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smieszek_hardy.

1. I I INN r N hohe Belastung 3 niedrige Belastung Szenario Abbildung 50 Mittleren Beanspruchungsh he jedes Szenarios in erfasst mit dem NASA TLX Dimension geistige Anstrengung Es ist deskriptiv also zu erkennen dass die mentale Beanspruchung auch in Szenarien mit gleicher Belastung leicht unterschiedlich bewertet worden ist Es ist ebenfalls zu erkennen dass 166 die Beanspruchung mit dem NASA TLX sehr viel h her etwa doppelt so hoch eingesch tzt worden ist als mit dem RSME vgl Hypothese 4 Kapitel 6 2 4 Ferner ist zu erkennen dass im Vergleich zum RSME die Beanspruchungsh he der einzelnen Szenarien unterschiedlich eingesch tzt worden ist So ist mit dem RSME beispielsweise das Szenario 3 am h chsten bewertet worden mit dem NASA TLX hingegen das Szenario 1 Eine Friedmann ANOVA deutete auf hoch signifikante Unterschiede zwischen den Bedingungen hin x2 29 038 df 3 p lt 0 001 Die Berechnung des a Niveaus ergibt sich analog den Erl uterungen im vorangegangenen Kapitel f r die Alternativhypothesen zu a 0 0083 und die Nullhypothesen zu a 0 20 Die Testung der vier Alternativhypothesen 2a 2d f hren zu folgenden Ergebnissen Tabelle 11 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese 5 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 5a Das NASA TLX Rating von SZN 1 ist signifikant h her als von SZN 2 Best tigt T 24 p lt 0 001 r 0 519 v Hypothese 5b Das NA
2. sondern ein und dasselbe Modell aller Szenarien abarbeitet 185 Deskriptiv waren diese Unterschiede zwischen den Szenarien auch in den Fragebogendaten zu erkennen wobei sie mit der vorliegenden Stichprobengr e meist nicht die Signifikanzgrenze erreichten Dieselben Unterschiede sind auch im Modell erkennbar sodass geschlussfolgert werden kann dass auch das Modell nicht nur die Unterschiede in der Beanspruchung aufdeckt die durch die Anzahl der Flugzeuge entstehen sondern auch die Unterschiede die durch die ver nderte Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit zustande kommen 6 3 7 TRENDVERGLEICH DER DURCH SUBJEKTIVE UND LEISTUNGSBASIERTE METHODEN ERFASSTEN BEANSPRUCHUNGSH HE MIT DEM MODELL HYPOTHESE 8 F r die Modelldaten konnte ein vergleichbarer Trend festgestellt werden wie er durch die Auswertung der Sub Skala geistige Anstrengung des NASA TLX widergespiegelt wird was auch die hohe Korrelation p und t 1 00 best tigen konnte Au erdem ist ein hnlicher Trend wie bei den mittleren Fehlerzahlen ersichtlich Es kann geschlussfolgert werden dass das Modell in der Lage ist mentale Beanspruchung diagnostisch abzubilden Hinweise hierauf konnten durch den Vergleich mit den Daten des NASA RTLX gefunden werden Hierbei wird der Trend des NASA RTLX durch das Modell weniger gut wiedergegeben geringere Korrelation als der des NASA TLX g A Da mit dem NASA RTLX auch andere Beanspruchungsarten erfasst werden z B werden
3. 80 hierarchisch darunterliegende Ebene auch Seite genannt aufgerufen werden welche den Prozess der Landung im Detail beschreibt29 Zus tzlich zu der bereits besprochenen M glichkeit die Nebenlaufigkeit des Flughafen verkehrskontrollsystems ad quat abzubilden bieten farbige Petrinetze eine Reihe weiterer Vorteile So kann mit dieser Modellierungsmethode die angestrebte Beschreibung aller drei Modellteile Flughafen Interaktions und Lotsenmodell gew hrleistet werden Farbige Petrinetze sind dar ber hinaus mathematisch definiert und analysierbar f r die Anwendung ist aber lediglich ein Verst ndnis der Syntax und Semantik notwendig Die Modularisierbarkeit und hierarchische Unterteilung von Modellen bietet zus tzlich eine gute Handhabung der Komplexit t des zu modellierenden Prozesses und erm glicht die individuelle Erweiterung und damit die Wiederverwendbarkeit von Modellen Dem kommt auch die relative Stabilit t von Modellen gegen ber kleineren nderungen entgegen Jensen 1997a so dass Erweiterungen oder nderungen an Modellen relativ schnell und ohne viel Aufwand m glich sind Farbige Petrinetze bieten zudem die M glichkeit der Einbindung von Zeit wie oben beschrieben um so Abh ngigkeiten in der Zeit beschreiben zu k nnen die f r die Flughafenverkehrskontrolle von essentieller Bedeutung sind Zus tzlich bietet die relativ intuitive grafische Darstellung den Vorteil einer anschaulichen Beschreibung und einer einfa
4. 2 3 MENTALE BEANSPRUCHUNG IN DER FLUGVERKEHRSKONTROLLE Wie bereits einleitend beschrieben kann das Konzept der mentalen Beanspruchung allerdings nicht nur durch eine Begrenzung der kognitiven Ressourcen des Informationsverarbeitenden Systems Mensch beschrieben werden Gopher amp Donchin 1986 da die Leistung in der Aufgabe nicht ausschlie lich von den maximal zur Verf gung stehenden Ressourcen abh ngt Nach dem bereits erw hnten Belastungs Beanspruchungs Konzept Rohmert 1984 spielt auch die Aufgabenschwierigkeit oder Komplexit t eine wichtige Rolle Diese kommt vor allem beim Auftreten von Interferenzen zwischen verschiedenen Teilaufgaben zum Tragen Hiervon kann 3 Hierbei sei nochmals darauf hingewiesen dass es sich um Items nicht um Chunks handelt Items sind hier beispielsweise Eigenschaften von Flugzeugen wie Position Flugh he usw Es ist weiterhin davon auszugehen dass die Anzahl der erinnerten Items dadurch erh ht wird da sie besser zu sinnvollen Chunks zusammengefasst werden k nnen 17 bei Aufgaben in der Flugverkehrskontrolle meist ausgegangen werden Es handelt sich um ein hoch komplexes System in dem die gleichzeitige Ausf hrung mehrerer Aufgaben blich ist Lange wurde die mentale Beanspruchung dabei als a demand placed upon humans DeWaard 1996 p 15 also eine Anforderung an den Menschen angesehen und damit als lediglich von u eren Faktoren abh ngig interpretiert Daher wurde versucht
5. Behavioural Analysis of the Tower Controller Activity Br tigny sur Orge France Pinska E amp Tijus C 2007 Augmented Reality Technology For Control Tower Analysis Of Applicability Based On The Field Study In 1st CEAS European Air and Space Conference pp 573 580 Polson M C amp Friedman A 1988 Task sharing within and between hemispheres A multiple resources approach Human Factors 30 633 643 Pompanon C amp Raufaste E 2009 The Intervention Trigger Model Computational Modelling of Air Traffic Control In Proceedings of the 2009 Annual Meeting of the Cognitive Science Society pp 2262 2267 Posner M I Snyder C R amp Davidson B J 1980 Attention and the detection of signals Journal of Experimental Psychology General 109 160 174 Preim B amp Dachselt R 2010 Interaktive Systeme Band 1 Heidelberg Springer Pribram M C amp McGuniess D 1975 Arousal activation and effort in the control of attention Psychological Review 82 116 149 Rantanen E M amp Nunes A 2005 Hierarchical Conflict Detection in Air Traffic Control The International Journal of Aviation Psychology 15 4 339 362 Rasmussen J 1983 Skills Rules and Knowledge Signals Signs and Symbols and Other Distinctions in Human Performance Models IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics 13 3 257 266 Ratzer A V Wells L Lassen H M Laursen M Qvortrup J F
6. Entscheidungsheuristiken in der Flugverkehrskontrolle dienen wobei auch hier kognitive 47 Prozesse eher wenig detailliert betrachtet werden Mikrokognitive Ans tze besch ftigen sich vor allem mit der Untersuchung von Fragestellungen der Entscheidungsfindung des Fertigkeitserwerbs und mentaler Beanspruchung und ber cksichtigen kognitive Prozesse mit hinreichender Genauigkeit fokussieren allerdings meist auf den en route Bereich nur vereinzelt auf Aufgaben die mit denen von Towerlotsen vergleichbar sind Ferner werden der Kontext und die Aufgabe meist nur sehr vereinfacht abgebildet Speziell in den vorliegenden Modellen mentaler Beanspruchung ist keine theoretische Fundierung vorgenommen worden so dass hier Handlungsbedarf identifiziert wurde vgl Kapitel 3 3 Durch die kognitive Modellierung und Simulation kann ein Hilfsmittel geschaffen werden welches Nachteile vorhandener Methoden ausgleichen und neue M glichkeiten er ffnen kann So k nnen beispielsweise Vorhersagen der mentalen Beanspruchung unter ver nderten Bedingungen gemacht werden z B ver nderte Flugpl ne neue Unterst tzungssysteme was derzeit nur mittels gro angelegter Simulatorstudien oder Testl ufen vor Ort und entsprechender Erhebung subjektiver physiologischer und Leistungsma e m glich ist Zwar ist die Erstellung kognitiver Modelle und Simulationen mit hohem Aufwand und Kosten verbunden jedoch ist der Nutzen durch die wiederholte Anwendung um ein vielfac
7. Individual Differences in Working Memory and Reading Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior 19 450 466 David R amp Alla H 2010 Discrete Continuous and Hybrid Petri Nets Berlin Heidelberg Springer Davidrajuh R amp Lin B 2011 Exploring airport traffic capability using Petri net based model Expert Systems with Applications 38 9 10923 10931 De Groot A D 1965 Thought and choice in chess Mouton The Hauge De Waard D 1996 The Measurement of Drivers Mental Workload Doctoral Dissertation University of Groningen De Waard D Jessurun M Steyvers F J amp Ragatt P T F 1995 Effect of road layout and road environment on driving performance drivers physiology and road appreciation Ergonomics 38 7 1395 1407 DeCarlo L T 1997 On the meaning and use of kurtosis Psychological Methods 2 3 292 307 Dekker S W A amp Hollnagel E 2004 Human factors and folk models Cognition Technology amp Work 6 2 79 86 Dekker S W A amp Woods D D 2002 MABA MABA or Abracadabra Progress on Human Automation Co ordination Cognition Technology amp Work 4 4 240 244 Desel J amp Juhas G 2001 What is a Petri Net Informal Answers for the Informed Reader In H Ehrig amp G Juhas Eds Lecture Notes in Computer Science 2128 pp 1 25 Berlin Springer Desmond P A amp Hoyes T W 1996 Workload variation intrinsic risk
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11. wm gt 0 wm lt wm_capacity input wm output load2 aimlist action wm 1 if wm gt 7 then overload wm In Out WM_Capacity vhl id ident stat_vh_on_LoFWRZOM WM lt wm_capacity locLast locLast dest dest Aim_List vhi id ident stat_vh_on_Loc statOld locLast locLast dest dest P_LOW wm gt 0 wm lt wm_capacity outer fs id ident typ typ locLast locLast Stored_Inforules rules wtc wtc s_time stime er Aen fp id ident typ typ locLast locLast dest dest aim aim intent intent P LO les rules wtc wtc s_time stime clearOld clearOld statOld1 statOld1 store sb sb id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime P HIGH dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOld1 stat sb id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOld1 stat wm gt 0 wm lt wm_capacity 2 location_check ident vis id ident locstat loc_status loc loc store vis wm gt 0 wm lt wm_capacity Vis id ident locstat loc_status loc loc 3 1 location_check loc location_check lodt2idecatienkcheck ident location_check Loc checked2 Location_Check location_check2 Loc checked Location_Check gt re check location vis id ident locstat loc_status loc loc p HIGH 1 location_check2 loc vis id ident locstat
12. 120 Tabelle 2 Bewegungstypen die damit verbundene Anzahl der Features und die sich daraus ergebende Vorbereitungszeit fiir die definierten Ziel Locations Bewegungstyp Notwendige Features Vorbereitungs Ziel Location dauer Griff nach einem Motion Style Point hand 250ms 50ms Hand right 8 neuen Stift gt pens Direction Distance Motion Style Peck als Greifersatz Hand right 5 Finger index Finger thumb gt 6Features Bewegung zur o Meton Sye meer 150ms 50ms e Hand right 6 Stripbay gt SB e Direction e Distance gt 3 Features Ubergeben der FS Motion SE Hy 250ms 50ms Hand right HO Direction Motion Style Peck als Ersatz fiir Loslassen Hand right Finger index gt 5 Features Motion Style Point hand Hand righ Direction Distance Motion Style Peck Hand right Finger index gt 5 Features Motion Style Ply Hand right Direction Distance gt 3 Features e e e e Distance e e e Aktivieren des 250ms 50ms Funkger tes radio Bewegung zum 150ms 50ms Fragebogen rsme 5 4 9 DAS HANDLUNGS MODELL IM PETRINETZ Das Act Modul besteht aus 18 Pl tzen und sieben Transitionen sowie nochmals f nf Pl tzen und zwei Transitionen um Manual Modul Motorische Prozesse treten im Modell immer dann auf wenn der Lotse Flugstreifen modifiziert oder weiter gibt wenn er Frageb gen ausf llt oder den Sprechfunk aktiviert Diese Operationen sind im Model
13. 1998 Nichtsdestotrotz stellt die Herzrate auf Grund ihrer einfachen Erhebung und geringer Interferenz ein h ufig angewandtes Ma mentaler Beanspruchung dar insbesondere dann wenn ein Einfluss anderer Beanspruchungsarten weitestgehend ausgeschlossen werden kann Daher wird die Herzrate als Vergleichsma f r das hier zu erstellende Modell herangezogen 2 4 2 SUBJEKTIVE MA E Bei subjektiven5 Ma en wird davon ausgegangen dass niemand besser in der Lage ist eine Einsch tzung der erlebten Beanspruchung abzugeben als die Person die es betrifft De Waard 1996 Johannsen et al 1979 begr ndet die Verwendung auch mit der einfachen Sichtweise dass wenn eine Person eine hohe Beanspruchung empfindet auch tats chlich eine hohe Beanspruchung vorhanden ist Obwohl physiologische Ma e meist genauer sind sind subjektive Ma e leichter anzuwenden Muckler und Seven 1992 sehen die St rke subjektiver Ratings darin dass sie individuelle Unterschiede in F higkeiten Zust nden und Ansichten mit in Betracht ziehen und sie daher gerade wegen ihrer Subjektivit t so wertvoll sind Kritik erfahren subjektive Ma e vor allem dahingehend dass bezweifelt wird dass Versuchspersonen zu einer Introspektion des eigenen Empfindens mentaler Beanspruchung f hig sind vgl Annett 2002 vor allem da es den Versuchspersonen schwer fallen d rfte physische und mentale Beanspruchung exakt zu unterscheiden O Donnell amp Eggemeier 1986 Nach De W
14. 2001 Allerdings konnte bei der Ausf hrung von Aufgaben in Flugsimulatoren durch Piloten nicht immer ein Zusammenhang zwischen der Herzrate und der Aufgabenschwierigkeit festgestellt werden Casali amp Wierwille 1983 Wierwille Rahimi amp Casali 1985 In einer gro angelegten Studie zur Untersuchung u a der Sensitivit t der Herzrate f r mentale Beanspruchung stellten Nickel Eilers Seehase und Nachreiner 2002 fest dass die Herzrate sowie auch die Herzratenvariabilit t zwar hinreichend sensitiv sind um die Belastungsbedingungen Ruhe vs Arbeit zu differenzieren S 33 es allerdings in keiner ihrer Studien gelang feiner abgestufte Belastungsgrade zu differenzieren S 33 F r eine ausf hrliche bersicht verschiedenster Studien zu diesem Thema und der gefundenen Effekte sei hier auf Ribback 2003 verwiesen 24 Es kann festgehalten werden dass zwar eine gewisse Sensitivitat der Herzrate auf mentale Beanspruchung besteht diese aber h chstwahrscheinlich nur in der Lage ist eine Ruhe von einer Belastungsbedingung zu differenzieren Eine feinere Abstufung von Belastungsgraden erscheint nicht m glich Nickel et al 2002 Eine Diagnostizit t der Herzrate ist nicht gegeben da ein Anstieg der Herzrate nicht nur auf einen Anstieg der mentalen Beanspruchung zur ckzuf hren ist sondern auch auf physische und emotionale Beanspruchung welche die Effekte mentaler Beanspruchung v llig berlagern k nnen Manzey
15. 6 Durchf hrung von Routineaufgaben Perform routine maintenance tasks 7 Bearbeitung von Notf llen am Boden Conduct handling of ground emergency 8 bergabe der Kontrolle der Abfl ge an die n chste Beh rde Transfer control of departures to next agency Die hier beschriebenen Hauptaufgaben stellen die obere Ebene der jeweiligen Dekompositionsgrafen dar und sind in zahlreiche Unteraufgaben und kleinere Handlungsschritte unterteilt vgl Kapitel 4 5 Die Analyse von Cox 1994a 1994b weist einen hohen Detailgrad auf weshalb haupts chlich diese verwendet wurde um das theoretische 63 Modell Kapitel 4 5 und somit einen prototypischen Arbeitsablauf von Towerlotsen als integratives Prozessmodell zu erstellen vgl Smieszek Huber amp Jiirgensohn 2011 4 4 FELDSTUDIE DER ARBEITSUMGEBUNG F r die Studie der Arbeitsumgebung wurde je ein Besuch im Flughafentower Berlin Sch nefeld im Mai 2011 sowie im Flughafentower Braunschweig Wolfsburg im Februar 2013 durchgef hrt um einen Eindruck der Arbeit im Tower zu erhalten und die M glichkeit zu haben den Lotsen pers nlich Fragen zu stellen Es wird zun chst allgemein auf die Abl ufe und die Zust ndigkeiten der Towerlotsen eingegangen Anschlie end wird kurz auf die zur Verf gung stehenden Informationsquellen und Hilfsmittel eingegangen bevor die einzelnen Positionen TWR und GND sowie die allgemeinen Abwicklungspriorit ten beschrieben werden
16. Block 1997 andererseits hinsichtlich des damit verbundenen Bedarfs an kognitiven Ressourcen und des Umfanges der daf r ben tigten Chunks Es ist ferner davon auszugehen dass die einfache Modellvorstellung eines Single Limited Capacity Systems nicht mehr ausreichend ist um komplexere kognitive Prozesse zu beschreiben Neuere Theorien des Arbeitsged chtnisses gehen zwar von einem Multi Komponenten Arbeitsged chtnis aus bei dem verschiedene Komponenten relativ unabh ngig f r verschiedene Kodierungen von Informationen arbeiten dennoch konnte das Zusammenspiel dieser Komponenten bisher nicht gekl rt werden Hierbei ist es vor allem schwierig die Kapazit tsbegrenzungen der einzelnen Komponenten zu quantifizieren und exakt zuzuordnen Im Zuge einer Modellerweiterung erscheint es dennoch sinnvoll aktuelle Theorien des Arbeitsged chtnisses zu ber cksichtigen wobei auch hier darauf hinzuweisen ist dass bevor eine solche Modellerweiterung stattfinden kann einschl gige Grundlagenforschung notwendig ist um die aufgeworfenen Fragenstellungen beantworten zu k nnen Ebenso wie das Modell verwendet wurde um mentale Beanspruchung zu quantifizieren so ist es auch vorstellbar das Modell einzusetzen um zuverl ssig verschiedene andere Beanspruchungsarten zu erfassen So kann das motorische Modul beispielsweise verwendet werden um motorische Beanspruchung zu erheben ebenso wie das Working Memory Modul verwendet wurde um mentale Beansp
17. Kapitel 5 3 Das Lotsenmodell stellt die eigentliche kognitive Simulation dar und bildet daher die kognitiven Prozesse des Lotsen ab vgl Kapitel 5 4 Zus tzlich werden auch kognitive Ressourcen modelliert welche f r den vorliegenden Anwendungsfall speziell von Interesse sind Grundlegend orientiert sich das Lotsenmodell an der Handlungsregulationstheorie Hacker 1986 sowie an der in Kapitel 4 3 durchgef hrten Aufgabenanalyse und dem in Kapitel 4 5 beschriebenen theoretischen Modell Dabei wurde das Lotsenmodell nicht exakt in dem 132 Detailgrad und der Tiefe umgesetzt wie diese in der Aufgabenanalyse und dem theoretischen Modell beschrieben wurden sondern nur so detailliert wie n tig Die einzelnen Phasen der Handlungsregulation wurden im Modell als Sub Module umgesetzt Eingehende Informationen werden ber das Perceive Modul aufgenommen wobei hierbei begrenzte Aufmerksamkeitsressourcen f r visuelle und auditive Indformationsaufnahme angenommen werden vgl Wickens 1984 Eine Verschiebung der visuellen Aufmerksamkeit erfolgt anhand festgelegter Priorit ten nach dem SEEV Modell Wickens amp McCarley 2008 Wickens et al 2007 2001 hin zu verschiedenen Areas of Interest Au ensicht Radar Flugstreifen Priorit t liegt dabei auf der Au ensicht und dem Radar vgl Kapitel 5 4 2 und 5 4 3 Die so erhaltenen Informationen werden im nachfolgenden Working Memory Modul gespeichert Die gespeicherten Informationen stehen de
18. Kurzer Leitfaden der Experimentalpsychologie M nchen Pearson Studium Schmidt D K 1976 On modeling ATC workload and sector capacity Journal of Aircraft 13 7 531 537 Schmidt M Rudolph M Werther B amp Fiirstenau N 2006 Remote Airport Tower Operation with Augmented Vision Video Panorama HMI In 2nd International Conference Research in Air Transportation ICRAT pp 221 230 Belgrade Serbia Schmidtke H 1976 Handbuch der Ergonomie M nchen Carl Hanser Verlag Schmidtke H 2002 Vom Sinn und Unsinn der Messung psychischer Belastung und Beanspruchung Zeitschrift F r Arbeitswissenschaft 56 4 9 Schunn C D amp Wallach D 2005 Evaluating Goodness of Fit in Comparison of Models to Data In Psychologie der Kognition Reden and Vortr ge anl sslich der Emeritierung von Werner Tack pp 115 154 Saarbr cken University of Saarland Press Schwer H Furedy J J amp Heslegrave R 1984 Phasic T wave and heart rate changes as indices of mental effort and task incentive Psychophysiology 21 3 326 333 Shiffrin R M amp Schneider W 1977 Controlled and automatic human information processing II Perceptual learning automatic attending and a general theory Psycological Review 84 127 190 Simon H A 1955 A behavioral model of rational choice Quarterly Journal of Ergnonimics 69 99 118 Simon H A 1956 Rational choice and the structure of the environment Psy
19. Mittlere Beanspruchungsh he des Modells N niedrige Belastung 5 00 E LL 0 00 r 3 gt hohe Belastung Abbildung 52 Mittleren Beanspruchungsh he jedes Szenarios in des Modells Die Hauptanalyse ergab dass sich die Beanspruchung hoch signifikant unterschiedet F 3 69 153 79 p lt 0 001 Der Vergleich aller Szenarien untereinander mit Hilfe der geplanten Kontraste ergab hoch signifikante Unterschiede zwischen allen mittleren Beanspruchungswerten des Modells p jeweils lt 0 001 Tabelle 15 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese 7 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 7a Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 1 ist h her Best tigt als von SZN 2 Mittelwertsdifferenz 21 639 p lt 0 001 CI 95 v 17 463 25 815 Hypothese 7b Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 1 ist h her Best tigt als von SZN 4 Mittelwertsdifferenz 25 778 p lt 0 001 CI 95 v 21 960 29 596 170 Hypothese 7c Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 3 ist h her Best tigt als von SZN 2 Mittelwertsdifferenz 12 278 p lt 0 001 CI 95 v 8 191 16 364 Hypothese 7d Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 3 ist h her Best tigt als von SZN 4 Mittelwertsdifferenz 16 417 p lt 0 001 CI 95 v 12 810 20 024 Es gelten damit die Alternativhypothesen 7a d F r die berpr fung der Nullhypothesen wurde das a Niveau analog
20. Modellierung werden hierbei nur die prim ren Informationsquellen Au ensicht Funk kommunikation und Flugstreifen betrachtet da diese als am Wichtigsten anzusehen sind Alle anderen Hilfsmittel sind eher von geringerer Wichtigkeit vgl Pinska amp Bourgois 2005 Pinska amp Tijus 2007 Pinska 2006 2008 4 4 3 POSITION TOWERLOTSE TWR Neben den Hilfsmitteln sind die Zust ndigkeiten der beiden bereits beschriebenen Positionen f r die Modellierung von Bedeutung um zu definieren auf welche Bereiche sich die Verantwortung erstreckt und welche Besonderheiten es zu beachten gilt Die Bezeichnung der Position des Towerlotsen TWR ist dabei etwas irref hrend denn alle Lotsen am Flughafen sitzen schlie lich im Tower Ist allerdings von der Position TWR die Rede sind diejenigen Lotsen gemeint die speziell f r die Handhabung von Ank nften und Abfl gen sprich Starts und Landungen zust ndig sind Laut der ICAO4444 2007 ist die TWR Position normally responsible for the operations on the runway and aircraft flying within the area of responsibility of the aerodrome control tower S 7 1 Das bedeutet dass die Aufgabe der TWR Position darin besteht ankommende Flugzeuge in einen fl ssigen und geordneten Ablauf zu bringen und ausgehenden Verkehr in diesen Ablauf einzuordnen sodass ausreichend Staffelung zwischen den landenden und startenden Flugzeugen eingehalten wird Nolan 2011 Der TWR Lotse ist zust ndig f r 1 die landenden
21. Retrieve retrieve locType locName destType destName aim intent clearAct stat f Loca to_assign wm gt 1 wm lt wm_capacity case intent of id ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load Auditory_Info locStatelnMMFree mental_model clearAct 2 give_clearance ld Ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime kad load new_mental_model_checking mental_model clearAct Abbildung 32 Entscheidungs Sub Modul fiir Starts und Landungen im Petrinetz stored_Info_ from_Far_View ie LEE EE to p loctast iocLast rules rules wtcewtc s_time stime dest dest aim alm intent intent clearOld clearOld statOld1 statOld1 Landing gt 1locLast locType andalso 2locLast JocName Departure gt 1 locLast locType andalso 2locLast locName andalso 1dest destType andalso 2dest destName vehicle_list e clearance Un ut k if aim Arr andalso intent lt gt Landing andalso intent lt gt Refuel then 1 vehicie_list ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent dearAct dest stat else If intent Taxi_to then 1 vehicie_list ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct dest stat else 1 vehicle_list ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct stat Vehicle_List lodel clearAct mental_model 116 ebe
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23. So gelten alle Alternativhypothesen sowie eine Nullhypothese F r die Hypothese 6f muss davon ausgegangen werden dass sich die mittlere Fehlerzahl der Szenarien 2 und 4 unterscheiden Grund hierf r dass geringf gige Unterschiede der Fehlerzahl in Szenarien mit gleicher Belastung gleiche Anzahl Flugzeuge insgesamt ebenso wie bei den subjektiven Bewertungen entstehen kann auch hier in der unterschiedlichen Verteilung ber die Zeit liegen So k nnten durch die unterschiedliche Verteilung der Flugzeuge unterschiedlich schwere Verkehrssituationen zustande gekommen sein die von einigen Versuchspersonen nicht ad quat gel st werden konnten sodass es zu Fehlern kam Die Argumentation ergibt sich analog zum Kapitel 6 3 3 Interessant ist hierbei wiederum das Ergebnis dass sich mit den mittleren Fehlerzahlen eine etwas andere Einsch tzung der mittleren mentalen Beanspruchung ergibt als mit dem RSME und dem NASA TLX So sind im Szenario 3 die meisten Fehler gemacht worden im Szenario 4 die wenigsten Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 2 gt Szenario 4 Die Bewertungen sowohl mit dem NASA TLX g A als auch mit dem RSME zeigen ein etwas anderes Bild Szenario 1 gt Szenario 3 gt Szenario 2 gt Szenario 4 mit NASA TLX g A Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 4 gt 184 Szenario 2 mit RSME Hierbei kann vermutet werden dass durch die Fehlerzahl andere Faktoren mentaler Beanspruchung abgebildet werden als sie mit den
24. amp Murphy 1998 Dies 50 Die Marke auf dem Platz WM Capacity kann Zahlenwerte zwischen 0 und 10 Anzahl der Chunks annehmen wobei bei einem Wert von 10 keine weiteren Chunks im Arbeitsged chtnis speicherbar sind 51 In der Version 1 8 sind f r das Hinzuf gen des Flugstreifens motorische Handlungen auszuf hren die durch den Wegfall des Planungsschrittes im Validierungsexperiment in Version 1 9 entfernt wurden 52 Initial ist diese Liste leer 53 Als weitere Vereinfachung wurde die Stripbay im Kopf des Lotsen modelliert wohl wissend dass sie ein externes Hilfsmittel darstellt Da sie aber nicht dem Informationsaustausch zwischen Lotsen und Flughafen dient wurde sie nicht im Interaktionsmodell modelliert da die Erstellung der n tigen Verbindungen zwischen Lotsen und Interaktionsmodell sehr komplex w ren Die Auswirkungen auf die Performanz Arbeitsged chtnisbelegung manuelle Handlungen sind allerdings bei beiden Varianten der Umsetzung gleich 110 kann in der Flugverkehrskontrolle beispielsweise die Entscheidung sein welchem Luftfahrzeug zuerst eine Freigabe erteilt werden sollte Dieser Prozess ist oft mit Unsicherheiten verbunden und kann von individuellen Einstellungen Erwartungen und kognitiven Tendenzen Biases beeinflusst werden Roske Hofstrand und Murphy 1998 beschreiben dass es in der Flugverkehrskontrolle wahrscheinlich ist dass Entscheidungen anhand von Regeln getroffen werden Entscheidungsheuristiken d
25. cognitive neurosciences pp 703 720 London MIT Press Roberts S amp Pashler H 2000 How persuasive is a good fit A comment on theory testing Psychological Review 107 2 358 367 Robig A K nig C amp Hofmann T 2010 Entwicklung eines Low Cost Towersimulators zur Evaluation arbeitswissenschaftlicher Fragestellungen In USEWARE 2010 Grundlagen Methoden Technologien pp 67 76 Baden Baden VDI Berichte 2009 Rohmert W 1984 Das Belastungs Beanspruchungs Konzept Zeitschrift F r Arbeitswissenschaft 38 193 200 Rohmert W amp Rutenfranz J 1972 Benutzerhandbuch zu den Untersuchungen zur psychophysiologischen Belastung und Beanspruchung von Fluglotsen Institut fiir Arbeitswissenschaft Technische Hochschule Darmstadt Roscoe A H 1992 Assessing Pilot Workload Why measure Heart Rate HRV and Respiration Biological Psychology 34 2 3 223 228 Roscoe A H 1993 Heart Rate as a Psychophysiological Measure for in Flight Workload Assessment Ergonomics 36 9 1055 1062 Rose R M amp Fogg L F 1993 Definition of a responder Analysis of behavioral cardiovascular and endocrine response to varied workload in air traffic controllers Psychosomatic Medicine 55 325 338 Roske Hofstrand R J amp Murphy E D 1998 Human Information Processing in Air Traffic Control In M W Smolensky amp E S Stein Eds Human Factors in Air Traffic Control pp 65 114 San Diego
26. handeln Hinzu kommt die Schwierigkeit dass auch die Arbeiten die sich mit dem Komplexit tskonstrukt besch ftigen keine einheitliche Definition mentaler Beanspruchung voraussetzen e g Ath nes et al 2002 Mogford et al 1995 Haupts chlich werden allerdings Definitionen verwendet die sich an aufmerksamkeits theoretischen Modellen orientieren In diesem Zusammenhang beschreiben Athenes et al 2002 die Entwicklung eines sogenannten Traffic Load Index TLI mit dessen Hilfe sie bestimmte Komplexit tsfaktoren gewichten um ein Ma f r die mentale Beanspruchung von Radarlotsen in Abh ngigkeit von der Komplexit t einer Verkehrssituation zu gewinnen F r die Berechnung des TLI flie t zun chst jedes Flugzeug welches sich im zu kontrollierenden Sektor befindet mit einem Wert von 1 ein um die kognitiven Ressourcen zu repr sentieren die ben tigt werden um eine Entscheidung zu f llen was zu tun ist Ath nes et al 2002 Dieser Wert kann erh ht werden wenn beispielsweise eine Konfliktl sung erforderlich ist Daher wird jedes Flugzeug mit einem Wert zwischen 1 ausschlie lich beobachtetes Flugzeug und 3 5 Flugzeug im Konflikt gewertet Athenes et al 2002 Dieser Wert wird f r jedes Flugzeug und jedes Radarupdate neu berechnet Solche Ans tze fokussieren allerdings vor allem auf den Einfluss u erer Faktoren und sind dar ber hinaus wenig kognitiv begr ndet Koros Della Rocco Panjwani Ingurgio und D Arcy 2003 2006
27. he des Modells ist in Szenario 3 h her als in Szenario 2 d Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells ist in Szenario 3 h her als in Szenario 4 e Die mittleren Beanspruchungsh hen des Modells der Szenarien 1 und 3 unterscheiden sich nicht f Die mittleren Beanspruchungsh hen des Modells der Szenarien 2 und 4 unterscheiden sich nicht Wiederum gilt hier f r die beiden als Nullhypothese formulierten Forschungshypothesen 7e und 7f das erh hte a Niveau von a 0 20 Ferner sollen verschiedene quantitative Goodness of Fit Ma e berechnet werden um die G te des Modells quantitativ beschreiben zu k nnen Schunn und Wallach 2005 beschreiben zwei Arten von Goodness of Fit Ma en Einerseits Ma e die die Abweichung von einem exakten Punkt wiedergeben und andererseits Ma e die den relativen Trend wiedergeben Jedes Ma deckt hierbei immer nur eine der beiden Informationen ab Schunn amp Wallach 2005 Als Ma e 150 des relativen Trends schlagen sie die Anwendung von Pearson s r und r vor falls Verh ltnisskalenniveau vorliegt Da dieses bei den erhobenen Fragebogendaten nicht angenommen werden kann weil die Skala u a nicht quidistant ist Annett 2002 Bortz amp Lienert 2008 Fleid 2009 Schunn amp Wallach 2005 schlagen Schunn und Wallach 2005 die Verwendung der Rangkorrelationskoeffizienten Spearman s p und Kendall s t vor Spearman s p gleicht dabei in der mathematischen Berechnung Pearson s r und
28. ht und ein Effort System dem zum einen eine richtungssteuernde Funktion der Aufmerksamkeit zukommt Ribback 2003 Zus tzlich wird letzterem auch eine koordinierende Funktion zugeschrieben Manzey 1998 In diesem Modell wird Anstrengung durch die wahrgenommene Schwierigkeit der Aufgabe bestimmt Es wird u a durch neurobiologische Befunde untermauert Robbins amp Everitt 1994 da die Unterscheidung der drei Aktivierungssysteme mit den in der Neurobiologie inzwischen gut identifizierten monoaminergen Bahnsystemen gro e hnlichkeit aufweist Stark angelehnt an Pribram und McGuniess 1975 beschreibt Boucsein 1991 drei Systeme die stark vereinfachend als allgemeine effort emotionale arousal und motivationale t tigkeitsbezogene activation Aktivierungsprozesse beschrieben werden k nnen Diese neueren aktivierungstheoretischen Modelle ber cksichtigen den Einfluss intentional motivationaler Prozesse in Form von willentlich gesteuerten Kontrollprozessen Hiermit l sst sich erkl ren dass unter mentaler Beanspruchung bestimmte Indikatoren erh hten Energiebedarfes in der Peripherie z B Blutdruck Muskelspannung ansteigen w hrend im Gehirn wo die Informationsverarbeitung stattfindet der Energiebedarf im Vergleich zu einer Ruhebedingung gleich bleibt Ribback 2003 2 1 2 AUFMERKSAMKEITSTHEORETISCHE MODELLE Die aufmerksamkeitstheoretischen Modelle entstammen der Forschung zu Interferenzeffekten bei der gleichzeitige
