédé est un travail indispensable pour la conception de n'importe quel système. Dans le contexte où se place notre travail, la conception des interfaces graphiques suppose bien évidemment que le procédé physique soit bel et bien existant ou du moins que l'analyse de celui-ci ait déjà été réalisée. Cette analyse est effectuée la plupart du temps au moyen d'une des nombreuses techniques existantes permettant de décrire la structure du procédé, son fonctionnement normal ainsi que ses fonctionnements anormaux et ce avec des degrés de complexité et de précision plus au moins différents suivant les objectifs escomptés de cette analyse. Citons à ce propos que des outils tels que SADT, SASD, Graphe de Fluence, AMD, AMDEC, etc, existent et que leur utilisation par les concepteurs est désormais courante.

En outre, pour compléter ce cahier des charges technique du système, une étape d'analyse des tâches humaines s'est révélée durant ces dernières années de plus en plus nécessaire sinon primordiale pour la réussite du projet de conception des interfaces graphiques homme-machine [START_REF] Rasmussen | Information processing and Human-Machine Interaction, an approach to cognitive engineering[END_REF][START_REF] Hollnagel | Performance Improvement trough cognitive task analysis[END_REF]. Seulement, si les méthodes et outils d'analyse systémique peuvent être considérés comme étant suffisamment formalisés et fiables, les travaux dans le domaine de l'analyse de tâche et en particulier les outils de formalisation de la tâche représentent un courant de recherche assez récent, en évolution rapide et permanente et encore en attente de résultats formels et définitifs. Toutefois, les lignes directrices de certains travaux de formalisation de la tâche commencent à donner des résultats prometteurs. En suivant minutieusement les enseignements et directives donnés dans ce domaine, on peut faire ressortir à partir de l'analyse de la tâche, un certain nombre d'informations appelées besoins informationnels des opérateurs qu'il faut considérer directement durant la phase de conception des interfaces graphiques.

En regard de ces deux étapes, qui peuvent se recouper, une source d'informations supplémentaires peut être déduite. Il s'agit des objectifs de contrôle et de commande qui représentent une dimension de description supplémentaire à expliciter, afin de se rapprocher du rôle particulier que l'opérateur aura à accomplir pour répondre aux objectifs fixés par les ingénieurs du procédé. Ainsi, dans cette étape seront précisés, par exemple, les sous-systèmes du procédé à contrôler, les consignes de sécurité et de production assignées à chacun des soussystèmes, les différents types de personnes ayant à intervenir dans des contextes de fonctionnement particuliers (alarme de fort degré de gravité par exemple) ainsi que les changements à apporter à l'information (variation des niveaux de détails des informations présentées et de ses représentations graphiques par exemple) dans chacun de ces contextes, etc. L'ensemble des résultats issus de cette phase d'analyse constitue une base de données exploitée dans la phase suivante (figure 1).

Figure 1 : Démarche de conception ergonomique d'interfaces Homme-Machine (Moussa et Kolski, 1991) la deuxième phase : un des objectifs de notre recherche est d'aboutir à un outil formel permettant, à partir des données issues de la première phase, de générer les spécifications des vues graphiques nécessaires au contrôle des différents sous-systèmes du procédé. Ces spécifications doivent intégrer -en plus des données du procédé, des besoins informationnels des opérateurs et des objectifs de contrôle et de commande-, des critères ergonomiques de différents niveau d'abstraction intervenant au niveau de la construction des spécifications des vues graphiques et permettant ainsi d'aboutir à des vues graphiques répondant à priori à un ensemble de critères ergonomiques de base. Pour ce faire, trois étapes sont mise en oeuvre :

-La première étape consiste à décrire le procédé sur les plans fonctionnel (variables décrivant le fonctionnement d'un sous-système, variables décrivant les interactions entre sous-systèmes ...) et structurel (squelette du procédé, interconnexion des sous-systèmes ...) afin d'arriver à un premier niveau de connaissances nécessaires à la spécification de l'interface. Cette description suit une méthodologie de description de procédés orientée vers les besoins informationnels des opérateurs et les objectifs de contrôle et de commande.

