| License: Publishing license for publications including print on demand PDF - Accepted Version (8MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-354587
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.35458
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 3 April 2017 |
| Referee: | Prof. Dr. Alf Zimmer |
| Date of exam: | 1 March 2017 |
| Institutions: | Human Sciences > Institut für Psychologie Human Sciences > Institut für Psychologie > Alumni or Retired Professors > Lehrstuhl für Psychologie (Allgemeine und Angewandte Psychologie) - Prof. Dr. Alf Zimmer Human Sciences > Institut für Psychologie > Alumni or Retired Professors |
| Keywords: | Eurofighter, Flugzeug, Cockpit, Evaluation, Piloten, Konzept, Bewertung, Laien, Domänenexperte, Mensch-Maschine-Umwelt-System, Mensch-Maschine-System, Schnittstelle, Informationsverarbeitung, Zusatzaufgabe, Leistung, Workload, Belastung, Beanspruchung, Situationsbewusstsein, Raumbewusstsein, mentales Modell, Panoramadisplay, Großflächendisplay, Kugelprojektion, exozentrisch, egozentrisch, koplanar, Antizipation, Positionsschätzung, Positionsantizipation, Konfliktantizipation, Orientierung, Performance Operator Characteristic, evaluation, pilots, concept, assessment, laymen, subject matter experts, aircraft, highly agile, eurofighter, cockpit, man-machine-system, man-machine-environment-system, interface, information processing, additional task, performance, workload, situation awareness, spatial awareness, mental model, panoramic display, wide area display, sperical projection, exocentric, egocentric, coplanar, anticipation, position estimation, position anticipation, conflict anticipation, orientation |
| Dewey Decimal Classification: | 100 Philosophy & psychology > 150 Psychology |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 35458 |
Abstract (German)
Problemstellung Cockpits hochagiler Flugzeuge sind hochspezialisierte Arbeitsplätze, die als Schnittstelle zwischen dem Piloten, dem Flugzeugsystem und einer komplexen Umwelt dienen. Diese Schnittstellen ermöglichen dem Piloten unter stark variierenden physischen und psychischen Belastungsbedingungen die Bildung eines raumzeitlichen Lagebildes und stellen die Basis für jede Entscheidungsfindung ...
Abstract (German)
Problemstellung
Cockpits hochagiler Flugzeuge sind hochspezialisierte Arbeitsplätze, die als Schnittstelle zwischen dem Piloten, dem Flugzeugsystem und einer komplexen Umwelt dienen. Diese Schnittstellen ermöglichen dem Piloten unter stark variierenden physischen und psychischen Belastungsbedingungen die Bildung eines raumzeitlichen Lagebildes und stellen die Basis für jede Entscheidungsfindung und subsequente Handlung.
Besonders bedeutsam ist die Vermittlung der aktuellen vierdimensionalen (raumzeitlichen) Situation über zweidimensionale Anzeigen: Um ein vierdimensionales Lagebild der aktuellen Situation mit konventionellen Anzeigen zu erhalten, muss der Pilot mehrere zweidimensionale Informationsquellen (z.B. Karten, Radardarstellungen) mental integrieren. Raumdarstellungen über eine perspektivische Kugelprojektion hingegen, können die gesamte vierdimensionale Situation integriert aus der egozentrischen Perspektive darstellen und weiteren mentalen Aufwand beim Piloten vermeiden.
Für die Bewertung dieser räumlichen Anzeige sollte eine begleitende Evaluation erstellt und durchgeführt werden. Die Evaluation sollte eine kontextgerechte Bewertung der Kugelprojektion auf Basis menschlicher Leistungsfähigkeit ermöglichen und über deren Eignung als eine Anzeige im Flugzeugcockpit Aufschluss geben. Zu berücksichtigen waren neben zentralen Aspekten menschlicher Informationsverarbeitung auch Perspektiven des Arbeitsumfeldes hochagiler Flugzeuge und deren Einfluss auf die Informationsverarbeitung.
Vorgehensweise
Die Evaluation wurde hierarchisch konzipiert: Voranalysen umfassten die Kontextfaktoren Raumanzeigen, menschliche Informationsverarbeitung und Umwelt sowie deren Einordnung hinsichtlich ihrer Bedeutung im Arbeitsumfeld Cockpit.
Die Situationsdynamik wurde durch Raumanzeigen mit sphärischer (Kugelprojektion), koplanarer (Karten- und Höhendarstellung) bzw. exozentrischer (Gods Own View) Darstellungsmetapher vermittelt. Die koplanare und exozentrische Raumansicht dienten als Vergleichsbasis für die Kugelprojektion. Informationsverarbeitung und Situationsbewusstsein bedeuteten die zentralen Konzepte für die Evaluation. Für beide Konzepte wurden geeignete objektive und subjektive Operationalisierungen menschlicher Leistung ausgewählt. Die Umwelt wurde als belastungsgenerierend aufgefasst, Art und Höhe der Belastung wurde durch eine anwendungsfallbezogene, informatorische Belastungsanalyse erhoben.
