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- Situationsbewusstsein (3) (entfernen)
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This work deals with teams in teleoperation scenarios, where one human team partner (supervisor) guides and controls multiple remote entities (either robotic or human) and coordinates their tasks. Such a team needs an appropriate infrastructure for sharing information and commands. The robots need to have a level of autonomy, which matches the assigned task. The humans in the team have to be provided with autonomous support, e.g. for information integration. Design and capabilities of the human-robot interfaces will strongly influence the performance of the team as well as the subjective feeling of the human team partners. Here, it is important to elaborate the information demand as well as how information is presented. Such human-robot systems need to allow the supervisor to gain an understanding of what is going on in the remote environment (situation awareness) by providing the necessary information. This includes achieving fast assessment of the robot´s or remote human´s state. Processing, integration and organization of data as well as suitable autonomous functions support decision making and task allocation and help to decrease the workload in this multi-entity teleoperation task. Interaction between humans and robots is improved by a common world model and a responsive system and robots. The remote human profits from a simplified user interface providing exactly the information needed for the actual task at hand. The topic of this thesis is the investigation of such teleoperation interfaces in human-robot teams, especially for high-risk, time-critical, and dangerous tasks. The aim is to provide a suitable human-robot team structure as well as analyze the demands on the user interfaces. On one side, it will be looked on the theoretical background (model, interactions, and information demand). On the other side, real implementations for system, robots, and user interfaces are presented and evaluated as testbeds for the claimed requirements. Rescue operations, more precisely fire-fighting, was chosen as an exemplary application scenario for this work. The challenges in such scenarios are high (highly dynamic environments, high risk, time criticality etc.) and it can be expected that results can be transferred to other applications, which have less strict requirements. The present work contributes to the introduction of human-robot teams in task-oriented scenarios, such as working in high risk domains, e.g. fire-fighting. It covers the theoretical background of the required system, the analysis of related human factors concepts, as well as discussions on implementation. An emphasis is placed on user interfaces, their design, requirements and user testing, as well as on the used techniques (three-dimensional sensor data representation, mixed reality, and user interface design guidelines). Further, the potential integration of 3D sensor data as well as the visualization on stereo visualization systems is introduced.
Forward Collision Alarms (FCA) intend to signal hazardous traffic situations and the need for an immediate corrective driver response. However, data of naturalistic driving studies revealed that approximately the half of all alarms activated by conventional FCA systems represented unnecessary alarms. In these situations, the alarm activation was correct according to the implemented algorithm, whereas the alarms led to no or only minimal driver responses. Psychological research can make an important contribution to understand drivers’ needs when interacting with driver assistance systems.
The overarching objective of this thesis was to gain a systematic understanding of psychological factors and processes that influence drivers’ perceived need for assistance in potential collision situations. To elucidate under which conditions drivers perceive alarms as unnecessary, a theoretical framework of drivers’ subjective alarm evaluation was developed. A further goal was to investigate the impact of unnecessary alarms on drivers’ responses and acceptance. Four driving simulator studies were carried out to examine the outlined research questions.
In line with the hypotheses derived from the theoretical framework, the results suggest that drivers’ perceived need for assistance is determined by their retrospective subjective hazard perception. While predictions of conventional FCA systems are exclusively based on physical measurements resulting in a time to collision, human drivers additionally consider their own manoeuvre intentions and those attributed to other road users to anticipate the further course of a potentially critical situation. When drivers anticipate a dissolving outcome of a potential conflict, they perceive the situation as less hazardous than the system. Based on this discrepancy, the system would activate an alarm, while drivers’ perceived need for assistance is low. To sum up, the described factors and processes cause drivers to perceive certain alarms as unnecessary. Although drivers accept unnecessary alarms less than useful alarms, unnecessary alarms do not reduce their overall system acceptance. While unnecessary alarms cause moderate driver responses in the short term, the intensity of responses decrease with multiple exposures to unnecessary alarms. However, overall, effects of unnecessary alarms on drivers’ alarm responses and acceptance seem to be rather uncritical.
This thesis provides insights into human factors that explain when FCAs are perceived as unnecessary. These factors might contribute to design FCA systems tailored to drivers’ needs.