-Exploitant les résultats issus des étapes précédentes, la deuxième étape est consacrée à la spécification de l'interface. A cet effet, les besoins informationnels sont répartis en vues, les vues sont structurées en zones et les zones sont composées d'entités informationnelles. A ce niveau, une base de connaissances ergonomiques est utilisée pour le choix des attributs graphiques, des modes de représentation, des entités informationnelles et des structures des vues adéquates. A la fin de cette étape un cahier des charges informatisé des spécifications est généré.

-La troisième étape s'intéresse à la création des vues graphiques. Pour ce faire, le concepteur se sert d'un éditeur graphique et du cahier des charges informatisé généré lors de l'étape précédente. Le concepteur doit pouvoir visualiser les résultats issus de l'étape de spécification, les valider entièrement, les valider partiellement en introduisant quelques modifications ou les rejeter et, par conséquent, se servir des primitives graphiques de base de l'éditeur pour réaliser, à son gré, les vues qu'il souhaite obtenir.

Cette deuxième phase est actuellement formalisée sous la forme d'un atelier logiciel appelé ERGO-CONCEPTOR présenté maintenant.

II. LE SYSTEME ERGO-CONCEPTOR

Nous développons actuellement un système visant la conception de synoptiques industriels [START_REF] Moussa | A formal methodology for ergonomic design of manmachine interfaces[END_REF]Kolski et Moussa, 1991). Ce système, appelé ERGO-CONCEPTOR, se compose de trois modules interconnectés, figure 2 : -Le premier module sert à décrire un procédé selon la méthodologie de description de procédés présentée dans la suite de l'article. Ainsi, ce module permet particulièrement la gestion des variables, des groupements fonctionnels simples (GFS), des groupements fonctionnels composés (GFC) et du réseau d'influence entre les différentes variables ou sous-systèmes, à l'aide de l'interface "utilisateur". Cette description doit être guidée par les besoins informationnels des opérateurs.

-Le second module permet la génération automatique, à partir des résultats issus du module précédent, d'un fichier de spécifications d'interface en exploitant des connaissances ergonomiques stockées dans une base de connaissances à l'aide de l'interface "ergonome".

-Enfin, le dernier module assure la génération des vues graphiques et ce en proposant au concepteur une interface avec le système, lui permettant de créer ses vues. Le premier éditeur peut être dit "intelligent" du fait qu'il exploite les spécifications déduites du module précédent. L'interface assure toutefois au concepteur des degrés de liberté lui permettant d'intervenir au niveau le plus bas de la conception des vues, à l'aide de fonctions d'édition graphique "classiques".

III. LE MODULE DE DESCRIPTION D'UN PROCEDE

Une méthode de description d'un procédé automatisé a été proposée par Moussa et Kolski (1991). Les concepts de base sur lesquels s'appuie cette méthodologie pour décrire le procédé sont les suivants :

• Le Groupement Fonctionnel Simple (GFS) : C'est un sous-système indécomposable qui se présente comme étant un ensemble de variables reflétant à tout moment son état. Il permet de contrôler une fonction indécomposable. Les ressources d'un GFS sont les variables qui le composent, dites variables intrinsèques. Les liaisons entre les différents sous-systèmes sont décrites par des liens d'entrées-sorties. Les informations véhiculées par les entrées et les sorties d'un GFS sont représentées par des variables dites de communication.

