In der heutigen Zeit ist die effiziente Nutzung aller verfügbaren Ressourcen von zentralem Interesse. Im Bereich der Flugführung hat die Fernüberwachung von Flughäfen aus diesem Grund über die letzten 10 Jahre immer mehr Bedeutung erlangt. Die größten Vorteile der Fernüberwachung liegen in der geringeren Abhängigkeit von Flughafengebäuden und deren Instandhaltung, einer vereinfachten Personalplanung (vor allem bei kleinen Flughäfen) sowie dem möglichen Hinzufügen von zusätzlichen Informationen beim Arbeitsplatz zur Fernüberwachung. Insbesondere das Designen eines Arbeitsplatzes zur Fernüberwachung hat in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle eingenommen. Die größte Herausforderung bei dieser Umsetzung ist ein Mensch-Computer-Interaktionsmodell, das die Verlagerung der Arbeitsplätze unterstützt, indem es die Einflüsse auf den Operateur und dessen Aufgaben beschreibt.
Die vorliegende Dissertation fokussiert sich auf die Anwendung und Verbesserung eines Mensch-Computer-Interfacemodells zur Umwandlung eines Arbeitsplatzinterfaces ohne Beeinflussung der Aufgabe des Operateurs. Das präsentierte Modell konzentriert sich auf den Informationsfluss am Arbeitsplatz, anstatt technisch machbare Konzepte zu präsentieren. Es besteht aus 3 Teilen, welche sich separat mit dem Einfluss des veränderten Interfaces auf den Informationsfluss auseinandersetzen. Das Modell wird für die Thematik der Fernüberwachung spezifiziert und angewendet. Nur wenige Publikationen beschäftigten sich bisher mit Strategien, mit denen Towerlotsen Flugführung durchführen. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, einen soliden Beitrag zur Entwicklung der Psychologie im Bereich Mensch-Computer-Interaktion zu leisten, welcher durch praktische Anwendungen und Erweiterungen der Methodik untermauert wird.
Der Hauptunterschied zwischen dem konventionellen Arbeitsplatz und dem
Arbeitsplatz zur Fernüberwachung ist der Verlust der Außensicht und des Fernglases und deren Ersatz durch Kamerasysteme. Neue Systeme in der Flugsicherung können die menschliche Leistung beeinflussen. Daher hat die Fernüberwachung besonderen Einfluss auf die Bereiche Ausrüstung des Arbeitsplatzes, das Benutzerinterface und menschliche Leistungsfähigkeit. Die Herausforderung für die Ausrüstung des Arbeitsplatzes besteht darin, Informationen zu identifizieren, welche durch die Fernüberwachung reduziert wurden und diese durch zusätzliche Informationensysteme bzw. Assistenzsysteme zu ergänzen. Für den Faktor Benutzerinterface ist das Ermitteln und Analysieren von dynamischen Informationen besonders wichtig. Für die menschliche Leistungsfähigkeit besteht hier die Frage, wie sich Arbeitslast und Situationsbewusstsein kombiniert auf die Leistung auswirken und welche Konsequenzen das auf die Arbeit an einem Arbeitsplatz zur Fernüberwachung hat.
Alle Herausforderungen wurden im Detail analysiert. Für den Faktor Ausrüstung des Arbeitsplatzes zeigen zwei Analysen die große Vielzahl an Indikatoren, welche verwendet werden können, um die Veränderung des Informationsflusses zu bestimmen. Die detaillierte Analyse des Windsack Indikators liefert ein Beispiel, wie die verschiedenen Indikatoren angewendet werden können. Die zweite Analyse zeigt, wie die bestehenden Indikatoren zur Lotsenaufgabe um spezielle Wetterindikatoren erweitert werden, um den Aspekt der Überwachung des Luftraums vollständig abzudecken. Für den Faktor Benutzerinterface wurde eine besondere Blickanalyse mit dem Namen Integration Guideline for Dynamic Areas of Interest (IGDAI) entwickelt. Diese erlaubt, die dynamischen Informationen innerhalb des Interfaces eines Arbeitsplatzes zu analysieren. Sie wird auf den Arbeitsplatz zur Fernüberwachung angewendet. Für den Faktor menschliche Leistungsfähigkeit zeigt eine detaillierte Analyse, wie Arbeitslast und Situationsbewusstsein die Leistung bei niedriger und hoher Aufgabenlast beeinflussen. Durch das Anwenden von IGDAI konnten zwei Kontrollstrategien in Abhängigkeit zur Aufgabenlast identifiziert werden.