29. versuchen solche Ans tze im en route Bereich auf Towerlotsen zu bertragen Koros et al 2003 identifizieren dazu 29 Komplexit tsfaktoren in neun Kategorien und lassen diese von erfahrenen Towerlotsen in ihrer Wichtigkeit einsch tzen Modellhaft beschreiben Koros et al 2006 den Einfluss von u eren Faktoren Ausgangsfaktoren vor allem Verkehrs und Flughafencharakteristika und mediirender Faktoren wie kognitive Strategien und individuelle Unterschiede auf die mentale Beanspruchung siehe Abbildung 1 Komplexit t A Verkehrs eo Mentale charakteristika gt SC Beanspruchung Flughafen een gt des Lotsen Unterschiede charakteristika Abbildung 1 Kognitives Model der Fluglotsenaufgabe eigene Darstellung nach Koros el al 2006 Mogford et al 1995 19 Hierbei ist zu erkennen dass nicht nur die u eren Faktoren f r die Auspr gung und das Empfinden von mentaler Beanspruchung verantwortlich sind sondern auch die bei Koros et al 2006 als mediierende Faktoren bezeichneten Variablen Ber cksichtigung finden m ssen Es spielen dabei die schon genannten individuellen Unterschiede wie beispielsweise die Erfahrung des Lotsen eine wichtige Rolle Diese steht wiederum direkt mit der F higkeit sinnvolle Chunks zu bilden und damit den maximal zur Verf gung stehenden kognitiven Ressourcen zur Aufgabenerf llung in Zusammenhang Wie auch im bereits beschriebenen Belastungs Beanspruchungs Konzept Rohmert 1984 wird au
30. 131 5 6 Kapitelzusammenfassung nn nee au 132 EREM ME e E 134 6A Methodik ernennen meer 134 6 1 1 Teilnehmer Stichprobe nen ee 135 GAZ Simulator und EE 136 6 1 3 Versuchsdesien a u uu ee 138 6 1 4 Hypothesen rauen Bene ad irs aaa ara aA Hate naka ic E a cnc KALE 143 6 1 5 Meteo Bleser ee Eeer 156 6 2 E 159 6 2 1 Zusammenhang d2 R Ergebnis und Fehlerzahl bzw Hohe der Beanspruchungsratings Hypothese E 159 6 2 2 Bewertung der Sensitivit t der Herzrate Hypothese 2 162 6 2 3 Bewertung der mittleren mentalen Beanspruchung mittels Herzrate Hypothesen 3a 6 2 5 Bewertung der mittleren mentalen Beanspruchung mittels NASA TLX Dimension geistige Anstrengung Hypothesen 5a TL 166 6 2 6 Fehlerzahl Hypothesen 6a f enee ENEE 168 6 2 7 Mittlere Beanspruchungsh he des Modells Hypothese 7 169 6 2 8 Trendvergleich der mittleren Beanspruchungsh he Hypothese 8 171 6 2 9 berpr fung der Modellg te mittels Einzelfallanalysen hypothese 9 173 6 2 10 Explorative Analyse Absolute Abweichung der Modelldaten ENEE 177 6 2 11 Explorative Analyse Fehler und Beanspruchungspeaks eet 178 6 3 Diskussion der Ergebnisse ENEE 179 6 3 1 Zusammenhang d2 R Ergebnis und Fehlerzahl bzw H he der Beanspruchungsratings Hypothese 1 ee 179 6 3 2 Bewertung der Sensitivit t der Herzrate Hypothese 2 180 6 3 3 Bewertung der mittleren mentalen Beanspruchung erfasst durch die RSME SKALA Hypothese D Eee 182 6 3
31. 27 2 4 4 Zusammenfassende Bewertung der Ert ssungsmetboden ENEE 28 E RE enk 30 3 Stand der Forsch ng une een 31 3 1 Modellierung und Simulation von Menzsch Maschine Systemen EEN 31 3 2 Mikro und Makrokognitive Forschungs und Modellierungsans tze ENEE 34 3 2 1 Mikrokognitive Ans tze und kognitive Architekturen 34 3 2 2 Makrokognitive Ans tze ENEE 36 3 2 3 Die Verbindung Mikro und Makrokognitiver Ans tze ee ENEE 38 3 3 Ausgew hlte Modelle und Simulationen von Problemstellungen im Mensch Maschine System Luftfahrt und Flugverkehrskontrolle EEN 41 3 4 Kognitive Modellierung Mentaler Beanspruchung EEN 45 3 9 Kapitelzusammentassune Ya sen ebenen 47 4 Entwicklung eines makrokognitiven Modells der Flughafen verkehrskontrolle MATYriCS 49 4 1 Vorgehensweise zur Entwicklung Kognitiver Simulationen 49 4 2 Definition der Problem grenzen EEN 52 SEENEN EE 56 4 3 1 Aufgaben Verantwortlichkeiten Verpflichtungen 58 4 3 2 Beschreibung der Autfoeabenanalhysen ENEE 59 4 3 3 Analyse aus dem EUROCONTROL Projekt MANTEA ENEE 59 4 3 4 Analyse aus dem EUROCONTROL Projekt ATHOS ene 60 4 3 5 Analyse der FAA FAA Air Traffic Control Operations Conceptzl ENEE 60 4 3 6 Analyse aus dem DFS Projekt VICTOR eene 61 4 3 7 Analyse des Royal Air Force Institute of Aviation Medicine 62 4 4 Feldstudie der Arbheitesumgebung EEN 64 4 4 1 Allgemeine Abl ufe und Zust ndigkeiten ENEE 64 4 4 2 Hilfsmittel zur Informationsaufnahme und Au
32. 8 0 8 und einem mittleren zu erwartenden Effekt eine Stichprobengr e von 23 Versuchspersonen Um die vollst ndige Permutation aller Szenarien zu gew hrleisten vgl Kapitel 6 1 3 wurde die Anzahl der ben tigten Versuchspersonen auf 24 festgelegt Insgesamt nahmen 24 Versuchspersonen am Experiment teil Hiervon waren 11 weiblich und 13 m nnlich mit einem durchschnittlichen Alter von 26 95 Jahren Spannweite von 22 39 Jahren s 4 69 Der gr te Teil der Teilnehmer waren Studenten 17 weitere f nf Personen waren Berufst tig eine Person war Sch ler ein weiterer machte keine Angabe Weiterhin gaben fast alle 23 der Versuchspersonen an keinerlei Erfahrung mit Flug oder Towersimulationen zu besitzen Nur eine Versuchsperson gab an viel Erfahrung mit Flugsimulatoren zu besitzen 14 Versuchspersonen verwendeten keine Sehhilfe neun ben tigten eine Sehhilfe und verwendeten diese auch Eine Versuchsperson machte keine Angabe hierzu Weiterhin waren 20 Versuchspersonen Rechtsh nder zwei Linksh nder zwei machten hierzu keine Angabe 135 6 1 2 SIMULATOR UND MATERIAL Da kein High Fidelity Towersimulator zur Verf gung stand musste als Simulationssoftware auf Simulatoren f r Privatanwender zur ckgegriffen werden Mid Fidelity Simulation R big K nig und Hofmann 2010 untersuchten einige solcher Simulatoren auf Ihre Nutzung zum Aufbau eines low cost Towersimulators Hierbei werden unter anderem die Simulation Tow
33. 9 9 WM Capacity 1 1 15 9 9 WM_Capacity 1 2 16 9 9 WM Capacity 1 2 17 9 9 WM Capacity 1 1 18 17 1 WM Capacity 1 1 19 17 1 WM Capacity 1 1 Abbildung 40 Ausgabe des WM_ Capacity Monitors in einer Textdatei Wie im vorherigen Kapitel erw hnt erfolgt die Quantifizierung der mentalen Beanspruchung des Lotsenmodells anhand der Anzahl der Chunks im Arbeitsged chtnis Bei der Simulation des Petrinetzmodells erfolgt dabei die Ausgabe von Logdateien in Form von txt files Um diese Dateien w hrend der Simulation online erstellen zu k nnen bietet CPN Tools die M glichkeit sogenannte Monitore an die gew nschten Pl tze und Transitionen anzuh ngen Diese erm glichen es Daten aus dem Modell auszulesen und sie in txt files zu speichern F r die Ausgabe der Arbeitsgedachtniskapazitat wurde ein einfacher write in file Monitor am Platz WM Capacity definiert welcher f r jeden Modellschritt die jeweilige Modellzeit sowie die momentane Arbeitsged chtnisbelegung als Markenbelegung ausgibt siehe Abbildung 40 60 F r eine genauere Beschreibung der Monitore sei hier auf Jensen und Kristensen 2009 sowie die CPN Tools Homepage www cpntools org verwiesen 131 Dar ber hinaus wurden noch zwei weitere Monitore an den Transitionen Requesting TWR im Interaktions Modell sowie Send_Clearance im act Modul des Lotsenmodells definiert Diese schreiben jeweils beim Schalten der Transition den Inhalt der jeweiligen transportierten Mar
34. Annahme ankommender Flugzeuge vom Radarlotsen Wittbrodt und Th ring 2010 beschreiben vier Hauptaufgaben von Towerlotsen e communication e coordination e monitoring direct information search e logging documentation Eine zus tzliche Pflicht des Lotsen sieht Nolan 2011 in der Verhinderung von Runway Incursions2 Diese Pflicht steckt bereits in der von der ICAO ICAO4444 2007 vorgegebenen und in der Betriebsanweisung Flugverkehrskontrolle BA FVK DFS 2006 bernommenen Zielsetzung der Vermeidung von Zusammenst en am Boden Die Erf llung dieser Pflicht ist wiederum durch konkrete Handlungsausf hrungen sowie Denk und Planungsprozesse nachzukommen Ob im Ernstfall allerdings die Hauptverantwortlichkeit f r die Verhinderung 17 MANTEA Management of Surface Traffic in European Airports 18 ATHOS Airport Tower Harmonised Controller System 19 VICTOR Virtual Control Tower Research Studies 20 F r eine genaue Definition von Runway Incursions sei auf Huber 2012 verwiesen 58 von Runway Incursions beim Lotsen oder beim Piloten liegen sollte ist eine schwierige Frage und wird unter anderem bei Huber 2012 diskutiert F r die vorliegende Arbeit wird davon ausgegangen dass diese Pflicht insoweit gilt als dass durch die Ausf hrung der n tigen Aufgaben alle vorbeugenden Ma nahmen ergriffen werden sollten um eine gef hrliche Ann herung zweier Flugzeuge auf dem Rollfeld zu verhindern Dies gilt gleicherma e
35. Arbeit von Towerlotsen vermitteln kann und andererseits Hinweise darauf enth lt aus welchen Informationsquellen der Lotse welche Informationen zieht und welche Hilfsmittel er verwendet um seine Aufgaben auszuf hren Es k nnen zwei Hauptaufgaben als wichtig f r die Modellierung herausgestellt werden 1 Beobachtung aller sichtbaren Flug Bewegungen auf den Betriebsfl chen und in der Umgebung des Flughafens 2 Erteilung notwendiger Freigaben und Anweisungen an Luftfahrzeuge F r die Hauptaufgabe 1 konnte festgestellt werden dass Fluglotsen f r die Ausf hrung ihrer Aufgaben immer die gleichen Basisinformationen ben tigen Typ Identifizierung Flugzeugtyp Rufzeichen Position Lage Orientierung z B Ausrichtung der Nase Zustand z B Triebwerke 61 Fahrwerk und Verhalten Bewegungsrichtung Beschleunigung F r die Hauptaufgabe 2 wurde festgestellt dass die Kontrolle der Objekte haupts chlich auf deren aktuellem Aufenthaltsort beruht und nicht so sehr vom Bewegungszustand abh ngt 4 3 7 ANALYSE DES ROYAL AIR FORCE INSTITUTE OF AVIATION MEDICINE Das Hauptziel der Analyse von Cox 1994a 1994b war die Unterst tzung von Risikoanalysen in der Flugverkehrskontrolle Sie sollte die n tigen Informationen liefern um Fehlerentstehungen besser einsch tzen zu k nnen Sowohl die eigentlichen Analysen und die Dekomposition der Aufgaben als auch der Report selbst sind sehr ausf hrlich und detailliert Die Analyse wurde in dr
36. Bereitstellung von Ressourcen bei Orientierungs oder Defensivreaktionen und den jeweiligen Intentionen des 2 Monoaminerge Bahnen umfassen Zellen welche Noradrenalin Dopamin Serotonin oder Histamin als Neurotransmitter verwenden Robbins 1997 10 Individuums Manzey 1998 Bereits Kahnemann 1973 nahm an dass obwohl die Gesamtkapazitat begrenzt ist sie bis zu einem gewissen Grad durch Anstrengung gesteigert werden kann Hierbei nimmt er an dass das Aktivierungsniveau als Korrelat der verf gbaren Maximalkapazitat verstanden werden kann und stellte so bereits einen Zusammenhang zu aktivierungstheoretischen Konzepten her Manzey 1998 Norman und Bobrow 1975 sowie Shiffrin und Schneider 1977 erweiterten diese Theorie und erklaren Informationsverarbeitung nun nicht mehr nur mit ressourcentheoretischen Begriffen sondern sehr viel allgemeiner und fassen darunter auch Anstrengung Ged chtniskapazit t und Kommunikationskan le Der hypothetische Zusammenhang zwischen der Ressourcenverteilung und der Leistung in der Aufgabe wird solange als linear angenommen bis alle Ressourcen investiert sind Ist dies der Fall k nnen keine weiteren Ressourcen investiert werden und die Leistung bleibt stabil Nach Norman und Bobrow 1975 werden solche Aufgaben als ressourcenlimitiert bezeichnet Diese stehen im Gegensatz zu datenlimitierten Aufgaben De Waard 1996 Bei der Ausf hrung datenlimitierter Aufgaben wird die zus tzliche Investi
37. Controllers HUM ET1 ST10 DEL 01 EUROCONTROL Fahrenberg J 1983 Psychophysiologische Methodik In K J Groffmann amp L Michel Eds Enzyklopddie der Psychologie Psychologische Diagnostik Bd 4 pp 1 192 Gottingen Hogrefe Federal Aviation Administration 2011 Air Traffic Control Federal Aviation Administration Fields B Amaldi P amp Tassi A 2003 Representing collaborative work The Airport as Common Information Space Technical Report IDC TR 2003 003 Fitts P M 1954 The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement Journal of Experimental Psychology 47 381 391 212 Flach J M 2008 Mind the Gap A skeptical view of Macrocognition In J M Schraagan L G Militello T Ormerod amp R Lipshitz Eds Naturalistic Decision Making and Macrocognition pp 27 40 Aldershot Ashgate Fleid A 2009 Discovering Statistics using SPSS 3rd ed London SAGE Publications Ltd Flemisch F Meier S Neuh fer J Baltzer M Altendorf E amp Ozyurt E 2012 Kognitive und kooperative Systeme in der Fahrzeugf hrung Selektiver R ckblick ber die letzten Dekaden und Spekulation ber die Zukunft In D Soeffker amp A Kluge Eds Kognitive Systeme Duisburg DuEPublico Duisburg Essen Publication Frese M amp Zapf D 1994 Action as the Core of Work Psychology A German Approach In H C Triandis M D Dunnette amp L M
38. Flugzeuge bis diese die Landebahn verlassen 2 die ausgehenden Fl ge von der Halteposition zum Start bis das Flugzeug zur APP Position bergeben wird Tavanti 2006b Der TWR ist die erste Anlaufstelle f r ankommende Fl ge direkt nach der APP Position Er gibt die Landefreigabe cleared to land bzw die Startfreigabe cleared for take off bei ausgehendem Verkehr sowie Informationen ber Wetter und Windverh ltnisse Der TWR muss die Zust nde und den Status aller Start Landebahnen kennen Der Belegungsstatus der Piste wird durch direkte Beobachtung Au ensicht und das Radar kontrolliert Hat ein ausgehendes Flugzeug den Zust ndigkeitsbereich des Flughafens verlassen leitet der TWR das Flugzeug zur APP Position weiter In Koordination mit der APP Position ist der TWR f r die Definition der angemessenen Runway Konfiguration verantwortlich the runway or runways that at a particular time are considered by the aerodrome control tower to be the most suitable for use by the types of aircraft expected to land or take off at the aerodrome ICAO4444 2007 S 7 2 Au erdem ist diese Position f r die Erstellung der Sequenz ausgehender Fl ge zust ndig f r die Erstellung der Sequenz ankommender Fl ge ist die APP Position zust ndig F r diese Aufgabe ist die Kenntnis der 68 sogenannten Wirbelschleppenkategorie des Flugzeugs oder dessen Typ sowie der Beziehungen zu den vorausgegangenen und nachfolgenden Flugzeugen von e
39. Hauptaufgabe entstehen kann Diese Interferenz besitzen Sekund raufgaben Ma e bereits durch die Art der angewendeten Messung auch wenn sie als hoch sensitiv und diagnostisch f r mentale Beanspruchung angesehen werden k nnen Tabelle 1 Vergleich der vorgestellten Methoden zur Erfassung mentaler Beanspruchung und Bewertung der G tekriterien sehr gut sehr schlecht Kriterium Subjektive Physiologische Prim r Sekund r Ma e Ma e aufgabe aufgabe Ope Hrn t Sensitivitat o Dane T FE Diagnostizit t Interferenzfreiheit AEDI Pupillometrie spontan EEG Anwendungsbreite EKG el Pupillometrie f spontan EEG Leichte EKG Anwendung det Pupillometrie S spontan EEG Leichte EKG Auswertung Pupillometrie S spontan EEG Zeitliche Aufl sung EKG Pupillometrie spontan EEG Leistungsmessungen in der Prim raufgabe wie z B die Fehlerzahl sind im Feld als eher ungeeignet zu bezeichnen da dieses Ma den Zielen der Flugverkehrskontrolle wiederspricht Zus tzlich sind mit allen Messmethoden keine Prognosen der mentalen Beanspruchung eines Operateurs m glich Eine solche Einsch tzung k nnte aber in der Flugverkehrskontrolle beispielsweise eine bessere Verkehrsplanung erm glichen indem der Verlauf der mentalen Beanspruchung des Lotsen ber die Zeit mit ber cksichtigt wird 29 2 5 KAPITELZUSAMMENFASSUNG Als mental beanspruchend w
40. Hough Eds Handbook of Industrial and Organizational Psychology 2nd ed pp 272 340 Palo Alto CA Consulting Psychologists Press F rstenau N Schmidt M Rudolph M M hlenbrink C Papenfu A amp Kaltenh user S 2009 Steps Towards the Virtual Tower Remote Airport Traffic Control Center RAiCe In ENRI International Workshop on ATM CNS Tokyo Japan Gigerenzer G Todd P M amp ABC Research Group 1999 Simple heuristics that make us smart Oxford Oxford University Press Glass G V Peckham P D amp Sanders J R 1972 Consequences of failure to meet assumptions underlying the fixed effects analyses of variance and covariance Review of Educational Research 42 237 228 Gopher D amp Donchin E 1986 Workload An examination of the concept In K R Boff L Kaufman amp J P Thomas Eds Handbook of perception and human performance pp 41 1 41 49 New York Wiley Gore B F Hooey B L Foyle D C amp Scott Nash S 2008 Meeting the Challenge of Cognitive Human Performance Model Interpretability Through Transparency MIDAS v5 x In 2nd International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics Las Vegas Gray W D John B E amp Atwood M E 1992 The Precis of Project Ernestine or An Overview of a Validation of GOMS In Proceedings of the CHI 1992 pp 307 312 Green D M amp Sweets J A 1966 Signal Detection Theory and Psychophysic
41. Modells die mentale Beanspruchung von Towerlotsen ber die Anzahl der im Arbeitsged chtnis gespeicherten Chunks operationalisiert und sichtbar gemacht werden kann Durch das Auslesen der Anzahl der Chunks aus dem Modell k nnen kontinuierliche Verl ufe der Arbeitsged chtnisbelastung von Lotsen bei der Arbeit erhalten werden Hierbei wurde im vorliegenden Modell der wichtigste Beanspruchungsfaktor die Anzahl der zu bearbeitenden Flugzeuge vgl Koros et al 2003 verwendet Nichtsdestotrotz stellt dieser Faktor nur einen von vielen Faktoren dar die die 197 mentale Beanspruchung beeinflussen Neben einer Vielzahl objektiver Faktoren wie beispielsweise das Kreuzen der aktiven Runway berlastungen der Frequenz unterschiedliche Leistungscharakteristika von Flugzeugen Sichtbedingungen vgl Koros et al 2003 Kapitel 4 2 spielen auch subjektive Faktoren eine Rolle wovon in dieser Arbeit nur die maximale Arbeitsged chtniskapazit t mit einbezogen wurde Viele weitere subjektive Faktoren k nnen allerdings einen Einfluss auf das subjektive Beanspruchungsempfinden besitzen wie beispielsweise die Motivation das Training kognitiven Strategien oder Regulations mechanismen mentaler Beanspruchung Sperandio 1978 beschreibt beispielsweise dass sich Lotsen ber ihre Beanspruchungsh he durchaus bewusst sind und somit bei drohender berlastung ihre Strategie anpassen um dieser berlastung entgegenzuwirken vgl auch Loft e
42. Nach der Verarbeitung aller n tigen Informationen und dem Treffen einer Entscheidung durch das Lotsenmodell erscheint auf dem Platz Radio TWR eine Marke welche das Vorhandensein einer Freigabe symbolisiert Ist zus tzlich die Zeit der Marke auf dem Platz Frequency occupied gleich oder kleiner der Modellzeit so kann die Transition Clearance feuern und die Freigabe wird an das Flughafenmodell das Flugzeug bermittelt Hierbei werden alle n tigen Eintr ge in der jeweiligen Marke auf dem Platz Vehicles aktualisiert also beispielsweise um welche Freigabe es sich handelt und f r welche Locations die Freigabe gilt F r das Treffen von Entscheidungen muss das Lotsenmodell bestimmte Informationen sammeln Hierzu geh ren Informationen ber den Zustand bestimmter Locations des Flughafenmodells beispielsweise ob die Start Landebahn frei oder belegt ist Mit einem Blick aus dem modellierten Fenster kann das Lotsenmodell diese Information aufnehmen Liegt die visuelle Aufmerksamkeit auf der Au ensicht erscheint eine Marke auf dem Platz Attention on FV FV f r far view Au ensicht Bei guten Sichtbedingungen die ber den Platz Visibility eingestellt werden k nnen kann ein direkter Abruf der Zust nde der ben tigten Location durch feuern der Transition Check Location vom Platz Location erfolgen F r den Fall dass die Location z B die Start Landebahn frei ist wird eine Marke auf dem Platz Visual_Output generiert welcher die Information
43. Press Cowan N 2001 The magical number 4 in short term memory a reconsideration of mental storage capacity The Behavioral and Brain Sciences 24 1 87 114 Cowan N 2010 The Magical Mystery Four How is Working Memory Capacity Limited and Why Current Directions in Psychological Science 19 1 51 57 Cox M 1994a Task Analysis of selected operating Positions within UK Air Traffic Control Volume 1 Main Report Farnborough Hampshire Royal Air Force Institute of Aviation Medicine Cox M 1994b Task Analysis of selected operating Positions within UK Air Traffic Control Volume 2 Appendices Farnborough Hampshire Royal Air Force Institute of Aviation Medicine CPN Tools n d The CPN Tools Webpage Retrieved from http cpntools org Crandall B Klein G amp Hoffman R R 2006 Working Minds A Practioneer s Guide to Cognitive Task Analysis Cambridge MIT Press Cybenko G amp Brewington B 1999 The Foundations of Information Push and Pull In G Cybenko D P O Leary amp J Rissanen Eds The Mathematics of Information Coding Extraction and Distribution The IMA Volumes in Mathematics and its Applications Volume 107 pp 9 30 New York Springer Daams J Blom H A P amp Nijhuis H B 2001 Modelling Human Reliability in Air Traffic Management NLR TP 2001 629 Amsterdam The Netherlands National Aerospace Laboratory NLR 210 Daneman M amp Carpenter P A 1980
44. S 156 Manzey 1998 identifiziert zwei dominierende theoretische Ans tze Die aus der psychophysiologischen 8 Aktivierungsforschung stammenden aktivierungstehoretischen Modelle z B Boucsein 1991 Hockey 1984 Pribram amp McGuniess 1975 welche mentale Beanspruchung als aktivierungstheoretisches Konzept interpretieren Manzey 1998 sowie aufmerksamkeitstheoretische Modelle z B Kahnemann 1973 Shiffrin amp Schneider 1977 Wickens 1984 die aus der Kognitionspsychologie stammend vor allem strukturelle und kognitive Aspekte wie kapazitatslimitierte kognitive Ressourcen hervorheben Ribback 2003 2 1 1 AKTIVIERUNGSTHEORETISCHE MODELLE Die psychophysiologische Aktivierungstheorie z B Duffy 1951 Lindsley 1951 geht davon aus dass Informationsverarbeitung Energie ben tigt Ribback 2003 Diese Energie ist dabei als metabolische Kapazit t definiert die zur Aufgabenbearbeitung notwendig ist Ribback 2003 S 30 Es wird angenommen dass mentale Beanspruchung direkt mit dem psychophysischen Aufwand verbunden ist der f r die Bearbeitung komplexer Aufgaben ben tigt wird und somit auch direkt aus der Auspr gung psychophysiologischer Aktivierungsindikatoren z B Herzrate Blutdruck usw abzulesen sei Manzey 1998 Ribback 2003 Im Bereich der aktivierungstheoretischen Konzepte konnte im Laufe der Zeit allerdings weder die Vorstellung eines eindimensionalen Kontinuums menschlicher Aktivierung welches von tiefst
45. Szenarien 1 und 3 unterscheiden sich nicht f Die mittlere Fehlerzahl ist der Szenarien 2 und 4 unterscheiden sich nicht Auch hier gilt f r die beiden als Nullhypothese formulierten Forschungshypothesen 6e und 6f das erh hte a Niveau von a 0 20 Alle zur berpr fung der Experimentellen Manipulation aufgestellten Hypothesen sind nochmals in Tabelle 5 zusammengefasst Tabelle 5 bersicht der Hypothesen zur berpr fung der experimentellen Manipulation und Erhebung von Validierungswerten Nr Hypothese Einfluss d2 R 1 Ein h herer d2 R Wert f hrt zu weniger Fehlern und geringeren Beanspruchungswerten a Mit steigendem d2 R Wert werden weniger Fehler gemacht b Mit steigendem d2 R Wert wird die Beanspruchung als geringer eingesch tzt Physiologisches Ma 2 Herzrate ms IBI sinkt mit steigender Belastung Baseline gt low load gt high load 3 Die Herzrate ms IBI ist bei hohem Verkehrsaufkommen geringer als bei niedrigem Verkehrsaufkommen SZN 1 3 lt SZN 2 4 SZN 1 SZN 3 SZN 2 SZN 4 Subjektive Ma e Versuchspersonen experimentelle Manipulation 4 Die RSME Ratings sind bei hohem Verkehrsaufkommen h her als bei niedrigem SZN 1 3 gt SZN 2 4 SZN 1 SZN 3 SZN 2 SZN 4 5 Die NASA TLX Ratings Sub Skala geistige Anstrengung sind bei hohem Verkehrsaufkommen h her als bei niedrigem 148 SZN 1 3 gt SZN 2 4 SZN 1 SZN 3 SZN 2 SZN 4 Leistungsma 6 Die Fehlerzahl is
46. TLX gilt allerdings analog zu oben die Annahme dass bei der Bewertung des Gesamtszenarios Zeitr ume h herer Belastung st rker in das Gesamturteil einflie en als Zeitr ume geringerer Belastung sodass h here Beanspruchungsbewertungen zustande kommen Ebenso k nnen Unterschiede in den Skalen daf r verantwortlich sein dass die Versuchspersonen mit der RSME Skala ihre mentale Beanspruchung besser einsch tzen k nnen vgl Kapitel 6 3 4 Es ist allerdings schwierig zu beurteilen ob die Versuchspersonen bei Abgabe der RSME Bewertung tats chlich ihre aktuell empfundene Beanspruchung einsch tzten oder ob sie nicht doch eher einen Eindruck der Beanspruchung der gesamten vergangenen Minute abgaben Dabei kann wiederum angenommen werden dass hohe Beanspruchung innerhalb einer Minute st rker in die Bewertung mit einflie t als niedrige Allgemein ist anzunehmen dass eine weitere systematische Verzerrung die mittlere subjektive Beanspruchungsbewertung der Versuchspersonen beeinflusste So kann durch das Vorsortieren der Flugstreifen in der Stripbay ein Priming der Versuchspersonen stattgefunden haben wodurch anhand der Anzahl der Flugstreifen eine h here Bewertung der Gesamtbeanspruchung mittels NASA TLX impliziert worden sein k nnte 6 3 10 EXPLORATIVE ANALYSE FEHLER UND BEANSPRUCHUNGSPEAKS Zun chst ist darauf hinzuweisen dass diese Analyse keine Standardmethodik darstellt sondern lediglich der Sichtbarmachung der oben get tigt
47. Umsetzung wird im Abschnitt 5 2 beschrieben Das Interaktionsmodell besitzt keine weiteren Unterebenen Hier wird der Informationsaustausch zwischen Lotsen und Flughafenmodell tiber die zur Verfiigung stehenden Hilfsmittel dargestellt 30 On Block und Off Block bezeichnet das auf und abrollen von den Parkpositionen 85 Airport Process Taxiing Enter RWY Leave RWY On Block Off Block Landing Takeoff Aerodrome TWR Perceive Devided Focused Plan Decide Location Free Taxi Location Free Landing and Takeoff Location Occupied Act ee Manual Working Memory WM storage WM retrieval Interaction Ebene 1 Ebene 2 Ebene 3 Ebene 4 Abbildung 18 Schematische Darstellung der hierarchischen Stuktur des MATriCS Modells 86 Eine genauere Erlauterung erfolgt im Kapitel 5 3 Im Lotsenmodel sind die Phasen der Handlungsregulation als Sub Module umgesetzt Perceive Plan Decide Act Zusatzlich ist ein Sub Modul Working Memory WM implementiert Alle drei Hauptteile des Modells sind wichtig fiir die holistische Abbildung des Flughafenverkehrskontrollsystems der Fokus liegt allerdings auf der modellhaften Beschreibung der menschlichen Kognition im Hinblick auf die Replikation mentaler Beanspruchung von Towerlotsen vor allem auf der Komponente Arbeitsgedachtnis 5 2 DAS FLUGHAFENMODELL 5 2 1 THEORETISCHE ERLAUTERUNGEN Das Flughafenmodell ist ein in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum f r Luft und Raumfahrt DLR in Braunschweig
48. Volume 7 ATCT Tower Controllers Oklahoma City Federal Aviation Administration Alexander J R Alley V L Ammerman H L Hostetler C M amp Jones G W 1988 FAA Air Traffic Control Operations Concepts Volume 3 ISSS En Route Controllers Oklahoma City Federal Aviation Administration Ammerman H L Becker E S Bergen L G Claussen C A Davies D K Inman E E amp Jones G W 1988 FAA Air Traffic Control Operations Concepts Volume 5 ATCT TCCC Tower Controllers Oklahoma City Federal Aviation Administration Ammerman H L Fairhurst W S Hostetler C M amp Jones G W 1988 FAA Air Traffic Control Operations Concepts Volume 1 ATC Background and Analysis Methodology Oklahoma City Federal Aviation Administration Anderson J R Bothell D Byrne M D Douglass S Lebiere C amp Qin Y 2004 An integrated theory of the mind Psychological Review 111 4 1036 1060 Anderson J R amp Lebiere C 1998 The atomic conponents of thought Mahwah NJ Lawrence Erlbaum Anderson J R Reder L M amp Lebiere C 1996 Working memory activation limitations on retrieval Cognitive Psychology 30 3 221 56 doi 10 1006 cogp 1996 0007 Annett J 2002 Subjective rating scales science or art Ergonomics 45 14 966 987 Ath nes S Averty P Puechmorel S Delahaye D amp Collet C 2002 ATC Complexity and Controller Workload Trying to Bridge the G
49. Zus tzlich wurde eine Analyse zahlreicher Literatur zur Flugverkehrskontrolle durchgef hrt DFS 2006 Durso amp Manning 2008 Federal Aviation Administration 2011 ICAO4444 2007 Mensen 2004 Merz 2007 Nolan 2011 Pinska amp Bourgois 2005 Pinska 2008 Stubbe 2011 Tavanti 2006b Hierbei wurden die Zust ndigkeiten der Lotsen und die damit verbundenen Pflichten die zur Aufgabenerf llung zur Verf gung stehenden Hilfsmittel sowie die allgemeinen Regularien und Beschr nkungen der Flugverkehrskontrolle und die ben tigten Informationen analysiert 4 4 1 ALLGEMEINE ABL UFE UND ZUST NDIGKEITEN Abbildung 7 stellt die Hauptphasen des finalen Anfluges und die zugeh rigen T tigkeiten der Towerlotsen grafisch dar Flugzeuge werden von der Ankunft Abflug Position APP Final Approach Departure unit an den TWR bergeben welcher f r Starts und Landungen zust ndig ist Anschlie end werden sie an den GND der f r den Bodenverkehr zust ndig ist weitergegeben Der Zust ndigkeitsbereich der Towerlotsen umfasst den gesamten Flughafen Eine genaue Trennung der Zust ndigkeiten zwischen den Tower Positionen und der vorgeschalteten Approach Position zust ndig f r die Koordination der An und Abfl ge in weiterer Umgebung um den Flughafen ist nicht streng definiert und h ngt von lokalen Gegebenheiten ab ICAO 9426 1984 Tavanti 2006b Am Stockholmer Flughafen Arlanda beispielsweise hat der Bereich f r den der Towercontroller zu
50. anhand der Nummern festgelegt sondern anhand der Connections Im Fall der Start Landebahnen wird die Nummer anhand der Pistenausrichtung vergeben am Platz EDVE entspricht Ausrichtung 26 einer westlichen Richtung von 260 Manske 2013 ber das Colorset Direction wird die Betriebsrichtung der Pisten eines Flughafens festgelegt Die Betriebsrichtung Std wird anhand der prim ren Betriebsrichtung festgelegt 36 Platzrunde bezeichnet ein standardisiertes An und Abflugverfahren von Fl gen nach Sichtflugregeln VFR und dient u A der Einleitung eines sicheren Landeanfluges 93 welche sich nach der haufig vorherrschenden Windrichtung richtet Am Platz EDVE ist dies die Ausrichtung 26 in die meistens gestartet und gelandet wird Hierdurch erhalten die Rollwege ebenfalls eine primare Betriebsrichtung Im Petrinetz wird zwischen Std standard Rev reverse entgegengesetzt und Both beide Richtungen unterschieden Diese Unterscheidung ist f r die Verbindung der einzelnen Rollwegsabschnitte wichtig Zwei nebeneinander liegende Rollwege k nnen in zwei Richtungen befahren werden wodurch sich andere Verbindungen ergeben Zur Bestimmung der dynamischen Objekte die sich auf dem Flughafen bewegen wird das Colorset Vehicle definiert Dies enth lt alle Informationen zu einem Luftfahrzeug hnlich einem Flugstreifen und wie sie auch durch die Analyse von Human Factors Consult 2009 beschrieben wurden e Identifi
51. auftreten korrekte Zur ckweisungen Es ist davon auszugehen dass Fehler auch auftreten k nnen wenn geringe Belastung und oder Beanspruchung vorliegen z B durch Unterforderung Solche Zusammenh nge sind im Modell bisher nicht implementiert und k nnen daher nicht abgebildet werden Auch ist das Modell nicht explizit darauf ausgelegt Fehler vorherzusagen oder Fehler zu machen Der Informationsgehalt des Anteils an Treffern und Auslassungen ist daher kritisch zu beurteilen Dennoch kann anhand der Ergebnisse festgehalten werden dass das Modell prinzipiell auch in der Lage ist Fehler vorherzusagen und damit ein Indiz f r die G te des Modells auch auf der Mikroebene gegeben werden kann Der erreichte Wert liegt zwar nur 11 ber der Ratewahrscheinlichkeit von 50 allerdings ist dieses Ergebnis vor dem Hintergrund dass nur Treffer eindeutig beschrieben werden k nnen als gut zu beurteilen 6 4 KAPITELZUSAMMENFASSUNG In der Studie zur Validierung des erstellten Modells wurden Beanspruchungsdaten von 24 Versuchspersonen in einer Towersimulation erhoben und mit den Modelldaten verglichen Jede Versuchsperson hatte dabei f r vier 15 min tige Verkehrsszenarien die Aufgaben eines Towerlotsen an einem kleinen Flughafen zu bernehmen also Landungen und Starts sowie das Rollen von Flugzeugen durch die Erteilung der richtigen Freigaben zu koordinieren vgl Kapitel 6 1 Zun chst konnte kein Einfluss des Abschneidens im d2 R Test und damit de
52. aus einzelnen objektiv messbaren u eren Faktoren z B die Anzahl der zu kontrollierenden Flugzeuge direkt auf die mentale Beanspruchung von Lotsen schlie en zu k nnen z B Athenes Averty Puechmorel Delahaye amp Collet 2002 Pawlak Brinton Crouch amp Lancaster 1996 Forschung hierzu wurde haupts chlich im en route Bereich betrieben Dabei fokussieren einige Verfahren auf die physische Beanspruchung in Abh ngigkeit der Komplexit t Schmidt 1976 Soede Coeterier amp Stassen 1971 Andere besch ftigen sich mit der Messung der Zeit die Lotsen mit der Kommunikation verbringen als eine Gr e f r mentale Beanspruchung Thonrnhill 1995 nach Pawlak et al 1996 verwendete die Anzahl an Eintr gen die ein Lotse machen muss die Zeit die er mit Kommunikation verbringt und andere Verkehrsfaktoren um eine Messgr e mentaler Belastung und Beanspruchung zu schaffen Manning Fox amp Pfleiderer 2003 Manning Mills Fox Pfleiderer amp Mogilka 2001 Lee Feron und Pritchett 2007 definieren die Komplexit t anhand der n tigen Kontrollaktivit t welche hier ber die Gesamtzahl der Flugrichtungs nderungen gemessen wird In den meisten Studien die den Zusammenhang zwischen Belastung und Beanspruchung untersuchen wurde vor allem die Verkehrsmenge als Belastungsindikator herangezogen Costa 1993 Hagemann 2000 H ufig gehen Studien aber wie auch oben schon beschrieben davon aus dass die Schwierigkeit der gesam
53. beim NASA TLX allerdings den Vergleich aller sechs Sub Skalen untereinander so dass 15 Vergleiche n tig sind bevor das Gesamturteil bestimmt werden kann wodurch sich die Auswertung hier etwas umfangreicher gestaltet Daher schlagen Byers Bittner und Hill 1989 die Berechnung eines sogenannten Raw Task Load Index RTLX vor der diese Vergleiche nicht erfordert sondern sich durch Bildung eines einfachen Mittelwertes aller sechs Skalen ergibt Zus tzlich zur umfangreicheren Auswertung multidimensionaler Verfahren ist hier auch eine st rkere Interferenz mit der Prim raufgabe gegeben da das Ausf llen l ngere Zeit in Anspruch nimmt und damit selbst h here Aufmerksamkeitsressourcen erfordert Auf Grund der einfachen Anwendung und Auswertung unidimensionaler Skalen sowie deren hoher Sensitivit t und geringer Interferenz mit der Hauptaufgabe ist die RSME Skala zur Erfassung mentaler Beanspruchung sehr geeignet Allein die Diagnostizit t kann als 26 Schwachstelle angesehen werden so dass hier eine sinnvolle Kombination von uni und multidimensionalen Verfahren anzustreben ist 2 4 3 LEISTUNGSBASIERTE MARE Wie in Kapitel 2 3 beschrieben halten Hollnagel und Woods 2005 die Erfassung mentaler Beanspruchung nur aufgrund von R ckschl ssen direkter Leistungserfassungen f r m glich Hierbei k nnen Leistungsma e in der Prim raufgabe oder in einer Sekund raufgabe erfasst werden Die prim re Leistungsmessung erfolgt durch die dir
