Distanzabhängige Interaktion in großen hochauflösenden Displayumgebungen

Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von Methoden, die den Nutzer bei seiner Tätigkeit in großen hochauflösenden Displayumgebungen unterstützen, indem die Visualisierung und die Interaktivität an den aktuellen Betrachtungsabstand angepasst werden. Das vorgestellte Interaction Scaling (IS) verwendet die physische Navigation für die Anpassung, indem die Berechnung eines distanzabhängigen Mappings mit automatischem/manuellem Wechsel der Präzisionsstufen kombiniert wird. In Studien wird aufgezeigt, dass IS für 2D Manipulation die Nutzerperformanz verbessert, wenn die benötigte Präzision steigt

Entwicklung und Evaluation eines Interaktionskonzepts zur manöverbasierten Führung von Fahrzeugen

In modernen Kraftfahrzeugen wird der Fahrer von einer Vielzahl an Fahrerassistenzsystemen unterstützt, die das Fahren sicherer und komfortabler machen sollen. Da die Systeme aus der Sicht des Fahrers als Einzelsysteme ausgeführt sind, muss der Fahrer allerdings mehrere Sys-teme parallel bedienen und überwachen. Um eine hieraus resultierende Überlastung des Fah-rers zu vermeiden, wird in der Literatur das Konzept der manöverbasierten Fahrzeugführung vorgeschlagen. Hierbei übergibt der Fahrer dem Fahrzeug Manöver- und Parameterkommandos (z.B. Fahrstreifenwechsel links und Wunschgeschwindigkeit), die anschließend vom Fahr-zeug selbstständig ausgeführt werden. Die Umsetzung dieses Konzepts setzt die Entwicklung und Evaluation geeigneter Interaktionskonzepte voraus. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher zunächst die Begriffe Interaktion und Interaktionskonzept für die manöverbasierte Fahrzeugführung definiert. Weiterhin werden auf Basis von Standards und Richtlinien Kriterien für die Gestaltung und Bewertung von Mensch-Maschine-Interaktion für die manöverbasierten Fahrzeugführung aufgestellt. In insgesamt drei Iterationen werden anschließend drei Interaktionskonzepte (taktiles Touchdisplay, Gestenerkennung und pieDrive) für die manöverbasierte Fahrzeugführung weiter bzw. neu entwickelt und in Probandenversuchen im Fahrsimulator evaluiert. Es zeigt sich, dass die zentralen Bewertungskriterien der Interaktion bei der manöverbasierten Fahrzeugführung die Blickverteilung sowie die Anzahl der Eingabefehler sind. Weiterhin konnte in den ersten zwei Iterationen bei Autobahnfahrten gezeigt werden, dass das taktile Touchdisplay gegenüber den anderen Konzepten Nachteile hinsichtlich der Blickverteilung, aber Vorteile bezüglich der Anzahl der Eingabefehler aufweist. Insgesamt schnitt das Interaktionskonzept pieDrive bei den Autobahnversuchen der zweiten Iteration am besten ab, sodass es für Überland- und Stadtfahrten weiterentwickelt wurde. In der dritten Iteration konnte in einer Langzeitstudie bei Stadt-, Überland- und Autobahnfahrten gezeigt werden, dass alle Anforderungen durch pieDrive weitgehend erfüllt wurden. Es zeigte sich aber auch, dass weiterer Entwicklungs- und Untersuchungsbedarf besteht, der im letzten Kapitel dieser Arbeit aufgezeigt wird

Context-Dependent Information Elements in the Car: Explorative Analysis of Static and Dynamic Head-Up-Displays

Head-up-displays (HUDs) illustrate a particular static number of information elements in the driver’s primary field of view. Since the display can obscure the reality, a dynamic HUD presents context-dependent information elements. To become familiar with a user-optimal number of information elements and its essential information elements, we conducted a user study with n = 183 participants. We focused the context on an urban, a rural and a highway trip. Afterwards, a within-subject experiment using a high-fidelity driving simulator (n = 27) reveals the following: Dynamic HUDs significantly lower the average over speeding by 3.45 km/h compared to static HUDs. This speed above the speed limit equals 15.33% of the average speed in urban areas. Steering angle and speed can capture the context. Practitioners can use these findings to decrease the number of information elements in HUDs, thereby possibly increasing traffic safety

