Abkürzungsverzeichnis .......................................... xi
1 Einleitung zum Flugsicherungskontext mit abgeleiteter
Aufgabenstellung ........................................... 1
1.1 Veränderungen und Auswirkungen auf Fluglotsenarbeitsplätze
mit dem Fokus des Anflugbereichs ........................... 1
1.2 Aufgabenstellung der migrationstoleranten Transitionen
von inkrementellen Displaystufen für Fluglotsen ............ 4
1.3 Thematische Abgrenzung mit unterschiedlichen
Betrachtungsweisen von "Migrationstoleranz" ................ 6
2 Stand der Technik und aktuelle Forschung zu Mensch-
Maschine-Schnittstellen .................................... 9
2.1 Entwicklungen des Luftverkehrs und -managements mit
heutiger Situation und Arbeits-mitteln von Fluglotsen
sowie zukünftigen Änderungen ..................... 9
2.1.1 Geschichtliche Entwicklung des europäischen
Luftverkehrs ........................................ 9
2.1.2 Verschiedene Lotsenarbeitsplätze mit beispielhaftem
Ablauf eines momentan gültigen
Flugsicherungsszenarios ............................ 11
2.1.3 Neue Technologien und Verfahren sowie
Auswirkungen auf Lotsenarbeitsplätze ............... 15
2.1.4 Abstandsbasierte Luftverkehrsführung im
Endanflug .......................................... 20
2.1.5 Zeitbasierte Luftverkehrsführung im Endanflug ...... 21
2.1.6 Trajektorienbasierte Luftverkehrsführung am
Beispiel Endanflug ................................. 23
2.1.7 Leistungsbasierte Luftverkehrsführung .............. 25
2.1.8 Veränderung von Fluglotsenrollen und deren
mögliche Auswirkungen auf Lotsen-HMIs .............. 26
2.1.9 Visuelle Assistenzfunktionalitäten für
Fluglotsen-HMIs .................................... 28
2.1.10 Visuelle Wahrnehmung in Displays mit den Aspekten
Farbe, Kontrast, Größe und Symbolik ................ 33
2.1.11 Reduktion von Komplexität in HMIs .................. 35
2.2 Human Factors, Software-Ergonomie und Psychologie bezogen
auf Mensch-Maschine-Schnittstellen und deren Entwicklung .. 36
2.2.1 Menschliche Wahrnehmungskanäle und
Informationsübertragung ............................ 36
2.2.2 Das mentale Bild, Situationsbewusstsein und
Aufmerksamkeit des Lotsen .......................... 38
2.2.3 Designstudien zu verschiedenen Aspekten einer
Mensch-Maschine-Schnittstelle ...................... 40
2.2.4 Auswirkungen von Automatisierung ................... 41
2.2.5 Human Factors in Bezug auf Mensch-Maschine-
Schnittstellen ..................................... 44
2.2.6 Prozesse zur Entwicklung von Mensch-Maschine-
Schnittstellen und service-orientierte, modulare
Softwarearchitektur ................................ 46
3 Konzept einer migrationstoleranten Mensch-Maschine-
Schnittstelle ............................................. 49
3.1 Migrationstoleranz angewendet auf Mensch-Maschine-
Schnittstellen über Transitionen-Modell mit
Displaystufen für verschiedene
Luftverkehrsführungsweisen ................................ 49
3.1.1 Meta-Lotsendisplay als Startpunkt für weitere
Iterationen ........................................ 50
3.1.2 Distanzmarkierung auf allen Routen ................. 51
3.1.3 Einführung von Symbolik für Routen ................. 52
3.1.4 Begradigung von Routen im äußeren Bereich
der TM A bis zu Downwinds und Merge-Punkten ........ 53
3.1.5 Veränderung durch die Modifikation von
Routenwinkeln ...................................... 54
3.1.6 Eliminierung der Ortsauflösung durch
Dimensionsreduktion im Display und Auswirkung auf
Lotsenarbeit ....................................... 56
3.1.7 Neue Arbeitsplatzaufteilung mit Monitoring- und
Executive-Lotsen ................................... 57
3.1.8 Homogenisierung der Flugroutenvereinigungswinkel
im TMA-Außenbereich ................................ 58
3.1.9 Rechtwinkligkeit der angezeigten Routenwinkel ...... 59