54. berf hrt Bei Auftreten der Transition choose next vehicle wird der auf dem Platz Stripbay vorhandenen geordneten Liste derjenige Flugstreifen entnommen der f r den momentanen Entscheidungsprozess von Interesse ist und auf dem Platz next Vehicle abgelegt Die verbleibende Liste wird wieder auf dem Platz Stripbay abgelegt Wurde das Luftfahrzeug ausgew hlt k nnen die zugeh rigen Informationen vom Flugstreifen extrahiert werden und die visuelle Aufmerksamkeit wird zur ckgegeben wobei hierbei wiederum eine Verz gerung von 3 9 Sekunden f r den Blick auf den Flugstreifen addiert wird Annahme 8 Die visuelle Aufmerksamkeit ist demnach f r 3 9 Sekunden f r diesen Prozess gebunden Pinska 2008 Die extrahierte Information wird im Anschluss auf dem Platz Visual Buffer abgelegt Durch das Ablegen aller aufgenommenen Informationen in den Pl tzen Visual Buffer bzw Auditory Buffer werden diese dem nachgeschalteten Working Memory Modul zur Verfiigung gestellt welches in den Abschnitten 5 4 10 und 5 4 11 behandelt wird vgl auch Kapitel 3 4 Durch das Auftreten der Transition look at _flightstrip wird au erdem die Planung initiiert welche der folgende Abschnitt behandelt 5 4 4 PHASE DER PLANUNG Die Phase der Handlungsplanung ist im MATriCS Modell sehr stark anwendungsbezogen und reduziert umgesetzt da der Hauptfokus des Modells auf den kognitiven Ressourcen und dem Arbeitsgedachtnis liegt 49 Das Pl
55. clearOld statOld1 statOld1 info aud id ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load retrieve_ WY_Statu In Retrieve retrieve mental_model In Let filter fn mental_model gt loc mental_model lt gt loc mental_model locstat loc_status loc loc retrieve FS_Info Retrieve Mental_Model E retrieve retrieve FS info id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_ time stime dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOld1 statOld1 stored_ FS_Info Out FS_Info Stored ac on_RWY Out Vehicle_on_Loc locLast locLast dest dest fetrieve N 5B_Info In Retrieve retrieve id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOld1 statOld1 stored SP Intro ue Stripbay_Info sort aimlist id ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load orderReqTime retrieve stored_ req Request aimlist Aim_List Abbildung 39 Der WM_retrieval Prozess im Petrinetz 5 5 SIMULATION UND ANALYSE DES PETRINETZMODELLS 1 b 0 WM Capacity 1 0 2 1 0 WM Capacity 1 0 3 1 0 WM Capacity 1 0 4 6 0 WM Capacity lo 5 6 0 WM Capacity 1 0 6 6 0 WM Capacity 1 0 7 6 0 WM Capacity 1 0 8 6 0 WM Capacity 1 1 9 6 0 WM Capacity 1 1 10 6 0 WM Capacity 1 1 11 6 0 WM Capacity 1 1 12 6 0 WM Capacity 1 1 13 9 9 WM Capacity 1 1 14
56. dass Leistungsunterschiede in der Aufgabenbearbeitung mit den unterschiedlichen Auspr gungen dieser Parameter verbunden sind Die Validierung des Modellansatzes erfolgt mit Hilfe der Mikrowelt CAMS Cabin Air Management System Wastell Sauer amp Hockey 2003 Weiterhin entwickelt Werther 2006a ein formales Modell der Flughafenverkehrskontrolle auf der Grundlage einer kognitiven Arbeitsanalyse Vicente 1999 In Verbindung mit der sogenannten Remote Tower Operation kleinerer Flugh fen F rstenau et al 2009 Oehme amp Schulz Rueckert 2010 Schmidt Rudolph Werther amp F rstenau 2006 standen hierbei vor allem die Untersuchung verschiedener M glichkeiten der Arbeitsorganisation sowie das Design einer neuen Arbeitsposition Remote Controller basierend auf formaler Analyse im Fokus der Modellbildung M hlenbrink 2011 verwendet eine Erweiterung dieses Lotsenmodells zur Untersuchung von Entscheidungsheuristiken von Versuchspersonen in einer simulierten Mikrowelt eines Towerlotsenarbeitsplatzes Ebenso zeigten M hlenbrink Manske und Kirlik 2012 wie das 3 Schritt Prinzip der Heuristischen Entscheidungsfindung Gigerenzer Todd amp ABC Research Group 1999 dazu verwendet werden kann zu analysieren wie das Design eines Entscheidungsunterst tzungssystems das Entscheidungsverhalten eines Lotsen beeinflusst Die vorgestellten ingenieurwissenschaftlich gepr gten Modelle besch ftigen sich einerseits mit der Optimierung physika
57. die absolute H he der mittleren Beanspruchung des NASA TLX g A meist um etwa den Faktor 2 untersch tzt Die absolute H he der Modelldaten stimmt aber gut mit denen des RSME berein MAD 5 36 vgl Kapitel 6 2 10 und 6 3 9 Die weitere explorative Analyse ergab au erdem dass gut 61 der von den Versuchspersonen gemachten Fehler innerhalb von Beanspruchungspeaks des Modells lagen vgl Kapitel 6 2 11 wodurch das Modell prinzipiell auch in der Lage ist Fehler vorherzusagen und ein Indiz f r die G ltigkeit des Modells auf der Mikroebene geschaffen werden konnte vgl Kapitel 6 3 10 192 7 DISKUSSION DER ARBEIT Im Folgenden wird die Arbeit anhand der in Kapitel 1 3 gesetzten Forschungsziele diskutiert 7 1 BEITRAG ZUR ABLEITUNG EINER GEEIGNETEN MODELLIERUNGSFORM DES KONSTRUKTES MENTALER BEANSPRUCHUNG FORSCHUNGSZIEL 1 Das Forschungsziel der Ableitung einer geeigneten Modellierungsform des Konstruktes mentaler Beanspruchung kann anhand der im Kapitel 2 vorgestellten Theorien bewertet werden Hierbei wurde zun chst analysiert welche theoretischen Vorstellungen von mentaler Beanspruchung existieren Zwei einschl gige Theorien die sich mit dem theoretischen Konstrukt befassen wurden vorgestellt wobei f r die vorliegende Arbeit insbesondere die aufmerksamkeitstheoretischen Modelle als Basis f r die Modellierung mentaler Beanspruchung verwendet wurden Auch wenn die meisten Definitionen mentaler Beanspruchung aufmerksamkei
58. eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsabl ufe 4 3 4 ANALYSE AUS DEM EUROCONTROL PROJEKTATHOS Das ATHOS Projekt lief von 1996 bis 2000 und hatte die Ausarbeitung einer neuen Mensch Maschine Schnittstelle f r Flughafentower zum Ziel die in zuk nftige A SMGCS Systeme integriert werden sollte Die Daten der ATHOS Studien wurden an f nf repr sentativen Flugh fen erhoben Buck et al 1996 Courboulay amp Kahn 1996 Marti 1998 2000 Paris Charles De Gaulle Madrid Barajas Palma de Mallorca Amsterdam Schipol und Frankfurt a M Nach einer Analyse vor Ort wurde auch hier ein Task Analysis Model erstellt Allerdings weist bereits Tavanti 2006a darauf hin dass ber die verwendete Methodologie zur Aufgabenanalyse nur eine sehr kurze Stellungnahme existiert Sie geht aber davon aus dass dieselbe Methodik verwendet wurde wie f r das MANTEA Projekt Weiterhin war nur der Report auffindbar der die Aufgabenanalyse des Flughafens Paris Charles De Gaulle beschreibt Ein weiterer Mangel des Dokumentes ist das Fehlen einer ausf hrlichen Beschreibung der Aufgaben sodass diese oft nicht v llig verst ndlich sind Ebenso ist f r das ATHOS Projekt nur die Position des TWR beschrieben Auch diese Analyse weist einen hnlichen Detailgrad wie die des MANTEA Projektes auf 4 3 5 ANALYSE DER FAA FAA AIR TRAFFIC CONTROL OPERATIONS CONCEPTS Die Analyse der FAA umfasst sieben B nde wobei der f nfte g nzlich den Towerlotsen gewidmet ist u
59. entwickeltes generisches Petri Netz Modell vgl Manske Smieszek et al 2013 welches zun chst beispielhaft f r den Flughafen Braunschweig Wolfsburg ICAO Code EDVE umgesetzt wurde Die gro e Starke des Modells ist seine einfache Anpassbarkeit zur Modellierung weiterer Flugh fen was Manske Smieszek et al 2013 anhand des Berliner Flughafens BER ICAO Code EDDB demonstrieren konnten Dies ist vor allem wichtig f r den durchgef hrten Validierungsversuch vgl Kapitel 6 On Block Leave RWY Off Block Enter RWY Abbildung 19 Elemente der invariablen Prozesslogik eigene Darstellung nach Manske Smieszek Hasselberg amp M hlenbrink 2013 Um diese einfache Anpassbarkeit zu erreichen wurde die Modellentwicklung auf Basis der Feststellung angegangen dass einige wenige Orte gleicher Funktionalit t an jedem Flugplatz gegeben sind Manske 2013 Diese sind Eine oder mehrere Start und Landebahnen An und Abflugbereiche Rollwege und Stellpl tze f r Luft und andere Fahrzeuge Im Petri Netz sind diese allgemeinen Orte daher als Pl tze modelliert Diese werden durch Transitionen miteinander verbunden welche diejenigen Bewegungen beschreiben die die auf dem Flughafen befindlichen Objekte ausf hren k nnen um sich von Ort zu Ort zu bewegen Zusammen bilden 87 sie die invariable Prozesslogik siehe Abbildung 19 Stark abstrahiert folgt jeder Flugplatz dieser Struktur Manske 2013 Unterschied
60. fast alle Messzeitpunkte das Kreuz f r ihre Bewertung auf ein und demselben verbalen Anker der RSME Skala setzten so dass eine sehr geringe Variabilit t der Messwerte zustande kommt Eine Erkl rung hierf r k nnte sein dass die Versuchspersonen eine Strategie anwendeten in der sie der Bewertung als Nebenaufgabe eine sehr geringe Priorit t zuordneten um der Hauptaufgabe so viel Aufmerksamkeit wie m glich widmen zu k nnen Die Versuchspersonen k nnten allerdings auch tats chlich keinen Unterschied in der mentalen Beanspruchung empfunden haben Ebenso k nnte es daran liegen dass die Versuchspersonen nicht ausreichend motiviert waren um wirklich valide Bewertungen ihrer mentalen Beanspruchung abzugeben Bei den visuellen Vergleichen der Verl ufe fiel auf dass die Bewertungen mittels RSME und die Modelldaten zum Ende des Szenarios teilweise auseinanderdriften Auch dies kann mit der Erwartung der Versuchspersonen erkl rt werden dass das Szenario bald zu Ende ist wodurch die Bewertungen nach unten korrigiert werden Ferner k nnen aber auch Unterschiede in der Abarbeitung der Flugzeuge von Modell und Versuchspersonen daf r verantwortlich sein Hierbei kann es passieren dass die Versuchspersonen bestimmte Flugzeuge nicht oder anders abarbeiten als das Modell d h die Versuchspersonen Flugzeuge entweder warten lassen sie ignorieren oder es durch Fehler zu einer ver nderten Belastung kommt z B wenn ein Flugzeug durchstarten muss oder
61. gt TakeOff gt Taxiln gt Push gt TaxiOut gt TaxilnA und zweistufige Hierarchien z B Taxiln gt Land gt TakeOff gt TaxiOut gt TaxilnA gt Push vgl M hlenbrink 2011 Die starke Reglementierung der Flugverkehrskontrolle sieht zus tzlich f r viele Eventualit ten und komplexit tserh hende Faktoren sogenannte Standard Operating Procedures SOPs vor Aus Koros et al 2006 geht hervor dass Lotsen haupts chlich nach diesen SOPs handeln und ihre Entscheidungen danach treffen Eine situationsbedingte Entscheidung muss der Lotse beispielsweise treffen wenn zwei Luftfahrzeuge gleichzeitig eine Flughafen Ressource z B die Start Landebahn verwenden wollen Hierf r besagt die SOP beispielsweise dass ankommende Fl ge immer Vorrang vor abfliegenden haben sollten vgl Kapitel 4 4 4 Die Schwierige Aufgabe des Lotsen ist es dabei zu evaluieren ob und wie viel Zeit besteht um beispielsweise zwischen zwei ankommenden Fl gen einem abfliegenden die Starterlaubnis zu erteilen Eine solche Evaluation ist bisher noch nicht im MATriCS Modell umgesetzt worden Da der Fokus des hier vorliegenden Modells auf der Beschreibung der kognitiven Ressourcen Aufmerksamkeit und Arbeitsged chtniskapazit t liegt und weniger auf der Implementierung ad quater Entscheidungsalgorithmen oder Heuristiken wurde die einfache first come first served Heuristik nach M hlenbrink 2011 implementiert Annahme 10 Es wird dabei davon ausgegan
62. gte siebte Schritt der Modellvalidierung wird im folgenden Kapitel beschrieben 133 6 VALIDIERUNG Wie bereits in Kapitel 4 1 beschrieben besteht die Aufgabe des Modellierers nicht nur darin Modelle zu erstellen sondern ebenso ber die Validierung den Bezug zwischen dem Modell und dem realen Untersuchungsgegenstand nachzuweisen Bub amp Lugner 1992 M hlenbrink 2011 Hierbei sind durch empirische Studien Daten zu generieren welche mit den Modelldaten verglichen werden k nnen um Informationen ber die Modellg te zu erhalten Eine solche Studie wurde im August 2013 in den R umlichkeiten des Institutes f r Psychologie und Arbeitswissenschaften der TU Berlin durchgef hrt Ziel der Studie war die Erhebung von Daten zur Testung des Modellansatzes und der Modellg te sowie die Replikation von Befunden mentaler Beanspruchung in Abh ngigkeit des Verkehrsaufkommens Bei der Studie ging es darum zu testen wie gut das entwickelte Modell die bei den Versuchspersonen erhobenen Daten zur mentalen Beanspruchung bei einer Lotsenaufgabe abbildet Daher wurden verschiedene Beanspruchungsma e erhoben vgl Kapitel 2 4 Als Beanspruchungsma e wurden sowohl unidimensionale als auch multidimensionale subjektive Fragebogendaten erhoben sowie als objektives Ma das EKG gemessen woraus als Beanspruchungsma die Herzrate gemessen in Inter Beat Intervallen abgeleitet wurde siehe Kapitel 2 4 zur Erfassung mentaler Beanspruchung Als Leistungsm
63. im Flugplan angegebenen Zeitpunkt zu Abbildung 42 Arbeitsplatz der Versuchspersonen Eine absolute Standardisierung der Szenarien w re allerdings ohnehin nicht m glich gewesen da auf Grund der Realit tsn he der Aufgabe die Versuchspersonen selbst durch ihre Aktionen w hrend der Szenarien Ver nderungen an denselben vornehmen Das bedeutet dass je nachdem wie die Versuchsperson das Szenario abarbeitet und welche Entscheidungen sie trifft das Szenario einen anderen Ablauf erh lt Dies stellt einen Trade off zwischen der Kontrolle 62 Eine Kontaktaufnahme mit dem Entwickler sowie dem Publisher der Software ergab leider keine Abhilfe f r dieses Problem da der Support schon seit l ngerem v llig eingestellt wurde und die Zust ndigkeit von jeder Seite an die jeweils andere Seite verwiesen wurde Es galt daher mit den Gegebenheiten bestm glich umzugehen und die Auswertung der Daten dementsprechend zu gestalten vgl Kapitel 6 1 4 137 aller Variablen und der Ubereinstimmung mit der Realitat dar der zugunsten der bereinstimmung mit der Realit t entschieden wurde Bei beiden Problemen erweist sich allerdings die Flexibilit t des Flughafenmodells als u erst hilfreich da es m glich ist aus den Funkprotokollen der Versuchspersonen exakt diejenigen Szenarien zu rekonstruieren welche die konkrete Versuchsperson erlebt hat Das hei t es ist m glich die Flugzeuge in den Modellszenarien exakt zu denselben Zeitpunkte
64. ist damit mit r vergleichbar Die Berechnung beruht allerdings nicht auf den tats chlichen Messwerten sondern auf deren R ngen Spearman s p ist au erdem sinnvoll weil die abh ngige Variable des Modells in diesem Fall Anzahl der Chunks im Arbeitsged chtnis nur sehr lose mit der abh ngigen Variable der Realdaten RSME Bewertung verwandt ist Schunn amp Wallach 2005 Ferner wird p h ufiger angewendet und gew hrleistet so Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Befunden Als zweiter Kennwert kann Kendall s t berechnet werden welcher auf einem anderen Berechnungsverfahren beruht als Pearson s r und Spearman s p Auch wenn Schunn und Wallach 2005 keinen Grund daf r sehen dass Kendall s t Spearman s p vorgezogen werden sollte so soll dieser hier doch berechnet werden Dies ist in der Tatsache begr ndet dass Kendall s t als weitaus m chtiger angesehen werden kann als andere Korrelationskoeffizienten da alle Wertepaare untereinander verglichen werden und nicht nur jeweils die zwei Wertepaare eines Paares Hierdurch ist t meist etwas konservativer und somit die Gefahr Ergebnisse berzuinterpretieren damit etwas eingegrenzt Im Gegensatz zu p wird anstatt der quadrierten Rangdifferenzen die Fehlordnung der Paare untereinander ausgewertet wodurch Kendall s t unempfindlicher gegen ber Ausrei ern ist Newton 2002 Eine weitere M glichkeit den Fit von Modell und Realdaten speziell von ordinal skalierten Variablen z
65. mit geringem Verkehrsaufkommen Best tigt 2 und 4 sind geringer als die der Baseline Bedingung v Mittelwertsdifferenz 0 199 p lt 0 001 CI 95 0 089 0 309 Hypothese 2c Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen Nicht 1 und 3 sind geringer als die der Szenarien mit geringem best tigt Verkehrsaufkommen 2 und 4 Mittelwertsdifferenz 0 053 x p 0 691 6 2 3 BEWERTUNG DER MITTLEREN MENTALEN BEANSPRUCHUNG MITTELS HERZRATE HYPOTHESEN 3A F Hypothese 3 Die Herzrate gemessen in Millisekunden Dauer der Inter Beat Intervalle ist bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant geringer als bei niedrigem Verkehrsaufkommen Dagegen unterscheidet sich die Herzrate von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen nicht Aufgrund der zur berpr fung der Hypothese 2 durchgef hrten Analysen kann durch die geringe Sensitivit t der Herzrate keine Aussage bez glich der Hypothese 3 gemacht werden In 163 der Analyse zu Hypothese 2 zeigte sich bereits dass keine signifikanten Unterschiede in der Herzrate innerhalb der beiden Experimentalbedingungen bestehen Damit kann die Herzrate nicht als verl sslicher Indikator f r Beanspruchungsunterschiede in den Experimentalbedingungen betrachtet und im Weiteren nicht als Ma zur Hypothesenpr fung eingesetzt werden 6 2 4 BEWERTUNG DER MITTLEREN MENTALEN BEANSPRUCHUNG MITTELS RSME HYPOTHESEN 4A F Hypothese 4 Die subjektiven Bewertungen der mentalen Beanspruchung erh
66. nicht nur die blo en Aufgabenabl ufe sondern auch die kognitiven Prozesse des Operateurs modelliert und simuliert werden k nnen und dies zu einer h heren Korrespondenz zwischen Modell und Operateur f hrt Bereits bestehende Modelle mentaler Beanspruchung in der Flugverkehrskontrolle betrachten kognitive Prozesse bisher allerdings eher am Rande machen also sehr wenige oder stark vereinfachte Annahmen die der Komplexit t des Systems und der Aufgabe nicht gerecht werden Oder aber sie fokussieren auf den sogenannten en route Bereich Lotsen die die Koordination von Flugzeugen im oberen Luftraum vornehmen wobei die Befunde hier als nicht vergleichbar mit dem Aufgabenspektrum und der Komplexit t des zu kontrollierenden Systems von Towerlotsen anzusehen sind Auf dem Flughafen finden einerseits sehr viel mehr Interaktionen zwischen Flugzeugen statt Andererseits ist die Erkennung und L sung von Konflikten aufgrund der r umlichen Begrenzung hier ungleich schwerer es stehen nur 2 Dimensionen zur L sung von Konflikten zur Verf gung und zeitkritischer Diese Arbeit hat sich daher zum Ziel gesetzt die Modellbildung und Simulation in Mensch Maschine Systemen zu nutzen um die n tigen Voraussetzung einer verl sslichen Erkennung des Zustandes insbesondere der mentalen Beanspruchung von Towerlotsen zu schaffen 1 Als Expertensysteme werden Computerprogramme bezeichnet welche den Menschen bei der L sung komplexer Probleme auf Grund
67. over IP Kommunikations Software Team Speak wobei die Versuchspersonen immer wenn sie sprechen wollten eine 156 markierte Taste auf einem Nummernpad gedr ckt halten mussten Push to Talk was die Aktivierung des Mikrofons bei echten Lotsen abbildete Es folgte die Instruktion der Hauptaufgabe sowie die Beschreibung jeder einzelnen Anfrage und Freigabe Diese umfasste die Erkl rung aller drei auftretenden Anfragen von Flugzeugen Fertig zum Rollen Fertig zum Abflug Bin bei Ihnen Anfrage zum Landen sowie die dazugeh rigen Freigaben Rollen zur Piste Startfreigabe Landefreigabe und Rollen zum Terminal F r das Rollen zum Terminal wurde dabei keine spezifische Anfrage durch die Flugzeuge gegeben Vielmehr mussten die Versuchspersonen selbst erkennen wann ein Flugzeug von der Start Landebahn abgerollt und bereit war eine weitere Freigabe zu erhalten so wie es auch im Modell umgesetzt war Als Gedankenst tze stand den Versuchspersonen den ganzen Versuch ber eine bersicht der Anfragen und der dazugeh rigen Freigaben zur Verf gung Abbildung 43 Arbeitsplatz der Versuchspersonen mit den zur Verf gung stehenden Radarbildschirmen links Luftradar rechts Bodenradar Nachdem die Hauptaufgabe instruiert war erfolgte eine Beschreibung der Hilfsmittel Hierbei standen einerseits die von der Simulation zur Verf gung gestellten Radarbildschirme f r Boden und Luftverkeh
68. r Szenario 2 ADszn2 22 24 f r Szenario 3 ADszn3 26 37 und f r Szenario 4 ADszn4 23 34 Die mittlere absolute Abweichung ergibt sich zu MAD 25 39 Die mittlere Beanspruchungsh he die mit dem NASA TLX g A erreicht wurde wird damit vom Modell weit untersch tzt wobei die Werte des RSME recht gut abgebildet werden k nnen Tabelle 21 Absolute und mittlere Absolute Abweichung der Modelldaten von den subjektiven Daten RSME und NASA TLX Szenario Absolute Abweichung Absolute Abweichung RSME NASA TLX 1 11 99 29 62 2 0 02 22 24 3 2 60 26 37 4 6 82 23 34 Mittlere absolute Abweichung 5 36 25 39 177 6 2 11 EXPLORATIVE ANALYSE FEHLER UND BEANSPRUCHUNGSPEAKS Exploratives Vorgehen Berechnung der relativen H ufigkeit mit der Fehler von Versuchspersonen zu Zeitpunkten auftreten in denen das Modell eine hohe Beanspruchung vorhersagt Die explorative Analyse geht davon aus dass eine erh hte Fehlerwahrscheinlichkeit besteht wenn die Beanspruchung der Versuchspersonen hoch ist Hierbei galt es festzustellen ob aufgetretene Fehler h ufig innerhalb solcher Beanspruchungsgipfel liegen Es ist dabei m glich eine Vierfeldertafel laut Signalentdeckungstheorie Green amp Sweets 1966 aufzustellen vgl Tabelle 22 Dabei ist allerdings zu beachten dass ein Beanspruchungsgipfel nicht zwangsl ufig mit einem Fehler einhergehen muss sondern sich lediglich seine Auftretenswahrscheinlichkeit erh ht Es
69. rner 2000 S 84 Hollnagel 1992 Entscheidungen k nnen daher in vier Schritte unterteilt werden 1 Definiere das prinzipielle Ziel 2 Umrei e ein paar offensichtliche Alternativen 3 W hle eine Alternative aus die einen vern nftigen Kompromiss zwischen Kosten und Nutzen darstellt 4 Wiederhole das Vorgehen wenn das Resultat unbefriedigend ist Hollnagel 2012 Das gezeigte Verhalten wird hierbei allerdings nicht mit begrenzter Informationsverarbeitungskapazit t erkl rt sondern durch eine Anpassung an die Umgebungsbedingungen Einigkeit besteht allerdings dar ber dass Menschen nicht nach optimalen Entscheidungen streben sondern dass Entscheidungen eher so getroffen werden dass sie den Anspr chen gen gen Simon 1955 Ein solches Vorgehen bei Entscheidungen wird auch mit Naturalistic Decision Making bezeichnet Klein 2008 Todd amp Gigerenzer 2001 Zsambok amp Klein 1997 M hlenbrink 2011 untersucht in diesem Zusammenhang inwiefern Fluglotsen Entscheidungsheuristiken anwenden um den Flugverkehr effizient zu bearbeiten Er implementiert verschiedene solcher Heuristiken in ein holistisches Flughafen Lotsenmodell vgl Werther 2006a um diejenigen Handlungsstrategien abzubilden die Probanden in einer 111 experimentellen Untersuchung in einer Mikrowelt prinzipiell verfolgen k nnen Hierbei implementierte er sowohl die einfachste first come first served Heuristik als auch einstufige Hierarchien z B Land
70. sichtbar gemacht werden wobei gleichzeitig die Komplexit t der modellierten Systeme sehr gut beherrschbar ist Gleichzeitig besteht im Gegensatz zu kognitiven Architekturen die M glichkeit dass Prozesse die nicht im Fokus der Problemstellung stehen vereinfacht dargestellt oder gar weggelassen werden k nnen Zus tzlich k nnen auch bei im Fokus stehenden Prozessen zun chst vereinfachte Annahmen gemacht werden um festzustellen wie gut bereits einfache Modellannahmen in der Lage sind experimentelle Daten abzubilden so wie es beispielsweise beim Prozess der Entscheidungsfindung geschehen ist Dar ber hinaus ist die M glichkeit die modellhafte Beschreibung des Mensch Maschine Systems auf ganzheitliche Weise vornehmen zu k nnen von unsch tzbarem Wert Durch die Flexibilit t des generischen Flughafenmodells war es m glich Schw chen die die Simulationssoftware aufwies ausgleichen zu k nnen Die Verwendung einer kognitiven Architektur h tte hierbei entweder die Anbindung an die vorhandene oder die Erstellung einer eigenen Simulationssoftware erfordert Die Verwendung eines ereignisdiskreten Modellierungswerkzeuges zur Beschreibung vielerlei kontinuierlicher Prozesse stellte sich hierbei allerdings als eher ungeeignet heraus z B zur Modellierung der Rollprozesse am Flughafen oder des zeitlichen Verfalls von Informationen im Arbeitsged chtnis wie in Kapitel 5 4 10 beschrieben vgl Cowan 1998 Hier k nnten neuere Methoden wie Rea
71. so they have to reach a tradeoff between efficiency and thoroughness which under the condition of growing air traffic has to be shifted towards efficiency whereby the risk of controller errors and critical situations on the airfield raises It is therefore necessary to know at which point in time the controller is likely to get overloaded to be able to efficiently counteract in order to release cognitive capacity and therefore to reduce the risk of error It is of great importance to investigate observe and ideally to predict the distribution of mental workload of the controller over time The available methods for capturing mental workload are however not fully appropriate for its detection and prediction The attempt to predict mental workload of air traffic controllers by using mathematical indices is insufficient as well since solely objective factors of load like traffic amount but not subjective factors like training or experience are taken into account With the help of cognitive modelling this gap shall be closed In order to solve this problem an innovative approach to modelling is needed which not only takes environmental factors but also human behaviour and cognitive processes into account Due to simulation of models an anticipation of future situations is possible Following basic guidelines for the development of cognitive simulation according to Cacciabue relevant analyses of the air traffic control system as well as theories of inf
72. sofort die Entscheidung getroffen dass Konfliktpotential vorliegt Das Modell von Rantanen und Nunes 2005 hingegen vergleicht zun chst die Flugh he und pr ft nur dann die Trajektorien wenn gleiche Flugh hen vorliegen In Experimenten fanden Pompanon und Raufaste 2009 heraus dass keines der beiden zuvor genannten Modelle alle von ihnen erhobenen Daten hinreichend beschrieb und formulierten ein eigenes Modell welches hinsichtlich der verwendeten Strategie zur Konflikterkennung als Integration der beiden vorher genannten interpretiert werden kann Raufaste 2006 Hierbei wird zun chst die Richtung betrachtet und einer von vier Kategorien zugeordnet Unmittelbar im Anschluss daran wird berpr ft ob sich die Flugh he um mehr als 100 Fu unterscheidet Beide Informationen werden verwendet um zu entscheiden ob ein Konflikt besteht oder nicht Ebenfalls auf Basis von ACT R entwickelte Taatgen 2001 2002 ein Modell zur Beschreibung individueller Unterschiede beim Erwerb von Fertigkeiten in einer Fluglotsenaufgabe Kanfer Ackerman air traffic control task Hierbei steht allerdings weniger die Vorhersage realer Lotsendaten als vielmehr die berpr fung einer Theorie individueller Unterschiede beim 43 Fertigkeitserwerb Ackerman 1988 1990 im Vordergrund Es wurde davon ausgegangen dass drei Faktoren allgemeine Intelligenz Wahrnehmungsgeschwindigkeit sowie psychomotorische F higkeiten unterschiedliche Teile des Fertigkeitserwer
73. ssigbar klein sein k nnen Sie argumentieren dass Mikrokognition die Verbindung zwischen dem Ph nomen und dem realen Kontext zu Gunsten der bereinstimmung mit der Theorie oder dem Modell aufgeben Hochkomplexe Verhaltensweisen sind oft nur schwer bis berhaupt nicht experimentell zu untersuchen so dass sehr feingranulare Untersuchungen oft dazu f hren dass immer mehr Wissen ber immer kleinere Problemstellungen generiert wird dass wir immer mehr ber immer weniger wissen Kindsm ller et al 2004 S 10 Kognitive Modelle im Bereich der mikrokognitiven Ans tze k nnen nach Salvucci und Lee 2003 nochmals in High und Low Level Ans tze unterschieden werden vgl Abbildung 3 High level Ans tze beschreiben das Nutzerverhalten durch einfache grundlegende Nutzerhandlungen z B eine Mausbewegung oder einen Tastendruck Das Verhalten von Nutzern wird durch Aufgabenmodelle als lineare Sequenz einzelner Schritte beschrieben Die Methode GOMS Goals Operators Methods and Selection Rules und deren Derivate sind hier die wichtigsten Vertreter z B Card Moran amp Newell 1983 Gray John amp Atwood 1992 John amp 34 Kieras 1994 Kieras 1996 Urbas Heinath Schaft amp Leuchter 2007 Urbas amp Leuchter 2008 Wandmacher 2002 Low level Ansdtze werden auf Basis sogenannter kognitiver Architekturen realisiert welche aus kognitionswissenschaftlichen Theorien entstanden und Annahmen iiber die Funktionsweise der grun
74. stellt sich damit als schwierig heraus sowohl falsche Alarme false Alarm als auch korrekte Zur ckweisungen correct rejection zu beurteilen Informativ ist daher nur der Anteil an Treffern Hit und Auslassungen Miss Au erdem ist zu beachten dass nur in 20 der Zeit Fehler gemacht wurden 24 Versuchspersonen arbeiteten jeweils vier Szenarien mit je 15 Minuten Dauer ab was 1440 Minuten entspricht Insgesamt wurden dabei von allen Versuchspersonen in allen Szenarien 300 Fehler gemacht Tabelle 22 Vierfeldertafel der Signalentdeckungstheorie bezogen auf die Fehlerzahl in Versuch und Modell VP Modell Fehler Kein Fehler Peak Treffer falscher Alarm Kein Peak Auslassung korrekte Zur ckweisung Die Wahrscheinlichkeit eines Treffers pHit probability of hit ergibt sich dabei aus der Anzahl an Treffern geteilt durch die Anzahl an Treffern plus der Anzahl an Auslassungen pHit ug Wobei sich die Wahrscheinlichkeit einer Auslassung durch 1 Treffer ergibt Es wurde zur Auswertung folgende Kriterien festgelegt und untersucht Anhand der aufgetretenen Fehler wurde untersucht ob dieser innerhalb eines lokalen Maximums bzw innerhalb eines lokalen Maximums mit einer Toleranz von 1 Minute der Modelldaten liegt Zus tzlich zu diesem Kriterium wurde definiert dass ein Modellwert ber f nf gt 5 Chunks im Arbeitsged chtnis eine erhebliche Beanspruchung bedeutet wodurch sich hier auch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Fehlern
75. the common threads arnong the different phenomena associated with human experience Flach 2008 S 38 Bereits Klein Klein und Klein 2000 beschreiben die Notwendigkeit der Verbindung von Grundlagenforschung der kognitiven Psychologie mikrokognitiv und der Anwendungsforschung der kognitiven Ergonomie makrokognitiv Sie beschreiben zwei M glichkeiten diese Verbindung zu erreichen Einerseits durch hinreichend gro e berschneidung der untersuchten Ph nomene andererseits durch die Anwendung mikrokognitiver Forschungsergebnisse auf anwendungsorientierte makrokognitive Problemstellungen Klein et al 2000 Makrokognitive Ebene Upscaling Mikrokognitive Ebene Downscaling Neuronale Ebene Abbildung 4 Verbindung zwischen makro mikrokognitiver und neuronaler Ebene durch Up und Downscaling eigene Darstellung nach West et al 2013 F r die Modellierung von Mensch Maschine Systemen im Speziellen vergleichen Smieszek und Ru winkel 2013 in Anlehnung an West Hancock Somers MacDougall und Jeanson 2013 den Unterschied zwischen mikro und makrokognitiver Modellierung mit dem Unterschied zwischen neuronaler und mikrokognitiver Modellierung vgl Abbildung 4 Die drei in Abbildung 4 gezeigten Ebenen makrokognitiv mikrokognitiv und neuronal sollten dabei allerdings weniger als strikt getrennt voneinander sondern eher als ein Kontinuum von stark grundlagenorientierter neuronaler ber mikrokognitive hin zu anw
76. tze P1 der Transition nachgeschaltete Pl tze als Nachpl tze P2 bezeichnet Pfeile die zu einem Knoten hin gerichtet sind werden als Input Pfeile Input Arcs von einem Knoten weg gerichtete Pfeile als Output Pfeile Output Arcs bezeichnet Pi T1 P2 Abbildung 13 Beispiel f r ein einfaches Petrinetz Als aktive Elemente des Netzes sind Transitionen in der Lage Marken auf direkt mit ihnen verbundenen Pl tzen durch schalten oder feuern zu ver ndern Das Vorhandensein einer Marke beschreibt hierbei das Erf llt sein einer durch P1 modellierten Bedingung Durch das Schalten einer Transition werden Marken auf den Vorpl tzen konsumiert und auf den Nachpl tzen der Transition erzeugt Bei klassischen Petrinetzen ist es dabei nur m glich eine einzige Art von Marken sogenannte schwarze Marken zu verwenden Es k nnen lediglich mehrere gleiche Marken dargestellt werden indem auf einem Platz mehrere schwarze Punkte eingetragen werden oder bei einer sehr gro en Anzahl Marken einfach die Anzahl der Marken als Zahl auf den Platz geschrieben wird F r die Modellierung komplexer Systeme stellt dies eine starke Einschr nkung dar Die Entwicklung farbiger Petrinetze erm glichte es unterschiedliche Arten von Marken also Marken mit unterschiedlichem Dateninhalt und Eigenschaften zu verwenden unterschiedlich farbige Marken28 Die funktionale Programmiersprache CPN ML die auf der Sprache Standard ML aufbaut stellt dabei die
77. w hrend oder durch die unterschiedliche Skala zustande kamen Ein weiteres Problem ergibt sich will man die Skala der subjektiven Ma e und des Models ineinander umformen d h sie auf gleiche Einheiten bzw L ngen Transformieren z B Prozentwerte Die Anwendung einer subjektiven Skala welche ebenso viele Stufen wie die Modellskala hat k nnte hier Abhilfe schaffen F r die Annahme einer zehnstufigen Modellskala zehn chunks maximal im Arbeitsged chtnis speicherbar w re die Anwendung der zehnstufigen Skala des NASA TLX denkbar Nichtsdestotrotz konnte auch bei der RSME Skala durch Umformung der absoluten Werte in Prozent Werte ein Vergleich mit der Modellskala erreicht werden Das Problem der nicht gegebenen quidistanz bleibt allerdings f r alle subjektiven Skalen bestehen Die Modellskala kann hingegen als quidistant angesehen werden Es gilt demnach zu pr fen inwiefern beispielsweise durch die Anpassung der Modellskala auf die verbalen Anker der RSME Skala eine bessere bereinstimmung der Skalen zu erreichen ist Die mehrheitliche Anwendung nonparametrischer Verfahren und Rangkorrelationskoeffizienten ergab sich ebenso aus der Beschaffenheit der Daten Da die subjektiven Beanspruchungsdaten nur als ordinalskaliert betrachtet werden k nnen sind andere als nonparametrische Verfahren 202 nicht zul ssig Es existieren zahlreiche Betr ge dar ber dass beispielsweise die ANOVA robust gegen ber moderaten Verletzungen der Vor