Entwicklung und Untersuchung eines Konzepts zur Nutzung von Indoor-Positioning-Technologie in Systemen für adaptive, mobile Informationsbereitstellung

Die dynamische Entwicklung mobiler Systeme macht es erforderlich, adaptive Informationen auf der Grundlage der Position von Objekten bereitzustellen. Im Anwendungsgebiet der Indoor Positioning, bei dem die Signale des globalen Navigationssatellitensystems nicht erreichbar sind, existiert bisher keine Standardlösung für die optimale Umsetzung. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Umsetzung anhand von realen und abstrakten Systemen für die adaptive und mobile Bereitstellung von Informationen analysiert und in Bezug auf den medizinischen Bereich vertieft. Dementsprechend wird die Integration mehrerer Positionierungsverfahren in ein System zur Nutzung von Smart Glasses implementiert. Der Entwurf- und Implementierungsprozess basiert auf einer Analyse aktueller Lösungen und Methoden. Abschließend ist das Konzept mit Hilfe einer Anforderungsanalyse, einer Evaluationsstrategie und einer Simulationsumgebung untersucht worden.:1. Einleitung 1 2. Adaptive, mobile Informationsbereitstellung 5 3. Indoor Positioning 10 4. Analyse 18 5. Design und Realisierung 25 6. Evaluation 33 7. Diskussion und Fazit 3

Entwicklung und Evaluierung eines kooperativen Interaktionskonzepts an Entscheidungspunkten für die teilautomatisierte, manöverbasierte Fahrzeugführung

Moderne Fahrerassistenzsysteme ermöglichen einen hohen Standard hinsichtlich Fahrkomfort und Sicherheit. Eine Lösung für die Problematik zunehmender Komplexität durch Kombination mehrerer Einzelsysteme und einen wichtigen Schritt in Richtung Vollautomatisierung bieten teilautomatisierte, kooperative Ansätze wie das manöverbasierte Fahrzeugführungskonzept Conduct-by-Wire. Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Fragestellung, ob eine kooperative Interaktion zwischen Fahrer und Automation zur Entscheidungsfindung hinsichtlich der Ausführbarkeit von Fahrmanövern im Kontext der teilautomatisierten, manöverbasierten Fahrzeugführung darstellbar ist. In dieser Arbeit wird ein Interaktionskonzept entwickelt, das die Anforderungen des Fahrers und der Automation gleichermaßen berücksichtigt. Zudem erfolgt eine Untersuchung der technischen Realisierbarkeit sowie der Gebrauchstauglichkeit im Rahmen einer Probandenstudie

Der verteilte Fahrerinteraktionsraum

Fahrrelevante und unterhaltungsbezogene Informationen werden, historisch betrachtet, räumlich getrennt im Fahrzeuginnenraum angeordnet: Für die Fahraufgabe notwendige Anzeigen befinden sich direkt vor dem Fahrer (Kombiinstrument und Head-Up Display) und Inhalte des Fahrerinformationssystems in der Mittelkonsole (zentrales Informationsdisplay). Aktuell ist eine Auflösung dieser strikten Trennung zu beobachten. Beispielsweise werden im Kombiinstrument Teilumfänge der Infotainmentinhalte abgerufen und bedient. Um dem Fahrer einen sicheren Umgang mit den zunehmenden Infotainmentinhalten zu ermöglichen, die Komplexität des Fahrerinteraktionsraumes zu reduzieren und den Kundennutzen zu steigern, betrachtet die vorliegende Arbeit die derzeit isolierten Displays ganzheitlich und lotet die Grenzen der momentan strikten Informationsverteilung neu aus. Es werden Grundlagen für die verkehrsgerechte Bedienung und Darstellung verteilter Informationen abhängig von deren Anzeigefläche gelegt, Konzepte zur nutzerinitiierten Individualisierung entwickelt und das Zusammenspiel von unterschiedlichen Anzeigeflächen evaluiert. Die in dieser Arbeit durchgeführten Studien zeigen, dass der räumlich verteilte Fahrerinteraktionsraum die Bedienung des Fahrerinformationssystems für den Nutzer sicherer und attraktiver gestaltet