• Le Groupement Fonctionnel Composé (GFC) : Il s'agit d'un regroupement de sous-systèmes qui forme un sous-système de plus haut niveau. Les éléments d'un GFC, qui peuvent être des GFS et/ou des GFC, représentent des ressources de ce groupement fonctionnel dont le but est de contrôler une macro-fonction. Les variables intrinsèques qui représentent un GFC sont théoriquement les variables intrinsèques de tous les GF qui le composent auxquelles s'ajoutent les variables de communication entre ces GF. Les variables de communication d'un GFC sont déduites à partir des variables de communication entre les GF qui le composent et les GF extérieurs et/ou l'environnement sous lequel est soumis le procédé. Cependant, pour éviter d'avoir une quantité d'informations très importante au niveau le plus haut qui représente tout le procédé, il convient de faire une sélection des variables significatives qui reflètent une image synthétique du GFC, chaque fois qu'on remonte d'un niveau dans la hiérarchie. Dans la figure 3, la variable C2 est considérée comme une variable de communication pour les sous-systèmes GFS1 et GFS3 et comme variable intrinsèque pour le groupement fonctionnel GFC1. Par contre, la variable C3 est une variable de communication aussi bien pour GFS3 et GFS2 que pour GFC1 et GFC2. Ainsi, les descriptions structurelle et fonctionnelle du procédé sont achevées. Il importe maintenant de décrire le système en terme de hiérarchie d'abstraction "moyens-objectifs". A un niveau d'abstraction N i , les objectifs d'un sous-système S i donné peuvent être atteints en agissant sur les sous-systèmes de niveau N i-1 qui le composent. Au niveau d'abstraction N i+1, ce soussystème S i est vu comme étant un moyen ou une ressource servant à réaliser les objectifs du sous-système S i+1 qui l'englobe. En conclusion, la description d'un procédé s'effectue selon trois axes complémentaires apportant chacun une description de nature différente. L'ensemble de ces trois types de description permet d'avoir une idée suffisamment précise pour déduire des spécifications de l'interface à réaliser. La mise en oeuvre informatique de la méthodologie de description d'un procédé automatisé est accomplie par quatre sous-modules permettant respectivement la gestion des variables, des GFS, des GFC et du réseau de causalité (compilation). La figure 4 présente l'arborescence indiquant l'enchaînement des différents menus que peut rencontrer l'utilisateur du système au cours de la phase de description du procédé. Chacune des fonctions est décrite précisément par [START_REF] Moussa | Contribution à la conception ergonomique des interfaces de supervision dans les procédés industriels : application au système ERGO-CONCEPTOR[END_REF].

ERGO-CONCEPTOR

Application Compilation

IV. LE MODULE DE GENERATION DES SPECIFICATIONS

Le système Ergo-Conceptor fait appel à une technique originale pour la spécification des vues graphiques. En effet, sur la base des données décrivant le procédé à représenter et à l'aide de connaissance ergonomiques relatives à la présentation de l'information à l'écran, Ergo-Conceptor va bâtir les spécifications de la bibliothèque de vues graphiques nécessaires au contrôle-commande du procédé en question. Ce module comprend les trois sous-modules suivants : un sous-module d'extraction de données, un moteur d'inférence et un sous-module de création de spécifications (figure 2). Ceux-ci sont décrits successivement ci-dessous.

Le sous-module d'extraction de données permet d'extraire, de la base de données procédé, les informations nécessaires à présenter. Il constitue une interface entre le module de définition des besoins informationnels et le module de création de spécifications. Au moyen de procédures qu'il offre, il permet d'extraire les sous-systèmes à représenter, leurs entrées-sorties, les variables intrinsèques et de communication concernées et les liens d'influences entre elles (réseau de causalité). Toutes les données sont stockées sous forme de listes représentant la base des faits du système expert d'ergonomie de présentation d'information à l'écran.