78. wenn ein Colorset verwendet wird hier FS_Info welches dem Colorset Vehicle gleicht als wenn zwischen mehreren Colorsets mit verschiedenen Dateninhalten gewechselt werden m sste Durch den Abruf der Information aus dem Arbeitsged chtnis wird eine Marke auf dem Platz stored FS info erstellt wodurch die Transition add_flightstrip aktiviert wird vorausgesetzt die Marke auf dem Platz WM Capacity gibt an dass Arbeitsgedachtniskapazitat zur Verf gung steht5 um den Prozess kognitiv auszuftihren5 Durch das Feuern der Transition wird der bereits auf dem Platz Stripbay enthaltenen Liste das Element auf dem Platz stored ES info hinzugef gt Das eigentliche Sortieren anhand der geplanten Ankunftszeit Variable s_ time wird anschlie end auf die um das neue Element erg nzte Liste angewendet Dies wird durch mehrere Standard ML Funktionen fun insert fun sort fun orderFlightstriplist bernommen welche am _ Output Arc der Transition add_filghtstrip definiert sind Diese erzeugen dann die geordnete Liste aller Flugstreifen auf dem Platz Stripbay Zus tzlich wird auf dem Platz planning completed eine Marke erzeugt welche Voraussetzung daf r is dass eine Top Down getriggerte Aufmerksamkeitsverschiebung zur Stripbay erfolgen kann gt 3 5 4 6 PHASE DER ENTSCHEIDUNGSFINDUNG Entscheiden beschreibt den Prozess des Ausw hlens aus mehreren Alternativen z B die Entscheidung f r eine bestimmte Vorgehensweise Roske Hofstrand
79. werden CTA covers a range of approaches used for looking at mental hence cognitive internal events or knowledge structures Kirwan amp Ainsworth 1992 S 392 Bei der HTA hingegen ist das physische von au en beobachtbare Verhalten von Interesse Da fiir die Modellierung der Leistung von Operateuren sowohl physische als auch die kognitive Aufgaben von Belang sind wurden hier beide Arten von Aufgabenanalysen ausgewertet Beiden gemeinsam ist allerdings die Zerlegung komplexer Aufgaben in weniger komplexe Unteraufgaben mit Hilfe von sogenannten Dekompositionsgrafen Das zweite Kriterium ist die Position welche analysiert wurde Da Forschungen bez glich der Flugverkehrskontrolle in den letzten Jahrzehnten vor allem auf den en route Bereich fokussiert waren also denjenigen Lotsen welche die Staffelung der Flugzeuge im oberen Luftraum koordinieren existieren die meisten Analysen f r diese Position vgl Kapitel 1 und 3 W hrend der Recherchearbeiten stellte es sich ferner als schwierig heraus Zugang zu einigen Originaldokumenten von Aufgabenanalysen zu erhalten Daher wurden ebenso bereits existierende Zusammenfassungen von Aufgabenanalysen in die Untersuchung mit einbezogen Buck Biemans Hilburn und van Woerkom 1996 f gten beispielsweise die Analysen von Alexander Alley Ammerman Hostetler und Jones 1988 Endsley und Rodgers 1994 ETACHIP 1996 und Jackson 1989 sowie die Analyse von Cox 1994a zusammen und untertei
80. werden wurde auch hier eine Friedmann ANOVA durchgef hrt 70 00 in O 7 60 00 u oO Q CH gt 2 CH 30 00 4 20 00 Mittlere BeanspruchungshGhe NASA TLX g A fe 0 00 T Niedrig Durchschnittlich Hoch D2 R Wert Abbildung 47 Mittlere Beanspruchungsh he laut NASA TLX g A der drei Gruppen nach d2 R Ergebiniss Diese gelangte f r beide Ma e zu keinen signifikanten Ergebnissen RSME x lt 1 000 df 2 p 0 704 NASA TLX g A x lt 0 333 df 2 p 0 956 F r die weitere Auswertung der subjektiven Ma e sowie des Leistungsma es kann daher ein Einfluss des Abschneidens im d2 R Test und damit des Effizienz Geschwindigkeits Tradeoff auf die Beanspruchungsbewertungen ausgeschlossen werden Tabelle 7 Ergebnisse der Testung der Hypothese 1 Hypothese Getatigte Annahme Ergebnis Hypothese 1a Mit steigendem d2 R Wert werden weniger Fehler gemacht Nicht best tigt x 65 Die absoluten Skalenwerte der subjektiven Ma e wurden zur besseren Vergleichbarkeit jeweils in Prozentwerte berf hrt 161 Hypothese 1b Mit steigendem d2 R Wert wird die Beanspruchung als geringer Nicht eingesch tzt best tigt x 6 2 2 BEWERTUNG DER SENSITIVIT T DER HERZRATE HYPOTHESE 2 Hypothese 2 Die Herzrate gemessen in Millisekunden Dauer der Inter Beat Intervalle der beiden Experimentalbedingungen hohes vs niedriges Verkehrsaufkommen ist signifikant geringer als die der Baseline Bed
81. werden die einzelnen Analysen genauer beschrieben sowie deren Verwendbarkeit analysiert 4 3 3 ANALYSE AUS DEM EUROCONTROL PROJEKT MANTEA Die Analyse des MANTEA Projektes ist in Tavanti 2006a beschrieben Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung von Entscheidungsunterst tzungssystemen zur Verbesserung des Managements des Oberflachenverkehrs an Flugh fen Das MANTEA Projekt beinhaltet au erdem die Automatisierung von Funktionen wie der Planung des Oberfl chenverkehrs und berwachung der bereinstimmung mit Instruktionen die Erkennung potentieller Konflikte und ihre L sung Tavanti 2006a Die MANTEA Studie analysiert die beiden Positionen TWR 59 und GND Die Studien wurden in den zwei Towern Rom Fiumicino und Amsterdam Schipol durchgef hrt Hierbei wurde nach der typischen Zerlegung von Hauptaufgaben in Unteraufgaben vorgegangen wie es bei einer hierarchischen Aufgabenanalyse blich ist Tavanti 2006a F r die Erstellung eines generalized task models GTM wurde die Methode MUSE Method for Usability Engineering verwendet Lim amp Long 1994 Die Dekompositionsgrafen beider Positionen weisen einen hnlichen aber recht geringen Detailgrad auf Es sind daher keine konkreten R ckschl sse auf detaillierte Handlungen oder kognitive Prozesse m glich Im Gegensatz zu Cox 1994a 1994b siehe unten liefert die Analyse des MANTEA Projekts eher einen groben berblick ber die allgemeinen T tigkeiten des Lotsen als
82. zum subjektiven 204 Gef hl des Angestrengtseins und damit zum Empfinden mentaler Beanspruchung beitragen und wie diese durch Interaktion mit dem Arbeitsged chtnis zustande kommt Dies gilt insbesondere wenn man dem Modell die F higkeit verleihen m chte Verkehrssituationen konstant berwachen zu k nnen und nicht nur punktuell Informationen ber die Verkehrssituation abrufen zu k nnen Dies ist vor allem auch dann wichtig wenn die Aufmerksamkeitsverteilung von Towerlotsen modellhaft beschrieben werden soll vgl Manske von Schlippe et al 2013 Das gilt vor allem auch hinsichtlich einer Erweiterung des Prozesses der Entscheidungsfindung Im vorliegenden Modell wurde lediglich auf Grundlage der aktuellen Verkehrssituation entschieden ob eine Freigabe gegeben werden kann oder nicht Es geht aber bereits aus der Aufgabenanalyse hervor dass Lotsen die aktuelle Verkehrssituation in die Zukunft projizieren diese also mental simulieren Klein amp Crandall 1995 Klein et al 2006 vgl auch Endsley 1995 um eventuelle Konflikte vorhersehen zu k nnen und dementsprechend prospektiv ihre Freigaben erteilen zu k nnen Smieszek und Joeres 2013 greifen diese Problematik auf und identifizieren auch hier dass weitere Grundlagenforschung n tig ist einerseits hinsichtlich der kognitiven Mechanismen bei solchen mentalen Simulations und Zeitsch tzprozessen vgl Peterken Brown amp Bowman 1991 Ru winkel et al 2011 Zakay amp
83. zwar von einer guten Sensitivit t ausgegangen werden wenn Prim r und Sekund raufgabe die gleichen Ressourcen beanspruchen Als problematisch ist allerdings anzusehen dass die Zweitaufgabe bei hoher Beanspruchung ignoriert werden kann sowie dass die Ressourcenverteilungsstrategie der Versuchspersonen nicht bekannt ist De Waard 1996 Daher sollte wenn m glich die Messung der Leistung in der Prim raufgabe vorgezogen werden da diese sehr viel leichter erfassbar ist Miller 2001 2 4 4 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG DER ERFASSUNGSMETHODEN Mit dem Ziel Warn oder adaptive Unterst tzungssysteme zu entwickeln werden die vorgestellten Methoden vor allem im Bereich der Fahrzeugf hrung eingesetzt um Fahrerzust nde online erkennen zu k nnen vgl Karrer Gau 2012 Hierbei sollten insbesondere die genannten G tekriterien ber cksichtigt werden um zu pr fen wie gut eine Erfassungsmethode f r die jeweilige Problemstellung von Nutzen sein kann Beim Autofahren k nnen vor allem physiologische Methoden in Frage kommen da sie eine relative geringe Interferenz mit der Prim raufgabe aufweisen Subjektive Ma e sowie das Zweitaufgabenparadigma sind hierbei eher ungeeignet da sie ein hohes Ablenkungspotential mit sich bringt Auch f r die Erfassung des Zustandes vor allem der mentalen Beanspruchung des Lotsen bei seiner Kontrollaufgabe k nnen die vorgestellten Ma e Anwendung finden Auch hier ist speziell die Interferenzfreiheit zu bea
84. zwischen den Modelldaten und den subjektiven Bewertungen der mentalen Beanspruchung mittels RSME innerhalb der Szenarien 186 besteht Es ergaben sich wenige negative Korrelationen und Nullkorrelationen 5 bzw 6 In den grafischen Darstellungen aller Versuchspersonen mit negativer Korrelation ist zu erkennen dass die subjektiven Bewertungen dieser Versuchspersonen ber die Zeit niedriger ausfallen Es kann angenommen werden dass hierbei der Anker f r die subjektive Bewertung zun chst h her angesetzt wurde und im Verlauf des Szenarios ein Lern und Gew hnungseffekt einsetzten so dass die Versuchspersonen ihre Bewertungen nach unten korrigierten Derartige Effekte werden ber das Modell nicht abgebildet Zus tzlich k nnte auch hier durch das Vorsortieren der Flugstreifen in der Stripbay ein Priming der Versuchspersonen stattgefunden haben wodurch aufgrund der Erwartung h herer Belastung in den ersten Minuten der Szenarien mit hoher Belastung h here Bewertungen vorgenommen wurden als in den Szenarien mit niedriger Belastung weil eine h here Anzahl vorsortierter Flugstreifen eine h here Belastung vermuten l sst Ebenso k nnte gegen Ende des Szenarios die Erwartung dass das Szenario bald zu Ende ist ein Absinken der subjektiven Beanspruchungsbewertung zur Folge haben Weiterhin fiel allerdings auf dass zwei der Versuchspersonen f r die sich negative Korrelationen bzw Nullkorrelationen ergaben ber alle Szenarien hinweg und f r
85. 0 20 es kann hier davon ausgegangen werden dass ein Unterschied in der mittleren Anzahl der Fehler besteht sodass die Nullhypothese verworfen werden muss 6 2 7 MITTLERE BEANSPRUCHUNGSHOHE DES MODELLS HYPOTHESE 7 Hypothese 7 Die mittleren Beanspruchungswerte des Modells sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die mittleren Beanspruchungswerte des Modells von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander F r die Modelldaten wurde das gleiche Bild erwartet wie es auch in den subjektiven Bewertungen gezeigt werden konnte Im Mittel ergab das Modell f r die beiden Szenarien mit hoher Belastung h here Werte von MWszn 33 92 s 6 31 f r Szenario 1 und MWszn3 24 56 s 5 20 f r Szenario 3 und f r die beiden Szenarien mit niedriger Belastung 169 geringere Werte mit MWsz2 12 28 s 3 57 f r Szenario 2 und MWsza 8 14 s 2 38 vgl Abbildung 52 Ein Kolmogorov Smirnoff Test auf Normalverteilung sowie ein Levene s Test auf Varianzhomogenitat der Modelldaten ergaben keine signifikanten Ergebnisse sodass Normalverteilung und Varianzhomogenitat angenommen werden k nnen Eine Messwiederholungs ANOVA wurde durchgef hrt bei der die einzelnen Szenarien als vier Stufen f r die Beanspruchung angesehen wurden 45 00 gt CH CH CH DEE EEE ER BR EN TIL 35 00 30 00 25 00 20 00 15 00 N Szenario 10 00
86. 007 Coloured Petri Nets and CPN Tools for modelling and validation of concurrent systems International Journal on Software Tools for Technology Transfer 9 3 4 213 254 Johannsen G Moray N Pew R Rasmussen J Sanders A amp Wickens C 1979 Final Report of the Experimental Psychology Group In N Moray Ed Mental Workload vol 8 New York Plenum Press 215 John B E amp Kieras D E 1994 The GOMS Family of Analysis Techniques Tools for Design and Evaluation In ACM Transactions on Computer Human Interaction Jorna P G A M 1992 Spectral analysis of heart rate and psychological state A review of its validity ans a workload index Biological Psychology 34 237 257 J rgensohn T 1997 Hybride Fahrermodelle Sinzheim Pro Universitate J rgensohn T 2002 Bedienermodellierung In K P Timpe T J rgensohn amp H Kolrep Eds Mensch Maschine Systemtechnik pp 107 149 Diisseldorf Symposion J rgensohn T Niessen C amp Leuchter S 2002 Bedienermodellierung Beispiele In K P Timpe T J rgensohn amp H Kolrep Eds Mensch Maschine Systemtechnik pp 149 177 Symposion Kahnemann D 1973 Attention and Effort Englewood Cliffs N J Prentice Hall Kahnemann D Slovic P amp Tversky A 1982 Judgement under uncertainty Heuristics and biases New York Cambridge University Press Kallus K W Van Damme D amp Dittmann A 1999 Integr
87. 10 nicht mehr valide ist 6 2 10 EXPLORATIVE ANALYSE ABSOLUTE ABWEICHUNG DER MODELLDATEN Exploratives Vorgehen Berechnung der absoluten AD und mittleren absoluten Abweichung MAD der mittleren Beanspruchungsh he des Modells von den Realdaten RSME und NASA TLX innerhalb jedes Szenarios Um die Abweichung der Modelldaten von den experimentellen Daten bestimmen zu k nnen soll im Folgenden zun chst f r jedes Szenario die absolute Abweichung sowie die mittlere absolute Abweichung MAD berechnet werden Dies soll f r beide subjektive Ma e erfolgen Wie bereits in der Abbildung 53 vgl Kapitel 6 2 8 zu erkennen war liegen die Modellwerte eher auf H he des RSME Die absolute Abweichung ergibt sich aus der Differenz der Mittelwerte bzw Mediane zwischen Modell und subjektiven Daten Die absolute Abweichung des Modells vom RSME betr gt f r Szenario 1 ADszn 11 99 f r Szenario 2 ADsznz 0 02 f r Szenario 3 ADszn3 2 60 und f r Szenario 4 Asou 6 82 Die mittlere absolute Abweichung ergibt sich nach der Formel vgl Schunn amp Wallach 2005 S 24 k _ dizi lmi dil MAD wobei m den Modellmittelwert jedes Szenarios i d den Datenmittelwert jedes Szenarios und k die Anzahl der verglichenen Szenarien wiedergibt Die mittlere absolute Abweichung der Modellwerte vom RSME ergibt sich damit zu MAD 5 36 Die absolute Abweichung von NASA TLX g A und Modell betr gt f r Szenario 1 ADszni 29 62 f
88. 333 6 2 9 BERPR FUNG DER MODELLG TE MITTELS EINZELFALLANALYSEN HYPOTHESE 9 Hypothese 9 Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen den zeitlichen Verl ufen der RSME und Modelldaten F r die Beurteilung des Zusammenhanges zwischen den subjektiven Einsch tzungen mittels RSME der einzelnen Versuchspersonen und den Modelldaten wurden zun chst visuelle berpr fungen der zeitlichen Verl ufe von Modelldaten und RSME Daten sowie Streudiagramme herangezogen Die Quantifizierung wurde mit Hilfe der Korrelations koeffizienten Kendall s t und Spearman s p berechnet wie in Kapitel 6 1 4 beschrieben Hierzu sind Einzelfallanalysen der Versuchspersonenratings alle Minuten Werte eines Szenarios durchgef hrt und mit den Einzelfallsimulationen des Modells verglichen worden Somit kann f r jedes Versuchspersonenrating ein eigener visueller Vergleich sowie ein eigener Korrelationskoeffizient erhalten werden Dies dient einerseits der besseren M glichkeit bestimmte Besonderheiten der Ratings zu identifizieren andererseits werden Hinweise erhalten wie die Vorhersageg te des Modells durch individuelle Unterschiede in den Versuchspersonendaten variiert Weiterhin war die Einzelfallbetrachtung notwendig da die Simulationssoftware es nicht erlaubte exakt standardisierte Szenarien zu erstellen Stellvertretend soll hier das Streudiagramm und der Vergleich der zeitlichen Verl ufe der Beanspruchung f r die Versuchsperson 24 im Szenar
89. 4 Human Factors and Ergonomics Society Dzaack J 2008 Analyse Kognitiver Benutzermodelle f r die Evaluation von Mensch Maschine Systemen Doctoral Dissertation Technische Universitat Berlin Eggemeier F T amp Wilson G F 1991 Performance based and subjective assessment of workload in multi task environments In D L Damos Ed Multiple task performance pp 217 278 London Taylor amp Francis Eilers K Nachreiner F amp Hanecke K 1986 Entwicklung und Uberpriifung einer Skala zur Erfassung subjektive erlebter Anstrengung Zeitschrift F r Arbeitswissenschaft 40 4 215 224 Embrey D Humphreys P Rosa E Kirwan B amp Rea K 1984 SLIM MAUD An Approach to Assessing Human Error Probabilities Using Structured Expert Judgment NUREG CR 3518 New York Nuclear Regulatory Commission Endsley M R 1995 Towards a theory of Situation Awareness in dynamic systems Human Factors 37 1 32 64 Endsley M R amp Rodgers M D 1994 Situation Awareness Information Requirements for en route Air Traffic Control Oklahola City Federal Aviation Administration Engell S 1992 Modellg te und Regelg te In Verein Deutscher Ingenieure Ed Modellbildung f r Regelung und Simulation pp 189 207 D sseldorf VDI Verlag Ericsson K A amp Chase W G 1982 Exceptional Memory American Scientist 70 607 615 ETACHIP 1996 Model for Task and Job Descriptions of Air Traffic
90. 4 p 0 800 T 0 667 Die Trends des NASA RTLX sowie der RSME Ratings bildet das Modell hingegen schlechter ab RTLX p 0 800 t 0 667 RSME p 0 600 t 0 333 Es ist au erdem zu erkennen dass der Trend des NASA RTLX eher mit dem Trend der RSME Bewertungen berreinstimmen NASA RTLX Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 2 gt Szenario 4 RSME Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 4 gt Szenario 2 p 0 800 t 0 667 Beide korrelieren allerdings schlechter mit der Sub Skala geistige Anstrengung TLX g A RTLX p 0 800 t 0 667 TLX g A RSME p 0 600 t 0 333 Die Hypothese 8 n mlich dass eine starke Korrelation bez glich der subjektiven und der Modelldaten ber die vier Szenarien zu erwarten ist gilt daher f r den NASA TLX g A die Fehlerzahl sowie den NASA RTLX Mit beiden Koeffizienten ergaben sich starke Korrelationen gt 0 6 Lediglich f r den RSME ergab sich mit Kendall s t nur eine schwache Korrelation sodass 172 hier ein weniger starker Zusammenhang besteht Tabelle 17 gibt einen berblick ber die einzelnen Zusammenh nge Tabelle 17 bersicht der Korrelationskoeffizienten der einzelnen Messskalenvergleiche Vergleich Spearman s p Kendall s t Modell NASA TLX g A 1 000 1 000 Modell Fehlerzahl 0 800 0 667 Modell NASA RTLX 0 800 0 667 Modell RSME 0 600 0 333 NASA RTLX RSME 0 800 0 667 NASA TLX g A NASA RTLX 0 800 0 667 NASA TLX g A RSME 0 600 0
91. 4 Bewertung der Mittleren mentalen Beanspruchung erfasst durch den NASA TLX Hy pOthese 5 EE 182 6 3 5 Bewertung der mittleren Fehlerzahl Hypothese D 184 6 3 6 Mittlere Beanspruchungsh he der Modelldaten Hypothese 7 185 6 3 7 Trendvergleich der durch subjektive und leistungsbasierte Methoden erfassten Beanspruchungsh he mit dem Modell Hypothese Hl een 186 6 3 8 berpr fung der Modellg te mittels Einzelfallanalysen Hypothese 9 186 6 3 9 Explorative Analyse Absolute Abweichung der Modelldaten EEN 189 6 3 10 Explorative Analyse Fehler und Beanspruchungspeaks enen 189 6 4 K pitelzusammenfassung n nee else 190 7 Diskussion der E 193 7 1 Beitrag zur Ableitung einer geeigneten Modellierungsform des Konstruktes mentaler Beanspruchung Forschungsziel Il 193 7 2 Beitrag zur Verfolgung eines makrokognitiven Modellierungsansatzes und Verbindung mit mikrokognitiven Ans tzen Forschungsziel 2 eessen 195 7 3 Beitrag hinsichtlich der Erstellung eines Modells zur quantitativen Beschreibung mentaler Beanspruchung von Towerlotsen in Abh ngigkeit verschiedener Einflussfaktoren FOrSchungsziel 3 nn eat 197 7 4 Beitrag hinsichtlich der Validierung des erstellten Modellansatzes mittels statistischer Methoden Forschungsziel At eerste ana 200 8 AUS Te E 204 Literaturyerzeichnis irnik ae rail indian 207 XI ABBILDUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1 Kognitives Model der Fluglotsenaufgabe eigene Darstellung nach Koros
92. A Thomas L Ambinder M amp Zheng S 2007 Attention situation awareness A SA model of pilot error In D Foyle amp B Hooey Eds Pilot performance models pp 213 240 Mahwah NJ Lawrence Erlbaum Wierwille W Rahimi M amp Casali J 1985 Evaluation of workload using a simulated flight task in a moving base aircraft simulator Human Factors 27 489 502 Wilco Publishing 2008 Tower Simulator Retrieved July 12 2013 from http www towersimulator com Wittbrodt N amp Th ring M 2010 Identification of Performance Parameters in Complex and Dynamic Work Environments The Example of Aerodrome Air Traffic Control In D de Waard M B Axelsson B Peters amp C Weikert Eds Human Factors A system view of human technology and organisation pp 313 326 Maastricht Netherlands Shaker Publishing Yerkes R M amp Dodson J D 1908 The relation of strength of stimulus to rapidity of habit formation Journal of Comparative Neurology and Psychology 18 459 482 Zakay D amp Block R A 1997 Temporal Cognition Current Directions in Psychological Science 6 1 12 16 Zeigarnik B W 1927 Das Behalten erledigter und unerledigter Handlungen In K Lewin Ed Untersuchungen zur Handlungs und Affektpsychologie pp 1 85 Berlin Psychologisches Institut der Universitat Berlin Zijlstra F R H amp Van Doorn L 1985 The construction of a scale to measure perceived effo
93. AL2193 582 Taxi_to_RWY Flightstrip printed Stand C 21 Both RWY R 19 Std 16 626 0 Request EGF3165 626 Landing Flightstrip printed Sky R 19 Std Stand C 21 Both Abbildung 41 Ausgabe des Requesting TWR Monitors in einer Textdatei Diese Dateien geben Aufschluss dar ber wann eine Anfrage aus dem Flughafenmodell das Lotsenmodell erreicht hat und wann das Lotsenmodell mit der entsprechenden Freigabe geantwortet hat Sie k nnen demnach als eine Art Funkprotokoll des MATriCS Modells angesehen werden 5 6 KAPITELZUSAMMENFASSUNG Die Entwicklung des MATriCS Modells erfolgte unter Ber cksichtigung der zw lf Schritte zur Erstellung von CPN Modellen nach Jensen 1997a und ist mit der Erstellung eines Computerprogramms vergleichbar Es erfolgte zun chst eine Dreiteilung des Modells auf oberster Ebene in Flughafen Interaktions und Lotsenmodell in Anlehnung an Cacciabue 1998b und Werther 2006a Das Flughafenmodell wurde in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum f r Luft und Raumfahrt in Braunschweig als generisches Modell entwickelt und ist in der Lage nahezu jeden beliebigen Flughafen und jedes beliebige Verkehrsszenario zu beschreiben vgl Kapitel 5 2 Der Austausch von Informationen zwischen dem Flughafenmodell und dem Lotsenmodell erfolgt ber das Interaktionsmodell in dem die wichtigsten Informationsquellen f r den Lotsen Funkkommunikation Au ensicht Radar und Flugstreifen modellhaft abgebildet sind vgl
94. Academic Press Rossi M Gonnord C Paul S Darche N Mariano P Paggio R Naves P 1996 MANTEA Domain Models WP3 MANTEA ALE TEC D3 2 014 R4 TR 1036 Telematics Application Programme Transport Air Rouse W B Edwards S L amp Hammer J M 1993 Modelling the dynamics of mental workload and human performance in complex systems IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics 23 1662 1671 Ruckdeschel W 1997 Modellierung regelbasierten Pilotenverhaltens mit Petrinetzen D sseldorf VDI Verlag 223 Ruckdeschel W amp Onken R 1994 Modelling of Pilot Behaviour Using Petri Nets In R Valette Ed Lecture Notes in Computer Science Vol 815 Application and Theory of Petri Nets pp 436 453 Berlin Heidelberg Springer Russwinkel N Urbas L amp Th ring M 2011 Predicting temporal errors in complex task environments A computational and experimental approach Cognitive Systems Research 12 3 4 336 354 Salvucci D D amp Lee F J 2003 Simple cognitive modeling in a complex cognitive architecture In Proceedings of the conference on Human factors in computing systems CHI 03 New York New York USA ACM Press Sanders A F 1983 Towards a model of stress and human performance Acta Psychologica 53 61 97 Sanders M S amp McCormick E J 1993 Human factors in engineering and design New York McGraw Hill Sarris V amp Rei S 2005
95. Aufmerksamkeit geschenkt wird Dies ergibt sich dadurch dass die Salienz Salience sehr hoch ist w hrend der Aufwand einer Aufmerksamkeitsverschiebung Effort sehr gering ist Weiterhin ist die Erwartung auf diesem Kanal wichtige Informationen zu erhalten Expectancy sowie auch dessen Wert Value sehr hoch Zus tzlich ergibt sich aus der Beobachtung dass der Lotse permanent seinen Kommunikationskanal mit dem Piloten berwacht und dieser eine der wichtigsten Informationsquellen des Lotsen darstellt Aufmerksamkeitsverschiebungen wie sie eben beschrieben wurden k nnen allerdings auch Top Down initiiert werden wenn bestimmte Informationen f r einen Entscheidungsprozess ben tigt werden So wurde festgelegt dass f r den Entscheidungsprozess drei Informationen vonn ten sind Annahme 4 Die Anfrage eines Piloten der korrespondierende Flugstreifen aus der Stripbay sowie die Information ber den Zustand der jeweiligen zu verwendenden Location durch einen Blick nach drau en Hierbei werden f r den Abruf der Informationen aus dem Flugstreifen und der Au ensicht zwei Top Down Trigger geschaltet welche die Aufmerksamkeitsverschiebung zur Stripbay und zur Au ensicht initiieren Die Au ensicht hat hierbei Priorit t Durch die ablaufenden Prozesse werden die ben tigten Informationen aus der Au ensicht und der Stripbay zun chst im Arbeitsged chtnis gespeichert und anschlie end dem nachfolgenden Entscheidungsprozess zur Verf gung g
96. Beanspruchungsunterschiede zu differenzieren Wie sich zeigte ist dies nicht der Fall wodurch die Befunde welche Nickel et al 2002 berichten best tigt werden konnten Auch hier wurde gezeigt dass die Herzrate nicht zwischen verschiedenen Belastungsbedingungen sensitiv unterscheiden kann sondern nur zwischen Belastungs und Baselinebedingungen Ein Nutzen der Herzrate f r weitere Analysen ist damit nicht gegeben da kein Informationsgewinn zu erwarten ist Die Ursachen f r die geringe Sensitivit t k nnten darin liegen dass die kardiovaskul ren Reaktionen der Versuchspersonen auf die experimentelle Manipulation wom glich sogar auf mentale Beanspruchung sehr unterschiedlich sind Gemeinhin wird angenommen dass mit steigender mentaler Beanspruchung eine Steigerung der Herzschl ge pro Minute bpm und damit ein Absinken der Abst nde der Herzschl ge IBI einhergeht wie es auch in Hypothese 2 formuliert worden ist Manzey 1998 Roscoe 1992 1993 Vogt et al 2006 Befunde sprechen allerdings auch daf r dass die l ngere Exposition in einer Aufgabe zu einer Art Adaptionsreaktion f hrt die ein Absinken der Herzschl ge pro Minute und damit einen Anstieg der Inter Beat Abst nde zur Folge hat H rhold amp Walschburger 1998 H rhold 1994 Durch die 15 min tige Dauer eines jeden Szenarios k nnte eine solche Anpassungsreaktion aufgetreten sein sodass das initiale Absinken der Inter Beat Abst nde durch den Anstieg im Verlauf d
97. Bortz J amp Lienert G A 2008 Kurzgefasste Statistik f r die Klinische Forschung Heidelberg Springer 208 Bortz J amp Schuster C 2010 Statistik f r Human und Sozialwissenschaftler 7th ed Berlin Heidelberg Springer Bothell D 2007 Act R 6 0 Reference Manual Working Draft Retrieved September 23 2013 from http act r psy cmu edu actr6 reference manual pdf Boucsein W 1991 Arbeitspsychologische Beanspruchungsforschung heute eine Herausforderung f r die Psychophysiologie Psychologische Rundschau 42 129 144 Brickenkamp R Schmidt Atzert L amp Liepmann D 2010 d2 R Test d2 Revision Aufmerksamkeits und Konzentrationstest Gottingen Hogrefe Retrieved from http www testzentrale de programm media downloads 0141301 0141301 pdf Broadbent D E 1954 The role of auditory localization in attention and memory span Journal of Experimental Psychology 47 191 196 Broadbent D E 1958 Perception and communication London Pergamon Press Broadbent D E 1975 The magical number seven after fifteen years In A Kennedy amp A Wilkes Eds Studies in long term memory pp 3 18 Bristol John Wiley amp Sons Brooker P 2003 Control workload airspace capacity and future systems Human Factors and Aerospace Safety 3 1 1 23 Brookhuis K A amp De Waard D 2001 Assessment of driver s workload Performance and subjective and physiological indexes In P A
98. Defaults Mediatheken DFS Fotos 3A 04 2006 2011 20KE 200519 01_18x24 jpg Zur Aufgabenausf hrung steht den Lotsen eine Reihe von Hilfsmitteln zur Verf gung Diese sollen im Interaktionsmodell modelliert werden Eines der wichtigsten Werkzeuge der Fluglotsen allgemein sind die sogenannten Kontrollstreifen oder Flightstrips vgl Abbildung 9 Kontrollstreifen constitute a highly flexible means of planning departure sequences and can be written on re ordered and otherwise physically manipulated in this process Fields Amaldi amp Tassi 2003 nach Tavanti 2006b Diese Kontrollstreifen stellen eine Repr sentation jedes einzelnen Flugzeuges dar Die Strips enthalten zahlreiche statische Informationen ber den Flug wie beispielsweise das Rufzeichen die gesch tzte Ankunfts oder Abflugszeit woher das Flugzeug kommt wohin es fliegt wann es abfliegt uvm Zus tzlich k nnen per Hand wichtige Informationen des Verhaltens der Flugzeuge hinzugef gt werden z B Freigaben Position am Boden Marti 2000 Jeder Kontrollstreifen wird dem betreffenden Lotsen einige Minuten bevor das Flugzeug Kontakt aufnimmt und der Lotse die Kontrolle bernimmt zugestellt Es gibt jeweils einen Flugstreifen pro Flugzeug und das physische Weiterreichen von einer Position zur 66 n chsten kennzeichnet den Transfer der Verantwortlichkeit f r das Flugzeug Die Kontrollstreifen werden in der f r den jeweiligen Lotsen angemessenen Reihenfolge auf einem soge
99. Die obere Ebene des Modells besteht aus f nf Pl tzen und acht Transitionen in Abbildung 21 auf Seite 89 gelb dargestellt welche die invariable Prozesslogik darstellen sowie zwei weiteren Pl tzen welche die variable Prozessstruktur Location sowie die dynamischen Objekte Vehicles beschreiben in Abbildung 21 auf Seite 89 blau dargestellt Die f nf Pl tze der invariablen Prozesslogik repr sentieren die allgemeinen Orte des Flughafens Stands Taxiways TWYs Runways RWYs welche die Parkpositionen die Rollwege und 31 Die farbliche Gestaltung des Netzes dient lediglich der bersichtlichkeit und h ngt nicht mit den Colorsets der einzelnen Pl tze zusammen 32 Stand bezeichnet die Parkpositionen 88 Taxling Take_Off S abauen Un Out Identificatio In Out d I Leave_RWY Leave RWY Abbildung 21 Oberste Ebene des Flughafenmodells Aerodrome Enter_RWY Enter RWY 89 die Start Landebahnen bezeichnen sowie Airborne und Final welche die Umgebung in der Luft um den Flughafen bezeichnen Auf den Pl tzen der invariablen Prozesslogik sind Marken enthalten welche Repr sentationen derjenigen Objekte Vehicle darstellen die sich entsprechend ihrer Intention und Freigabe ber die acht Transitionen bewegen Manske 2013 Diese Transitionen beschreiben die Bewegungen die die auf dem Flughafen befindlichen dynamischen Objekte
100. Einf hrung mehrerer Begrifflichkeiten Das reale System ist hierbei der zu modellierende reale Prozess wie z B ein chemischer Prozess oder der Flughafenprozess Dieser k nnte durch ein sogenanntes Basismodell abgebildet werden welches das vollst ndige Eingangs Ausgangs Verhalten des realen Systems abbildet Ein solches Basismodell ist als sehr komplex und umfangreich anzusehen da es aus vielen stark interagierenden Komponenten besteht Ruckdeschel 1997 Diese Komplexit t verbietet die Verwendung des Basismodells als Simulationsmodell Nach Festlegung eines experimentellen Rahmens kann allerdings ein wesentlich einfacheres jedoch innerhalb des experimentellen Rahmens dennoch g ltiges vereinfachtes Modell formuliert werden Ruckdeschel 1997 Je nachdem welcher Zweck die Simulation menschlichen Verhaltens in Mensch Maschine Systemen verfolgt kann eine solche Vereinfachung zun chst dahingehend vorgenommen werden welcher Teilaspekt menschlichen Verhaltens bei der Interaktion mit einem technischen System abgebildet werden soll Leuchter 2009 beschreibt hierbei sechs Klassen von Modellen f r Nutzereigenschaften bzw Mensch Maschine Interaktion Anthropometrische Modelle die zur 32 Untersuchung der physiologischen Beschaffenheit von Bedienern verwendet werden wobei vor allem ergonomische Aspekte bei der Bedienung z B Krafte oder Beschleunigungen denen der Mensch ausgeliefert ist simuliert werden Schmidtke 1976 Sogenannte Regl
101. Fehler in den Szenarien gemacht werden bzw wie hoch die Beanspruchung bei der Aufgabenbearbeitung eingesch tzt wird Es wurde angenommen dass mit steigendem d2 R Wert der Versuchspersonen besserem Abschneiden im Test die Fehlerzahl abnimmt Gleichzeitig wurde vermutet dass der Effizient Gr ndlichkeits Tradeoff besser gelingt wodurch auch die Beanspruchung mit steigendem d2 R Wert als geringer eingesch tzt werden w rde Hinsichtlich der Fehlerzahl ergibt sich zumindest deskriptiv das argumentierte Bild Es konnte gezeigt werden dass mit steigendem d2 R Wert die Fehlerzahl abnimmt Zwar ist dieses Ergebnis nicht statistisch signifikant es weist aber dennoch darauf hin dass zumindest ein kleiner Zusammenhang besteht Wie in der Hypothese angenommen gelingt es den Versuchspersonen die im d2 R Test gut abschneiden anscheinend auch in der Fluglotsenaufgabe die relevanten Zielreize schnell zu selektieren und ebenso schnell zu guten Entscheidungen zu kommen Versuchspersonen mit schlechterem d2 R Ergebnis hingegen brauchen l nger zur Selektion der relevanten Reize wodurch fter kritische Situationen entstehen die zu Fehlern f hren Beim Vergleich der drei Gruppen hoher durchschnittlicher und geringer d2 R Wert hinsichtlich ihrer abgegebenen Beanspruchungsbewertungen ist mit sehr viel h herer Sicherheit 179 davon auszugehen dass kein statistisch bedeutsamer Unterschied der Beanspruchungsbewertungen der drei Gruppen vorliegt Inte