Verhaltensanalyse der Beanspruchung des Operateurs in der Multi-UAV-Führung

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der experimentellen Stimulation, Beobachtung und Messung, sowie der Modellierung von Verhalten, insbesondere sogenannter selbstadaptiver Strategien, von multi-UAV-Bedienern in Aufgabensituationen mit hoher Arbeitsbelastung. Dabei gelingt es, Mitigationsstrategien von Piloten unter hoher „Workload“ quantitativ zu erfassen und zu beschreiben. Dies ist ein Beitrag zur automatisierten Erkennung von Überforderungssituationen im Cockpit im Hinblick auf die Weiterentwicklung von Assistenzsystemen. Die zentralen Aspekte der Arbeit sind dabei: 1. die systematische Ableitung eines Konzepts zur Überforderungserkennung auf der Basis von Interaktionsbeobachtungen (manuelle und visuelle Interaktionen, d.h. Blickbewegungsmessung) und Verhaltensmodellen als Teilkomponente wissensbasierter, adaptiver Operateurassistenzsysteme ; 2. der Aufbau und die Durchführung komplexer Mensch-Maschine-Experimente in der virtuellen Echtzeit-Simulation einer Manned-unmanned Teaming Mission (d.h. Führung mehrerer UAVs aus dem Cockpit eines bemannten Hubschraubers) mit dem Ziel der Provokation selbstadaptiver Verhaltensstrategien durch hohe Arbeitsbelastung, welche dann als Indikator der subjektiven Beanspruchung und der damit letztlich auch der Überforderung herangezogen werden können, und der quantitativen und objektiven Messung entsprechender Verhaltensparameter zur anschließenden Beschreibung der Beobachtungen; 3. die geschlossene Rechnermodellierung entsprechend gemessener Verhaltens- bzw. Interaktionsmuster mit Hilfe von Hidden-Markov-Modellen sowie deren Validierung durch die automatische Erkennung von Aufgabenkontexten und Unteraufgaben anhand beobachteter Interaktionssequenzen. Die Dissertation beschreibt dazu die zu Grunde liegende Theorie der wissensbasierten Assistenzsysteme, der adaptiven Automation und die state-of-the-art Methoden zur Bestimmung subjektiver Beanspruchung. Der erarbeitete Konzeptansatz, die experimentellen Resultate und die entwickelten maschinellen Lernverfahren liefern die konzeptionellen, methodischen und algorithmischen Grundlagen für eine automatisierte Systemkomponente eines wissensbasierten, adaptiven Assistenzsystems, welches in der Lage ist, durch reine Verhaltensbeobachtung die Aufgabe und drohende Überforderungssituationen zu erkennen. Damit ist in dieser Arbeit der grundsätzliche Machbarkeitsnachweis für eine derartige maschinelle Fähigkeit gelungen. Das wesentliche erfahrungswissenschaftliche Resultat der Arbeit ist die Beobachtung, dass Piloten bei der multi-UAV-Führung nicht, wie zunächst zu erwarten, auf extreme Belastungssituationen mit einem massiven Anstieg der subjektiven Beanspruchung reagieren, welches dann gegebenenfalls zu deutlichen Leistungseinbrüchen führen könnte, sondern mit aufgabenspezifischen, selbstadaptiven Strategien die drohende Überforderungssituation möglichst weit hinausschieben. Die Registrierung dieser Verhaltensmuster erlaubt somit die proaktive Erkennung von Überforderung

Untersuchung des Potenzials einer Brems-Ausweich-Assistenz

Der Band widmet sich einer Brems-Ausweich-Assistenz. Zunächst werden Situationen identifiziert, in denen Ausweichen einen Sicherheitsvorteil liefert. Darauf werden Systemkonzepte erarbeitet, mit denen der Fahrer auf die kritische Situation und die Ausweichoption aufmerksam gemacht und während des Fahrmanövers unterstützt wird. Probandenstudien zeigen, dass die Unfallhäufigkeit signifikant reduziert werden kann. Damit werden weitere Möglichkeiten zur Steigerung der Verkehrssicherheit eröffnet