Universiẗat, Diss., 2003--Regensburg.

Universiẗat, Diss., 2004--Jena. / Download lizenzpflichtig.

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. / The present work discusses how the concept of situation awareness (SA) originally developed in the aviation domain can be transferred to the driving context. Two main components are defined as relevant for SA: anticipative processes for action planning and monitoring processes for action controlling. This should enable a person to constantly adapt his/her behaviour to situational changes. Despite widely used query methods, a new method is developed that mainly relies on behavioural indicators for SA. In addition to the primary driving task, a secondary task is introduced. In this context, SA is understood as a major precondition for flexible adaptation of the prioritization between the driving task and the secondary task to the current situational conditions. In an anticipative process of action planning, a mental representation of the situation has to be created in order to decide whether attention can be temporarily allocated towards a secondary task. During engagement in the secondary task, potential changes in the development of the situation necessitating behavioural adaptation must be noticed, requiring the interruption of the secondary task. These latter processes are mainly concerned with controlling and monitoring. A specific experimental setup in the driving simulation is developed to investigate this theoretical concept: The driver is offered the choice to perform a secondary task when approaching situations with varying demands. He/she has to decide within a given time interval whether and how long he/she wants to perform the task. Indicators for a situationally adaptive performance of the secondary task include the adaptation of the secondary task interaction, of driving behaviour and of eye glance behaviour towards the current and future demands of the situation. In addition, the effects on driving safety are observed. Two studies with different types of secondary tasks were conducted. The results show that drivers are able to interact with a secondary task in a situationally aware fashion. This is reflected in adequate decisions to reject a task in anticipation of higher future situational demands or at least to delay its beginning for a certain time or to interrupt it in time before a critical situation is reached. During the interaction with the secondary task short control glances back to the road are executed. They are used to monitor the further situation development and are adapted to the situational demands in frequency and duration. Furthermore, individual, situational and secondary task-dependent factors can be identified that endanger driving safety in the interaction with secondary tasks. Based on the results, a 3-level model of SA-relevant processes in the interaction with secondary tasks while driving is developed, the so-called PDC-model. It describes a higher strategic planning level where general strategies in the interaction with secondary tasks are generated (“planning”). The decision level contains an estimation of the current and the future situation development in order to decide whether attention can be temporarily allocated towards a secondary task (“decision”). Finally, on a control level, situation development is further monitored during the engagement in the secondary task and, if necessary, behaviour is adapted to the new situation (“control”). The presented experimental design enhances existing methods for investigating SA. It allows a clear discrimination between the concept of SA and other concepts such as anticipation, attention, workload or hazard perception. The secondary task paradigm is primarily seen as methodological approach. Beyond that, the method allows to give concrete recommendations for the maintenance of SA in the interaction with in-vehicle information systems (IVIS).

Würzburg, Univ., Diss., 2009

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Berlin.