102. Freigaben zu fr h zu sp t gegeben werden was sich auf den Ablauf des weiteren Szenarios auswirkt und die Belastung verringert bzw ver ndert Folgeanfragen treten beispielsweise sp ter oder fr her auf als im Modell Allgemein kann davon ausgegangen werden dass bei einer Standardisierung der Szenarien und der damit verbundenen M glichkeit zur Aggregation der Daten eine h here Korrelation und ein besserer Fit der Kurven zu erwarten 187 ware da Ausrei er und individuelle Unterschiede nicht so stark ins Gewicht fallen Letzten Endes w re aber auch bei einem Einsatz des Modells in der Realit t davon auszugehen dass die Beanspruchung von Einzelpersonen und nicht die eines Personenkollektives im Fokus des Interesses steht so dass das hier get tigte Vorgehen als sehr viel realit tsnaher anzusehen ist und die erhaltene H he der Korrelationskoeffizienten vor diesem Hintergrund als sehr gut einzusch tzen ist F r die H he der Korrelationen k nnte allerdings eine m gliche geringe Diagnostizit t der RSME Skala f r mentale Beanspruchung ein Problem dargestellt haben wie sie die Ergebnisse der mittleren Beanspruchungsh he vgl Kapitel 6 3 7 vermuten lassen Sollten bei den Bewertungen mittels RSME Skala tats chlich andere Beanspruchungsarten bzw Faktoren welche die wahrgenommene Beanspruchung beeinflussen mit abgebildet werden k nnte auch dies ein Grund f r die relativ geringen Korrelationen sein Die mit der RSME Skala erfasste
103. Hancock amp P A Desmond Eds Stress workload and fatigue Mahwah NJ Lawrence Erlbaum Brookings J B Wilson G F amp Swain C R 1996 Psychophysiological responses to changes in workload during simulated air traffic control Biological Psychology 42 3 361 77 Bub W amp Lugner P 1992 Systematik der Modellbildung In Verein Deutscher Ingenieure Ed Modellbildung f r Regelung und Simulation pp 1 43 D sseldorf VDI Verlag Buck S Biemans M C H Hilburn B G amp Van Woerkom P T L M 1996 Synthesis of functions NLR Report TR 970545L Amsterdam NLR B ttner P 2010 Hello Java Linking ACT R 6 with a Java simulation In D D Salvucci amp G Gunzelmann Eds Proceedings of the 10th International Conference on Cognitive Modeling pp 289 290 Philadelphia Drexel University Byers J C Bittner A C amp Hill S G 1989 Traditional and raw task load index TLX correlations are paired comparisons necessary In A Mital Ed Advances in industrial ergonomics and safety I pp 481 485 London Taylor amp Francis Cacciabue P C 1998a Modelling and simulation of human behaviour for safety analysis and control of complex systems Safety Science 28 2 97 110 Cacciabue P C 1998b Modelling and Simulation of Human Behaviour in System Control London Springer 209 Cacciabue P C amp Hollnagel E 1995 Simulation of Cognition Applicat
104. In der Funktion manual request ist f r jede auftretende Aktion festgehalten welche Locations f r diese Aktion angesteuert werden Auf den nachfolgenden Platz Manual Request wird damit eine Liste abgelegt in der alle Locations die im Rahmen der Aktion angesteuert werden aufgef hrt sind if List last man_req mark then List nth List rev man_req 1 else List last man_req C Manual_Executed Manual_Location if List last man_req mark then List nth List rev man_req 1 else List last man_req 1 SB Fe a man_loc man_req lt gt DI Move_Hand Manual_Location man_req_time man_req man_loc 0 0 Manual_Request Manual_Request manual_request List hd man_action man_loc Interpret_Action man_action Manual_Action man_action lt gt Abbildung 36 Das Manual Modul im Petrinetz Die folgende Transition Move Hand gibt die Position der Hand nach Abschluss der gesamten Operation aus Zusatzlich wird an dieser Stelle die Gesamtdauer der Operation berechnet Diese Berechnung erfolgt anhand der Funktion man_req_time Wie bereits erwahnt dient als Input eine Liste aller Locations die im Laufe der Operation angesteuert werden Hierbei liegt die Annahme zugrunde dass es sich um sehr gut getibte Bewegungen handelt sodass alle Teilbewegungen in einer Gesamtbewegung zusammengefasst werden Annahme 19 Bei unbekannten bzw wenig ge bten Bewegun
105. LICK Die Entwicklung und Validierung des hier vorgestellten Modells konnte in vielerlei Hinsicht zum Erkenntnisgewinn beitragen Einerseits erfordert es eine intensive Beschaftigung mit der Theorie mentaler Beanspruchung und der Generierung einer ad quaten M glichkeit zur Modellierung und leistet damit einen Beitrag zum theoretischen Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Konstruktes Andererseits konnte durch die bertragung der Theorie auf einen Anwendungsfall ein erster Schritt getan werden mentale Beanspruchung von Towerlotsen zu quantifizieren zu replizieren und sogar vorherzusagen Nichtsdestotrotz ist es von gro er Bedeutung zun chst eine einheitliche Definition mentaler Beanspruchung vorzulegen um einheitliche Standards zu schaffen Es ist allerdings schwer zu sagen ob es jemals m glich sein wird eine einheitliche Definition aufzustellen Is an agreed definition ofworkload ever possible Brooker 2003 S 4 Ebenso problematisch wie die einheitliche theoretische Fundierung mentaler Beanspruchung ist ihre Erfassung Da mentale Beanspruchung keiner direkten Erfassung zug nglich ist ist es schwierig ber Erfassungsmethoden R ckschl sse auf die Beanspruchung zu ziehen Alle Erfassungsmethoden haben Schwachstellen die den direkten Vergleich zwischen den mit diesen Methoden erfassten Daten und den Modelldaten stark erschweren So ist die Herzrate zwar als relativ objektiv zu bezeichnen sie ist allerdings nicht sensitiv genug Su
106. Linking Macro and Microcognition Journal of Cognitive Engineering and Decision Making 3 2 194 207 Wickens C D 1980 The structure of attentional Ressources In R Nickerson Ed Attention and performance pp 239 257 Hillsdale NJ Lawrence Erlbaum Wickens C D 1984 Processing Ressources in Attention In R Parasuraman amp D R Davies Eds Varieties of Attention Orlando Academic Press Wickens C D 1991 Processing Ressources and attention In D Damos Ed Multiple task performance pp 3 34 London Taylor amp Francis Wickens C D 1992 Engineering psychology and human performance New York HarperCollins Wickens C D 1999 Aerospace Psychology In P A Hancock Ed Human Performance and Ergonomics 2nd ed pp 195 242 San Diego Academic Press Wickens C D 2002 Multiple resources and performance prediction Theoretical Issues in Ergonomic Science 3 2 157 177 Wickens C D Helleberg J Goh J Xu X amp Horrey W J 2001 Pilot Task Management Testing an Attentional Expected Value Model of Visual Scanning Aviation Research Lab Institute of Aviation Wickens C D Mavor A S amp McGee J P 1997 Flight to the Future Human Factors in Air Traffic Control Washington D C National Academy Press Wickens C D amp McCarley J S 2008 Applied Attention Theory Boca Raton Taylor amp Francis 228 Wickens C D McCarley J S Alexander
107. List Taxiing ident locNext lo taxiDuration connections LocationXLocationList LocationXTime Abbildung 23 Umsetzung der Substitutionstransition Taxiing Rollen im Petrinetz 91 allerdings darauf geachtet werden dass diese Rollzeiten logisch festgelegt werden Das bedeutet dass die tatsachlichen Rollgeschwindigkeiten der Objekte auf einem Flughafen durch das Setzen der Duration auf dem gleichnamigen Platz m glichst genau approximiert werden sollte3 Als dritten Teil der variablen Prozessstruktur enth lt der Platz Connections Informationen dar ber welche Teile des Flugplatzes wie miteinander verbunden sind vgl Abbildung 24 Erst hierdurch wird die Struktur des Flughafens hinreichend definiert Manske 2013 Abbildung 24 Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen eines exemplarischen Flugplatzes eigene Darstellung nach Manske 2013 Damit die Bewegung von Objekten ber den Flughafen gew hrleistet wird sind die dynamischen Objekte die sich innerhalb eines bestimmten Szenarios auf dem Flughafen bewegen sollen auf dem Platz Vehicles abgelegt Hierbei sind alle Informationen der Objekte repr sentiert die sich in hnlicher Weise auf dem Flugstreifen eines Lotsen finden lassen Zus tzlich sind die jeweilige Position die direkte Intention und die jeweilige Freigabe enthalten Dies ist im n chsten Abschnitt genauer beschrieben Das Rollen eines Objektes erfolgt nun durch das Feuern der Transition Taxiin
108. MAKROKOGNITIVE MODELLIERUNG MENTALER BEANSPRUCHUNG VON TOWERLOTSEN MIT FARBIGEN PETRINETZEN vorgelegt von Master of Science Hardy Smieszek aus Berlin von der Fakultat V Verkehrs und Maschinensysteme der Technischen Universitat Berlin im DFG Graduiertenkolleg Prospektive Gestaltung von Mensch Technik Interaktion zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ingenieurwissenschaften Dr Ing genehmigte Dissertation Promotionsausschuss Vorsitzender Prof Dr phil Manfred Th ring Gutachter Prof Dr Ing Thomas J rgensohn Gutachter Prof Dr Ing Nele Ru winkel Tag der wissenschaftlichen Aussprache 24 Oktober 2014 Berlin 2014 D 83 DANKSAGUNG An erster Stelle m chte ich der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG f r die F rderung dieser Arbeit im Rahmen des Graduiertenkollegs prometei an der Technischen Universitat Berlin danken Ferner geht der Dank an die TU Berlin die das Abschlie en dieser Dissertation durch die F rderung mit einem Durchstarterstipendium erm glicht hat Besonderer Dank gilt vor allem meinen beiden Betreuern Prof Dr Ing Thomas Jiirgensohn und Prof Dr Ing Nele Ru winkel von der Technischen Universit t Berlin die mir stets mit Ihrem Rat regen Diskussionen und kritischen Nachfragen zur Seite standen und die Arbeit damit inhaltlich und methodisch bereichert und nicht zuletzt in ihrer Struktur vorangebracht haben Ferner bedanke ich mich bei Prof Dr Ma
109. MMENFASSUNG Bei der Durchf hrung der theoretischen Vorarbeiten zur Entwicklung eines makrokognitiven Modells mentaler Beanspruchung von Towerlotsen dienten die sechs von Cacciabue 1998b definierten Schritte f r die Entwicklung kognitiver Simulationen als Richtlinie Hierbei wurde argumentiert dass die bestehenden Richtlinien um einen siebten essentiellen Schritt der Modellbildung erg nzt werden m ssen die Validierung also der Verglich von Modellverhalten mit experimentellen Daten Es ist die Aufgabe des Modellierers ber die Validierung den Bezug zwischen dem Modell und dem realen Untersuchungsgegenstand herzustellen M hlenbrink 2011 vgl auch Bub amp Lugner 1992 vgl Kapitel 4 1 Die ersten f nf Schritte der Cacciabue Richtlinien k nnen als theoretische Vorarbeiten gesehen werden und wurden im vorangegangenen Kapitel n her erl utert So wurden zun chst als Simulationsziel die modellhafte Beschreibung und Quantifizierung mentaler Beanspruchung definiert Um einen 82 Rahmen f r die Modellerstellung zu schaffen und n tige Vereinfachungen zu definieren wurden Problemgrenzen festgelegt So wird eine Dreiteilung des Modells in Flughafen Interaktions und Lotsenmodell abgestrebt um eine ganzheitliche Beschreibung des Mensch Maschine Systems und der mentalen Beanspruchung gew hrleisten zu k nnen Dabei werden aufbauend auf den Arbeiten von Koros et al 2003 diejenigen Einflussfaktoren ber cksichtigt die Lotsen als am wi
110. Modellierung Hierbei werden zwei verschiedene theoretische Ans tze zur Modellierung und Simulation in Mensch Maschine Systemen vorgestellt die in der Mensch Maschine Forschung und Modellierung h ufig kontrastiert werden mikrokognitive und makrokognitive Ans tze Es wird argumentiert dass beide Ans tze zwar verschiedene Wurzeln besitzen unterschiedliche Zielsetzungen mit der Modellierung verfolgt werden verschiedene Ansichten bestehen was ein Modell leisten sollte und daher auch verschiedene Methoden zum Einsatz kommen Es wird aber auch argumentiert dass beide Ans tze keinesfalls gegens tzlich sind und damit eine Verbindung beider Ans tze durchaus m glich und auch im Rahmen dieser Arbeit sinnvoll ist Ferner werden ausgew hlte Modelle und Simulationen spezifischer Problemstellungen zur Flugverkehrskontrolle und Luftfahrt sowie im speziellen zur mentalen Beanspruchung vorgestellt und diskutiert Kapitel 4 beschreibt die theoretischen Vorarbeiten zur Erstellung des MATriCS Modells die anhand der Richtlinien zur Erstellung kognitiver Simulationen nach Cacciabue 1998 erfolgten Hierbei wurden zun chst die Problemgrenzen und das Simulationsziel definiert sowie im Anschluss Aufgabenanalysen der Flughafenverkehrskontrolle zusammengefasst um den Status 6 Quo der Aufgaben von Towerlotsen und der n tigen kognitiven Prozesse zu erfassen Eine Feldstudie der Arbeitsumgebung wurde durchgef hrt um die Gegebenheiten und Regularien des
111. NS TZE Die durch Cacciabue und Hollnagel 1995 etwas populistisch formulierte und strikte Trennung mikro und makrokognitiver Ans tze l st allerdings auch einige Skepsis an der N tzlichkeit einer solchen Unterteilung aus So gibt Flach 2008 zu bedenken with macrocognition we have invented yet another name for a bird that we still know precious little about S 27 Er impliziert dass die Unterscheidung einfach nur aus verschiedenen Sichtweisen auf ein und dasselbe Ph nomen erw chst Do the different constructs represent distinct phenomena or simply different perspectives on a single phenomenon S 27 Eine Unterscheidung sollte dabei also keinesfalls so verstanden werden dass die eine oder die andere Herangehensweise der Forschung im Allgemeinen besser oder schlechter ist als die andere Es soll aber daf r sensibilisiert werden welche unterschiedlichen Sichtweisen sie mit sich bringen und welchem spezifischen Zweck sie damit dienlich sein k nnen Es ist wichtig keine L cken entstehen zu lassen und zu erkennen dass mikro als auch makrokognitive Ans tze wichtige Beitr ge zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn liefern und sie daher weniger als konkurrierend oder strikt voneinander getrennt gesehen sondern zielgenau eingesetzt werden 38 sollten und sich so auch durchaus sehr gut erg nzen k nnen Rather than differentiating the problems of macrocognition as a special form of cognition we should be looking for
112. Nullhypothesen von Hypothese 4 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 4e Die RSME Werte von SZN 1 und SZN 3 unterscheiden sich nicht Nicht T 103 5 p 2 seitig 0 190 r 0 192 best tigt x Hypothese 4f Die RSME Werte von SZN 2 und SZN 4 unterscheiden sich nicht Best tigt T 99 p 2 seitig 0 384 r 0 192 v 165 Die Hypothese 4e unterschreitet knapp das fiir die Testung der Nullhypothese gesetzte Signifikanzniveau von 0 20 p 0 19 sodass hier davon ausgegangen werden kann dass ein Unterschied in den Bewertungen besteht F r die Nullhypothese 4f werden keine signifikanten Ergebnisse erhalten und damit gilt diese ebenfalls 6 2 5 BEWERTUNG DER MITTLEREN MENTALEN BEANSPRUCHUNG MITTELS NASA TLX DIMENSION GEISTIGE ANSTRENGUNG HYPOTHESEN 5A F Hypothese 5 Die subjektiven Bewertungen der mentalen Beanspruchung erhoben mit dem NASA TLX Sub Skala geistige Anstrengung sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die Bewertungen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander In den Szenarien 1 und 3 hohes Verkehrsaufkommen sch tzten die Probanden die Beanspruchung im Mittel mit Medianszm 63 54 MD 20 24 respektive Medianszn3 50 93 MD 21 40 ein In den Szenarien 2 und 4 wurde die Beanspruchung im Mittel mit Mediansznz2 34 51 MD 19 38 bzw Medianszna 31 47 MD 20 41 eingesch tzt vgl Abbildung 50
113. P nets with reachability graphs Fundamenta Informaticae 74 2 3 375 390 Szpyrka M 2008 Modelling and Analysis of Real time Systems with RTCP nets In V Kordic Ed Petri Nets Theory and Applications pp 17 40 Vienna Austria I Tech Taatgen N A 2001 A model of individual differences in learning air traffic control In Proceedings of the 4th International Conference on Cognitive Modeling pp 361 371 Taatgen N A 2002 A Model of Individual Differences in Skill Acquisitin in the Kanfer Ackerman Air Traffic Control Task Cognitive Systems Research 3 1 103 112 Tattersall A J amp Foord P S 1996 An experimental evaluation of instantaneous self assessment as a measure of workload Ergonomics 39 5 740 748 Tavanti M 2006a Control Tower Operations A Literature Review of Task Analysis Studies Roma Italy EUROCONTROL Tavanti M 2006b Control Tower Operations Roles Description Br tigny sur Orge Cedex France EUROCONTROL Experimental Centre Thonrnhill W S 1995 The controller capacity computer programm Measuring controller workload Unpublished Report Thorngate W 1987 Ordinal Pattern Analysis A Method for Assessing Theory Data Fit In W J Baker M E Hyland H van Rappard amp A W Staats Eds Current Issues in theoretical Psychology pp 345 364 Amsterdam Elsevier Thorngate W amp Edmonds B 2012 Ordinal Pattern Analysis A simple method for asse
114. Programmierbereich unter Declarations gt Airport gt Colsets gefunden werden Jeder Flughafenabschnitt colset Location ist zunachst durch vier Informationen charakterisiert Typ Bezeichnung Nummer und Betriebsrichtung Dieses setzt sich aus dem Produkt der Colorsets LocationType LocationName LocationNumber und Direction zusammen LocationType beschreibt hierbei die Funktion eines Elements z B Rollweg oder Stellplatz Die wichtigsten sind hierbei e TWY Rollweg e Stand Stellplatz e RWY Piste Start und Landebahn e Final Letzer Teil des Anfluges e Crosswind Querabflug bei einer Platzrunde3s e Downwind Gegenanflug bei einer Platzrunde e Base Queranflug bei einer Platzrunde e Departure Abflug nach dem Start e Sky Ein LFZ hat den Luftraum der Kontrollzone verlassen bzw befindet sich in weiterer Umgebung um den Flughafen LocationName weist jedem Abschnitt einen Namen zu anhand dessen verschiedene Elemente des gleichen Typs unterschieden werden k nnen z B TWY A f r den Rollweg A F r die Start Landebahnen wird haupts chlich die Lage verwendet links L rechts R der Name kann hier aber prinzipiell frei gew hlt werden Durch die Unterteilung der einzelnen Rollwege in kleinere Abschnitte wird jedem Abschnitt eine Nummer zugeordnet LocationNumber Diese Nummerierung kann selbst festgelegt werden sollte aber sinnvoll sein Die Verbindungen zwischen den einzelnen Abschnitten werden aber nicht
115. Regelanwendung noch leichter f llt und sie damit ber mehr freie kognitive Ressourcen verf gen Sie sind daher in der Lage diese freien Ressourcen zu verwenden um komplexere Probleml sestrategien anzuwenden und beispielsweise Verkehrssituationen in die Zukunft zu projizieren um bessere Entscheidungen treffen zu k nnen Da diese Strategie allerdings einen gr eren Ressourcenbedarf erfordert ist die empfundene mentale Beanspruchung dieser Versuchspersonen h her als die Beanspruchung der Versuchspersonen die lediglich durch die Anwendung einfacher Regeln auf Reize reagieren Hiermit kann auch wiederum die geringe Fehlerzahl der Versuchspersonen mit hohem d2 R Wert erkl rt werden Da aufgrund der angewendeten Strategie kritische Situationen vorhergesehen werden k nnen werden bessere Entscheidungen getroffen wodurch weniger Fehler entstehen als bei reiner Regelanwendung Das Abschneiden im d2 R Test wurde aufgrund der nicht signifikanten Ergebnisse nicht als Kontrollvariable mit in die folgenden Analysen einbezogen 6 3 2 BEWERTUNG DER SENSITIVIT T DER HERZRATE HYPOTHESE 2 Bei den Untersuchungen zur Hypothese 2 konnte festgestellt werden dass die Herzrate nicht sensitiv genug ist um zwischen zwei Experimentalbedingungen zu unterscheiden Allgemein 180 wurde angenommen dass die Unterschiede in der Belastung der Szenarien mit hohem und niedrigem Verkehrsaufkommen gro genug seien dass die Herzrate in der Lage ist diese
116. Retrieved October 30 2012 from http www bainbrdg demon co uk Papers WMemory html Baumgarten B 1996 Petri Netze Grundlagen und Anwendungen 2nd ed Heidelberg Berlin Oxford Spektrum Akademischer Verlag Beatty J 1982 Task Evoked Pupillary Responses Processing Load and the Structure of Processing Resources Psychological Bulletin 91 2 276 292 Bentley R Hughes J A Randall D Rodden T Sawyer P Shapiro D amp Sommerville I 1992 Ethnographically informed systems design for air traffic control In Proceedings of the 1992 ACM conference on Computer supported cooperative work pp 123 129 ACM Press Berg P 2005 Initial EMMA Air Ground Operational Service and Environmental Description OSED Initial Document No D1 3 1 EUROCONTROL Berndtsson J amp Normark M 1999 The Coordinative Functions of Flight Strips Air Traffic Control Work Revisited In Proceedings of the international ACM SIGGROUP conference on supporting group work pp 101 110 Phoenix Arizona Bisseret A 1970 A M moire op rationelle et structure du travail Bulletin de Psychologie 24 280 294 Bisseret A 1971 Analysis of mental processes involved in air traffic control Ergonomics 14 5 565 570 Bortz J 2005 Statistik 6th ed Berlin Springer Bortz J amp D ring N 2006 Forschungsmethoden und Evaluation f r Human und Sozialwissenschaftler 4th ed Heidelberg Springer
117. S 8 Projekt Courboulay amp Kahn 1996 Marti 1998 2000 Als viertes wird eine bereits 1988 durchgef hrte hierarchische Aufgabenanalyse der FAA beschrieben welche die wohl umfangreichste der hier beschriebenen Analysen darstellt Ammerman Becker et al 1988 Die Grundlage fiir diese Arbeit bilden damit die eben beschriebenen drei Aufgabenanalysen der Towerpositionen Ferner wurde eine zusatzliche hierarchische Aufgabenanalyse hinzugezogen die 2009 in Deutschland von der Firma Human Factors Consult f r das DFS Projekt VICTOR 9 durchgef hrt wurde Human Factors Consult 2009 sowie eine Analyse des Royal Air Force Institute of Aviation Medicine Cox 1994a 1994b welche sich ebenfalls explizit mit Towerlotsen beschaftigen 4 3 1 AUFGABEN VERANTWORTLICHKEITEN VERPFLICHTUNGEN Zusatzlich zu konkreten Aufgaben ist in der Literatur oft auch von Verantwortlichkeiten und Verpflichtungen die Rede welche allerdings klar von Aufgaben zu unterscheiden sind und eher mit den Bearbeitungsprioritaten von Verkehrspiloten aviate navigate communicate zu vergleichen sind und demzufolge wenig Details zur Lotsentatigkeiten beschreiben Es handelt sich also mehr um h hergestellte Zielsetzungen die mit konkret auszuf hrenden Aufgaben und Handlungen zu erreichen sind So beschreiben Wickens Mavor und McGee 1997 drei key responsibilities also drei Verantwortlichkeiten e Freigaben erteilen e Bodenverkehr leiten e Abgabe abfliegender und
118. SA TLX Rating von SZN 1 ist signifikant h her als von SZN 4 Best tigt T 6 p lt 0 001 r 0 549 v Hypothese 5c Das NASA TLX Rating von SZN 3 ist signifikant h her als von SZN 2 Best tigt T 37 p 0 001 r 0 419 v Hypothese 5d Das NASA TLX Rating von SZN 3 ist signifikant h her als von SZN 4 Best tigt T 44 p 0 001 r 0 437 v Die vier Alternativhypothesen 5a d gelten damit Fur beide Nullhypothesen 5e f ergaben sich folgende Ergebnisse Tabelle 12 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 5 Hypothese Getatigte Annahme Ergebnis Hypothese 5e Das NASA TLX Ratings von SZN 1 und SZN 3 unterscheiden sich Best tigt nicht T 114 5 p 2 seitig 0 320 r 0 146 v Hypothese 5f Das NASA TLX Ratings von SZN 2 und SZN 4 unterscheiden sich Best tigt nicht T 134 5 p 2 seitig 0 923 r 0 015 v Es werden keine signifikanten Ergebnisse erhalten womit diese weiterhin gelten 67 Aufgrund der berf hrung der Skalenwerte des NASA TLX und des RSME in Prozentwerte ist zwar ein Vergleich der Beanspruchungsh he m glich dieser ist allerdings unter Ber cksichtigung der in Kapitel 6 1 4 gemachten Einschr nkungen zu bewerten 167 6 2 6 FEHLERZAHL HYPOTHESEN 6A F Hypothese 6 Die Fehlerzahlen sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die Fehlerzahlen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander Die An
119. Systems Flughafenverkehrskontrolle m glichst genau kennen zu lernen Im Anschluss wurde ein theoretisches Modell erstellt welches den prototypischen Arbeitsablauf eines Towerlotsen beschreibt und die Einzelhandlungen anhand der Phasen der Handlungsregulation systematisiert und als Grundlage f r die Implementierung des Modells dient Ferner wird die Auswahl des verwendeten Beschreibungsmittels begr ndet Kapitel 5 beschreibt die Implementierung und die Funktionsweise des MATriCS Modells anhand der genauen Darstellung der Sub Module auf der Basis farbiger Petrinetze Hierbei werden die genauen Abl ufe des MATriCS Modells beschrieben sowie die auf Grundlage verschiedener kognitionspsychologischer Theorien getroffenen Annahmen dargestellt Ferner erfolgt eine kurze Beschreibung der Funktionsweise der Generierung und des Auslesens von Daten aus dem MATriCS Modell Kapitel 6 stellt die Studie zur berpr fung der Modellg te vor Es wird zun chst untersucht ob die experimentelle Manipulation erfolgreich war Die Modellg te wird auf Grund der Eigenschaft der Daten vor allem durch Trendma e ermittelt Hierbei wird einerseits untersucht ob das Modell in der Lage ist die Trends der mittleren Beanspruchungsh he verschiedener subjektiver Ma e und des Leistungsma es zu replizieren Ferner wird untersucht inwieweit das Modell in der Lage ist die Beanspruchung jeder einzelnen Versuchsperson erfasst durch ein subjektives Ma und ein physiologisc
120. Vergleichbarkeit und der M glichkeit die Zeitpunkte zu denen Fehler auftraten mit darzustellen auf Basis z standardisierter Daten erstellt worden da wie bereits argumentiert die absolute Beanspruchungsh he nicht so erheblich ist wie der Beanspruchungsverlauf 70 Die Versuchspersonen waren angehalten bei jedem auftretenden Piep Ton den Fragebogen auszuf llen Sollten sie auf Grund der berlagerung des Piep Tones mit Kommunikation oder durch zu hohe Beanspruchung einmal einen Fragebogen nicht angekreuzt haben so kam es zu einer Auslassung der vornummerierten B gen Dies resultierte darin dass eine Versuchsperson in Minute 5 Bogen 4 ausgef llt hat und damit in Minute 6 Bogen 5 usw Da w hrend der Versuche keine Beobachtung der Versuchspersonen erfolgte kann nicht rekonstruiert werden an welcher Stelle der Zeitreihe sich der fehlende Wert tats chlich befindet 175 Repr sentativ f r das erste Szenario sind die Korrelationskoeffizienten der Zeitreihen der einzelnen Versuchspersonen in Tabelle 18 dargestellt Die Tabellen der anderen Szenarien sowie die ausf hrlichen Korrelationstabellen befinden sich im Anhang Es kann festgehalten werden dass f r die subjektiven Bewertungen ber alle Szenarien in ca der F lle Korrelationen berechenbar waren 64 von 96 insgesamt m glichen 66 67 Von diesen berechenbaren Korrelationen zeigten 92 19 t bzw 90 63 p einen positiven Zusammenhang zwischen den Versuchspersonenratings un
121. Vorstellung multipler Ressourcen die auch Wickens 1984 1991 postuliert spiegelt sich ebenso in vielen Modellvorstellungen ber den Aufbau und die Funktion der zentralen Verarbeitung von Informationen wieder Auch hierbei deuten neuere Forschungsergebnisse darauf hin dass die Speicherung und Verarbeitung von Informationen nicht nur von einer einzelnen limitierenden Ressource mit bestimmter Kapazit t abh ngt sondern dass vielmehr mehrere unabh ngig voneinander agierende Systeme mit jeweils eigener Kapazit t agieren Baddeley und Hitch 1974 beschreiben dabei ein Arbeitsged chtnismodell welches ber eine zentrale Exekutive verf gt die zwei untergeordnete Systeme steuert die phonologische Schleife und den visuell r umlichen Notizblock Baddeley Grant Wight amp Thomson 1975 Logie 1986 Dieses Modell wurde durch die Gewinnung neuer Erkenntnisse ber die Jahre hinweg immer wieder angepasst So wurde sp ter noch ein drittes System der episodische Puffer hinzugef gt Baddeley 2000 Baddeleys Modell ist dabei ebenso ein multiples Ressourcen Modell wie das von Wickens Stein Garland amp Muller 2010 Bei Baddeley liegt ebenso wie bei Wickens 1984 die Annahme zugrunde dass die jeweiligen Komponenten des Arbeitsged chtnisses unabh ngige Ressourcen beanspruchen welche ihrerseits in gewisser Weise limitiert sind Beide machen aber keine genaue Aussage dar ber wie gro diese Ressourcenreservoirs sind F r eine angestre
122. Wickens 1980 1984 Zwei Aufgaben interferieren demnach nur dann wenn sie hnliche Anforderungen an den kognitiven Apparat stellen Nur dann wirkt sich auch ihre Schwierigkeit auf die Leistung aus Manzey 1988 Dies f hrte zur Entwicklung der mehrdimensionalen Ressourcentheorien z B Navon amp Gopher 1979 Ploson amp Friedman 1988 Wickens 1984 Hierbei wird davon ausgegangen dass 11 das menschliche Informationsverarbeitungssystem ber mehrere voneinander unabh ngige Teilsysteme verf gt welche jeweils f r sich ber begrenzte Ressourcen verf gen Interferenzen bei Doppelaufgaben entstehen dadurch dass zwei strukturell sehr hnliche Aufgaben gleichzeitig bearbeitet werden und damit hnliche Verarbeitungsressourcen ben tigen Wickens 1984 1991 2002 vgl auch Wickens amp McCarley 2008 postuliert ein vierdimensionales multiples Ressourcenmodell wobei jede der vier Dimensionen weiterhin zwei diskrete Stufen aufweist Die erste Dimension stellen hierbei die beiden Stufen der Informationsverarbeitung und deren Begrenzungen dar perzeptiv kognitive Prozesse also die Informationsaufnahme z B visuelles Scanning Manzey 1998 und die zentrale Verarbeitung insbesondere das Arbeitsged chtnis Wickens amp McCarley 2008 sowie die Steuerung der Vorbereitung und Kontrolle motorischer Reaktionen Handlungsausf hrung Als zweite Dimension beschreiben Wickens und Mccarley 2008 die Wahrnehmungsmodalit ten mit den S
123. a wurde die Anzahl der Fehler gemessen Zur Quantifizierung der Modellg te wurden die so erhobenen Ma e mentaler Beanspruchung mit den Modelldaten verglichen und Goodness Of Fit Ma e berechnet Zur berpr fung der experimentellen Manipulation Replikation der Befunde zu mentaler Beanspruchung in Abh ngigkeit des Verkehrsaufkommens wurden statistische Tests durchgef hrt Im Methodenkapitel 6 1 werden zun chst die Teilnehmercharakteristika 6 1 1 anschlie end der Simulator und das Material 6 1 2 das Versuchsdesign 6 1 3 die Hypothesen 6 1 4 und der Versuchsablauf 6 1 5 beschrieben Es folgt die Darstellung der Ergebnisse geordnet nach Hypothesen Kapitel 6 2 sowie im Anschluss die Interpretation der gewonnenen Ergebnisse entsprechend der Hypothesen Kapitel 6 3 Zum Schluss wird die Studie im Kapitel 6 4 zusammengefasst 6 1 METHODIK Um die Beanspruchungsdaten zu erheben hatten Versuchsteilnehmer in einer Tower simulation vier verschiedene 15 min tige Verkehrsszenarien zu bearbeiten Ihre Aufgabe bestand darin den Verkehr also Landungen und Starts sowie das Rollen am Boden an einem kleinen Flughafen zu regulieren Hierbei war es vor allem wichtig die Aufgabe f r die Versuchsteilnehmer so realistisch wie m glich abzubilden dass also die verwendete Towersimulation ein m glichst realistisches Abbild des Arbeitsplatzes von Towerlotsen 134 erm glicht wobei gleichzeitig gew hrleistet sein musste dass die Au
124. a view from an integrative perspective Proceedings HFES Europe Chapter Conference Toulouse Hollnagel E amp Woods D D 1983 Cognitive Systems Engineering New wine in new bottles International Journal of Man Machine Studies 18 583 600 Hollnagel E amp Woods D D 2005 Joint Cognitive Systems Foundations of Cognitive Systems Engineering Boca Raton Taylor amp Francis Hollnagel E Woods D D amp Leveson N G 2006 Resilience Engineering Concepts amp Percepts Aldershot Ashgate 214 Hope R M Schoelles M J amp Gray W D 2013 Connecting ACT R to the World with JSON over TCP In R West amp T Stewart Eds Proceedings of the 12th International Conference on Cognitive Modeling pp 354 355 Ottawa Carleton University Hopp P amp Hayne S C 2002 Literature Review of Shared Cognition College of Business Colorado State University Fort Collins CO Horhold M 1994 Zur Psychophysiologie der Belastungsreaktion Verlaufsanalysen zum Einfluss psychologischer versus physikalischer Situationsmerkmale und psychologischer versus physiologischer Personenmerkmale Frankfurt am Main Berlin Bern Lang Horhold M amp Walschburger P 1998 Depressive St rung als Ausdruck misslingender Handlungskontrolle berpr fung einer psychophysiologischen Belastungsdiagnostik Zeitschrift F r Klinische Psychologie 26 1 31 37 Huber S 2012 Optimierung des Funktionsumfang
125. aard 1996 kann davon ausgegangen werden dass die meisten subjektiven Ma e hinreichend sensitiv f r Ver nderungen in der Beanspruchung sind Die subjektiven Bewertungsmethoden sind nochmals in unidimensionale und multidimensionale Messinstrumente zu unterscheiden Welche hierbei verwendet werden sollten h ngt stark davon ab welche Informationen ben tigt werden Unidimensionalen Ma en wird eine h here Sensitivit t hinsichtlich der Belastung zugesprochen Zudem besitzen unidimensionale Skalen eine relativ geringe Interferenz mit der Hauptaufgabe und sind leicht verst ndlich f r die Versuchsperson Au erdem sind sie f r den Versuchsleiter leicht 5 Meist werden die hier gemeinten Ma e als Selbstreport Ma e self report measures bezeichnet da prinzipiell auch physiologische Messungen subjektiv sind De Waard 1996 25 anzuwenden und auszuwerten Allerdings ist die Diagnostizitat bei multidimensionalen Instrumenten als h her zu bewerten De Waard 1996 Eine unidimensionale Skala die sogenannte RSME Rating scale mental effort oder SEA Skala subjektiv erlebte Anstrengung wurde von Zijlstra und Van Doorn 1985 entwickelt und von Eilers Nachreiner und H necke 1986 ins Deutsche bersetzt und validiert siehe Anhang Hierbei wird die mentale Beanspruchung ber ein einzelnes Item erfasst Die Arbeitsgruppe f r Ingenieurpsychologie der Humboldt Universit t zu Berlin modifizierte diese Skala hinsichtlich einiger Gesta