La formalisation des connaissances ergonomiques consiste en l'énoncé de règles de présentation graphique d'informations et de structuration de vues et en la formalisation de ceuxci en règles de production. Leur formalisme est du type : Si Condition Alors Conclusion. Ces règles de production sont exploitées par un moteur d'inférence fonctionnant en chaînage avant. Le mécanisme de traitement des connaissances est basé sur la séquence désormais classique : définition de l'ensemble des règles applicables, choix d'une règle à appliquer, inférence de la règle et mise à jour. La définition de l'ensemble des règles applicables est obtenue en vérifiant, successivement pour chaque règle de la base, si la condition exprimée dans le membre gauche de la règle est satisfaite. L'inférence de la règle permet d'en déduire que la conclusion exprimée dans le membre droit est satisfaite et de mettre à jour la mémoire de travail. Ce moteur d'inférence est exploité par le sous-module de création des spécifications. La base de connaissances ergonomiques contient environ une soixantaine de règles dont des exemples sont donnés dans [START_REF] Moussa | Contribution à la conception ergonomique des interfaces de supervision dans les procédés industriels : application au système ERGO-CONCEPTOR[END_REF]. Le sous-module de création des spécifications permet de générer le fichier de spécifications tout en respectant une syntaxe détaillée en annexe A. Cette syntaxe présente deux avantages :

-définir à priori l'ensemble des entités manipulées, en allant du plus simple (attributs graphiques : couleur, taille, police de cractères ...), au plus complexe (type de vue, structure de vue, mode de représentation, etc).

-assurer l'indépendance entre le module de description du procédé et l'éditeur graphique qui pourrait être modifié ou remplacé. En effet, le recours à une syntaxe permet d'éviter tous problèmes d'incohérence entre la structure informatique des données traitées par le générateur de spécification et le format "particulier" des données traitées par un éditeur graphique quelconque.

Le contenu du fichier de spécification décrit pour chaque vue : son type (supervision, commande...), le sous-système concerné, les zones qu'elle englobe (définition structurelle) et le contenu de chaque zone (entités informationnelles). Pour ce faire, ce module fait appel au moteur d'inférence pour exploiter les connaissances ergonomiques stockées dans une base de connaissances. De nombreux exemples issus de cette base sont visibles dans (Moussa,92) . Ces connaissances concernent la structuration des vues, le choix des attributs graphiques (couleurs, polices de caractères ...) et des modes de représentation (étoile, barre-graphe ...). Le type de connaissance ergonomique est inféré suivant le niveau d'abstraction du processus de construction des vues. Le fichier de spécification est exploité directement par le module de dénération des vues graphiques.

V. LE MODULE DE GENERATION DES VUES GRAPHIQUES

A partir du fichier de spécifications des vues graphiques, qui est issu du module précédent, ce module se charge de proposer au concepteur une interface permettant la génération des vues graphiques. La mise en oeuvre de cette interface se base sur les trois axes suivants, figure 2 : -Analyse du fichier de spécifications pour en déduire l'ensemble des informations nécessaires à la réalisation des vues. Cette analyse repose sur la syntaxe qui a été définie dans le module précédent.

-Utilisation par le concepteur d'un éditeur graphique "intelligent" qui exploite l'ensemble des informations décrivant la structure et les fonctionnalités des vues. Pour cela il propose au concepteur, sous forme de texte, les spécifications nécessaires pour l'aider à générer ses vues. Il exploite également des routines graphiques élémentaires pour générer les vues graphiques de contrôle du procédé.

-Proposition au concepteur de fonction d'édition graphique "classiques" qui assure une fonction double : (i) d'une part ses routines graphiques, telles que le dessin d'un rectangle, d'un cercle, l'édition d'un texte etc..., servent comme entrées sous forme d'objets graphiques pour l'éditeur "intelligent", (ii) d'autre part, cet éditeur assure un degré de liberté important au concepteur des vues. Ce dernier peut ne pas suivre toutes les propositions de l'éditeur "intelligent". Il a la possibilité de modifier à tout moment une partie de la vue générée automatiquement par l'éditeur "intelligent", voire se passer complètement de celui-ci pour créer une vue à sa guise.