Die Arbeit befasst sich mit der Steuerung der Aufmerksamkeit während visueller Nebenaufgaben beim Fahren. Es wird angenommen, dass für die visuelle Wahrnehmung beim Fahren drei Prozesse zur Steuerung der Aufmerksamkeit beitragen. (1) Über top-down Prozesse wird die Aufmerksamkeit auf für die aktuelle Handlung besonders relevante Situationsbestandteile gelenkt. (2) Explorative Wahrnehmung dient dazu, ein umfassenderes Situationsmodell zu entwickeln, das neben aktuell handlungssteuernden Situationsbestandteilen auch andere, potentiell aufgabenrelevante Ob¬jekte zu einem umfassenderen Abbild der Situation integriert. (3) Saliente Reize können über bottom-up Aktivierung die Aufmerksamkeit auf sich ziehen. Es ist bekannt, dass Fahrer während der Bearbeitung visueller Zweitaufgaben mit ihrem Blick und damit mit ihrer Aufmerksamkeit wiederholt zwischen Fahr- und Nebenaufgabe wechseln. Grundlage der experimentellen Arbeiten ist die Idee, dass hierbei die Ausrichtung der Aufmerksamkeit in der Fahraufgabe über top-down Prozesse gesteuert wird und auf einem mentalen Abbild der Situation basiert. Vor dem Beginn der Nebenaufgabe fokussiert der Fahrer auf die Fahrsituation, bewertet sie und entwickelt eine Antizipation der zukünftigen Situationsentwicklung. Das entstehende Situationsmodell entscheidet darüber, wie viel Aufmerksamkeit während der Nebenaufgabe auf die Fahraufgabe verwendet wird, und welche Situationsbestandteile durch die Blicke zur Straße kontrolliert werden. Der Fahrer lenkt über top-down Prozesse seine Aufmerksamkeit auf als relevant für die Situationsentwicklung bewertete Objekte. Andere Objekte, sowie eine von der aktuellen Fahraufgabe unabhängige, explorative Wahrnehmung der Fahrsituation werden während der Nebenaufgabe vernachlässigt. Aus der Literatur ergeben sich außerdem Hinweise darauf, dass eine reizbasierte bottom-up Ausrichtung der Aufmerksamkeit während visueller Ablenkung zumindest eingeschränkt, wenn nicht sogar zeitweise vollständig unterdrückt ist. Die durchgeführten experimentellen Arbeiten finden in der Fahrsimulation Belege für die angenommen top-down Steuerung der Aufmerksamkeit während visueller Nebenaufgaben beim Fahren. Es werden zwei unterschiedliche Messansätze verwendet. Studie 1 und 2 greifen auf die Analyse des Blickverhaltens zurück. In diesen beiden Studien absolvieren die Testfahrer längere, anspruchsvolle Fahrten, während denen visuelle Nebenaufgaben bearbeitet werden. Es ergeben sich Hinweise auf eine tiefere visuelle Verarbeitung der Fahrszene direkt vor dem Beginn der Nebenaufgabe. Während der Bearbeitung der visuellen Nebenaufgaben passen die Fahrer ihre Aufmerksamkeitsverteilung an die Erfordernisse der Fahrsituation an: In anspruchsvollen Fahrsituationen wird häufiger und länger auf die Straße geblickt als in weniger beanspruchenden Situationen. Es finden sich außerdem Hinweise dafür, dass spezifische Fahrfehler mit einer fehlerhaften Ausrichtung der Aufmerksamkeit in der Fahrsituation in Zusammenhang stehen. Studie 3 und 4 verwenden das Phänomen der Change Blindness als Indikator für die Ausrichtung der Aufmerksamkeit. Im Rahmen von Fahrten mit kontrollierten Situationsbedingungen wird die Hypothese untersucht, dass während der Bearbeitung visueller Nebenaufgabe die fahrbezogene Aufmerksamkeit auf fahrrelevante Situationsbestandteile gelenkt wird. Die Testfahrer nähern sich wiederholt Kreuzungen an. Während der Anfahrten wird über Okklusion ein Blickverhalten vorgegeben, das dem bei der Bearbeitung visueller Nebenaufgaben ähnelt. Die Fahrer sollen mit Tastendruck reagieren, wenn sie plötzliche Änderungen bemerken. Die Änderungen können sowohl relevante als auch irrelevante Fahrzeuge betreffen. Die Ergebnisse zeigen eine schlechte Entdeckungsleistung für Änderungen an irrelevanten Fahrzeugen. Änderungen an relevanten Objekten werden dagegen so gut wie immer bemerkt. Ob die Änderung durch Okklusion maskiert wird oder ob sie stattfindet, während die Fahrer die Straße sehen, hat keinen eindeutigen Ein¬fluss auf die Entdeckungsleistung. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass in der untersuchten Doppelaufgabensituation keine bottom-up Ausrichtung der Aufmerksamkeit erfolgt. Die angenommene top-down gesteuerte Beschränkung der Aufmerksamkeit auf als relevant bewertete Bestandteile der Fahrsituation hat Konsequenzen für die Analyse von Verkehrsunfällen. Unfälle infolge von visueller Ablenkung durch selbst initiierte Zweitaufgaben sind dann besonders wahrscheinlich, wenn das Situationsmodell des Fahrers falsch oder ungenau ist. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn ein peripheres, nicht beachtetes Objekt plötzlich relevant wird und eine Reaktion des Fahrers erforderlich macht. In Übereinstimmung mit Befunden zur Gefahrenwahrnehmung sind besonders Fahranfänger aufgrund ihrer noch nicht ausreichend entwickelten mentalen Modellen anfällig für Fehleinschätzungen von Fahrsituationen. Dies führt bei Ablenkung durch Nebenaufgaben zu einer erhöhten Unfallgefährdung. / This thesis deals with the question of how attention is controlled during driving with visual secondary tasks. It is assumed that in attentive driving three attentional processes contribute to the perception of the driving scene: (1) Top-down controlled attention is focused on those elements in the driving scene which are currently most relevant for the action of the driver. (2) Through explorative perception other currently not action guiding but potentially relevant objects are integrated into a broader mental model of the driving scene. Furthermore, salient cues in the environment can attract attention though stimulus triggered bottom-up activation of attention (3). The literature reports that in driving with visual secondary tasks drivers repeatedly switch their gaze - and that means attention - between the driving task and the visual secondary task. The background of the experimental work presented here is the idea that this switching is controlled through top-down processes and is based on a mental model of the driving situation. Before starting a secondary task, drivers focus on the driving scene, evaluate it and create a situational model that contains an anticipation of the likely future development of the driving situation. The situational model is used to decide how much attention is directed to the driving task during the secondary task and which elements of the driving scene are monitored with the glances directed to the road. Based on top-down processes, drivers direct their attention to those parts of the scenery which they believe to be the most relevant ones. Other, less relevant objects are neglected. Furthermore, during the secondary task execution, no explorative perception of the driving scene takes place. In the literature, results can be found that hint at a diminished if not even temporarily suppressed influence of stimulus based bottom-up activation of attention in dual-task situations. The results of the experimental part support the assumed top-down control of attention while driving with visual secondary tasks. In four experiments in the driving simulation, two different experimental approaches are used to assess the distribution of attention. The first two studies use eye movement analysis. The participants drive through a longer, demanding course during which they solve visual secondary tasks. The results indicate a deeper visual processing directly prior to the start of a secondary task. During the secondary task execution, the distribution of attention between driving and the visual secondary task is adapted to the demands of the driving scene. In more demanding situations, more attention is directed to the driving scene. A relation between specific driving errors and an inadequate distribution of attention in the driving task can be shown. Study 3 and 4 use the phenomenon of change blindness as an indicator for the focus of attention. In drives with defined and controlled situational circumstances, the hypothesis is studied that, in dual-task situations, drivers direct their driving related attention primarily to relevant parts of the driving scene. The participants repeatedly approach crossings. During the approaches, a gaze pattern typical for driving with a visual secondary task is experimentally created through occlusion. The drivers are instructed to look for sudden changes. These changes can either occur to relevant vehicles or to vehicles that are irrelevant. Especially with short glance durations for the driving scene, change blindness for changes occurring to irrelevant objects is high. On the other side, changes to relevant objects are nearly always detected. Whether the change is visible or occluded has no clear influence on the detection of the changes. This can be seen as an indicator, that in the situation under investigation, no bottom-up activation of attention takes place. The assumed top-down control of attention while driving with visual secondary tasks has consequences for the analysis of accidents. Accidents through self initiated secondary tasks are most likely to happen, when the situational model of the driving scene is incorrect and leads to an inadequate distribution of attention. For example, this can be the case if some peripheral object that is considered to be irrelevant suddenly becomes relevant. Because of their insufficiently developed mental models for the driving task, novice drivers are especially prone to misjudge driving situations. Together with distraction through visual secondary tasks this leads to a higher probability for collisions while being distracted.