126. abe der Versuchspersonen recht einfach gehalten da auf die Anfrage eines Flugzeuges nach berblicken der Verkehrssituation lediglich mit der dazugeh rigen Freigabe geantwortet werden musste Die reale Kommunikation zwischen Lotse und Pilot gestaltet sich jedoch wesentlich komplexer Diese Vereinfachungen waren einerseits der Komplexit tsreduktion im Modellansatz andererseits der Verwendung von Laien als Versuchspersonen geschuldet Zwar wurde gew hrleistet dass die Versuchspersonen durch ausf hrliche Instruktion und Training einige Erfahrung sammeln konnten dennoch kann der Erfahrungsschatz echter Lotsen niemals innerhalb einer zweist ndigen Sitzung an Laien bermittelt werden Aufgrund dessen w re auch eine maximale Arbeitsged chtniskapazit t von weniger als zehn Chunks anzunehmen vgl Bisseret 1971 Kapitel 2 2 und 7 1 F r eine erste Validierungsstudie wird der Ansatz dennoch als zielf hrend angesehen da so mit relativ geringem Ressourceneinsatz ein erster Nachweis der G te des Modells erbracht werden konnte 200 Nun gilt es im Weiteren diese Befunde mit echten Lotsen in einer High Fidelity Simulation zu berpr fen Eine Schwierigkeit welche die Simulation mit sich brachte bestand darin dass Szenarien nicht standardisierbar waren Zwar konnten Zeiten definiert werden zu denen Flugzeuge auftauchen sollten die exakte Zeit variierte allerdings um diesen definierten Zeitpunkt herum Durch die Flexibilit t des Modells
127. actors 34 441 455 Mulder G 1980 The heart and mental effort Groningen University of Groningen Myung J 2000 The importance of complexity in model selection Journal of Mathematical Psychology 44 1 190 204 Navon D amp Gopher D 1979 On the economy of the human processing system Psychological Review 26 117 163 Neisser U 1979 Kognition und Wirklichkeit Stuttgart Klett Nerdinger F W Blickler G amp Schaper N 2008 Arbeits und Organisationspsychologie Heidelberg Springer Newell A 1990 Unified Theories of Cognition Cambridge MA Harvard University Press Newton R 2002 Parameters dehind nonparametric statistics Kendall s tau Somers D and median differences The Stata Journal 2 1 45 64 Nickel P Eilers K Seehase L amp Nachreiner F 2002 Zur Reliabilitat Validitat Sensitivitat und Diagnostizitat von Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilitat als Indikatoren pyschischer Beanspruchung Zeitschrift F r Arbeitswissenschaft 56 22 36 Niessen C amp Eyferth K 2001 A model ofthe air traffic controller s picture Safety Science 37 187 202 220 Niessen C Eyferth K amp Bierwagen T 1999 Modelling cognitive processes of experienced air traffic controllers Ergonomics 42 11 1507 1520 Niessen C Leuchter S amp Eyferth K 1998 A Psychological Model of Air Traffic Control and Its Implementation In Proceedings o
128. afenmodell bermittelt vgl Kapitel 5 3 Zus tzlich wird in Abh ngigkeit der gegebenen Freigabe ein erneutes berpr fen der freigegebenen Location sowie das Abrufen der Information ber den Zustand dieser Location free oder occupied initiiert Pl tze check Loc status und Retrieve Loc status Zus tzlich wird ber den Platz Frequency occupied die Verwendung des Funkger tes f r eine gewisse Zeit geblockt im Modell mit 5s festgelegt mittlere Dauer einer Anfrage Freigabe vgl Kapitel 5 3 Annahme 21 Au erdem wird wiederum in Abh ngigkeit der zu erteilenden Freigabe Arbeitsged chtniskapazit t freigegeben vgl Annahme 14 Durch die Generierung einer Marke auf dem Platz Clearance delivered wird das nachfolgende Markieren des Flugstreifens erm glicht Transition Mark Flightstrip Diese greift hierbei ebenso wie die Transition Fill In Questionaire auf die visuelle Aufmerksamkeit zu da f r die Bearbeitung dieser Aufgabe visuelle Ressourcen ben tigt werden Diese wird nach Abschluss der Flugstreifenmarkierung Platz Flightstrip marked durch die nachgeschaltete Transition Add FS to SB or handover wieder freigegeben Zus tzlich wird hierbei je nachdem ob weitere Aktionen des Luftfahrzeuges bearbeitet werden m ssen bestimmt ob ein Handover stattfindet Platz Handover oder der Flugstreifen wieder in die Stripbay einsortiert wird Platz new FS Info Die Notwendigkeit des Einsortierens eines Flugstreife
129. ahme und der Verarbeitung von Informationen muss der Lotse motorische Bewegungen ausf hren Zus tzlich zu den kognitiven Prozessen und den extern ablaufenden Verkehrs prozessen werden auch diese motorischen Prozesse und die damit verbundenen Zeitverz gerungen im Modell abgebildet Die Zeit die ein Lotse f r die von ihm durchgef hrten Bewegungen ben tigt l sst sich dabei auf zwei Prozesse aufteilen Zum einen m ssen motorische Prozesse vorbereitet und initiiert zum anderen physisch ausgef hrt werden Annahme 15 Die Dauer der physischen Bewegungen lassen sich anhand von Fitts Law Fitts 1954 approximieren Annahme 16 Da es sich bei den hier betrachteten Bewegungen von Lotsen um Bewegungen im dreidimensionalen Raum handelt etwa das Greifen nach oder das Ablegen von Flugstreifen wird zur Absch tzung der Dauer dieser Greifbewegungen die allgemeine Form von Fitts Law nach Welford Welford 1960 1968 vgl McKenzie 1992 angewendet T a 082 W Bs Dabei beschreibt A die relative Entfernung die bei einer Bewegung zur ckgelegt wird W beschreibt die relative Zielbreite vgl Abbildung 33 56 Hierbei sei nochmals darauf hingewiesen dass in der aktuellen Version kein zeitlicher Decay von Informationen implementiert wurde die Informationen also solange bestehen bleiben bis sie aktiv vergessen werden 118 a Abbildung 33 Relative Zielbreite eigene Darstellung nach Preim und Dachselt 2010 Diese ist abh ngi
130. aktoren die die wahrgenommene Beanspruchung der Versuchspersonen beeinflussen mit in die Bewertung einflie en da hier die Korrelation zum NASA RTLX h her ist als zum NASA TLX g A vgl Kapitel 6 2 8 und 6 3 7 Die gute bereinstimmung des Modells mit dem NASA TLX g A kann als Beleg f r die Diagnostizit t des Modells f r mentale Beanspruchung gesehen werden 72 In der vorliegenden Studie kann sogar davon ausgegangen werden dass erhebliche Unterschiede in der Belastung bestanden 10 vs 20 Flugzeuge pro 15 Minuten wobei auch diese erheblichen Unterschiede mittels Herzrate nicht aufgedeckt werden konnten 191 Zur weiteren berpr fung der Modellg te wurden Einzelfallanalysen f r alle 96 Versuchspersonenszenarien durchgef hrt 4 Szenarien x 24 Versuchspersonen und die zeitlichen Verl ufe der RSME Erfassung mit den zugeh rigen zeitlichen Verl ufen der Modellsimulationen sowohl visuell als auch korrelativ verglichen Einige Vergleiche wurden aufgrund fehlender Messwerte aus der Betrachtung ausgeschlossen Hierbei konnte f r die berw ltigende Mehrzahl der Versuchspersonen ein positiver Zusammenhang zwischen Modelldaten und subjektiven Beanspruchungsdaten gezeigt sowie im Mittel ein schwach bis mittlerer korrelativer Zusammenhang festgestellt werden vgl Kapitel 6 2 9 und 6 3 8 Der explorative Vergleich der mittleren Beanspruchung aus den Modelldaten mit den subjektiven Beanspruchungsdaten zeigt ferner dass das Modell
131. al 2003 als Airspace Configuration Luftraum konfiguration bezeichnet 55 e Zur sinnvollen Eingrenzung des Problemraumes wird nur das Verkehrsaufkommen als wichtigster Komplexitatsfaktor betrachtet Alle anderen Komplexitatsfaktoren werden konstant gehalten e Das Lotsenmodell wird anhand der Phasen der Handlungsregulation Hacker 1986 vgl Kapitel 4 5 modularisiert e Phasen die nicht dem Fokus der Problemstellung der Arbeit stehen werden zumindest funktionell abgebildet sofern sie f r die Aufgabenausf hrung des Lotsen essentiell sind e Zur Modellierung dieser Phasen werden weitere kognitive Theorien implementiert beispielsweise Wickens 1984 Theorie multipler Ressourcen zur Beschreibung der Informationsaufnahme e Zur quantitativen Beschreibung der mentalen Beanspruchung des Lotsenmodells wird ferner ein Arbeitsged chtnismodul implementiert welches sich an Single Limited Capacity Theorien orientiert und eine maximale Kapazit t von zehn Luftfahrtspezifischen Chunks besitzt vgl Kapitel 2 2 und 3 4 e EinChunk enth lt dabei jeweils die Information ber ein Flugzeug e Es wird festgelegt dass nur ein Lotse nur ein Lotsenmodell den gesamten Ablauf eines Flughafens kontrolliert Es wird keine Aufteilung auf zwei Lotsen zwei Lotsenmodelle vorgenommen vgl Kapitel 4 3 und 4 4 e Piloten werden als zweite menschliche Komponente des Systems nicht explizit modelliert sondern als Teil des Flughafenmodell
132. alysen zusammengefasst und ein prototypischer Arbeitsablauf der beiden Lotsenpositionen geschaffen sowie ein Einblick in die zur Aufgabenausf hrung n tigen kognitiven Prozesse gegeben Diese prototypischen Arbeitsabl ufe dienen als Richtlinie f r die Implementierung eines ablauff higen Modells welches in Kapitel 5 ausf hrlich beschrieben wird da nicht alle Unteraufgaben im gleichen Detailgrad wie in der Aufgabenanalyse beschrieben in die Modellbildung einflie en k nnen m ssen an verschiedenen Stellen Vereinfachungen vorgenommen sowie zur Beschreibung der zur Aufgabenausf hrung n tigen kognitiven Prozesse kognitions psychologische Theorien umgesetzt werden vgl Kapitel 5 Im folgenden Kapitel wird zun chst auf das Beschreibungsmittel eingegangen welches zur Modellimplementierung verwendet wurde 4 6 AUSWAHL DES BESCHREIBUNGSMITTELS Allgemein steht f r die modellhafte Beschreibung eine Vielzahl von Beschreibungsmitteln zur Verf gung da die Modellierung menschlichen Verhaltens hochgradig interdisziplin r erfolgt und sowohl aus dem Methodenrepertoire der Kognitionswissenschaft und Psychologie als auch aus den Ingenieurwissenschaften gesch pft werden kann vgl Kapitel 3 2 2 Ruckdeschel 1997 erstellt eine recht ausf hrliche Zusammenfassung einschl giger Methoden verschiedenster Disziplinen z B Logik Regelungstheorie Modellierung verteilter Systeme die zur Modellierung menschlichen Verhaltens in Mensch Maschine Systeme
133. and utility ina simulated air traffic control task Evidence for compensatory effects Saftey Science 22 1 87 101 DFS 2002 Betriebsanweisung Flugverkehrskontrolle Offenbach am Main Deutsche Flugsicherung DFS 2006 Betriebsanweisung Flugverkehrskontrolle Offenbach am Main Deutsche Flugsicherung DFS 2013 Air Traffic Statistics Annual Summary 2013 Offenbach am Main Deutsche Flugsicherung Dittmann A Kallus K W amp Van Damme D 2000 Integrated Task and Job Analysis of Air Traffic Controllers Phase 3 Baseline Reference of Air Traffic Controller Tasks and Cognitive Processes in the ECAC Area EUROCONTROL Dorner D 2000 Die Logik des Mifslingens Strategisches Denken in komplexen Situationen 13th ed Reinbek bei Hamburg Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH Dorner D amp Schaub H 1995 Handeln in Unbestimmtheit und Komplexitat Organisationsentwicklung 14 34 47 211 Duffy E 1951 The concept of energy mobilization Psychological Review 58 30 40 Durso F T Batsakes P J Crutchfield J M Braden J B amp Manning C a 2004 The Use of Flight Progress Strips While Working Live Traffic Frequencies Importance and Perceived Benefits Human Factors The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society 46 1 32 49 Durso F T amp Manning C A 2008 Air Traffic Control In M C Carswell Ed Reviews of human factors and Ergonomics Volume 4 pp 195 24
134. anungsmodul der vorliegenden Version 1 9 siehe Abbildung 30 beschreibt die Entnahme der Flugstreifen aus dem Drucker und anschlie ende Sortierung und Einordnung in die Stripbay Die Planung wird hierbei in Anlehnung an Smieszek et al 2011 global als Erstellung eines Staffelungs bzw Verkehrsplanes betrachtet Das Modul beschreibt demnach 48 Dies erfolgt ber die Standard ML Funktion List filter fn v gt id v ident flightstriplist am output arc der Transition choose next vehicl 49 Es ist allerdings jederzeit m glich beispielsweise f r die Untersuchung anderer Schwerpunkte das Sub Modul sehr viel detaillierter zu modellieren Beispielsweise w re die Planung weniger anwendungsbezogen und allgemeiner als kognitive Aufgabe der Koordination von Handlungszielen umsetzbar 108 die Einordnung der neu erhaltenen sowie der vom Lotsen selbst markierten Flugstreifen und deren Sortierung anhand ihrer geplanten Ankunftszeit in die Stripbay Der Erhalt eines Flugstreifens triggert hier wie bereits im vorherigen Kapitel beschrieben die Planungsphase Hierzu m ssen zun chst die Informationen die der Flugstreifen enth lt gelesen und mental reprasentiert werden Dabei wird ein Chunk im Arbeitsgedachtnis erstellt Es wird damit die Enkodierung der Informationen beschrieben die fiir den Planungsprozess notig sind Konkret bedeutet dies dass der Lotse die geplante Ankunfts oder Abflugszeit vom Flugstreifen abrufen muss um zu wissen an we
135. ap Artificial Intelligence 56 56 60 Ayaz H Willems B Bunce S Shewokis P A Izzetoglu K Hah S Onaral B 2010 Cognitive Workload Assessment of Air Traffic Controllers Using Optical Brain Imaging Sensors In T Marek W Karwowski amp V Rice Eds Advances in Understanding Human Performance Neuroergonomics Human Factors Design and Special Populations pp 21 32 CRC Press Baddeley A D 1976 The Psychology of Memory New York Basic Books Baddeley A D 1986 Working Memory Oxford UK Oxford University Press 207 Baddeley A D 1990 Human Memory Theory and Practice Hove Lawrence Erlbaum Associates Baddeley A D 1994 The Magical Number Seven Still Magic After All These Years 101 2 353 356 Baddeley A D 2000 The episodic buffer a new component of working memory Trends in Cognitive Sciences 4 11 417 423 Baddeley A D 2012 Working memory theories models and controversies Annual Review of Psychology 63 1 29 Baddeley A D Grant W Wight E amp Thomson N 1975 Imagery and visual working memory In P M A Rabbitt amp S Dornic Eds Attention and Performance V pp 205 217 London Academic Press Baddeley A D amp Hitch G 1974 Working Memory In G A Bower Ed Recent advances in learning and motivation Vol 8 New York Academic Press Bainbridge L 1975 Working Memory in air traffic control Unpublished note
136. as Modell im Anschluss validiert werden kann 4 2 DEFINITION DER PROBLEMGRENZEN Der erste und wichtigste Schritt zur Entwicklung kognitiver Simulationen besteht in der genauen Definition des vorliegenden Problems der Ziele und der erwarteten Ergebnisse der Simulation Cacciabue 1998b F r die vorliegende Arbeit wurden einige der Probleme bereits in den vorangegangenen Kapiteln 1 3 herausgearbeitet so beispielsweise das steigende Flugverkehrsaufkommen und die damit verbundene Bedeutung der Erfassung mentaler Beanspruchung vgl Kapitel 1 und 2 sowie das Fehlen ad quater kognitiver Modelle und Simulationen mentaler Beanspruchung im Bereich der Flughafenverkehrskontrolle 52 Es steht die Domane Flugverkehrskontrolle an Flughafen im allgemeinen Fokus Hierbei soll grundlegend eine makrokognitive Herangehensweise verfolgt werden Das System der Flugverkehrskontrolle an Flugh fen soll m glichst ganzheitlich beschrieben und eine Vielzahl an Variablen prinzipiell im Modell abgebildet werden Hierzu geh rt es sowohl den zu kontrollierenden Prozess 1 als auch die menschliche Kognition 2 sowie deren Interaktionen 3 modellhaft zu beschreiben Cacciabue 1998a 1998b Modell des Modell des menschlichen Flughafen Verhaltens verhaltens Interaktions Modell Abbildung 6 Dreiteilung von Mensch Maschine Modellen eigene Darstellung nach Cacciabue 1998a Der zu kontrollierende Prozess ist hierbei der Flughafen und die darauf stat
137. ated Task and Job Analysis of Air Traffic Controllers Phase 2 Task Analysis of En route Controllers HUM ET1 ST01 1000 REP 04 EUROCONTROL Kantowitz B H amp Sorkir R D 1983 Human factors Understanding people system relationships New York Wiley Karrer Gau K 2012 Prospektive Bewertung von Systemen zur M digkeitserkennung Ableitung von Gestaltungsempfehlungen zur Vermeidung von Risikokompensation aus empirischen Untersuchungen Doctoral Dissertation Technische Universit t Berlin Kerr B A amp Langolf G D 1977 Speed of Aiming Movements Quarterly Journal of Experimental Psychology 29 475 481 Kiekel P A amp Cooke N J 2004 Human Factors Aspects of Team Cognition In L V Kim Phuong amp R W Proctor Eds Handbook of Human Factors in Web Design pp 107 126 Boca CRC Press Kieras D E 1996 A Guide to GOMS Model Usability Evaluation using NGOMSL Kieras D E amp Meyer D E 1997 An overview of the EPIC architecture for cognition and performance with application to human computer interaction Human Computer Interaction 12 391 438 Kindsm ller M C Leuchter S Schulze Kissing D amp Urbas L 2004 Modellierung und Simulation menschlichen Verhaltens als Methode der Mensch MMI Interaktiv 7 4 16 Kirwan B amp Ainsworth L K 1992 A Guide to Task Analysis London Taylor amp Francis Klapp S T Marshburn E A amp Lester P T 1983
138. auptaufgabe der Lotsen am Flughafen ist die sichere und fl ssige Abwicklung des Boden und Luftverkehrs innerhalb ihrer Kontrollzone Dabei sind die Lotsen einem st ndigen trade off zwischen Effizienz und Gr ndlichkeit ausgesetzt welcher bei steigendem Flugverkehrsaufkommen Richtung Effizienz verschoben werden muss wodurch das Risiko erh ht wird dass vom Lotsen Fehler gemacht werden und es damit zu kritischen Situationen auf dem Rollfeld kommt Ist bekannt zu welchen Zeitpunkten ein Lotse Gefahr l uft berlastet zu werden kann gegengesteuert werden um beispielsweise kognitive Kapazit ten freizugeben und das Risiko f r Fehler zu senken Es ist daher von gr ter Wichtigkeit den Verlauf der mentalen Beanspruchung des Lotsen ber die Zeit zu untersuchen zu beobachten und im Idealfall sogar vorhersagen zu k nnen Die zur Aufnahme mentaler Beanspruchung vorhandenen Methoden sind allerdings f r deren Erfassung und Vorhersage nicht vollst ndig geeignet Auch der Versuch mentale Beanspruchung von Fluglotsen mittels mathematischer Indizes vorherzusagen ist unzureichend da lediglich objektive Belastungsfaktoren wie das Verkehrsaufkommen nicht aber subjektive Faktoren der Person wie bspw Erfahrung und Training ber cksichtigt werden Mit Hilfe der kognitiven Modellierung soll diese L cke geschlossen werden wobei zur L sung dieses Problems ein innovativer Modellierungsansatz erforderlich ist welcher nicht nur die Umgebungsfaktoren in Be
139. ausf hren k nnen On Block Off Block rollen an die Parkposition oder von der Parkposition weg Leave RWY Enter RWY auf und abrollen auf von der Start Landebahn Landing Takeoff Landung und Start Aerodrome Bewegungen in der Luft Sie sind jeweils nochmals hierarchisch unterteilt um die genaue Markenver nderung bei Auftreten einer Aktion beschreiben zu k nnen Am Beispiel des Rollens Taxiing soll die Implementierung der variablen Prozessstruktur erkl rt werden In Abbildung 23 auf Seite 91 sind die beim Rollen verbundenen Elemente dargestellt vgl Manske 2013 Die Transition Taxiing sowie der Platz TWYs sind Bestandteil der invariablen Prozesslogik Die Pl tze Location Connections und Duration sind Bestandteil der variablen Prozessstruktur und werden im Folgenden erl utert Die auf ihnen gespeicherten Marken definieren das Layout des Flughafens Manske 2013 Der Platz Location enth lt Informationen ber alle Teile des Flughafens also seine Pisten Rollwege Stellpl tze usw Um die Bewegung der Luftfahrzeuge ber das Rollfeld und die sukzessive Fortbewegung der Luftfahrzeuge im ereignisdiskreten Modellierungssystem des Petrinetzes simulieren zu k nnen werden die Rollwege weiter in kleinere m glichst aber gleichgro e Abschnitte unterteilt Hierbei wird beispielsweise Rollweg C in C1 C2 usw Abbildung 22 Einzelne Teile eines exemplarischen Flughafens eigene Darstellung nach Manske 2013 Stand1 S
140. aussetzungen wie Normalverteilung Schiefe und Kurtosis ist DeCarlo 1997 Glass Peckham amp Sanders 1972 Harwell Rubinstein Hayes amp Olds 1992 das Skalenniveau geh rt allerdings nicht dazu Dennoch existieren zahlreiche Studien in denen parametrische Verfahren auf Beanspruchungsdaten angewendet werden die mit subjektiven Skalen wie NASA TLX oder RSME erfasst wurden Dies geht sogar soweit dass Daten die ber Likert Skalen erhoben wurden und somit eindeutig nur Ordinalskalenniveau besitzen mit parametrischen Verfahren ausgewertet werden Vor allem beim NASA TLX aber auch beim RSME mag zwar der Eindruck einer Intervallskalierung vermittelt werden sodass nicht auf den ersten Blick eindeutig ist welches Skalenniveau tats chlich vorliegt Bei zweifelhafter Kardinalskalenqualit t sind allerdings nach Bortz und Lienert 2008 immer nonparametrische Verfahren anzuwenden Wenn nicht davon ausgegangen werden kann dass quidistante Zahlenabst nde auf einer Skala gleiche Merkmalsunterschiede abbilden Bortz amp Lienert 2008 S 28 wie es sowohl bei der NASA TLX als auch der RSME Skala der Fall ist kann f r diese Erfassungsmethoden nur ordinales Skalenniveau angenommen werden Da die Testst rke nonparametrischer Verfahren gemeinhin etwas geringer ist als die parametrischer Verfahren kann es passieren dass kleinere Effekte nicht aufgedeckt werden Dies gilt vor allem hinsichtlich der Testung der Nullhypothesen und der Abh ng
141. bbe Christian Karl Dominik Sittel und Fabian Joeres Dar ber hinaus m chte ich den zahlreichen Fachleuten meinen Dank aussprechen ohne deren Expertise Hilfe und Einsch tzung ich sicherlich an der einen oder anderen Stelle etwas verloren gewesen w re Dazu z hlen vor allem die Belegschaft des Towers in Sch nefeld und deren Supervisor Hendrik Finger sowie die Belegschaft des Towers Braunschweig Wolfsburg die mir die M glichkeit gaben die Arbeitsumgebung und Arbeitsaufgaben von Towerlotsen live II mitzuerleben und Fragen zu stellen Dar ber hinaus danke ich Herrn Ferdinand Behrendt vom Institut f r Luft und Raumfahrt der Technischen Universitat Berlin f r die kompetente Beantwortung unserer Fragen und die Herstellung des Kontaktes zum Tower in Tegel Gespr che in den Arbeitsgemeinschaften und Ringvorlesungen des Graduiertenkollegs mit den Kollegen des Graduiertenkollegs sowie des Fachgebietes Kognitive Modellierung in dynamischen Mensch Maschine Systemen haben die Arbeit sehr vorangebracht So danke ich nicht nur f r den inhaltlichen und methodischen Rat stellvertretend f r das gesamte Kolleg und das Fachgebiet Fabian Joeres Maria Luz Michael Minge Janna Protzak Stefan Schaffer Enrico Maier Sebastian Werk Stefan Lindner Christian St el Elisabeth Brandenburg Matthias Zickerow und Sabine Prezenski Besonders hervorheben m chte ich meine Freundin Stefanie Huber die nur zu gut die Hochs und Tiefs die Leid
142. bei alle weiteren Konsequenzen von bspw Fehlern ausgeschlossen werden k nnen Als Vergleichsma f r die Validierung von Modellen in Simulationsexperimenten k nnen solche Ma e daher durchaus herangezogen werden Eine weitere M glichkeit der Leistungserfassung ist das Sekund raufgabenparadigma Hierbei wird eine Zweitaufgabe zur Prim raufgabe hinzugef gt um die Erfassung der freien Kapazit t zu erm glichen Nach dem sogenannten Subsidiary Task Paradigm wird der Zweitaufgabe hierbei eine geringere Priorit t zugeordnet als der Prim raufgabe Die Leistung in dieser Zweitaufgabe ver ndert sich damit mit steigender Schwierigkeit der Erstaufgabe und weist somit auf die freie Kapazit t hin De Waard 1996 Hierbei sollte nach der Theorie multipler Ressourcen von Wickens 1984 die Zweitaufgabe m glichst die gleichen Ressourcen beanspruchen wie die Erstaufgabe und somit eine hohe Interferenz erzeugen H ufig 27 verwendete Zweitaufgaben sind beispielsweise Ged chtnisabruf oder das L sen von Rechenaufgaben Zur Sensitivit t dieser Ma e ergibt sich ein eher diffuses Bild Eggemeier amp Wilson 1991 Beim Zweitaufgabenparadigma besteht vor allem die Problematik der Interferenz mit der Hauptaufgabe da durch das Hinzuf gen einer weiteren Aufgabe die mentale Beanspruchung k nstlich nach oben getrieben wird Ebenso wie die Messung der Leistung in der Prim raufgabe ist dies f r die Praxis wenig sinnvoll Es kann
143. beit kann das Downscaling und damit die Verbindung von mikro und makrokognitiver Modellierung als gelungen angesehen werden Kognitive Prozesse wurden soweit m glich und n tzlich f r die Problemstellung auf ein Mikroniveau heruntergebrochen andere Prozesse die f r die vorliegende Problemstellung weniger wichtig sind wurden klassisch makrokognitiv betrachtet Aber auch durch die Identifizierung weiteren Forschungspotentiales innerhalb der Grundlagenforschung konnte eine Verbindung zwischen makro und mikrokognitiven Ans tzen geschaffen werden Die Entwicklung des makrokognitiven Modells MATTriCS hat dazu beigetragen dass Forschungspotential identifiziert wurde welches zun chst mikrokognitiv zu untersuchen ist 7 3 BEITRAG HINSICHTLICH DER ERSTELLUNG EINES MODELLS ZUR QUANTITATIVEN BESCHREIBUNG MENTALER BEANSPRUCHUNG VON TOWERLOTSEN IN ABH NGIGKEIT VERSCHIEDENER EINFLUSSFAKTOREN FORSCHUNGSZIEL 3 Das Forschungsziel der Erstellung eines Modells zur quantitativen Beschreibung mentaler Beanspruchung von Towerlotsen in Abh ngigkeit verschiedener Einflussfaktoren ist zun chst hinsichtlich der Umsetzung der identifizierten Theorien mentaler Beanspruchung sowie der Studien zu Einflussfaktoren mentaler Beanspruchung zu diskutieren Ferner sind get tigte Vereinfachungen des Modells kritisch zu reflektieren Ebenso ist die Verwendung Farbiger Petrinetze als Beschreibungsmittel zu bewerten Es konnte gezeigt werden dass mit Hilfe des erstellten
144. bersicht der Hypothesen zur berpr fung der Modellg te Nr Hypothese Ma e der Modellg te 7 Die mittleren Beanspruchungswerte des Modells sind bei a hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei Ne 3 niedrigem o S SZN 1 3 gt SZN 2 4 SZN 1 SZN 3 SZN 2 SZN 4 8 F r den Vergleich der mittleren Beanspruchungsh he ber die 4 Szenarien von Modell subjektiven Ma en und Leistungsma besteht eine starke Korrelation gt 0 6 9 Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen den 155 Beanspruchungsratings ber die Zeit erfasst mit dem RSME und den Modelldaten 10 Es besteht ein negativer Zusammenhang zwischen den Beanspruchungsdaten ber die Zeit erfasst durch das EKG in ms IBI und den Modelldaten explorativ Berechnung der absoluten und mittleren absoluten Abweichung MAD der mittleren Beanspruchungsh he des Modells von den Realdaten RSME und NASA TLX explorativ Berechnung der relativen H ufigkeit mit der Fehler von Versuchspersonen zu Zeitpunkten auftreten in denen das Modell eine hohe Beanspruchung vorhersagt 6 1 5 VERSUCHSABLAUF Nach einer kurzen Begr ung durch den Versuchsleiter wurden die Probanden zun chst allgemein ber den Versuchsablauf und den Zweck der Studie informiert Anschlie end f llten die Versuchspersonen den demografischen Fragebogen sowie die Einverst ndniserkl rung aus Es folgte die Instruktion des d2 R Tests sowie im Anschluss daran seine Bearbeitung Dabei
145. bjektive Fragebogenmethoden und Skalen zur Erfassung haben einerseits das Problem dass kontinuierliche Messung ohne Interferenz praktisch nicht m glich ist Andererseits bestehen bereits gro e Probleme in der Reliabilit t und Validit t der Messinstrumente selbst so dass es schwer ist eine geeignete Vergleichsmethodik zu finden So bleibt die Frage ob eventuell andere Erfassungsmethoden wie beispielsweise Pupillometrie EEG oder sogar Nahinfrarot spektroskopie wie sie z B Ayaz et al 2010 verwenden geeignetere Vergleichskriterien sein k nnen oder ob letztendlich sogar die gesamte Problematik der Erfassung mentaler Beanspruchung ad absurdum zu f hren ist Schmidtke 2002 vgl auch Dekker amp Hollnagel 2004 Dekker amp Woods 2002 Hollnagel amp Woods 2005 In beiden F llen kann nur von ersten Schritten gesprochen werden Die Theorie mentaler Beanspruchung ist immer noch recht vage und auch wenn durch die Integration der beiden herausragenden Modellvorstellungen ein Schritt in diese Richtung getan wurde liegt bis heute keine einheitliche Modellvorstellung vor In dieser Arbeit wurde mentale Beanspruchung durch die Begrenzungen der perzeptiv kognitiven Verarbeitungsstufe vor allem des Arbeitsged chtnisses gesehen Dabei wurde die Begrenzung der Perzeption zwar mit modelliert jedoch bei der Quantifizierung zun chst nicht mit betrachtet Hierbei ist die Frage essentiell ob und inwieweit die Begrenzungen des perzeptiven Apparates
146. bs beeinflussen Das Modell verwendete Taatgen 2001 2002 zur Replikation von Daten die Ackerman 1988 1990 zur Aufstellung seiner Theorie erhob und konnte diese damit untermauern Beim Kanfer Ackerman air traffic control task handelt es sich um eine stark vereinfachte Fluglotsenaufgabe die das fehlerfreie Landen von Flugzeugen zum Ziel hat und damit vergleichbar mit der Aufgabe von Towerlotsen ist vgl Kapitel 4 3 und 4 4 Sie ist allerdings recht abstrakt repr sentiert und nur ber Tastatureingaben zu steuern Ebenso wie die Untersuchung menschlicher Entscheidungsfindung des Fertigkeitserwerbs und der Konflikterkennung ist auch das Konstrukt mentaler Beanspruchung in der Modellbildung bereits adressiert worden wenn auch seltener So erstellen Lebiere und Anderson 2001 ein einfaches ACT R Modell mit dem es m glich ist Multi Tasking und Cognitive Workload mentale Beanspruchung in einer en route Aufgabe zu beschreiben Sie gehen bei der Analyse mentaler Beanspruchung allerdings weniger theoriegetrieben vor Da in ACT R kein Konzept von mentaler Beanspruchung enthalten ist beschrieben Lebiere und Anderson 2001 die mentale Beanspruchung lediglich als skaliertes Verh ltnis zwischen der Zeit die das Modell mit kritischen Teilaufgaben critical unit tasks verbringt und der Gesamtzeit in der es Aufgaben verrichtet Kritische Teilaufgaben sind hierbei einerseits die Ausf hrung von Aktionen und andererseits die Suche nach neuen Ereig
147. bte modelhafte Beschreibung mentaler Beanspruchung und kognitiver Kapazit t w re es nicht von unerheblichem Interesse zu analysieren wie hoch die maximale f r die Aufgabenbearbeitung zur Verf gung stehende Kapazit t eines Menschen ist Dies ist allerdings eine u erst schwierige Aufgabe Beispielsweise gibt Wickens 1984 keinerlei Hinweise darauf wie gro die jeweiligen Ressourcenreservoirs der Perzeption sowie der zentralen Verarbeitung sein k nnten F r die Perzeption kann 13 allerdings von rein physikalischen Begrenzungen ausgegangen werden Auch wenn es trivial erscheinen mag wir haben nur ein Paar Augen und Ohren und k nnen unsere fokussierte Aufmerksamkeit focal nur auf einen Sachverhalt gleichzeitig lenken vgl z B Posner Snyder amp Davidson 1980 Ebenso kann nur einer Person zugeh rt werden ohne dass durch Interferenzeffekte Informationen verloren gehen vgl z B Baddeley 1976 Etwas anders ist die Sachlage bei der Untersuchung der zentralen Verarbeitung von Informationen speziell denen des Arbeitsged chtnisses Hier wurden eine Reihe von Untersuchungen durchgef hrt und Theorien aufgestellt wie gro das maximale Ressourcenreservoir der Informationsverarbeitung ist Diese werden im Folgenden beschrieben Bei der zentralen Verarbeitung von Informationen ist es sehr naheliegend dass mehrere Informationseinheiten ber einen gewissen Zeitraum aufrechterhalten werden m ssen um sie effektiv manipulieren
148. cation Rufzeichen e Type e Location e Rules e VTC e S Time e Location e Aim e Intention e Locationlist e Status Flugzeugtyp bzw Fahrzeug z B A319 Car Aktuelle Position des Luftfahrzeuges Flugregeln IFR oder VFR Wirbelschleppenkategorie Light Medium Heavy Super Geplante Abflug oder Ankunftszeit Zielort bei abfliegenden Flugzeugen zun chst der Haltepunkt der Piste anschlie end Sky bei ankommenden Flugzeugen die Parkposition Ziel prim r An und Abflug Arrival Departure aber auch Auftanken Refuel oder Check berpr fen der Piste f r Wartungsfahrzeuge m glich Absichten die das Fahrzeug verfolgt z B Rollen zur Startbahn Start Landung Diese teilt das Flugzeug dem Lotsen mit der daraufhin seine Freigabe erteilt Freigegebene Flughafenabschnitte enth lt eine Liste von Flughafenabschnitten die das Luftfahrzeug nach Freigabe des Lotsen verwenden darf bzw in die es einfliegen darf Gibt an welche Art Freigabe ein Luftfahrzeug besitzt z B zum Rollen oder Starten Das Einlesen der initialen Markierungen aller genannten Pl tze des Flughafenmodells erfolgt durch die Einbindung der externen Textdateien Scenario txt sowie Layout txt Durch 37 Beispiele f r diese Dateien befinden sich im Anhang 94 die Verwendung sogenannter Structured Colorsets werden die ber ein Flugzeug zur Verf gung stehenden Informationen in das Colorset vehicle eingebunden wob
149. ch hier zwischen den von au en auf den Menschen einwirkenden Einfl ssen als Belastung bezeichnet und den individuellen unmittelbaren und langfristigen als Beanspruchung bezeichneten Auswirkungen auf den Menschen unterschieden Hagemann 2000 vgl auch Rouse Edwards amp Hammer 1993 Hierbei k nnen allerdings nicht nur individuelle F higkeiten sondern beispielsweise Faktoren wie Motivation angewendete Strategien sowie Stimmung des Operateurs einen Einfluss auf die Beanspruchung besitzen De Waard 1996 Die Belastung wird vom Ziel der Aufgabe bestimmt ist extern und unabh ngig vom Individuum Beanspruchung hingegen wird verwendet um die Effekte zu beschreiben die durch die Belastung an den Operateur gestellt wird vgl Kap 2 1 Das schlichte Ersetzen des einen Konstruktes mentale Beanspruchung durch das Einf hren eines weiteren Konstruktes ATC Complexity zwischen den u eren Faktoren und der im Fokus des Interesses stehenden mentalen Beanspruchung erscheint allerdings wenig zielf hrend bedenkt man dass ATC Complexity ebenfalls als subjektive Gr e interpretiert wird die ebenso wie mentale Beanspruchung von inneren Faktoren des Lotsen abh ngt Mogford et al 1995 Gerade diese Charakteristik ist f r deren Untersuchung problematisch Eine bestimmte Aufgabe kann f r einen Menschen mit seinen individuellen Erfahrungen seinem Wissen und F higkeiten wenig beanspruchend sein kann w hrend sie f r einen anderen Mensch