Ainsi, ces trois axes forment trois sous-modules complémentaires qui constituent une interface "intelligente" utilisée par le concepteur des vues. A partir du fichier de spécification des vues et de sa syntaxe prédéfinie, le sous-module d'exploitation des spécifications de l'interface a pour objectif de dégager les informations nécessaires pour la génération des vues graphiques. A cet effet, une analyse du fichier, généré par le second module de l'outil ERGO-CONCEPTOR, est effectuée. En se basant sur la syntaxe du fichier, cette analyse aboutit à un ensemble de listes LISP contenant les spécifications informationnelles et structurelles des vues à concevoir.

En ce qui concerne les spécifications informationnelles, Il s'agit d'extraire les listes suivantes : (i) la liste des sous-systèmes comportant les noms de tous les groupements fonctionnels simples (GFS) et composés (GFC) qui ont été définis dans le module de description du procédé; (ii) pour chacun des sous-systèmes, extraire une liste comportant tous les types de vues possibles et une autre contenant toutes les variables, en veillant à différencier les variables intrinsèques des variables de communication; (iii) pour chaque type de vue, extraire une liste comportant les différents modes de représentation de l'état du sous-système; (iv) pour chaque mode de représentation, extraire une liste contenant les variables du sous-système qu'il est conseillé d'afficher pour un mode donné; (v) pour chacune des variables du sous-système, extraire une liste comportant tous ses liens d'influence avec les autres variables du même GF et une autre contenant ses liens d'influence avec les variables des autres GF. En ce qui concerne les spécifications structurelles, il s'agit d'extraire les listes suivantes : (i) pour chaque type de vue, extraire une liste contenant les différentes zones; (ii) pour chaque zone, extraire une liste comportant toutes les entités; (iii) pour chaque mode de représentation, extraire une liste contenant ses différents éléments graphiques.

Ainsi, les spécifications informationnelles et structurelles de l'interface sont déduites. Elles vont être exploitées par l'éditeur "intelligent" pour la génération "automatique" des vues.

Le concepteur a accès à des fonctions d'édition graphique "classique". Celles-ci permettent au concepteur d'effectuer des modifications à sa guise sur ce qui est généré automatiquement par l'outil. D'autre part, elles sont exploitées par l'éditeur graphique "intelligent". De plus, elles permettent la création des dessins de fond de plan présentant les différentes entités du synoptique du procédé. L'éditeur graphique "intelligent" utilise les spécifications informationnelles et structurelles des vues d'une part et les fonctions d'édition graphique "classiques" d'autre part. Ce sous-module se compose de deux parties complémentaires : (i) la première partie traite les informations concernant les attributs graphiques des entités à générer. (ii) la seconde partie concerne le traitement de la structure de la vue.

La figure 5 donne un exemple de génération d'un mode graphique "étoile" à partir des spécifications d'interfaces. Les variables visibles sur la figure ont été sélectionnées par le concepteur parmi la liste de variables proposée par ERGO-CONCEPTOR. Autour de la vue "étoile" en cours de création, on peut distinguer l'éditeur graphique "intelligent". Sur le haut de l'écran apparaissent les menus offrant au concepteur l'accès aux spécifications d'interfaces. Sur chacun des côtés (gauche et droit) de l'éditeur sont proposées des fonctions graphiques "classiques" permettant au concepteur de retoucher les vues à sa convenance.