3.1.10 Drehung der Luftraumdarstellung in Horizontale ..... 61
3.1.11 Einführung einer neuen Symbolik für Luftfahrzeuge .. 62
3.1.12 Parallelisierung der Luftraumstruktur durch
Streckung der Merge-Punkte ......................... 63
3.1.13 Umklappen aller Routen auf eine Seite der Piste .... 64
3.2 Zusammenfassung und Diskussion der Transitionen der
Displaystufen ............................................. 66
3.3 Anwendung der Transitionen für alternativen Feeder-
Lotsenarbeitsplatz ........................................ 70
3.4 Übertragung auf andere Luftraumstrukturen,
skalierbare Ausschnitte eines beispielhaften Displays
und weitere Migrationsgedanken ............................ 71
3.5 Auswirkung der Displaystufen auf das mentale Bild des
Lotsen .................................................... 74
3.6 Conformance Monitoring von 4D-Trajektorien ................ 75
3.7 Target Window und GhostSpots zur Integration von
Luftfahrzeugen mit unterschiedlicher FMS-Ausrüstung
in einen zeitbasiert geplanten Anflugstrom ................ 77
3.8 Trawl-Nets für zeitlich präzise Turn-to-Base-
Kommandos des Lotsen ...................................... 79
3.9 Zeitbasierte manuelle Anflugroutenanpassung und
Luftverkehrsführung ....................................... 84
3.10 Kleinschrittiges Lernen neuer Luftverkehrsmanagement-
Methoden im Training ...................................... 85
3.11 Implementierungsprozess mit stetem Feedback angelehnt
an Rapid Prototyping ...................................... 86
4 Evaluation des implementierten Mensch-Maschine-
Schnittstellen-Konzepts ................................... 87
4.1 Fragestellungen für die Evaluation der
migrationstoleranten Displays ............................. 87
4.2 Qualitative Ausgestaltung der Evaluation mit
Überlegungen zu Stichprobengröße und
Stichprobenart ............................................ 88
4.3 Aufbau der Evaluationsstudie mit Trainings- und
Simulationsphasen ......................................... 89
4.4 Szenarien für die Displayevaluation und Aufgaben für
Probanden ................................................. 90
4.5 Abschätzung von Situationsbewusstsein,
Arbeitsbeanspruchung und Bearbeitung der gestellten
Monitoring-Aufgabe ........................................ 92
4.6 Fragebögen nach jeder Displayiteration und Debriefing ..... 93
4.7 Gesamtfragebogen zum migrationstoleranten Konzept ......... 94
4.8 Vorstudie mit Lotsen zum Target Window-Konzept ............ 94
4.9 Vorstudie mit Lotsen zum Trawl-Net-Konzept ................ 95
5 Resultate der Evaluationsstudie und der Vorstudien zu
Teilkonzepten mit Diskussion .............................. 97
5.1 Probandenleistung beim Monitoring der
Luftverkehrsszenarien ..................................... 97
5.1.1 Erkennung von Konflikten an Merge-Punkten und auf
der Centerline ..................................... 98
5.1.2 Erkennung von Abweichungen von der STAR ........... 101
5.1.3 Erkennung von Geschwindigkeits- und
Höhenvorgabenverletzungen ......................... 102
5.2 Situationsbewusstsein anhand von Online- und Offline-
Frageblöcken ............................................. 103
5.2.1 Fragen zum Szenario während der Simulation ........ 103
5.2.2 Fragen zum Szenario bei angehaltener Simulation ... 104
5.3 Selbstbewertung der Probanden zur Arbeitsbeanspruchung ... 105
5.4 Fragebogen zum Thema "Transitionen" ...................... 106
5.4.1 Baseline "Meta-Lotsendisplay" mit minimalen
Zusätzen "Lagesymbolik und Mileage-
Erweiterung" ...................................... 109
5.4.2 Resultate der beiden Displayiterationen mit
"IAF-begradigten Routen und homogenisierten
Routenwinkeln" .................................... 109
5.4.3 Diskussion der Stufen mit "orthogonaler
Darstellung und rechtwinkligen