Universiẗat, Diss., 2003--Regensburg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.

Die hier beschriebenen Ergebnisse resultieren aus einer durch die Unfallforschung der Versicherer (UDV) beauftragte und begleitete Forschung, die durch den Lehrstuhl für Ingenieur- und Verkehrspsychologie (LIV) und das Institut für Fahrzeugtechnik (IFT) der TU Braunschweig ausgeführt wurde. Die hier dargestellten Ergebnisse sind Auszüge aus dem Forschungsbericht Nr. 26 der Unfallforschung der Versicherer [1]. Im Pkw wird eine Reihe von Informations- und Kommunikationssystemen (IKS) genutzt. Die Zahl wird mit der Integration des Internets und weiteren Assistenzsystemen in den Pkw weiter steigen. Diese Entwicklung nahm die UDV zum Anlass, den gegenwärtigen Forschungsstand zur Ablenkungswirkung von IKS im Pkw aufzuarbeiten. Gemeinsam mit dem LIV wurde eine Metaanalyse zur Wirkung von Informations- und Kommunikationssystemen auf das Fahrverhalten im Pkw durchgeführt. Im ersten Schritt wurden derzeit im Pkw verfügbare und häufig genutzte IKS identifiziert. Im zweiten Schritt wurden empirische Studien zur Ablenkungswirkung dieser Systeme gesichtet. Um der schnellen technischen Entwicklung Rechnung zu tragen, wurden nur Studien ab dem Jahr 2011 einbezogen. Insgesamt wurden 56 Studien in die Metaanalyse aufgenommen. Anschließend wurde die Ablenkungswirkung über alle Studien hinweg quantifiziert und statistisch abgesichert

Smartphones gehören heutzutage zum Alltag vieler Menschen. Sie werden immer und überall genutzt, auch im Auto. Immer mehr Fahrer bearbeiten während des Fahrens Textnachrichten oder verfassen E-Mails. Dabei ist bekannt, dass das Lesen und Verfassen von Textnachrichten (im folgenden Texten genannt) negative Auswirkungen auf die Leistung beim Autofahren haben und das Unfallrisiko erhöhen kann (z.B. stärkere Spurabweichungen, langsamere Reaktionen auf plötzlich auftretende Ereignisse [1], [2]). In der bisherigen Forschung stand es den Teilnehmern überwiegend nicht frei, selbst zu entscheiden, in welchen Situationen sie beim Fahren Texten. Vielmehr wurden die Teilnehmer dazu angehalten, an bestimmten Stellen einer zu durchfahrenen Strecke (in der Regel in einer Fahrsimulation) eine Textnachricht zu verfassen, unabhängig davon, ob sie dies im realen Verkehr auch getan hätten. Gleichzeitig zeigen Untersuchungen aber auch, dass Fahrer bei der Entscheidung, Textnachrichten zu lesen oder zu schreiben, durchaus eine Einschätzung der Verkehrssituation vornehmen und die Bearbeitung an deren Anforderungen anpassen. Insofern liegt die Vermutung nahe, dass die bisherigen Befunde zu den Folgen des Lesens und Schreibens von Textnachrichten während der Fahrt einen unzureichenden Bezug zum tatsächlichen Straßenverkehr haben. Die Tatsache, dass situative Anpassungen des Textens beim Fahren erfolgen, ist allerdings nicht automatisch der Beleg für eine vollständige Kompensation negativer Folgen der Fahrerablenkung. Es ist nicht klar, ob die subjektive Bewertung der jeweiligen Fahrsituation tatsächlich angemessen ist und den Anforderungen der Fahrsituation entspricht. Es ist auch nicht klar, inwieweit sich neue technische Entwicklungen, wie etwa sprachbasierte Systeme zur Ein- und Ausgabe (Vorlesen, Spracheingabe), auf das Fahr- und Reaktionsverhalten auswirken. Es gibt zwar Hinweise, dass zumindest die sprachbasierte Eingabe positive Effekte im Vergleich zur visuell-manuellen Eingabe auf das Fahr- und Reaktionsverhalten haben kann [3], [4]. Diese Befunde sind jedoch mit den gleichen, eben beschriebenen, Problemen behaftet.