CONCLUSION

Cet article a été consacré à la description de l'outil ERGO-CONCEPTOR. Il propose d'abord une interface à son utilisateur pour la description du procédé. Ainsi, la base de données "procédé" est créée. Parallèlement, une interface est proposée à l'ergonome du système pour saisir les connaissances ergonomiques. La base de connaissances ergonomiques est ainsi créée. Ces connaissances seront utilisées pour présenter des conseils textuels au concepteur des vues lors de sa tâche de création graphique. L'étape suivante concerne la génération des spécifications. Il s'agit donc d'une intégration des données décrivant le procédé, des besoins informationnels des opérateurs et des connaissances ergonomiques, qui seront exploitées par le moteur d'inférence. Un ensemble de spécifications des vues à générer est donc déduit. Afin de formaliser cet ensemble de données, une syntaxe a été introduite et respectée par la fonction de création du fichier de spécifications. Ainsi, l'ensemble des informations nécessaires à la réalisation des vues est extrait. L'étape suivante consiste en la génération la génération des vues graphiques de contrôle du procédé. Une décomposition de cette étape en trois sous-modules complémentaires a été effectuée. Le premier sous module se charge de l'analyse du fichier de spécification défini précédemment, pour aboutir à un ensemble de listes LISP contenant les informations nécessaires à la génération des vues. Le second sous-module est constitué de fonctions d'édition graphiques "classiques" permettant d'offrir certains degrés de liberté au concepteur pendant la création des vues. Enfin, le troisième sous-module présente au concepteur un éditeur graphique "intelligent" qui intègre toutes les données relatives au "procédé" et les connaissances ergonomiques préalablement définies. A ce niveau, les vues graphiques sont générées. Il convient donc de les sauvegarder dans une base de données "vues". Afin de valider techniquement cette démarche, une première application en laboratoire de l'outil ERGO-CONCEPTOR a été menée sur un procédé de type centrale nucléaire à partir d'une description technique d'un tel procédé trouvée dans (Bebin, 1984). La démarche suivie par cet outil, présentée dans cet article, a donc été appliquée sur ce procédé, depuis sa description jusqu'à la génération de ses vues graphiques. Ainsi, nous sommes partis de l'hypothèse qu'une analyse des tâches humaines avait été réalisée au préalable sur le système homme-macbine. Puis, la méthodologie de description du procédé a été utilisée pour construire la base de données "procédé" à l'aide du premier module, et ceci en faisant appel à une description selon les trois axes structurel, fonctionnel et par hiérarchie d'abstraction moyen/objectif présentés précédemment. A l'aide du second module, des spécifications d'interface ont été automatiquement générées à partir de la description du procédé, et ceci à l'aide des connaissances ergonomiques relatives aux modes de présentation centralisées dans la base du système ERGO-CONCEPTOR. Ces spécifications ont ensuite été exploitées directement par un concepteur (en thèse au laboratoire) pour ensuite générer interactivement à l'aide du troisième module 55 vues de contrôle dont un exemple de vue étoile est donné en figure 5. Cette validation technique du système ERGO-CONCEPTOR fera l'objet d'articles spécifiques. Bien entendu, il s'agira ensuite de valider le système sur des cas industriels réels. Bebin J. , 1984. Techniques de l'Ingénieur. Génie Nucléaire. Edition N°1063, Mai 1984. Coutaz J. , 1990. Interface Homme-Ordinateur : Conception et Réalisation. Dunod, Paris, 1990.

BIBLIOGRAPHIE

Figure 2 :

 2 Figure 2 : Architecture informatique du système ERGO-CONCEPTOR

•

  Figure 3 : Groupements Fonctionnels• Le réseau de causalité : suite à la description structurelle (présentée ci-dessus) du procédé, le troisième concept de base est la description fonctionnelle de celui-ci. Cette dernière est réalisée à partir de la représentation des interactions entre les différentes variables d'un sous-système par des liens d'influence regroupés sous forme d'un réseau de causalité. Ces liens servent à décrire l'impact d'une perturbation affectant une variable d'un groupement fonctionnel sur le reste du système. En effet, lors du fonctionnement du procédé, le changement physique d'un composant a des conséquences fonctionnelles qui se propagent à travers le niveau de détail de la description.