150. ch und Maschine n tig um die erw nschte Gesamtleistung zu erreichen F r die Erreichung einer m glichst ganzheitlichen Modellbildung und oder Simulation eines solchen Systems muss auch die Komponente Mensch mit in den Modellbildungs und Simulationsprozess einbezogen werden Wie M hlenbrink 2011 beschreibt w re dies kein Problem wenn die Modellierung des Menschen bereits gekl rt w re und nur die Einbindung des Modells des technischen Prozesses zu realisieren w re Die Sachlage ist allerdings umgekehrt Das technische System kann hinreichend auf mathematische Modelle reduziert werden die Schwierigkeit besteht darin den Menschen auf modellierbare Funktionen zu reduzieren M hlenbrink 2011 Eine solche Aufgabe ist allerdings nicht trivial da das Verhalten des Menschen als komplex und inhomogen zu bezeichnen ist Ruckdeschel 1997 Daraus ergibt sich unweigerlich die eher philosophische Frage ob eine solche Reduzierung des Menschen berhaupt angemessen ist Die Modellbildung beschreibt sie nun technische Prozesse oder menschliches Verhalten und kognitive Prozesse beinhaltet immer die Notwendigkeit einer Komplexit tsreduktion und das Erstellen eines Abbildes der Realit t nicht aber die Realit t selbst Hierbei werden abstrakte Repr sentationen eines Teils der Realit t angestrebt bei denen unwesentliches in Bezug auf den Modellzweck weggelassen wird Leuchter 2009 S 6 Ruckdeschel 1997 erl utert dies durch die
151. ch wurde am Ende jedes Szenarios der NASA TLX erfasst siehe Anhang in dem die Versuchspersonen ihre Beanspruchung tiber das gesamte Szenario einschatzen sollten Hiermit sollte nochmals kontrolliert werden ob die Manipulation im Experiment gegliickt ist sprich ob die Versuchspersonen die Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen als starker beanspruchend empfanden als diejenigen Szenarien mit geringem Verkehrsaufkommen Weiterhin bestand hierdurch die M glichkeit eines Vergleiches zwischen den Bewertungen der mittleren Beanspruchung des NASA TLX und der RSME Skala um die h here Diagnostizit t multidimensionaler Skalen auszunutzen Als Leistungsma wurde au erdem die Fehlerzahl herangezogen zu deren Ermittlung Funkprotokolle aufgenommen wurden aus denen die Fehler herausgelesen werden konnten Als Fehler wurden dabei folgende Aktionen und Ereignisse eingestuft e Verz gerungen die nicht durch die Verkehrssituation induziert waren z B wenn nach einer Anfrage zu lang gewartet wird um die Freigabe zu erteilen obwohl die Verkehrssituation es zul sst diese fr her zu erteilen e Zu geringe Staffelungen auf den Rollwegen d h wenn durch eine zu enge Erteilung von Freigaben die Flugzeuge zu dicht hintereinander herrollen e Freigabeverwechslungen falsche Freigaben wenn z B statt rollen zum Terminal rollen zur Piste gegeben wird es folgt darauf keine Aktion des Flugzeuges sondern eine Wiederholung der Anfrage e Rufzei
152. chen k nnen bis zu 50 oder mehr Buchstaben erinnert werden Baddeley 1990 In jedem Fall bleibt aber die Anzahl der Chunks konstant bei etwa sechs Baddeley 1990 Es kann angenommen werden dass die F higkeit Chunks aus urspr nglich nicht zusammenh ngenden Items zu konstruieren stark vom Wissen der Erfahrung und dem Training innerhalb einer Aufgabe abh ngt Baddeley 1990 siehe auch Ericsson amp Chase 1982 Er ist allerdings unabh ngig vom Material z B verbal oder r umlich aus dem er sich zusammensetzt Simon 1974 Smieszek Manske Hasselberg Russwinkel amp M hlenbrink 2013 Die F higkeit sinnvolle Chunks zu bilden kann daher bei Spezialisten f r eine spezifische Aufgabe als sehr stark ausgepr gt angenommen werden Neisser 1979 beschreibt einen solchen Effekt am Beispiel eines Schachmeisters Ein Meister kann beispielsweise die Stellung aller Figuren auf dem Brett angeben wenn er f nf Sekunden darauf geschaut hat kein Amateurspieler kann das ann hernd gleich gut Der Meister kommt zum Erfolg weil er bestimmte Aspekte der Position wahrnehmen kann die dem schlechten Spieler entgehen strukturelle Merkmale die hat man sie einmal gesehen den Ort der einzelnen Figuren zwingend bestimmen Neisser 1979 S 141 Eine solche Beobachtung wie Neisser 1979 sie hier beschreibt kann damit erkl rt werden dass der Schachmeister bestimmte Konstellationen von Figuren als Chunks zusammenfassen kann und sich nich
153. chen und oder Flugzeugverwechslung Der Proband gibt eine Freigabe f r Flugzeug Y meintaber das Flugzeug X e Keine Freigabeerteilung Auf Anfragen von Flugzeugen wird schlichtweg nicht reagiert obwohl es die Verkehrssituation zul sst Landende Flugzeuge m ssen durchstarten Flugzeuge am Gate k nnen dieses nicht verlassen und es kommt zu starken Verz gerungen e Zusammensto in der Luft Ben tigt einen vorherigen Fehler des Probanden dass die Landefreigabe nicht erteilt wird dadurch startet das landende Flugzeug durch und es kann passieren dass es mit einem gerade startenden Flugzeug in der Luft kollidiert e Stau an der Start Landebahn Vor dem Haltepunkt ist gerade so viel Platz dass zwei Flugzeuge hintereinander an der Startbahn auf eine Startfreigabe warten k nnen Warten mehr als zwei Flugzeuge so stauen sich die Wartenden auf den Hauptrollweg zur ck welcher f r das Rollen zum Terminal anderer Flugzeuge ben tigt wird Hierdurch kommt es zu starken Verz gerungen 141 e Vorziehen eines Starts obwohl ein Flugzeug eine Landeanfrage gestellt hat Laut Instruktion sind Landungen Starts immer vorzuziehen Starts k nnen nur erfolgen wenn die Verkehrssituation es zul sst d h wenn gen gend Abstand zwischen dem startenden und dem landenden Flugzeug gew hrleistet ist und sie sich nicht gleichzeitig auf der Start Landebahn befinden e Staffelungsunterschreitung auf der Start Landebahn Es befinden sich gleichzeitig zwei Fl
154. chen Nachvollziehbarkeit und Sichtbarmachung von Prozessen was die Transparenz und den wissenschaftlichen Austausch der erstellten Modelle erleichtert Nicht unerheblich ist ebenso die Tatsache dass Petrinetze und vor allem farbige Petrinetze bereits mehrfach erfolgreich angewendet wurden um verschiedene Problemstellungen in der Luftfahrt Davidrajuh amp Lin 2011 Kovacs N meth amp Hangos 2005 Lesire amp Tessier 2005 Oberheid amp S ffker 2008 Oberheid 2006 St tz 2000 Vidosavljevi amp ToSic 2010 sowie menschliches Verhalten M hlenbrink amp Friedrich 2009 M hlenbrink et al 2012 M hlenbrink 2011 Ruckdeschel amp Onken 1994 Ruckdeschel 1997 Werther et al 2007 Werther 2006a 2006b zu modellieren und zu analysieren Nichtsdestotrotz ist die Anwendung farbiger Petrinetze zur Beschreibung menschlichen Verhaltens bisher auf die Erstellung formaler Modelle beschr nkt Die Modellierung kognitiver Funktionen stellt damit einen innovativen Ansatz dar 29 Eine ausf hrliche Einf hrung in Petrinetze kann beispielsweise bei Baumgarten 1996 oder Reisig 2010 gefunden werden Eine Kurzdarstellung des Konzeptes beschreiben Desel und Juh s 2001 Eine ausf hrliche Einf hrung in farbige Petrinetze geben Jensen 1997a 1997b 1997c Jensen 1998 sowie Jensen und Kristensen 2009 81 Nicht zuletzt ist auch die Tatsache dass einschlagige Computertools vorhanden sind um die Modellierung Sim
155. chen Validit tsmessung In den Ingenieurwissenschaften sind die eingesetzten Techniken meist sehr viel einfacher und geschehen manchmal sogar nur anhand des gesunden Menschenverstandes des Modellierers oder Modelliererteams durch heuristische Evaluation oder mental Simulation J rgensohn 2002 Dies liegt vor allem an der Tatsache dass ingenieurwissenschaftliche Modelle meist sehr viel mehr freie Parameter enthalten als psychologische Modelle Modelle der Psychologie und damit verbundene empirische Untersuchungen versuchen immer durch die Fokussierung auf eine oder einige wenige Variablen und die Eliminierung m glichst aller St rvariablen die Komplexit t so gut wie m glich einzuschr nken Dies bringt den Vorteil mit sich Informationen zu erhalten die genau den Sachverhalt betreffen der im Mittelpunkt der Untersuchung steht Der Nachteil ist allerdings dass die Aufkl rungsg te sich eben auch nur auf diesen einen Parameter beschr nkt und die externe Validit t damit nicht immer gegeben ist da in der Realit t immer viele Parameter miteinander interagieren und sich gegenseitig beeinflussen Auf der anderen Seite stehen Modelle mit vielen freien Parametern sehr stark in der Kritik da ein Modell nur gen gend freie Parameter enthalten muss um in der Lage zu sein auf jeden beliebigen Datensatz mit hoher Pr zision zu passen Roberts amp Pashler 2000 Schunn amp Wallach 2005 Solche Stellschraubenmodelle k nnen einen bestimmte
156. chological Review 63 129 138 Simon H A 1974 How Big Is Chunk Science 183 4124 482 488 224 Smieszek H 2011 Erstellung eines integrativen Prozessmodells der Aufgaben von Rollverkehrslotsen auf Grundlage bestehender Aufgabenanalysen In 1 interdisziplindren Workshop Kognitive Systeme Mensch Teams Systeme Automaten Duisburg Universitat Duisburg Essen Smieszek H Huber S amp Jiirgensohn T 2011 Ein integratives Prozessmodell der Hauptaufgaben von Rollverkehrslotsen als Grundlage zur Modellierung und Simulation In 9 Berliner Werkstatt Mensch Maschine Systeme Reflexionen und Visionen der Mensch Maschine Interaktion pp 429 432 Berlin Diisseldorf VDI Verlag Smieszek H amp Joeres F 2013 Prospective decision making in a macro cognitive model of airport traffic control system MATriCS based on coloured petri nets In E Brandenburg L Doria A Gross T Giinzler amp H Smieszek Eds Proceedings of the 10th Berlin Workshop on Human Machine Systems Foundations and Applications of Human Machine Interaction pp 505 512 Berlin Universitatsverlag der Technischen Universitat Berlin Smieszek H amp Karl C 2012 An approach to cognitive simulation of air traffic controllers based on coloured petri nets In D Soeffker amp A Kluge Eds Kognitive Systeme Duisburg DuEPublico Duisburg Essen Publication Smieszek H Manske P Hasselberg A Russwinkel N amp M h
157. chreibung mentaler Beanspruchung sind weitere Downscaling Prozesse notwendig um beispielsweise die zur Entscheidungsfindung von Lotsen n tigen Prozesse noch ad quater abbilden zu k nnen So ging bereits aus der Aufgabenanalyse hervor dass vor allem Entscheidungen die mit dem Rollen von Flugzeugen zutun haben hochgradig auf mentalen Simulationsprozessen beruhen welche dazu dienen zuk nftige Verkehrssituationen vorauszusehen Die im vorliegenden Modell umgesetzte Entscheidungsfindung auf Grundlage der aktuellen Verkehrssituation wird daher weder der Komplexit t der Aufgabe noch der damit verbundenen kognitiven Prozesse gerecht Die 196 Schwierigkeiten die die Implementierung detaillierterer Entscheidungsprozesse f r die Modellierung mit sich bringt beschreiben Smieszek und Joeres 2013 weshalb auf Grund fehlender Grundlagenforschung in der vorliegenden Modellversion vereinfachte Annahmen getroffen werden mussten Die Vorgehensweise des Downscaling kann alternativ durch die Ann herung von der mikrokognitiven Ebene zur makrokognitiven Ebene Upscaling erfolgen So konnten West et al 2013 zeigen dass es m glich ist makrokognitive Funktionen mit Hilfe einer mikrokognitiven Architektur zu beschreiben Dies beschr nkt sich allerdings bisher auf wenige makrokognitive Funktionen die auch in Isolation betrachtet wurden Weitere Forschung ist notwendig um hier ein ad quates Upscaling m glich zu machen In der vorliegenden Ar
158. chst zwei Hypothesen formuliert von denen das weitere Vorgehen zur Auswertung der Daten abh ngt Einerseits galt es feststellen ob ein Einfluss des Abschneidens im d2 R Test auf die Fehlerzahl und die Beanspruchungsratings vorliegt Aufgrund der unklaren Befundlage zur Herzrate sollte im Weiteren untersucht werden ob im vorliegenden Experiment mit der Herzrate eine Unterscheidung zwischen den Belastungsbedingungen m glich ist oder ob der Effekt best tigt wurde dass lediglich die Experimentalbedingungen von der Baseline Bedingung zu unterscheiden ist Nickel et al 2002 Beide Hypothesen haben Auswirkungen auf die dann folgende Vorgehensweise bei der Auswertung der brigen Hypothesen So besch ftigt sich die erste Hypothese mit dem Zusammenhang zwischen dem Abschneiden im d2 R Test und der H he der mittleren Fehlerzahl bzw der mittleren Beanspruchungsratings Ziel ist es dabei festzustellen ob sich die Versuchspersonen anhand ihres d2 R Wertes in Gruppen einteilen lassen die sich signifikant in der Anzahl der gemachten Fehler sowie der angegebenen Beanspruchungsh he unterscheiden Allgemein ist davon auszugehen dass die Gr ndlichkeit und Effizienz bzw der Effizienz Gr ndlichkeits Tradeoff mit dem Versuchspersonen kognitive Aufgaben bearbeiten einen Einfluss darauf hat wie hoch die Beanspruchung bei der Aufgabenbearbeitung eingesch tzt wird Tendiert die Versuchsperson beispielsweise dazu sehr gr ndlich zu berlegen so schl gt
159. chten da die Flugverkehrskontrolle einen Hochsicherheitsbereich darstellt und somit jegliche Ablenkung zu Fehlern f hren k nnte Weiterhin ist im Hinblick auf die Entwicklung adaptiver Unterst tzungssysteme f r den Lotsen eine hohe Sensitivit t und Diagnostizit t zu gew hrleisten da der Automatisierungsgrad und der Grad der Hilfestellung die das Unterst tzungssystem bietet hier von der aktuellen mentalen Beanspruchung abh ngt In Tabelle 1 sind die vorgestellten Erfassungsmethoden nochmals zusammengefasst Es wird weiterhin ein Vergleich dieser Methoden hinsichtlich wichtiger G tekriterien vorgenommen die bei der Auswahl von Erfassungsmethoden eine Rolle spielen k nnen Hierbei sind insbesondere subjektive und physiologische Ma e zwar als relativ sensitiv zu bewerten weisen allerdings eine eher geringe Diagnostizit t auf Eine Erfassungsmethode der Wahl sollte vorzugsweise eine hohe Diagnostizit t f r mentale Beanspruchung gew hrleisten da in der Flugverkehrskontrolle 28 auch andere Beanspruchungsformen wie k rperliche Beanspruchung auftreten k nnen Vor allem das Sprechen kann bei physiologischen Ma en gro e Probleme bereiten Auch wenn subjektive Ma e hinreichend interferenzfrei und leicht anzuwenden w ren so ist ihre zeitliche Aufl sung eher schlecht so dass unidimensionale Skalen oft hintereinander angewendet werden m ssen um eine h here zeitliche Aufl sung zu erreichen wodurch eine h here Interferenz mit der
160. chtigsten bewerten Vor allem wird der Einfluss des Verkehrsaufkommens auf die mentale Beanspruchung des Lotsen abgebildet vgl Kapitel 4 2 Zur Erlangung eines intensiven Verst ndnisses der Aufgaben und des Systems wurden anschlie end f nf bestehende Aufgabenanalysen hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit zur Erstellung eines Aufgabenmodells berpr ft und zusammengefasst vgl Kapitel 4 3 Hierbei wurden Haupt und Unteraufgaben der beiden Positionen TWR und GND identifiziert wobei sich die Aufgabenanalyse von Cox 1994a 1994b als sehr detailliert erwies sodass diese vorrangig f r die Erstellung des theoretischen Models verwendet wurde Im n chsten Schritt wurde das System Flughafenverkehrskontrolle sowohl durch eigene Feldbeobachtungen als auch durch Analyse von Vorschriftenwerken und Regularien analysiert und somit bestehende Regeln der Flughafenverkehrskontrolle die Zust ndigkeiten der Lotsen der Aufbau des Lotsenarbeitsplatzes sowie wichtige Hilfsmittel analysiert Als wichtigste Informationsquellen konnten die Au ensicht die Funkkommunikation sowie die Flugstreifen identifiziert werden die auch in der Modellierung Ber cksichtigung finden sollen Ferner werden in der Praxis zwei Positionen TWR und GND mit unterschiedlichen Zust ndigkeiten eingesetzt wovon im vorliegenden Modell aus Gr nden der Einfachheit nur ein Lotsenmodell erstellt werden wird welches f r beide Positionen zust ndig ist vgl Kapitel 4 4 Die so erlangten Erk
161. chung f hren Verschieden komplexe Verkehrssituationen k nnten aber auch bereits durch ein ver ndertes Verhalten der Versuchspersonen w hrend der Szenarien entstehen Dieses Problem besteht aufgrund der Konfundierung der Variablen Verkehrsaufkommen und Anzahl kritischer Situationen Daher w re als ein besseres Ma f r die Belastung die Anzahl der zu treffenden Entscheidungen oder die Anzahl der kritischen Situationen heranzuziehen Der Zusammenhang zwischen der Schwere der Entscheidung und der mentalen Beanspruchung ist allerdings im Modell noch nicht abgebildet Es ist unter Umst nden sinnvoll nur sehr kurze Szenarien zu verwenden etwa eine Minute die eine bestimmte Anzahl Entscheidungen erfordern wobei im Anschluss an das Szenario die Beanspruchung bewertet wird Mit Hilfe korrelativer Ma e als auch mit Hilfe des visuellen Vergleiches der Verl ufe konnte ein Nachweis der Modellg te erbracht werden Als problematisch stellte sich hierbei allerdings die Aussagekraft von Ma en der Abweichung vom exakten Punkt heraus Das Konstrukt mentale Beanspruchung welches im Zentrum der Untersuchungen stand ist eine hochgradig subjektive 201 Variable Zwar sollen mit dem Modellansatz sowohl externe als auch personenspezifische Variablen betrachtet werden Im vorliegenden basalen Modell wurden individuelle Unterschiede allerdings nur sehr vereinfacht anhand der maximalen Arbeitsgedachtniskapazitat betrachtet Der Vergleich absolute
162. d Allerdings ist es schwierig zu sagen welche Theorie die richtige oder zumindest richtiger ist Ferner existieren obwohl die Untersuchung des Aufbaus und der Funktion der einzelnen Strukturen des Arbeitsged chtnisses sehr weit fortgeschritten ist bis heute wenige gesicherte Erkenntnisse dar ber wie die einzelnen Strukturen in ihrer Kapazit t begrenzt sind Die konkretesten und wohl auch naheliegendsten Annahmen hierzu macht Cowan 1998 der eine zeitliche weniger eine absolute Begrenzung des 193 Arbeitsgedachtnisses nahelegt wie sie auch in der kognitiven Architektur ACT R implementiert ist Die Annahme einer solchen zeitlichen Begrenzung ist allerdings wiederum an Theorien der Produktionensysteme angelehnt Ferner ist eine solche Begrenzung im ereignisdiskreten Modellierungssystem Petrinetz sehr schwer umzusetzen vgl Kapitel 5 10 Cowan 2001 beschreibt weiterhin auch eine absolute Begrenzung von vier Chunks welche im Fokus of Attention liegt Hierbei ist unklar wie diese Befunde einer Kapazit t von vier Chunks Oberauer und Bialkova 2009 sprechen sogar nur von einem Chunk mit anderen Befunden von Miller 1956 mit f nf bis neun Chunks oder Bisseret 1971 und Sperandio 1969 mit zehn Chunks bei Lotsen in Einklang zu bringen sind Um die Quantifizierung mentaler Beanspruchung zu gew hrleisten erweist sich daher die einfache Annahme einer Single Limited Capacity Theorie des Arbeitsged chtnisses als sehr n tzlich A
163. d aimlist aimlist listFilter_Overload aimlist Auditory_Info aimlist lt gt overload_In_Almiist almlist listFilter_Landing_Takeoff aimlist listFilter_Taxi aimlist decide_ waiting vehicle_list ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearOld Flightstrip_printed stored_Info_ A Clearance from_Far_View j possible_ Clearances Stripbay_Info Vehicle_List Mental_Model id ident stat_vh_on_Loc statOld locLast locLast Abbildung 31 Das Entscheidungs Modul im Petrinetz 113 Entscheidungen die das Rollen betreffen m ssen allerdings den Zustand aller Rollwegsabschnitte der angefragten Rollroute beinhalten Die Entscheidungen des Lotsen m ssen au erdem nicht nur die aktuellen Zust nde dieser Abschnitte sondern auch deren m gliche zuk nftige Zust nde ber cksichtigen Bereits aus den Aufgabenanalysen geht hervor dass der Lotse die Situation in die nahe Zukunft projizieren sie mental simulieren muss Klein amp Crandall 1995 Klein Moon amp Hoffmann 2006 vgl Kapitel 4 3 7 und 4 5 Die theoretischen Grundlagen f r die Implementierung eines solchen Entscheidungsmodells beschreiben Smieszek und Joeres 2013 Sie identifizieren aber auch dass zwar die mentalen Prozesse die bei der Sch tzung von Zeitintervallen eine Rolle spielen recht gut untersucht sind vgl Ru winkel Urbas amp Th ring 2011 jedoch is
164. d den Modelldaten Lediglich 5 7 81 T bzw 6 9 38 p der berechenbaren Korrelationen waren negativ Die Anzahl der m glichen sowie der positiven Korrelationen sind in Tabelle 19 zusammengefasst Tabelle 19 Zusammenfassung der m glichen und positiven Korrelationen pro Szenario und insgesamt sowie deren prozentualer Anteil Szenario Anzahl m glicher Anzahl positiver Anzahl positiver Korrelationen Korrelationen T Korrelationen p 1 15 14 14 2 18 16 15 3 13 12 12 4 18 17 17 Gesamt 64 59 58 Prozentualer Anteil 66 67 92 19 90 63 gesamt Die Berechnung der mittleren Korrelationen fiir jedes Szenario erfolgte mit Hilfe einer Fisher Z Transformation vgl Bortz amp Schuster 2010 so dass sich jeweils eine schwach bis mittlere Korrelation zwischen dem RSME und den Modelldaten ergab vgl Tabelle 20 Tabelle 20 Mittlere Korrelationen aller Zeitreihen pro Szenario sowie ber alle Szenarien Szenario Kendall s t Spearman s p 1 0 392 0 518 2 0 243 0 305 3 0 323 0 410 4 0 382 0 461 Mittelwert 0 336 0 427 Im Mittel ber alle Szenarien besteht nach Spearman s p ein mittlerer Zusammenhang p 0 427 nach Kendall s t ein schwacher Zusammenhang T 0 392 Damit gilt die Hypothese 9 Aufgrund der in Hypothese 2 festgestellten geringen Sensitivit t der Herzrate kann f r die 176 Korrelation zwischen den Modelldaten und den EKG Daten davon ausgegangen werden dass kein Zusammenhang besteht da die Hypothese
165. der Herzrate ist als heterogen zu bezeichnen Zahlreiche Befunde konnten zeigen dass die Herzrate bpm bei steigender kognitiver Beanspruchung ebenfalls ansteigt In verschiedenen Labor und Feldstudien wurde ein Anstieg der Herzrate unter Belastungsbedingungen festgestellt So konnten H rhold 1994 sowie H rhold und Walschburger 1998 bei Konzentrationsaufgaben nach einem initialen Anstieg der Herzrate eine Abnahme die wiederholten Belastungsbedingungen feststellen z B wiederholte oder l nger andauernde Ausf hrung kognitiver Aufgaben was als Zeichen einer Adaption der Herzrate an die Belastungsbedingungen interpretiert wurde Speziell beim Abruf aus dem Ged chtnis ohne Sprechaktivit t konnte ein Zusammenhang zwischen der Ged chtnisleistung als Anzahl der Ged chtnisitems und der Herzrate festgestellt werden Hanson Schellekens Veldman amp Mulder 1993 Schwer Furedy amp Heslegrave 1984 De Waard Jessurun Steyvers und Ragatt 1995 sowie Richter Wagner Heger und Wiese 1998 stellten eine Kovariation der Herzrate mit der Schwierigkeit der Fahrstrecke beim Autofahren fest Auch bei Fluglotsen konnte eine Reihe von Untersuchungen eine Erh hung der Herzrate in Abh ngigkeit der Schwierigkeit der T tigkeit festgestellt werden Costa 1993 Henderson Bakal amp Dunn 1990 Laurig Becker Biskaborn amp Reiche 1971 Rohmert amp Rutenfranz 1972 Rose amp Fogg 1993 Smith 1980 Vogt et al 2006 Vogt amp Kastner
166. die Erzeugung und Erkl rung jeglichen Verhaltens mit Hilfe des Modells m glich ist overfitting vgl Kapitel 4 1 Ferner geben auch Werther und M hlenbrink zu einem gewissen Grade den Anwendungsbezug zugunsten des Detailgrades der kognitiven Prozesse bzw der experimentellen Kontrolle durch Verwendung von Mikroweltsimulationen auf mikrokognitiv Mikrokognitive Modelle sind im Bereich der Flugverkehrskontrolle vornehmlich f r den en route Bereich erstellt worden So beschreiben Niessen Leuchter und Eyferth 1998 ein Modell des mentalen Bildes von Radarlotsen auf der Basis von ACT R welches mit MoFL Modell der Fluglotsenleistung bezeichnet wurde vgl auch J rgensohn Niessen amp Leuchter 2002 Niessen Eyferth amp Bierwagen 1999 Niessen amp Eyferth 2001 Ziel war die modellhafte Beschreibung und Analyse der kognitiven Prozesse und der resultierenden mentalen Repr sentation einer hochdynamischen Umgebung als Basis f r die Konflikterkennung Pompanon und Raufaste 2009 vergleichen dieses Modell mit einem weiteren Modell von Rantanen und Nunes 2005 welches andere Annahmen bez glich der Entscheidungen und der Konflikterkennung von Lotsen im en route Kontext zugrunde legt Hierbei fiel auf dass das MoFL Modell f r die Konflikterkennung zun chst die Flugbahnen zweier Flugzeuge vergleicht und festlegt ob sich diese berschneiden oder nicht Bei sich berschneidenden Flugbahnen wird die Flugh he nicht ber cksichtigt und
167. die vier Szenarien durchgef hrt werden Verglichen ber die vier Szenarien sollte das Modell denselben Trend widerspiegeln wie die subjektiven Ma e und das Leistungsma starke Korrelation gt 0 6 Hypothese 8 Hypothese 8 Es besteht eine starke Korrelation p t gt 0 6 zwischen der mittleren Beanspruchungsh he der subjektiven RSME und NASA TLX und der Modelldaten ber die vier Szenarien Weiterhin k nnen jeweils die zeitlichen Verl ufe also die Einsch tzungen der mentalen Beanspruchung mittels RSME eines Szenarios ber die 15 Messzeitpunkte mit den dazu geh rigen Modelldaten verglichen werden Bei vier Szenarien pro Versuchsperson ergeben sich somit vier Korrelationskoeffizienten mit den Modellwerten bei 24 Versuchspersonen also 96 Korrelationskoeffizienten Der mittlere Korrelationskoeffizient eines Szenarios wird anschlie end aus den erhaltenen individuellen Korrelationskoeffizienten f r jede Versuchsperson mit Hilfe einer Fischer Z Transformation ermittelt Bortz amp Schuster 2010 Es wird hierbei ein positiver Zusammenhang zwischen den Modelldaten und den Bewertungen der mentalen Beanspruchung erwartet Hypothese 9 Das bedeute wenn die Beanspruchungsbewertung der Versuchspersonen steigt gleicherma en auch die Modellwerte steigen Sinken die Beanspruchungsbewertungen der Versuchspersonen so sinken auch die Modellwerte Hypothese 9 Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen den zeitlichen Verl ufe
168. dieren Bortz und D ring 2006 daf r das a Niveau mindestens auf a 0 10 festzulegen um die Teststarke zu erh hen und somit das Risiko eines Fehlers zu senken 145 Bortz 2005 pl diert sogar f r ein Niveau von a 0 20 was auch hier verwendet werden soll wobei zweiseitig getestet wird Die vierte Hypothese besch ftigt sich mit der subjektiven Beurteilung der mentalen Beanspruchung die durch die RSME Skala erhoben wurde Hierbei wurde davon ausgegangen dass es zu h heren Beanspruchungs Ratings kommt wenn die Belastung durch die Erh hung der Anzahl der Flugzeuge zunimmt Durch die zus tzlich zu bearbeitenden Flugzeuge m ssen mehr Informationen im Arbeitsged chtnis behalten werden um ad quate Entscheidungen zu treffen was zu einer h heren Belastung der kognitiven Ressourcen und damit zu h heren Beurteilungen in den RSME Skalen f hrt Hypothese 4 Hierbei sollte sich zeigen dass die Beanspruchung bei hoher Belastung hohes Verkehrsaufkommen h her eingesch tzt wird als bei geringer geringes Verkehrsaufkommen Somit sollten die Versuchspersonen f r die Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen Szenarien 1 und 3 die mentale Beanspruchung als signifikant h her einsch tzen als in Szenarien mit niedrigem Verkehrsaufkommen Szenarien 2 und 4 Die Bewertungen der mentalen Beanspruchung der beiden Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 und mit niedrigem Verkehrsaufkommen 2 und 4 untereinander sollten sich alle
169. dlegenden Komponenten des menschlichen Geistes im Sinne einer Unified Theory of Cognition Newell 1990 mit Hilfe von Programmiersprachen als kognitives Modell implementieren Hierbei wird davon ausgegangen dass intelligentes Verhalten etwas Berechenbares ist und somit nur die richtigen Datenstrukturen und Algorithmen zu finden sind um das gew nschte Verhalten erzeugen zu k nnen Nach Langley Laird und Rogers 2006 beschreibt eine kognitive Architektur dabei die zugrundeliegende Infrastruktur f r ein intelligentes System und beinhaltet diejenigen Aspekte eines kognitiven Agenten die ber die Zeit und ber verschiedene Anwendungsdom nen konstant sind Promiente Vertreter kognitiver Architekturen sind beispielsweise ACT R Adaptive Control of Thought Rational Anderson amp Lebiere 1998 Anderson et al 2004 SOAR State Operator And Result Laird Newell amp Rosenbloom 1987 Laird 2012 EPIC Executive Processes Interactive Control Kieras amp Meyer 1997 Meyer amp Kieras 1997 oder CLARION Connectionist Learning with Adaptive Rule Induction ON line Sun 2006 Den wohl prominentesten und am weitesten verbreiteten und verwendeten Vertreter stellt hierbei ACT R dar Die Architektur zielt dabei darauf ab die menschliche Kognition und Leistung mit einer sehr genauen zeitlichen Aufl sung zu modellieren M hlenbrink 2011 Dabei stellt ACT R eine hybride kognitive Architektur dar die symbolverarbeitende Struktur du
170. e maintenance tasks 5 bergabe der Kontrolle ber die Abfl ge an die n chste Beh rde Transfer control of departures to next agency 6 bergabe der Kontrolle ber die Ank nfte an den Rollverkehrslotsen Transfer control ofarrivals to Ground Movement Controller 7 Handlungen nachdem Flugzeug Zust ndigkeitsbereich verlassen hat Perform actions after aircraft has left tower control Grundsatzlich muss dieser Lotse die Landungen und Starts sicher und effizient integrieren um eine maximale Nutzung der Start Landebahn zu erreichen Dazu kann er verschiedene sogenannte Conditional Clerances bedingte Freigaben vergeben z B after next landing line up and wait Runway 25R Weiterhin ist an Flughafen eine zweite Lotsenposition besetzt die f r den Bodenverkehr zust ndig ist GND F r die GND Position beschreibt Cox acht Hauptaufgaben Cox 1994b Anhang O S 1 1 Annahme von Flugzeugen von der vorhergehenden Position Accept aircraft from previous control position 2 Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ank nfte und Abfl ge Forlulate plan to integrate movements of arrivals and departures 3 F hrung der Ank nfte zum Stand Conduct direction of arrivals to stand 4 F hrung der Abfl ge zur Startbahn Conduct direction of departures to departures runway 5 F hrung gezogener Luft Fahrzeuge Conduct direction of towed aircraft
171. e ber die Zeit und damit eventuell zustande kommende unterschiedliche schwierige Verkehrssituationen zur ckgef hrt werden kann Kapitel 6 2 4 und 6 2 5 Auch die Ergebnisse der Auswertung der Fehlerzahl k nnen dies untermauern Kapitel 6 2 6 Durch die Analysen der mittleren Beanspruchungsh he der subjektiven Ma e sowie der mittleren Fehlerzahl konnte eine erfolgreiche experimentelle Manipulation nachgewiesen werden Es wurde festgestellt dass Szenarien mit unterschiedlicher Belastung zu signifikant unterschiedlichen Bewertungen f hren Szenarien mit gleicher Belastung f hren zu keinen signifikanten Unterschieden in den Bewertungen Ein analoger Hypothesentest der Modelldaten konnte dieses Bild nicht vollst ndig replizieren Hier wurden Unterschiede zwischen allen Szenarien also auch zwischen denen mit gleicher Belastung signifikant Die Ursache wird in der geringen Varianz der Modelldaten gesehen wodurch die Varianzanalyse bereits bei kleinen Mittelwertsunterschieden signifikante Ergebnisse lieferte vgl Kapitel 6 2 7 und 6 3 6 Im Trend der Mittleren Beanspruchungsratings ber alle vier Szenarien konnte festgestellt werden dass das Modell nahezu exakt den Trend der mit dem NASA TLX g A erhoben wurde abbildet Die Trends des NASA RTLX sowie des RSME werden schlechter vom Modell repliziert Hierbei wird vermutet dass mittels RSME nicht ausschlie lich mentale Beanspruchung erfasst wird sondern andere Beanspruchungsarten und F
172. e der beiden Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 und mit niedrigem Verkehrsaufkommen 2 und 4 untereinander sollten sich allerdings nicht signifikant unterscheiden Zeigt sich in Hypothese 2 dass keine Unterscheidung der Experimentalbedingungen m glich ist so ist die Herzrate aus der weiteren Auswertung auszuschlie en da kein Informationsgewinn zu erwarten ist Hypothese 3 Die Herzrate gemessen in Millisekunden Dauer der Inter Beat Intervalle ist bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant geringer als bei niedrigem Verkehrsaufkommen 3a d Dagegen unterscheidet sich die Herzrate von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen nicht 3e f a Die mittleren IBI sind in Szenario 1 geringer als in Szenario 2 b Die mittleren IBI sind in Szenario 1 geringer als in Szenario 4 C Die mittleren IBI sind in Szenario 3 geringer als in Szenario 2 d Die mittleren IBI sind in Szenario 3 geringer als in Szenario 4 e Die mittleren IBI der Szenarien 1 und 3 unterscheiden sich nicht f Die mittleren IBI der Szenarien 2 und 4 unterscheiden sich nicht Hierbei ist darauf hinzuweisen dass bei den Hypothesen 3e und 3f die Forschungshypothese als Nullhypothese formuliert wurde die Hypothesen 3a d als Alternativhypothesen Dies ist beim Setzen des a Niveaus zu beachten So wurde das a Niveau der Alternativhypothesen traditionell auf a 0 05 gesetzt F r den Fall dass Nullhypothesen als Forschungshypothesen verwendet werden pl
173. e die hinsichtlich des Aussehens und der Komplexitat auftreten werden durch die variable Prozessstruktur beschrieben Die Grundstruktur des Netzes ist so allgemein gehalten dass ohne eine Veranderung der Netzstruktur verschiedene Flugplatze beschrieben werden k nnen Die Informationen ber die Struktur des jeweiligen Flugplatzes im Besonderen sind unabh ngig von der beschriebenen Grundlogik und werden ber Marken eingelesen Hierin sind die Informationen enthalten welche Rollwege Stellpl tze und Pisten im Speziellen vorhanden sind wie diese bezeichnet werden und wie sie orientiert sind z B RWY A 26 Std steht zum Beispiel f r eine Start Landebahn mit der Bezeichnung A der Ausrichtung 26 welche in Standardrichtung verwendet wird Zus tzlich sind auch die Verkn pfungen und Verbindungen der einzelnen Flughafenteile untereinander hinterlegt Dies sind zum Beispiel die Verbindungen verschiedener Rollwege untereinander siehe Abbildung 20 Rollweg B ist mit der Piste sowie mit Rollweg C verbunden nicht aber mit Rollweg A Dritter Bestandteil des Flughafenmodells sind die dynamischen Objekte Diese beschreiben welche Luft und Bodenfahrzeuge sich auf dem Flugplatz an welchen Positionen befinden und welche Freigaben und Intentionen sie besitzen Im Folgenden wird das Petrinetz Modell des Flughafens im Detail vorgestellt Abbildung 20 Layout eines exemplarischen Flughafens eigene Darstellung 5 2 2 DAS PETRINETZ MODELL IM DETAIL