In vier Laborexperimenten wurde versucht, auf der Grundlage der Theorie multipler Ressourcen visuelle und kognitive Ablenkung bei der Kraftfahrzeugführung getrennt zu erfassen. Um die Vorhersagen der Theorie prüfen zu können, sind die zu erwartenden Ablenkungseffekte zuvor mit Hilfe des Computational Model of Task Interference geschätzt worden. Die Experimente 1 und 2 wurden als einfache, visuell ablenkende Reaktionsaufgaben an einem PC realisiert, bei denen die Versuchspersonen unter visueller und unter kognitiver Ablenkung auf den Wechsel von Verkehrszeichen reagierten. Entgegen der Hypothese wurde in Versuch 1 die Reaktionsleistung in der Primäraufgabe durch visuelle Ablenkung nicht stärker beeinträchtigt als durch kognitive Ablenkung. Die Wiederholung des Experiments mit überarbeiteten Aufgaben ergab in Versuch 2 eine hypothesenkonforme Trennung zwischen visueller und kognitiver Ablenkung. Die Experimente 3 und 4 bestanden aus einer kognitiv beanspruchenden Navigationsaufgabe, die ebenfalls an einem PC unter visueller und kognitiver Ablenkung vollzogen wurde. Die Navigationsaufgabe zeichnete sich dadurch aus, dass visuelle und motorische Störeinflüsse der ablenkenden Zweitaufgaben zum Messzeitpunkt ausgeblendet wurden, um ausschließlich kognitive Interferenzen zu erheben. Weder im dritten Versuch noch in Versuch 4 mit einer zeitlichen Zuspitzung der Navigationsaufgabe konnte gezeigt werden, dass kognitive Ablenkung eine kognitiv beanspruchende Navigationsaufgabe stärker beeinträchtigt als visuelle Ablenkung. Die anderslautende Interferenzvorhersage des Computational Model of Task Interference hat sich nicht bestätigt. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass visuelle und kognitive Ablenkung nicht als getrennt messbare Phänomene aufgefasst werden können. Einer dementsprechenden Auslegung der Theorie multipler Ressourcen muss für den hier gewählten experimentellen Zugang der Ablenkungsmessung widersprochen werden. / Based on multiple resource theory, four laboratory experiments were undertaken in an effort to independently measure visual and cognitive distractions during motor vehicle operation. In order to verify the predictions of the theory, the expected distraction effects were previously assessed with the aid of the computational model of task interference. Experiments 1 and 2 were performed as simple, visually distracting reaction tasks at a computer workstation, during which the test persons reacted to changing traffic signs while being subjected to visual and cognitive distractions. Contrary to the hypothesis, during experiment 1, the reaction performance in the primary task was not impaired more severely through visual distraction than through cognitive distraction. Repetition of the experiment with modified tasks in experiment 2 revealed a hypothesis-confirming separation between visual and cognitive distractions. Experiments 3 and 4 consisted of a cognitively challenging navigation task, which was also performed at a computer workstation with the interference of visual and cognitive distractions. During the navigation task, the visual and motor interferences of the distracting secondary tasks were omitted at the time of measurement in order to record only the cognitive interferences. Neither during the third experiment, nor during experiment 4, which involved an added time-pressure element to the navigation task, was it possible to demonstrate that cognitive distraction impairs a cognitively challenging navigation task to a greater extent than a visual distraction. The contrary interference prediction of the computational model of task interference was not confirmed. The results of this study suggest that visual and cognitive distractions cannot be regarded as separately measurable phenomena. A corresponding interpretation of multiple resource theory must therefore be rejected for the experimental approach selected here with regard to distraction measurement.