  Figure 4 : L'enchaînement des pages-écrans du module de description du procédé

Figure 5 :

 5 Figure 5 : Exemple de mode graphique généré à l'aide du troisième module


Flecheau Evan
email: evan.flecheau@outlook.fr

Lemarchand Laurent
email: laurent.lemarchand@univ-brest.fr

Dezan Catherine

Multi-objective optimization at the EDge for Online and Real-time self-Adaptation of Autonomous vehicles

I. INTRODUCTION

Autonomous vehicles are well-known for automatized tasks that are difficult or dangerous to be performed by humans. However, the environments in which those autonomous vehicles are evolving are generally dynamic environments that are hardly predictable. Thus, the challenge is for these to be following a predefined mission while adapting to their shifting environment in real time as efficiently as possible. Their mission often implies path planning problems, where self-adaptation of terrain modifications is required to finish a mission; and optimization of contradictory objectives, such as safety, risk assessment, travelling time or distance, consumed energy, etc. We choose to focus on supervision/monitoring missions (covering area with a lidar, with pictures, searching, etc) with two objectives : travelled distance (that could later be modeled into time or energy consumption) and covered area. We propose a multi-objective optimization (MOO) framework for a self adaptation of autonomous vehicles, with an offline/online approach, in order to solve covering/monitoring missions of autonomous vehicles. The offline process will predict a path that the autonomous vehicle will be initialized with, and the online process will be useful for the dynamic path replanning when obstacles will be detected. Our results show the interest to pre-compute routes offline. Such an approach has already been introduced and promises to be effective. For instance, Hu et al. [START_REF] Hu | Colregs-compliant path planning for autonomous surface vehicles: A multiobjective optimization approach**the authors should like to thank innovate uk, grant reference, tsb 102308, for the funding of this project[END_REF] applied this strategy to another MOO and real-time path planning problem for Autonomous Surface Vehicles (AV). MOO approaches contrast with single objective ones as Niu et al. [START_REF] Niu | An energyefficient path planning algorithm for unmanned surface vehicles[END_REF]. They focused on a path planning approach aiming at improving the endurance of an USV by optimizing its energy consumption. In [START_REF] Zhang | Path planning of usv based on improved hybrid genetic algorithm[END_REF], Zhang et al. also deal with USV path planning, proposing an hybrid genetic algorithm.

II. APPROACH

In our model, the autonomous vehicle (AV) will be conducting the covering/monitoring missions in simulated maps of ports, represented as connected graphs. Obstacle detection is possible due to the simulated on-board lidar, and trajectory way-points describing the AV's path are generated with the Pareto Archived Evolution Strategy (PAES) algorithm [START_REF] Knowles | Approximating the nondominated front using the pareto archived evolution strategy[END_REF], a popular Multi-Objective Evolutionary Algorithm (MOEA), one of the simplest algorithm capable of generating a Pareto set. Covered points are those in the range of the lidar during the tour. Trade-offs are to be found with the length of the tour, our second objective.

Our approach for solving a multi-objective optimization path planning problem is based on the hypothesis that, since MOEA are costly in resources, we may have the possibility to relieve the AV from some computational time by exploiting known environment data. Also, the PAES approach to MOO leads to a potentially re-usable archive of the best solutions calculated offline. Our idea for the embedded collision avoidance process is that we could re-use this archive to maintain a fully optimized intermediary path until the mission is completed. We would then have a bi-phase offline/online approach to this problem, where a first path would be generated offline, while the online part would be used to correct the path when dynamic obstacles were to intersect with the AV's initial tour. Fig. 1. Illustration of a path planning mission for the AV. All 5 way-points have to be followed in a specific order. Obstacle events could occur and intermediary routes would be calculated to avoid collisions, while visiting initial way-points if possible.

The offline process is split into three sub-processes : 1) Data and graph initialization for all shortest paths using Floyd-Warshall's algorithm. 2) Non-dominated solutions generation using PAES algorithm.

3) Best solution selection using TOPSIS algorithm.