Routenvereinigungen" .............................. 109
5.4.4 Ergebnisse der Displayiterationen mit
"paralleler Überwachungsansicht und Luft-
fahrzeugoptimierungssymbolik" ..................... 110
5.4.5 Diskussion des "unidirektionalen parallelen
Monitoringdisplays" ............................... 110
5.4.6 Zusammenfassung der Probanden-Antworten des
Transitionsfragebogens ............................ 111
5.5 Fragebogen zum Thema "Benutzerfreundlichkeit" ............ 111
5.6 Antworten auf die Fragen des Abschlussfragebogens ........ 115
5.6.1 Erlernen der weiterführenden Displaystufen ........ 115
5.6.2 Verständlichkeit der Transitionen ................. 116
5.6.3 Integration kleiner Updates ....................... 116
5.6.4 Reduktion der Komplexität ......................... 116
5.6.5 Weitergehende Conformance Monitoring-Ansicht als
nächster Schritt .................................. 116
5.6.6 Monitoring und Lösungsdelegation .................. 117
5.6.7 Diskussion der Ergebnisse des
Abschlussfragebogens .............................. 117
5.7 Unterstützungsleistung des Target Windows beim
"Turn-to-Base" ........................................... 117
5.8 Unterstützungsleistung des Trawl-Nets beim
"Turn-to-Base" ........................................... 119
5.9 Kommentare der Probanden zu den in der Simulation
evaluierten Displaystufen ................................ 120
5.10 Abgeleitete Hinweise zum Transitionskonzept und
Bemerkungen zur Durchführung der Simulationen ............ 122
5.11 Zusammenfassung der diskutierten Studienergebnisse und
abgeleiteten Aussagen .................................... 123
6 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 125
6.1 Konzept und Evaluation einer migrationstoleranten
Mensch-Maschine-Schnittstelle ............................ 125
6.2 Ausblick auf weitere mögliche Entwicklungen .............. 127
Literaturverzeichnis ..................................... 129
Abbildungsverzeichnis .................................... 160
Tabellenverzeichnis ...................................... 164
Formelverzeichnis ........................................ 165
Quellcodeverzeichnis ..................................... 165
Glossar (Bedeutung zentraler Begrifflichkeiten) .............. 166
I Migration und Transition ................................. 166
II Mensch-Maschine-Interaktion .............................. 166
III Bediener und Benutzer .................................... 166
IV Automatisierung und Automation ........................... 167
V Belastung und Beanspruchung nach der Norm DIN EN ISO
100751-3 ................................................. 167
VI Fähigkeit und Fertigkeit ................................. 167
VII adaptiv und adaptierbar .................................. 167
Veröffentlichungen ............................................ 168
Anhang ........................................................ 170
A Implementierung der Displaystufen in Quellcode ............. 170
В Lotsen-Briefing zu iterativen Displaystufen ................ 173
С Displaykonfiguration für die Evaluationsstudie ............. 176
D Tagesablauf der Hauptevaluationsstudie ..................... 181
E Signifikanztabellen zu iterativen Displaystufen ............ 183
F Lotsen-Briefing zum Konzept TargetWindow ................... 191
G Lotsen-Fragebogen zum Konzept TargetWindow ................. 192
H Lotsen-Briefing zum Konzept Trawl-Net ...................... 193
I Lotsen-Fragebogen zum Konzept Trawl-Net .................... 194
J Das Anflugplanungssystem 4D-CARMA .......................... 195
Lebenslauf .................................................... 197
Danksagung .................................................... 198
Ehrenwörtliche Erklärung ...................................... 199
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