Die vorliegende Arbeit diskutiert, inwieweit das im Bereich der Luftfahrt entwickelte Konzept des Situationsbewusstseins auf den Fahrkontext übertragen werden kann. Als zwei wesentliche Merkmale von Situationsbewusstsein werden dabei zum einen antizipative Prozesse der Handlungsplanung sowie kontrollierende Prozesse der Handlungsabsicherung definiert, die es ermöglichen sollen, das eigene Verhalten jederzeit an Veränderungen der Situation anzupassen. Entgegen den weit verbreiteten Befragungsmethoden wird ein neues Messmodell entwickelt, das vermehrt Verhaltensmaße als Indikatoren für Situationsbewusstsein verwendet. Als Untersuchungsparadigma wird hierfür zusätzlich zur Fahraufgabe eine Nebenaufgabe eingeführt. Situationsbewusstsein wird in diesem Zusammenhang als wesentliche Voraussetzung für eine flexible Anpassung der Priorisierung von Fahr- und Nebenaufgabe an die aktuellen Kontextbedingungen verstanden. In einem antizipativen Prozess der Handlungsplanung ist zunächst eine Situationseinschätzung erforderlich, um zu entscheiden, ob überhaupt eine Zuwendung zu einer Nebenaufgabe stattfinden kann. Während der Nebenaufgabenbeschäftigung muss zudem sichergestellt werden, dass eventuelle Änderungen der Situationsentwicklung bemerkt werden, die zu einer Verhaltensanpassung führen müssen und damit eine Unterbrechung der Nebenaufgabe erforderlich machen. Im Rahmen der Arbeit wird eine spezielle Versuchsanordnung in der Fahrsimulation entwickelt. Dabei werden dem Fahrer vor unterschiedlich anspruchsvollen Situationen Nebenaufgaben angeboten. Er muss sich innerhalb eines vorgegebenen Intervalls entscheiden, ob und wie lange er die Aufgabe bearbeiten möchte. Maße für einen situationsbewussten Umgang mit der Nebenaufgabe stellen die Anpassung des Bedien-, Fahr- sowie des Blickverhaltens an die Anforderungen der Situation dar. Zusätzlich werden die Auswirkungen auf die Fahrsicherheit betrachtet. Zur Prüfung der Hypothesen wurden zwei Studien mit unterschiedlichen Nebenaufgaben durchgeführt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Fahrer durchaus in der Lage sind, situationsbewusst mit einer Nebenaufgabe umzugehen. Dies zeigt sich in angemessenen Entscheidungen, bei hohen Anforderungen seitens der Fahraufgabe die Nebenaufgabe auszulassen bzw. erst verzögert zu beginnen oder sie vor einer kritischen Situation zu unterbrechen. Während der Nebenaufgabenbearbeitung selbst werden kurze Kontrollblicke zurück zur Fahraufgabe ausgeführt. Sie dienen der Überwachung der Situationsentwicklung und werden in ihrer Frequenz und Dauer den Anforderungen der Situation angepasst. Weiterhin können situationsabhängige, personenabhängige und nebenaufgabenabhängige Faktoren identifiziert werden, die die Fahrsicherheit im Umgang mit Nebenaufgaben beim Fahren gefährden. Anhand der Ergebnisse wird ein 3-Ebenen-Prozess-Modell von Situationsbewusstsein im Umgang mit Nebenaufgaben beim Fahren entwickelt, das sog. PDC-Modell. Es beschreibt eine übergeordnete Planungsebene, auf der generelle Strategien für die Beschäftigung mit Nebenaufgaben festgelegt werden („Planning“). Die Entscheidungsebene beinhaltet eine Einschätzung der aktuellen Situation, ob eine kurzfristige Abwendung zu einer Nebenaufgabe möglich ist („Decision“). Auf der Kontrollebene schließlich wird während der Nebenaufgabenbeschäftigung die Situationsentwicklung weiter überwacht und gegebenenfalls Verhaltensanpassungen vorgenommen („Control“). Der dargestellte Untersuchungsansatz stellt eine Erweiterung der Methoden zur Untersuchung von Situationsbewusstsein dar. Er ermöglicht eine eindeutige Abgrenzung des Begriffs zu anderen Konzepten, wie Antizipation, Aufmerksamkeit, Workload oder Gefahrenwahrnehmung. Die Nebenaufgabe wird hier zunächst als methodisches Mittel gesehen. Darüber hinaus erlaubt die Methode, konkrete Handlungsempfehlungen zur Aufrechterhaltung von Situationsbewusstsein bei der Beschäftigung mit Fahrerinformationssystemen abzuleiten.