Die Ergebnisse dieser Betrachtung wurden in sukzessiven Experimenten umgesetzt und Situations-bewusstsein mit Domänenexperten (Piloten) als Positionsschätzungen, Positionsantizipation, Orientierung im Raum und Konfliktantizipation operationalisiert.
Die Untersuchungen waren sowohl grundlegender als auch repräsentativer Natur und spiegelten entscheidende Aspekte der Voranalysen des Pilot-Technik-Umwelt-Systems wieder.
Ergebnisse
Die Kugelprojektion erlaubt Positionsbestimmung, Positionsantizipation, Orientierung im Raum als auch Konfliktantizipation unter repräsentativer Belastung und variierter Umweltkomplexität. Allerdings ist die Kugelprojektion sowohl der exozentrischen wie auch einer koplanaren Darstellung in den meisten Leistungsklassen bezüglich Genauigkeit und Geschwindigkeit unterlegen. Die exozentrische Darstellung bedingt bezüglich Positionsbestimmung und –Antizipation wie auch bei Konfliktantizipation unter repräsentativer Belastung die beste Leistung. Die Ergebnisse legen nahe, dass Skalentransformationen zwischen dem Bezugssystemen der Probanden und der Raumanzeige Kosten verursachen, die sowohl die Genauigkeit als auch die Geschwindigkeit der Reaktionen beeinflussen. Diese Kosten scheinen am niedrigsten mit der exozentrischen Raumanzeige und am höchsten mit der Kugelprojektion zu sein.
Sollen Piloten bei Aufbau, Erhalt und Nutzung eines mentalen, vierdimensionalen Raummodells unterstützt werden, bietet sich die exozentrische Ansicht als Darstellungsmetapher für Raumanzeigen besonders an.
Das Evaluationsvorgehen mit Voranalyse theoretischer und umweltbezogener Faktoren sowie eine darauf aufbauende empirische Untersuchungsreihe lässt sich leicht auf andere Arbeitsumgebungen generalisieren. Dieses Vorgehen schafft eine breite Wissensbasis für die technische Entscheidung und deren Umsetzung.
Translation of the abstract (English)
Problem Scope Cockpits of highly agile aircraft are specialised work environments which serve as interface between the pilot, the aircraft`s system`s and a complex environment. This interface enables the pilot to build a spatio-temporal situational overview under highly varying physical and psychological workload and constitute the basis for decision making and subsequent action. Of particular ...
Translation of the abstract (English)
Problem Scope
Cockpits of highly agile aircraft are specialised work environments which serve as interface between the pilot, the aircraft`s system`s and a complex environment. This interface enables the pilot to build a spatio-temporal situational overview under highly varying physical and psychological workload and constitute the basis for decision making and subsequent action. Of particular significance is the presentation of the actual four-dimensional situation through two-dimensional displays: When the pilot forms a four-dimensional situational picture, he has to integrate information from several two-dimensional sources mentally (e.g. radar, maps). However, a perspective spherical projection could display the four-dimensional situation in an integrated manner from the pilots ego-perspective and avoid further mental integration effort.
For the assessment of such spatial displays, a concomitant evaluation was to be created and conducted while the technical development process took place. The evaluation should enable a context-adequate assessment of the spherical projection based on human performance and provide information about the suitability as a display in the cockpit. Central aspects of human information processing, the work environment highly agile aircraft and its influence on information processing had to be taken into account.
Procedure
The evaluation concept was hierarchically. In the first analytic phase, the context factors spatial display, human information processing, environment and their classification with respect to the workplace cockpit were considered. Situational dynamic was conveyed through spatial displays with spherical, co-planar or exocentric (Gods Own View) display metaphors, where the latter two served as a basis for comparison for the spherical projection. Information processing and situation awareness (SA) were seen as central concepts for this evaluation. Suitable human performance operationalization’s for both concepts as well as subjective measures were identified and applied. The environment was seen as causing workload, workload type and amount were surveyed through use case dependent informatory workload analysis. The results of these analytic steps were implemented in successive experiments, situation awareness was operationalised as position estimation and –anticipation, orientation in space and conflict anticipation and tested with domain experts (pilots). The experiments had either groundwork-character or were created with representative character mirroring critical aspects of the pilot-technology-environment system.
Results
The spherical projection enables subjects to locate objects, anticipate their position, orient themselves in space and anticipate spatial conflicts while representative workload conditions and varying environmental complexity. However, spatial performance with the spherical projection is inferior to spatial performance with co-planar and exocentric projections regarding accuracy and speed. Overall, the exocentric display leads to the highest performance regarding position estimation and –anticipation as well as conflict anticipation under representative workload conditions.
The results indicate scale transformations between display metaphor and the subjects frame of reference leading to costs affection both speed and accuracy of the subjects reactions. These costs seem to be lowest with the exocentric, higher with a co-planar and maximal with the spherical display. Therefore, the exocentric view aids the formation, maintaining and utilisation of a four-dimensional mental spatial model and offers itself as a suitable metaphor for spatial displays.
The evaluation process utilising a analytic phase comprising theoretical and environmental factors and a built upon empiric series of experiments can easily be transferred to other work domains. This process builds a broad knowledge base about human performance for technical decision making as well as their implementation.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 21:28
Owner only: item control page
Download Statistics