Das bereitgestellte Model für die Veränderung des Interfaces ohne Beeinflussung der Operatoraufgabe stellt einen Sonderfall in Bereich der Mensch-Computer-Interaktion dar. Der Übergang vom konventionellen zum Fernüberwachungsarbeitsplatz ist ein sich immer noch fortsetzender Prozess. Weitere Entwicklungen im Bereich der Fernüberwachung von Flughäfen sind notwendig, um den zukünftigen Herausforderungen an die Flugführung zu begegnen. Deshalb stellen die in dieser Dissertation dargestellten Konstrukte, erarbeiteten Methoden sowie Ergebnisse eine solide Basis für zukünftige Forschungsarbeiten bereit.:Table of Contents
I Synopsis 1
1 Introduction 2
2 Research framework and goals 4
2.1 Human-computer interaction 4
2.2 Remote Tower Operations 4
2.3 Remote Tower Research 6
2.4 Embedding into HCI 7
2.5 Research goals of the dissertation 8
3 The development of a new workplace 9
3.1 Redesign of a workplace 9
3.2 Design factors in Aviation 10
3.3 Remote Tower Metrics 11
3.4 Dynamic Areas of Interests 11
3.5 Adaptation and strategy shifts 11
4 Methodological aspects of the dissertation 13
4.1 Identify and evaluate remote tower metrics 13
4.2 Evaluate dynamic areas of interest 13
4.3 Measuring Situation Awareness 14
5 Discussion and implications 16
5.1 Summarising the findings 16
5.2 Theoretical implications 17
5.3 Implications for the application 19
5.4 Critical reflection of the methodology 20
5.5 Revenue for psychological research 22
6 Literature 24
II Article 1: How to Evaluate Remote Tower Metrics in Connection to Weather Observations. An Extension of the Existing Metrics 28
III Article 2: A Guideline for Integrating Dynamic Areas of Interests in Existing Set-up for Capturing Eye Movement: Looking at Moving Aircraft 53
IV Article 3: The Influence of Task Load on Situation Awareness and Control Strategy in the ATC Tower Environment. 84
V Contributions to conferences 116
VI Curriculum vitae and publications 117 / The efficient usage of all available resources is a central interest of our time. In air traffic management, the topic of remote tower operations has increased in importance over the last 10 years. Herein, the design of a remote tower workplace plays a key role in the successful implementation of remote tower operations. Less dependency on building and maintaining airport control towers, an improved human research planning (especially for small airports) and an increase in available information to the conventional tower workplace are central advantages of remote tower operations.
However, a potential challenge for this approach is an HCI model that supports the transition by describing the influence on the operator task.
This dissertation focuses on the application and improvement of an HCI approach to redesign a workplace by changing the interface without influencing the task of the operator. The presented model focuses on the flow of information rather than the presentation of technical possibilities. It consists of three parts that each individually measure and analyse the influence that a redesigned interface has on the flow in information. This model is specified and applied to remote tower operations. Prior to this dissertation, there were only a few publications connected to the strategies that air traffic control officers (ATCO) in the tower use to control traffic and virtually no publications connected to the practical implications for working at a remote tower workplace. Therefore, the goal was to provide a well-founded contribution to the development of psychology in the area of human-computer interaction by applying the psychological theories and extension of the methodology.
The main difference between the conventional and the remote tower workplaces is the replacement of out-the-window view and binoculars by camera systems. Based on what influences the human performance in connection with new systems developed in air traffic control, most changes afflict the
general workstation and equipment, the user interface, and human resource management. The challenge for the factor workstation and equipment is to identify the information decrease at the remote tower workplace and its replacement with additional information whilst simultaneously
ensuring that this information can be tested in a standardised manor throughout a variety of research projects and several different prototypes. The challenge for the factor user interface was the analysis of the dynamic information presented at the remote tower workplace. The challenge for the human
resource management is to identify how workload and situation awareness influence performance.
In sum, all challenges are analysed in detail. For the factor workstation and equipment, two analyses showed a large variety of indicators that are applicable to evaluate the difference in the flow of information between the conventional and the remote tower workplace. The first analysis of the
windsock indicator provided an example of how the different metrics can be applied. The second analysis showed that the weather remote tower metrics extend the existing remote tower metrics and thereby complete the aspects of the monitoring that an ATCO has to perform. For the factor user
interface an advanced gaze analysis, called Integration Guideline for Dynamic Areas of Interest (IGDAI) was developed. This allows for a detailed analysis of the dynamic information presented at the remote tower workplace. For the factor human resource management, a detailed analysis shows
how situation awareness and workload influence performance within low and high task load phases. By applying IGDAI, the existence of two control strategies for the Air Traffic Control (ATC) environment that are each related to the task load phases could be identified as well as the extent to which these might afflict remote tower operations.
The provided model of redesigning only the interface presents a detailed approach for a special case in HCI. The transition from the conventional to the remote tower operations is an ongoing process that will be continued. The development in the domain of remote tower operations seems to be stable and
necessary to keep up with the challenges of future air traffic management. Therefore, the analysed constructs, developed methodologies and presented results from this dissertation provide a seminal basis for the necessary future research.:Table of Contents
I Synopsis 1
1 Introduction 2
2 Research framework and goals 4
2.1 Human-computer interaction 4
2.2 Remote Tower Operations 4
2.3 Remote Tower Research 6
2.4 Embedding into HCI 7
2.5 Research goals of the dissertation 8
3 The development of a new workplace 9
3.1 Redesign of a workplace 9
3.2 Design factors in Aviation 10
3.3 Remote Tower Metrics 11
3.4 Dynamic Areas of Interests 11
3.5 Adaptation and strategy shifts 11
4 Methodological aspects of the dissertation 13
4.1 Identify and evaluate remote tower metrics 13
4.2 Evaluate dynamic areas of interest 13
4.3 Measuring Situation Awareness 14
5 Discussion and implications 16
5.1 Summarising the findings 16
5.2 Theoretical implications 17
5.3 Implications for the application 19
5.4 Critical reflection of the methodology 20
5.5 Revenue for psychological research 22
6 Literature 24
II Article 1: How to Evaluate Remote Tower Metrics in Connection to Weather Observations. An Extension of the Existing Metrics 28
III Article 2: A Guideline for Integrating Dynamic Areas of Interests in Existing Set-up for Capturing Eye Movement: Looking at Moving Aircraft 53
IV Article 3: The Influence of Task Load on Situation Awareness and Control Strategy in the ATC Tower Environment. 84
V Contributions to conferences 116
VI Curriculum vitae and publications 117
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:34160 |
| Date | 24 June 2019 |
| Creators | Friedrich, Maik |
| Contributors | Krems, Joseph F., Krems, Joseph F., Vollrath, Mark, Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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