Teewende Boris KIEMA soutient sa thèse de doctorat le jeudi 16 juillet 2026 : « Surveillance dynamique du trafic routier par une flotte de drones: Coordination hiérarchique et Planification de Mission Adaptative » (see English version above)

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Teewende Boris KIEMA soutient sa thèse de doctorat le jeudi 16 juillet 2026 : « Surveillance dynamique du trafic routier par une flotte de drones: Coordination hiérarchique et Planification de Mission Adaptative » (see English version above)

Boris KIEMA soutient sa thèse de doctorat le jeudi 16 juillet 2026, 14h, Université d’Évry site Pelvoux UFR-ST, amphithéâtre Bx30 Yasmina BESTAOUI.

Titre: Surveillance dynamique du trafic routier par une flotte de drones : Coordination hiérarchique et Planification de Mission Adaptative

Résumé

Les incidents de trafic routier génèrent des coûts sociaux et économiques considérables. Les infrastructures de surveillance conventionnelles – caméras fixes, capteurs de boucle, plateformes collaboratives – ne permettent cependant pas la vérification active à la demande des événements signalés. Cette thèse répond à cette lacune en proposant H-NBVs-RHTA, un cadre de coordination hiérarchique et de planification de mission adaptative pour une flotte de drones déployée pour la surveillance dynamique du trafic routier. Le cadre est organisé en deux couches couplées. La couche de décision, incarnée par un drone central à haute altitude, gère le partitionnement spatial initial des Points d’Intérêt (PoIs), l’allocation dynamique des tâches via un mécanisme d’affectation à horizon fuyant déclenché par événement (RHTA), et le maintien de la cohésion de la flotte par une commande prédictive (MPC) adaptée à la connectivité. La couche d’exécution, quant à elle, regroupe des drones observateurs à basse altitude, chacun opérant comme agent autonome : un planificateur Next-Best-View (NBV) piloté par l’utilité sélectionne la prochaine cible de surveillance ; une stratégie de vérification contextuelle adapte le plan de vol au type d’incident suspecté ; un MPC local assure le suivi de la trajectoire de référence. Les décisions d’état du trafic reposent sur un cadre statistique en deux étapes : un test de Hartigan filtre les distributions de vitesses non stationnaires, et un test Z compare la moyenne de l’échantillon au seuil de congestion. Une règle à double confirmation est appliquée sur des visites successives, pour laquelle des bornes analytiques sur les probabilités de fausse alarme et de non-détection sont établies. Les expériences numériques valident les trois contributions. Le planificateur NBV atteint une couverture quasi-complète des PoIs prioritaires (≥ 98 %) tout en réduisant le temps de première découverte critique d’un facteur trois par rapport à la meilleure référence. Le MPC de connectivité maintient la cohésion de la flotte avec en moyenne deux manœuvres de repositionnement par mission, sur 100 essais Monte Carlo indépendants. Une étude de cas sur un segment d’autoroute réel, initialisée à partir de données de trafic réelles, démontre l’intégration bout en bout. La conception modulaire favorise la transférabilité vers la surveillance environnementale, l’inspection d’infrastructures et les applications de type ISR.

Composition du jury de thèse/Doctoral thesis jury composition

Membre du jury Titre Lieu d’exercice Fonction dans le jury
François GUÉRIN Maître de Conférences HDR Université du Havre Rapporteur
Omar TAHRI Professeur des Universités Université Bourgogne Europe Rapporteur
Michèle GOUIFFÈS Professeure des Universités Université Paris-Saclay Examinatrice
Antoine MANZANERA Professeur des Universités ENSTA – Institut Polytechnique de Paris Examinateur
Samia BOUCHAFA Professeure des Universités Université Évry Paris-Saclay Directrice de thèse
Hélène PIET-LAHANIER Directrice de Recherche ONERA Co-directrice de thèse
Najett NEJI Maître de Conférences Université Évry Paris-Saclay Co-encadrante

Boris KIEMA will defend his doctoral thesis on Thursday, July 16, 2026, at 2 p.m., at the University of Évry, Pelvoux UFR-ST campus, amphitheater Bx30 Yasmina BESTAOUI.

You are also warmly invited to the reception that will follow the defense.

Title: Dynamic Road Traffic Monitoring with a Fleet of Drones: Hierarchical Coordination and Adaptive Mission Planning

Abstract:

Road traffic incidents generate considerable social and economic costs. Conventional monitoring infrastructures – fixed cameras, loop detectors, crowdsourcing platforms – do not, however, allow active on-demand verification of reported events. This thesis addresses this gap by proposing H-NBVs-RHTA, a hierarchical coordination and adaptive mission planning framework for a fleet of drones deployed for dynamic road traffic monitoring. The framework is organized into two coupled layers. The decision layer, embodied by a central high-altitude drone, handles the initial spatial partitioning of Points of Interest (PoIs), the dynamic allocation of tasks through an event-triggered Receding-Horizon Task Assignment (RHTA) mechanism, and the maintenance of fleet cohesion through a connectivity-aware Model Predictive Control (MPC) scheme. The execution layer comprises low-altitude observer drones, each operating as an autonomous agent: a utility-driven Next-Best-View (NBV) planner selects the next monitoring target; a context-aware verification strategy adapts the flight plan to the suspected incident type; and a local MPC ensures reference trajectory tracking. Traffic-state decisions rely on a two-stage statistical framework: a Hartigan test filters out non-stationary speed distributions, and a Z-test compares the sample mean against the congestion threshold. A double-confirmation rule is applied over successive visits, for which analytical bounds on the false-alarm and missed-detection probabilities are established. Numerical experiments validate the three contributions. The NBV planner achieves near-complete coverage of priority PoIs (≥ 98 %) while reducing the time to first critical discovery by a factor of three compared to the best baseline. The connectivity MPC maintains fleet cohesion with, on average, two repositioning maneuvers per mission, across 100 independent Monte Carlo trials. A case study on a real highway segment, initialized from real traffic data, demonstrates end-to-end integration. The modular design supports transferability to environmental monitoring, infrastructure inspection, and ISR-type applications.
  • Date: jeudi 16/07/2026, 14h
  • Lieu: Université Évry Paris-Saclay, site Pelvoux, UFR-ST, 36 rue du Pelvoux 91080 EVRY-COURCOURONNES, amphithéâtre Yasmina Bestaoui Bx30
  • Doctorant : Boris KIEMA (Université d’Évry, Université Paris Saclay, IBISC équipe SIAM)

Direction de thèse: Samia BOUCHAFA (PR Univ. Évry, IBISC équipe SIAM), directrice de thèse; Hélène PIET-LAHANIER (DR ONERA), co-directrice de thèse; Najett NEJI (MCF Univ. Évry, IBISC équipe IRA2), co-encadrante

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