The two first steps are realized with the same approach as [START_REF] Al | Energy-based usv maritime monitoring using multiobjective evolutionary algorithms[END_REF], using PAES. TOPSIS [START_REF] Hwang | Methods for Multiple Attribute Decision Making[END_REF] is a famous Multi-Criteria Decision Making algorithm that has been used in many fields [START_REF] Et Al | A state-of the-art survey of topsis applications[END_REF]. Its execution time (shown in Table 1) and algorithmic complexity justify our choice for the decision making and we use it in our offline process to select the best optimized route for the AV.

The online process uses Dijkstra's algorithm and is executed every time an obstacle must be avoided (modeled as invalidated points in the graph). It recomputes shortest paths in the updated graph from current node to next way-point. This method ensures the validation of the mission, but doesn't take directly into account the trade-off to be found between distance and covering for the tour.

III. EXPERIMENTS

This section is about scenario experiments that we have conducted to justify the relevance of the previous system (Fig. 1). A simulation of the first path planning version for a full mission is composed as following :

1) grid parameters and the lidar range of the AV are used to generate a connected graph on the map and visibility between points. 2) PAES produces a set of routes for a given starting node (Pareto non-dominated solutions).

3) The TOPSIS algorithm is used to choose a route and initialize the AV mission. 4) Random obstacles are then generated, and Dijkstra's algorithm corrects compromised way-points. We performed multiple simulations with different grid grains (shown in Table 1). The main purpose of these tests are to show the interest of an offline/online approach to path planning in terms of trade-offs exploration (not shown here, but assessed in [START_REF] Al | Energy-based usv maritime monitoring using multiobjective evolutionary algorithms[END_REF] for the offline phase) and in terms of computational effort saved for the online process. It is also a first attempt at verifying the impact of a trajectory update on distance and covering metrics.

As shown in Table 1, execution times for PAES and Dijkstra's algorithms depend on the graph's parameters : the more complex the graph is, the more time is required for these two algorithms to finish processing. However, TOPSIS has fairly constant execution times, whatever the map it is tested on. It is due to the fact that this algorithm is always applied to the archive, i.e. a fixed amount of solutions. There are 3 orders of magnitude between the offline (PAES) and online (Dijkstra) computations, justifying the offline phase. However, resulting tours (not presented here) present deceptive characteristics: despite having decent results on small obstacles, large obstacles often force the AV to take non optimized routes in order to complete its mission. This is explained by route updates through already explored zones, resulting in both a worse distance for the tour and worse covering rates. A second version of the algorithm is then considered : we would adapt our PAES algorithm in an online scenario, updating online the alternative tours in the embedded archive instead of running PAES again from scratch, allowing to efficiently and rapidly reroute when obstacles arise.

IV. CONCLUSION

This study deals with an MOO and dynamic path replanning problem, in the context of an AV assigned with a covering/monitoring mission while avoiding collisions with unpredictable obstacles. We adopted a bi-processes offline/online approach, with computational effort on the offline phase. This allows to decrease the response time when avoiding obstacles online. As future works, we plan to target an embedded platform for the selected online phase implementation.

Fig. 2 . 2 -

 22 Fig. 2. 2-phases path planning strategy

TABLE I MEANS

 I OF EXECUTION TIMES OF 20 TESTS CONDUCTED ON THE BREST PORT MAP, WITH A 100 TO 25 METERS DISTANCE BETWEEN POINTS AND A 150-METER RANGE LIDAR. PROCESSOR USED FOR EXECUTION : INTEL(R) CORE(TM) I7-8700K CPU @ 3.70GHZ, 4 GB RAM

			Map : BREST port
	Rows	Columns	PAES (sec) TOPSIS (ms)	Dijkstra (ms)
	50	50	7.32	0,030	1.4
	55	55	9.91	0,028	2.6
	60	60	14.17	0,027	2.3
	65	65	16.75	0,033	4.7
	70	70	23.06	0,031	5.1
	75	75	26.71	0,031	10.3
	80	80	33.44	0,029	10.4