174. e Modellierung vor allem der physischen Bewegungen des Lotsen erfolgt in Version 1 8 anhand eines fiktiven Lotsenarbeitsplatzes Dieser wurde in Version 1 9 an das im Versuch verwendete experimentelle Setting angepasst So war beispielsweise die Entnahme von Flugstreifen aus dem Drucker und der Einsortierung in die Stripbay nicht Bestandteil der Aufgabe der Versuchspersonen Hierdurch entfallen in Version 1 9 alle damit verbundenen physischen Bewegungen Es wird an den entsprechenden Stellen nochmals explizit auf die Unterschiede hingewiesen Die Erstellung des holistischen Mensch Maschine Modells der Flughafenverkehrskontrolle hier mit MATriCS Model of Airport TRafflc Control System bezeichnet erfolgte anhand der von Jensen 1997a S 32 ff beschriebenen zw lf Schritte zur Erstellung von CPN Modellen vgl Smieszek amp Karl 2012 84 1 Beginne damit die wichtigsten Elemente des zu ee TEe ge ee modellierenden Systems zu identifizieren Logic Structure 2 Beachte den Zweck deines Modells und bestimme einen angemessenen Detailgrad bis aani Objects 3 Versuche gute mnemonische Namen f r Objekte Prozesse Zust nde und Aktionen zu finden 4 Versuche nicht alle Aspekte des Systems bereits in der Interaction ersten Modellversion abzudecken 5 Wahle einen der Prozesse des zu modellierenden Systems und versuche ein isoliertes Netz fiir diesen Prozess zu erstellen 6 Benutz
175. e die Netzstruktur um Regeln und die Netzinschriften um Datenmanipulation zu modellieren Controller 7 Unterscheide zwischen verschiedenen Arten von Abbildung 17 Darstellung der drei Teile des Petri Netz Modells Flughafen Interaktions und Marken Lotsenmodell und deren Verbindungen nach Smieszek et al 2013 8 Verwende unterschiedliche Arten von Colorsets 9 Erweitere das Prozessnetz durch die Beschreibung der Kommunikation und Interaktion des Prozesses mit anderen Prozessen 10 Ermittele ob hnliche Prozesse vorhanden sind 11 Kombiniere die Unternetze der einzelnen Prozesse zu einem gro en Modell 12 Die Erstellung eines CPN Modells hnelt sehr der Erstellung eines Computerprogrammes Das Modell ist wie bereits beschrieben in Anlehnung an Cacciabue 1998b und Werther 2006a in drei Hauptmodelle unterteilt Das Flughafenmodell das Interaktionsmodell und das Lotsenmodell Eine schematische Darstellung des Modellaufbaus zeigt Abbildung 17 Die Abbildung 18 auf Seite 86 zeigt die konkrete hierarchische Struktur des Modells mit allen untergeordneten Ebenen Der obersten Ebene Aerodrome ATC direkt untergeordnet sind die Sub Module Airport Process TWR Controller und Interaction mit ihren jeweiligen Sub Modulen Im Airport Process sind die jeweiligen ablaufenden Prozesse als Unterebenen umgesetzt Taxiing Enter RWY Leave RWY On Block Off Block Landing Take off Aerodrome Die genaue Bedeutung und
176. e nicht ganz klar wie ein solcher Chunk genau aufgebaut ist und wie gro dieser sein kann Simon 1974 Der oben angesprochenen Annahme von Baddeley 1994 der vier speicherbare Informationseinheiten beschreibt ist auch bei Cowan 1999 wiederzufinden Cowan 2001 beschreibt allerdings keinen episodischen Puffer Vielmehr geht er davon aus dass ein sogenannter focus of attention existiert welcher f r die Aufrechterhaltung und den Abruf von Informationen zust ndig ist Informationen die nach einer bestimmten Zeit nicht in diesen Aufmerksamkeitsfokus geraten verblassen decay Die Kapazit tsgrenze liegt hierbei im 14 Aufmerksamkeitsfokus diese kann in Baddeleys Modell in der zentralen Exekutive gesehen werden welcher nur in der Lage ist maximal vier Elemente gleichzeitig abzurufen Cowan 2001 2010 vgl auch Broadbent 1975 Eine solches zeitliches Verblassen von Informationen beschreibt auch Baddeley 2012 fiir seine anderen Systeme Aufbauend auf den Ans tzen von Cowan 2001 beschreiben auch Oberauer S Schulze Wilhelm und Wittmann 2000 ein aktives Arbeitsgedachtnis bei dem auch die Vorstellung eines focus of attention verfolgt wird welcher notwendig ist um Informationen aktiv zu halten und f r die Manipulation zug nglich zu machen vgl auch Oberauer S Wilhelm amp Wittman 2003 van der Linden 1998 Es wird allerdings bezweifelt dass dieser Fokus mehr als eine Informationseinheit gle
177. eaus zu ber cksichtigen vgl Kapitel 6 1 4 F r die Testung der Alternativhypothesen ist bei der Berechnung von sechs post hoc Wilcoxon Tests eine Bonferroni Korrektur durchzuf hren um eine Inflation des a Fehlers zu vermeiden F r die vier Alternativhypothesen gilt bei einseitiger Testung damit ein a Niveau von a 225 0 0083 F r die Best tigung der Nullhypothesen wird hingegen ein konservatives Vorgehen gew hlt wobei das a Niveau auf a 0 20 gesetzt und keine Bonferroni Korrektur vorgenommen wird um eine hohe Testst rke zu erhalten und somit die Annahme der Nullhypothese zu erschweren F r die vier Alternativhypothesen ergaben sich folgende Ergebnisse Tabelle 9 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese 4 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 4a Die RSME Ratings von SZN 1 sind signifikant h her als von SZN 2 Best tigt T 25 p lt 0 001 r 0 496 v Hypothese 4b Die RSME Ratings von SZN 1 sind signifikant h her als von SZN 4 Best tigt T 30 p lt 0 001 r 0 495 4 Hypothese 4c Die RSME Ratings von SZN 3 sind signifikant h her als von SZN 2 Best tigt T 13 p lt 0 001 r 0 565 v Hypothese 4d Die RSME Ratings von SZN 3 sind signifikant h her als von SZN 4 Best tigt T 15 p lt 0 001 r 0 557 v Die vier Alternativhypothesen 4a d gelten damit F r die Nullhypothesen 4e f ergaben sich folgende Ergebnisse Tabelle 10 Ergebnisse der Testung der
178. ehen w re erfassbar zu welchem Zeitpunkt eine Bewertung ausgelassen wurde und damit zu welchem Zeitpunkt der jeweilige Wert fehlt So k nnen auch bei fehlenden Werten die zeitlichen Verl ufe erstellt sowie die Korrelationskoeffizienten berechnet werden Eine analoge Betrachtung der Korrelation zwischen Herzrate und Modelldaten Hypothese 10 konnte aufgrund der in Hypothese 2 festgestellten geringen Sensitivit t nicht erfolgen 188 6 3 9 EXPLORATIVE ANALYSE ABSOLUTE ABWEICHUNG DER MODELLDATEN Fur die Modelldaten wurde festgestellt dass diese die mittlere Beanspruchung im Vergleich zu den subjektiven Daten vor allem bei geringer Belastung tendenziell eher untersch tzen Sie spiegeln allerdings ann hernd die Werte der RSME Skala wider was durch eine geringe mittlere absolute Abweichung belegt werden konnte Die durch die RSME Skala und das Modell erhobene mittlere Beanspruchungsh he ist ferner meist nur halb so hoch wie die des NASA TLX g A Dies kann wie bereits in Kapitel 6 3 4 erl utert einerseits durch die Instruktion andererseits durch den unterschiedlichen Erhebungszeitpunkt des NASA TLX erkl rt werden Hierbei kann wiederum die Berechnungsmethode der mittleren Beanspruchungsh he eine Rolle spielen Wie beim RSME wird auch beim Modell die mittlere Beanspruchungsh he aus den zu den 15 Messzeitpunkten ausgelesenen Beanspruchungsh hen errechnet Hierbei gehen geringe und hohe Beanspruchung gleicherma en ein F r den NASA
179. ei Teile unterteilt den Hauptreport Volume 1 Main report Cox 1994a die Anh nge mit den genauen Dekompositionsgraphen Volume 2 Appendices Cox 1994b sowie die eigentliche Zuverl ssigkeitsanalyse Volume 3 die h chstwahrscheinlich nie ver ffentlicht wurde Im Hauptreport wird genau auf die Analysemethode und die Art und Weise der Datenerhebung eingegangen sowie die Aufgaben sehr ausf hrlich beschrieben Es werden die vier Positionen en rounte TMA22 sowie Approach und Departure TWR wobei nochmals zwischen dual und single runway operation unterschieden wird 3 sowie Ground Movement Controller GND behandelt Zus tzlich wird noch auf die L sung von Konflikten und die Reaktionen bei Notf llen eingegangen Der Autor hielt sich hierbei so genau wie m glich an die Methodik der hierarchischen Aufgabenanalyse Die Informationen wurden durch Cox selbst durch relativ kurze Besuche in den verschiedenen von der NATS betriebenen Einrichtungen gesammelt Die Analysen der Towerlotsen Aufgaben wurden sowohl in London Heathrow dual runway operation als auch London Gatwick single runway operation durchgef hrt Die Beobachtungen erfolgten au erdem zu verschiedenen Tages und Nachtzeiten Zus tzlich wurden semi strukturierte Interviews durchgef hrt um einzelne Aufgabenelemente zu verdeutlichen die beobachtet wurden und um Informationen zu Situationen zu erhalten die nicht beobachtet wurden Zus tzliche Informationen zog Cox aus Journa
180. ei z B genau beschrieben werden kann wo sich welches Luftfahrzeug auf dem Flughafen befindet welche Aktionen dieses ausf hren m chte und welche Freigaben es bereits besitzt Mit dem Befehl val vehicles wird hierbei die Konstante vehicles definiert und festgelegt welche Marken also welche konkreten Flugzeuge diese enthalten soll Hierbei werden alle Informationen ber das Szenario gegeben also z B welche Flugzeuge auftreten sollen wo diese sich bei Szenario Beginn befinden wann diese ihre Anfrage stellen usw Weiterhin werden auf die gleiche Weise die Konstanten twys stands rwys airborne und final bestimmt welche die initiale Markenbelegung der gleichnamigen Pl tze der invariablen Prozesslogik bestimmen Die Layout txt enth lt alle Informationen ber den Aufbau des Flughafens Vor allem wird hier definiert welche Rollwege der Flughafen besitzt und wie diese in Abschnitte unterteilt sind val location mit welchen anderen Rollwegen der betreffende Abschnitt jeweils verbunden ist val connections und wie lange das berqueren des einzelnen Rollwegsabschnittes dauert val taxiDuration Bei der Erstellung eines Flughafenmodells ist daher im Vorfeld anhand der Flughafendiagramme genau festzulegen welche Locations definiert werden sollen wie diese in Abschnitte unterteilt werden und wie diese mit anderen Locations verbunden sind Ferner ist zu berechnen wie lange ein Luftfahrzeug jeweils ben tigt um einen bestimmten Ro
181. eicht werden die Bedeutung der einzelnen Werte bleibt dennoch subjektiv und nicht quidistant In beiden F llen bezeichnen Schunn und Wallach 2005 die Messung der exakten Lage von Datenpunkte als nicht informativ Ebenso ist die festgelegte Maximalkapazit t des Arbeitsged chtnisses des Modells von zehn Chunks relativ willk rlich Es kann angenommen werden dass auch dieser Wert schwankt wobei die prozentuale Beanspruchungsh he vom Maximalwert abh ngig ist der festgelegt wurde Bei der Erhebung mentaler Beanspruchung ist daher die absolute Position eines Messwertes nicht so entscheidend wie der Trend der einzelnen Messwerte Selbst bei absolut standardisierten Versuchsbedingungen und identischen Aufgaben und Belastungen k nnen Versuchspersonen unterschiedliche Einsch tzungen ihrer mentalen Beanspruchung abgeben was von einem Modell welches die individuellen Unterschiede der Personen nicht oder nur begrenzt betrachtet nicht abgebildet werden kann Um dennoch eine Einsch tzung der Unterschiede zwischen Modell und Realdaten abgeben zu k nnen soll die absolute Abweichung absolute deviation AD und mittlere absolute Abweichung mean absolute deviation MAD oder mean absolute error MAE der mittleren Beanspruchungsh he innerhalb jedes Szenarios angegeben werden Diese Werte sind allerdings unter Beachtung der geschilderten Einschr nkungen zu beurteilen Daher wird auch keine Hypothese formuliert sondern nur ein exploratives Vorgeh
182. eide f hren zu einer gezielten Reaktion des Lotsenmodells siehe Abschnitt 5 4 Zus tzlich kann und muss das Lotsenmodell gezielt Informationen aus dem Interaktionsmodell abrufen um seine Aufgabe erf llen zu k nnen Pull So m ssen ber die Au ensicht bzw bei schlechter Sicht das Radar Informationen ber die Zust nde bestimmter Locations eingeholt werden damit das Lotsenmodell entscheiden kann ob eine Freigabe gegeben werden kann oder nicht vgl Abschnitt 5 4 6 Der Funkkanal wird au erdem vom Lotsenmodell verwendet um seinerseits Informationen an den Prozess zu senden Konkret bedeutet dies dass vom Lotsen Freigaben an das jeweilige Luftfahrzeug bermittelt werden Neben dem Komplexit tsfaktor Verkehrsaufkommen der ber das Flughafenmodell beeinflusst werden kann werden hier zwei weitere Komplexit tsfaktoren implementiert Die Sichtbedingungen die in der vorliegenden Untersuchung keine Rolle spielen sowie die Belastung der Funkfrequenz die einerseits vom Verkehrsaufkommen und andererseits der L nge der jeweiligen Kommunikation abh ngig ist vgl Kapitel 4 2 5 3 2 DAS PETRINETZ MODELL IM DETAIL Im Zentrum des Interaktionsmodells steht der Platz Vehicles vgl Abbildung 25 auf Seite 97 Hiervon ausgehend erfolgen alle Aktionen die aus dem Flughafenmodell heraus angesto en werden Hierbei handelt es sich um das Drucken der Flugstreifen ber die Transition print Flightstrip sowie das Stellen von Anfragen ber d
183. einem iterativen Prozess die durchzuf hren sind um eine solide und zuverl ssige Simulation zu erhalten Diese sind in Abbildung 5 schematisch dargestellt Als ersten und wichtigsten Schritt beschreibt Cacciabue 1998b die Definition der Problemgrenzen und des Simulationszieles Hier sollte einerseits das vorliegende Problem sowie die Ziele und das erwartete Ergebnis der Simulation bestimmt werden Unter Anderem ist hier auch der Detailgrad festzulegen den das zu untersuchende Problem erfordert Cacciabue 1998b Als zweiten und dritten Schritt sieht Cacciabue 1998b die Durchf hrung einer Kognitiven Aufgabenanalyse sowie einer Feldstudie der Arbeitsumgebung vor Beide k nnen entweder unabh ngig voneinander oder in enger Verkn pfung stattfinden Beide Schritte sind dabei von gro er Wichtigkeit f r den Entwicklungsprozess der kognitiven Simulation Die Auswahl des theoretischen Modells erfolgt als vierter Schritt Dieser Schritt ist eng mit dem Detailgrad der Simulation und dem untersuchten Arbeitsumfeld verbunden Dabei stellt die Auswahl eines theoretischen Modells menschlichen Verhaltens und kognitiver Prozesse nur die Grundlage dar die weiter unter Anwendung des Beschreibungsmittels in das Arbeitsumfeld integriert werden muss Wie in Abbildung 5 zu erkennen ist k nnen nach Cacciabue 1998b zwei Ziele verfolgt werden Deskriptive oder numerische Simulation F r die Entwicklung einer deskriptiven Simulation m ssen nicht alle sechs Schrit
184. einmaligem feuern der Transition Landing Gleicherma en wurde die Zeit der Start Landebahn heraufgesetzt und zwar um den Betrag der an der Transition Landing angegeben ist im Beispiel 240 Zeitschritte dargestellt durch 240 an der Transition Es wurde damit festgelegt dass bei einer Landung die Start Landebahn f r 240 Zeitschritte nicht von anderen Flugzeugen verwendet werden darf Die Marke RWY steht demnach 240 Zeitschritte nicht f r eine andere Landung zur Verf gung Da Modelle komplexer dynamischer Systeme sehr schnell un bersichtlich und verwirrend werden k nnen wurde das Konzept der hierarchischen Petrinetze eingef hrt Komplexe CPN Modelle k nnen dabei in Sub Module unterteilt werden um dem Modellierer eine Arbeit auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen zu erm glichen Jensen amp Kristensen 2009 Mit Hilfe dieser hierarchischen Struktur ist es m glich ein gro es Modell zu erstellen indem eine Vielzahl kleinerer Modelle kombiniert wird Um Sub Module darzustellen werden sogenannte Substitutions Transitionen eingef hrt welche als Rechteck mit doppeltem Rahmen dargestellt werden 1 BER123 Landing F AC Abbildung 16 Beispiel f r eine Substitutions Transition in einem hierarchischen Petrinetz In Abbildung 16 ist dies beispielhaft f r die Transition Landing umgesetzt Auf der gezeigten Ebene wird nicht dargestellt was exakt bei der Landung passiert Jedoch kann bei Bedarf die
185. ekte Messung beispielsweise der Anzahl der gemachten Fehler oder Ausf hrungs oder Reaktionszeiten in der Prim raufgabe Alle Leistungsma e der Prim raufgabe sind dabei Geschwindigkeits oder Genauigkeitsma e De Waard 1996 Die Bewertung der Sensitivit t solcher Ma e ist etwas schwierig da eine konstante Leistung z B ein Ausbleiben von Fehlern nicht unbedingt bedeutet dass ein Operateur auch gering belastet ist Ebenso k nnen Unterschiede zwischen zwei Operateuren nicht aufgedeckt werden So kann der eine bereits an der Grenze seiner Leistungsf higkeit angekommen sein w hrend ein anderer noch sehr gut in der Lage ist die Aufgabe zu erf llen allerdings dennoch keine Fehler auftreten Daher schl gt De Waard 1996 die Kombination mehrerer Erfassungsmethoden mentaler Beanspruchung und der Leistungserfassung in der Prim raufgabe vor um valide Aussagen ber die Beanspruchung w hrend der Aufgabenausf hrung zu machen Auf Grund der beschriebenen Probleme bei der Erfassung der Leistung in der Prim raufgabe ist diese im praktischen Anwendungsbereich eher wenig sinnvoll In der Flugverkehrskontrolle schlie en sich diese Ma e mit dem Ziel der gr ndlichen und gleichzeitig effizienten Abwicklung aus Verschlechtert sich die Leistung in der Prim raufgabe oder treten sogar Fehler auf so kann es bereits zu sp t sein um Schlimmeres zu verhindern Daher k nnen diese Ma e lediglich in Simulationsexperimenten Anwendung finden wenn hier
186. el al 2006 Mogford et all 1995 00a ann ia aaea E EE 19 Abbildung 2 Zusammenhang zwischen Eingangsfaktoren mentaler Beanspruchung und direkt messbaren Variablen eigene Darstellung nach Hollnagel amp Woods 2005 21 Abbildung 3 bersicht der Ans tze und zugeh riger Werkzeuge zur Modellierung von Mensch Maschine Systemen eigene Darstellung ee 38 Abbildung 4 Verbindung zwischen makro mikrokognitiver und neuronaler Ebene durch Up und Downscaling eigene Darstellung nach West et al 2012 39 Abbildung 5 Richtlinien f r die Entwicklung kognitiver Simulationen modifiziert nach Cacciabue 1998b eigene D rstellung a aaaeen ea 50 Abbildung 6 Dreiteilung von Mensch Maschine Modellen eigene Darstellung nach Cacciabue Abbildung 7 Phasen des Finalen Anfluges und die dazugeh rigen Aufgaben des Towerlotsen eigene Darstellung nach Tavanti Z00 bl eene 65 Abbildung 8 Der Kontrolltower Berlin Tegel von innen Bildquelle DFS bhtp www ds de dfs homepage Zmediatbek Zde l EEN 66 Abbildung 9 Beispiel f r einen Flugstreifen eigene Darstellung 67 Abbildung 10 Aufgaben von Towerlotsen eingebettet in die Phasen der Handlungsregulation nach Hacker 1986 nach Smieszek Huber amp J rgensohn 2011 72 Abbildung 11 Zuordnung der acht Hauptaufgaben des Rollverkehrslotsen TWR nach Cox 1994b zu den Phasen der Handlungsregulation nach Hacker 1986 nach Smieszek 2011 73 Abbildung 12 Unt
187. el f r die Alternativhypothesen zu a 0 0083 und die Nullhypothesen zu a 0 20 Die Testung der vier Alternativhypothesen 3a d f hrten zu signifikanten Ergebnissen 168 Tabelle 13 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese 6 Hypothese Getatigte Annahme Ergebnis Hypothese 6a Die mittlere Fehlerzahl von SZN 1 ist h her als von SZN 2 Best tigt T 24 5 p lt 0 001 r 0 500 v Hypothese 6b Die mittlere Fehlerzahl von SZN 1 ist h her als von SZN 4 Best tigt T 10 5 p lt 0 001 r 0 547 v Hypothese 6c Die mittlere Fehlerzahl von SZN 3 ist h her als von SZN 2 Best tigt T 20 p lt 0 001 r 0 519 4 Hypothese 6d Die mittlere Fehlerzahl von SZN 3 ist h her als von SZN 4 Best tigt T 1 5 p lt 0 001 r 0 530 v Somit gelten die Alternativhypothesen 6a d F r beide Nullhypothesen 6e f ergaben sich folgende Ergebnisse Tabelle 14 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 6 Hypothese Getatigte Annahme Ergebnis Hypothese 6e Die mittlere Fehlerzahlen von SZN 1 und SZN 3 unterscheiden sich Best tigt nicht T 113 5 p 2 seitig 0 953 r 0 101 v Hypothese 6f Die mittlere Fehlerzahlen von SZN 2 und SZN 4 unterscheiden sich Nicht nicht T 45 5 p 2 seitig 0 045 r 0 292 Bestatigt x Fur die Nullhypothese 6e wird kein signifikantes Ergebnis erhalten sodass diese weiterhin gilt Die Hypothese 6f unterschreitet das Signifikanzniveau von a
188. em Schlaf bis zum Zustand h chster Erregung reicht noch ein umgekehrt u f rmiger Zusammenhang zwischen der Leistung und dem Aktivierungsniveau Yerkes amp Dodson 1908 aufrechterhalten werden Dies liegt einerseits darin begr ndet dass die bertragung des Yerkes Dodson Gesetzes auf die menschliche Leistung und Aktivierung fragw rdig erscheint da Yerkes und Dodson 1908 ihre Untersuchungen an M usen durchf hrten Dekker amp Hollnagel 2004 Hockey 1984 Staal 2004 Andererseits sprechen zahlreiche Befunde daf r dass in Abh ngigkeit von der Ausl sebedingung Stimulus der individuellen Dispositionen Individualspezifit t und aktuellen Reaktionstendenzen einer Person Motivationsspezifitat bestimmte psychophysiologische Reaktionsmuster ausgel st werden Fahrenberg 1983 Manzey 1998 die in ihrer Auspr gung allerdings unabh ngig von der Starke des Stimulus sind Kurz gesagt bedeutet dies dass eine Person auf einen bestimmten Reiz ein gleichartiges Reaktionsmuster zeigt Diese f hrten zu einer Erweiterung und Ausdifferenzierung des Aktivierungskonzeptes So erweiterten unter Anderem Pribram und McGuniess 1975 diese Konzepte und beschreiben drei verschiedene zentralnerv se Funktionssysteme Einem Affect Arousal System welches haupts chlich der Steuerung selektiver Aufmerksamkeitsprozesse dienen soll Manzey 1998 Ribback 2003 ein Preparatory Activation System welches vor allem die motorische Reaktionsbereitschaft erh
189. emen einfacher Petrinetze Petri 1962 Reisig 1982 mit den M glichkeiten einer h heren Programmiersprache Jensen amp Kristensen 2009 Bei farbigen Petrinetzen handelt es sich wie auch bei klassischen Petrinetzen um ein ereignisdiskretes Modellierungswerkzeug welches eine grafische Darstellung von Prozessen erm glicht wobei ein Netz generell aus zwei verschiedenen Gruppen von Elementen sogenanntem Knoten besteht Pl tze und Transitionen werden im Petrinetz als Kreise bzw Vierecke dargestellt Ein System ist dabei als eine Menge von Zust nden oder Bedingungen und Zustands berg ngen definiert und wird ber die beiden grafischen Elemente abgebildet vgl Abbildung 13 Pl tze dargestellt als Kreise oder Ovale mit P1 und P2 bezeichnet stellen dabei Zust nde dar die das System annehmen kann Diese werden ber Kanten gerichtete Pfeile ber die gedanklich abstrakte Beziehungen zwischen den Komponenten dargestellt werden mit Transitionen Rechtecke mit T1 bezeichnet verbunden welche die Zustands berg nge darstellen Dabei sind Pl tze passive Elemente des Netzes und dienen dem Speichern von 77 Informationen Diese Informationen werden als sogenannte Marken Token als schwarzer Punkt auf P1 dargestellt auf den entsprechenden Platzen abgelegt und beschreiben dabei die Erf llung oder Nichterf llung bestimmter durch den Platz modellierter Bedingungen Pl tze die einer Transition vorgeschaltet sind werden als Vorpl
190. en Annahme dienen soll dass Fehler vor allem zu Zeiten hoher Belastung und Beanspruchung wahrscheinlicher sind Es gilt zu ber cksichtigen dass ein Beanspruchungsgipfel des Modells nicht zwangsl ufig mit einem Fehler der Versuchspersonen zum selben Zeitpunkt einhergehen muss sondern sich lediglich seine Auftretenswahrscheinlichkeit erh ht wodurch es schwierig ist falsche Alarme als auch korrekte Zur ckweisungen zu beurteilen 189 Es konnte gezeigt werden dass 61 der von den Versuchspersonen gemachten Fehler innerhalb von Beanspruchungspeaks lagen die auch das Modell vorhersagte Wird also ein Beanspruchungspeak vom Modell fiir ein bestimmtes Szenario vorhergesagt so kann mit 61 prozentiger Sicherheit davon ausgegangen werden dass auch ein Fehler innerhalb dieses Peaks auftreten wird 183 der insgesamt 300 Fehler konnten vom Modell vorhergesagt werden Problematisch bei dieser Art der Beschreibung ist dass nur Treffer eindeutig beschrieben werden k nnen Es k nnen einerseits ebenso Fehler zu Zeiten geringer Beanspruchung auftreten was zu Auslassungen f hren w rde sowie auch in Beanspruchungspeaks innerhalb derer keine Fehler beobachtet wurden falsche Alarme die Wahrscheinlichkeit f r Fehler erh ht gewesen sein Daher ist das vorliegende Ergebnis schwierig zu interpretieren Andererseits ist f r die Beurteilung der Modellg te prinzipiell auch zu beachten inwieweit zu Zeitpunkten ohne Beanspruchungspeaks auch keine Fehler
191. en Grad berlagert haben k nnten 6 3 3 BEWERTUNG DER MITTLEREN MENTALEN BEANSPRUCHUNG ERFASST DURCH DIE RSME SKALA HYPOTHESE 4 Die Hypothesentestung zur Feststellung der experimentellen Manipulation mit dem RSME kann als erfolgreich angesehen werden So gelten alle Alternativhypothesen Eine der beiden Nullhypothesen ergab signifikante Ergebnisse so dass festgestellt wurde dass sich Szenario 1 und 3 in ihrer Beanspruchung unterscheiden Auch zwischen den Szenarien 2 und 4 sind deskriptiv Unterschiede zu erkennen Die Ursache daf r dass geringf gige Unterschiede der Bewertung mentaler Beanspruchung in Szenarien mit gleicher Belastung gleiche Anzahl Flugzeuge insgesamt auftreten k nnten in der Unterschiedlichen Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit liegen So k nnten hierdurch unterschiedlich schwere Verkehrssituationen zustande gekommen sein die von den Versuchspersonen mit ver nderter Beanspruchungsh he wahrgenommen wurden W hrend also in einem Szenario die Flugzeuge so verteilt waren dass sich beispielsweise meist nur zwei Flugzeuge in gr erer Entfernung voneinander gleichzeitig auf dem Flughafen befanden k nnten im anderen Szenario h ufiger Situationen aufgetreten sein in dem sich zwei Flugzeuge in einer potentiellen Konfliktsituation befanden Es liegt hierbei eine Konfundierung der Variablen Anzahl Flugzeuge mit Variablen wie Anzahl Anfragen Freigaben Anzahl zu treffender Entscheidungen oder Schwereg
192. en durchgef hrt Die Hauptanalyse ergab dass die Lange der Inter Beat Intervalle hoch signifikant von der Belastung beeinflusst wird F 2 94 15 4 p lt 0 001 Eine gesamte Effektstarke von 0 299 partielles n zeigt dass etwa 30 der Varianz auf die ver nderte Belastung zur ckgef hrt werden kann Die paarweisen Vergleiche ergaben dass die Inter Beat Intervalle in der Baseline Bedingung signifikant l nger sind als in beiden Experimentalbedingungen hohe Belastung Mittelwertsdifferenz 0 252 p lt 0 001 CI 95 0 117 0 387 geringe Belastung Mittelwertsdifferenz 0 199 p lt 0 001 CI 95 0 089 0 309 Die L nge der Inter Beat Intervalle der beiden Experimentalbedingungen unterscheidet sich allerdings nur minimal Mittelwertsdifferenz 0 053 p 0 691 So k nnen die Hypothesen 2a und 2b nicht widerlegt werden w hrend die Hypothese 2c abgelehnt wird Es kann somit davon ausgegangen werden dass die Herzrate nicht in der Lage ist feine Beanspruchungsunterschiede aufzudecken wodurch sie aus den weiteren Betrachtungen ausgeschlossen werden muss da kein Informationsmehrwert zu erwarten ist Tabelle 8 Ergebnisse der Testung der Hypothese 2 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 2a Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen Best tigt 1 und 3 sind geringer als die der Baseline Bedingung v Mittelwertsdifferenz 0 252 p lt 0 001 CI 95 0 117 0 387 Hypothese 2b Die mittleren IBI der Szenarien
193. en enth lt welchen Status die jeweilige Location besitzt also z B RWY free wenn die Piste frei ist Ist die Piste belegt so wird zus tzlich zu der Marke auf dem Platz Visual Output eine weitere Marke auf dem Platz Vehicle on Loc erstellt um zu symbolisieren welches Luftfahrzeug sich auf der jeweiligen Location befindet Gleichzeitig wird in die Marke auf Visual Output geschrieben dass die Location belegt ist also z B RWY occpied Je nachdem welcher Satus hierbei generiert und an das Lotsenmodell weitergeleitet wird werden unterschiedliche Handlungen vom Lotsenmodell erforderlich Dies wird im folgenden Abschnitt n her erl utert 98 5 4 DAS LOTSENMODELL 5 4 1 THEORETISCHE ERLAUTERUNGEN Das Lotsenmodell stellt die eigentliche kognitive Simulation dar und bildet die kognitiven Prozesse des Lotsen ab Zus tzlich werden aber auch kognitive Ressourcen modelliert welche f r den vorliegenden Anwendungsfall speziell von Interesse sind Grundlegend orientiert sich das Lotsenmodell an der Handlungsregulationstheorie Hacker 1986 sowie an der in Kapitel 4 3 durchgef hrten Aufgabenanalyse und dem in Kapitel 4 5 beschriebenen theoretischen Modell Dabei wurde das Lotsenmodell nicht exakt in dem Detailgrad und der Tiefe umgesetzt wie in der Aufgabenanalyse und dem theoretischen Modell beschrieben sondern nur so detailliert wie n tig Die einzelnen Phasen der Handlungsregulation wie in Kapitel 4 5 beschrieben wurden im Model
194. en gew hlt Exploratives Vorgehen Berechnung der absoluten AD und mittleren absoluten Abweichung MAD der mittleren Beanspruchungsh he des Modells von den experimentellen Daten RSME und NASA TLX innerhalb jedes Szenarios Allgemein ist festzuhalten dass bei der Erhebung mentaler Beanspruchung der relative Trend zwischen mehreren Versuchsbedingungen als sehr viel bedeutungsvoller einzusch tzen ist als die exakte Lage der Datenpunkte Das bedeutet konkret dass vor allem die qualitative Aussage ob Szenario 1 oder die Belastung zum Zeitpunkt 1 als h her beanspruchend empfunden wird als Szenario 2 oder die Belastung zum Zeitpunkt 2 oder ob in Szenario 1 bereits die Belastungsgrenzen erreicht werden von Bedeutung ist Weniger informativ und auch schwer zu interpretieren ist dagegen die Aussage dass die Belastung im Szenario 1 mit 20 in Szenario 2 aber nur mit 15 eingesch tzt wurde da aufgrund der subjektiven Natur der Messmethode nicht eindeutig festzulegen ist was ein Beanspruchungswert von 20 f r eine Versuchsperson bedeutet 154 Als Erganzung zu den rein quantitativen Dimensionen beschreiben Schunn und Wallach 2005 auch die Fahigkeit des Modells auf neue Datensatze zu generalisieren Diese Fahigkeit kann ermittelt werden indem exakt dasselbe Modell ohne Anpassung von Parametern auf andere Datens tze z B andere Stichproben oder andere Szenarien angewendet wird So kann im vorliegenden Experiment durch die Anwendu
195. en mit anderen Erfahrungen anderem Wissen und anderen F higkeiten sehr beanspruchend sein kann Ein weiteres Problem welches sich bei genauer Betrachtung des Modells von Koros et al 2006 ergibt ist die sehr vereinfachte Vorstellung die es repr sentiert Mentale Beanspruchung wird als Resultat der Eingangsvariablen in Zusammenwirkung mit den mediierenden Faktoren beschrieben Dies ist insofern korrekt als dass nat rlich die Auspr gung bestimmter u erer und innerer Variablen die empfundene mentale Beanspruchung eines Menschen beeinflusst Die Abbildung 1 impliziert aber auch dass dieses Resultat der mentalen Beanspruchung einer direkten Messung zug nglich w re Gopher amp Donchin 1986 beispielsweis weisen aber ausdr cklich darauf hin dass sich mentale Beanspruchung auf processes or entities that are not directly observable S 41 4 bezieht Schmidtke 2002 berichtet weiterhin dass es noch keine 20 gesicherten Erkenntnisse f r mentale Belastung und Beanspruchung durch Aufnahme Verarbeitung und Umsetzung von Informationen gibt S 5 dass also keine Erkenntnisse dar ber existieren wie sich eine bestimmte Belastung in einer bestimmten Beanspruchung manifestiert und wie diese Prozesse mental ablaufen Solche gesicherten Erkenntnisse lassen sich laut Schmidtke 2002 nur dann gewinnen wenn der Forschungsgegenstand einer wie auch immer gearteten Messung zug nglich ist S 5 Dies ist beim Kons
196. en zu Fehlfunktionen des Simulators kam Bei einer Versuchsperson st rzte die Simulation nach zwei Minuten ab sodass das Szenario erneut begonnen werden musste Bei einer zweiten Versuchsperson traten aufgrund der Fehlfunktion nur sechs der geplanten zehn Flugzeuge auf F r die Einzelfallanalysen wurden diese Versuchspersonen aufgrund fehlender Beanspruchungsratings ohnehin aus der Untersuchung ausgeschlossen Bei einer berpr fung der Daten der beiden Versuchspersonen im Vergleich zur restlichen Stichprobe wurden jedoch keine Auff lligkeiten festgestellt sodass f r die Analyse der mittleren Beanspruchungsh he beide Versuchspersonen in der Analyse belassen wurden Ein weiterer Versuchsdurchlauf musste abgebrochen werden da die Versuchsperson auch nach zwei kompletten Versuchsszenarien die Aufgabe nicht vollkommen verstanden hatte Dieser Versuchsdurchlauf wurde vollkommen aus der Analyse ausgeschlossen und mit einer anderen Versuchsperson nacherhoben Als unabh ngige Variable wurde das Verkehrsaufkommen die Anzahl der Flugzeuge die innerhalb des Szenarios starten landen und rollen m chten zweistufig variiert wobei jede Versuchsperson beide Faktorstufen durchlief Within Subjects Design Hohes Verkehrsaufkommen wurde mit 20 Flugzeugen pro 15 Minuten ca 1 3 Bewegungen Minute bestimmt niedriges Verkehrsaufkommen mit 10 Flugzeugen pro 15 Minuten ca 0 6 Bewegungen Minute 6 Zus tzlich wurde f r jede Faktorstufe eine Messwiederholun
197. endungsorientierter makrokognitiver Modellierung angesehen werden Somit k nnen durch Downscaling mikrokognitive Funktionen in makrokognitive Modelle eingebracht werden womit eine gr ere Korrespondenz anwendungsorientierter Modelle mit kognitionspsychologischen Theorien erreicht wird Umgekehrt k nnen beim Upscaling makrokognitive Funktionen und anwendungsorientierte Problemstellungen auf der Grundlage mikrokognitiver Architekturen 39 modelliert werden vgl West et al 2013 um eine starkere Anwendungsorientierung zu erreichen Somit stellen Mikro und Makrokognition nicht nur verschiedene Ebenen im Kontinuum der Betrachtung menschlicher Kognition dar und dienen unterschiedlichen Zwecken der Mensch Maschine Modellierung sondern k nnen sogar so miteinander verbunden werden dass Erkenntnisse des einen Ansatzes neue Fragestellungen aufwerfen k nnen zu deren L sung der jeweils andere Ansatz beitragen kann vgl Smieszek amp Joeres 2013 Smieszek amp Ru winkel 2013 West amp Pronovost 2009 Im Falle mentaler Beanspruchung ist eine solche Verbindung nicht nur sinnvoll sondern ebenso n tig da nicht nur u ere Systemfaktoren makrokognitiv sondern auch innere kognitive Variablen mikrokognitiv das Konstrukt beeinflussen So wird mit dieser Arbeit eine Verbindung zwischen mikro und makrokognitiven Ans tzen angestrebt Dies stellt in gewisser Weise zwar eine Herausforderung dar birgt aber die M glichkeit reale Ph nomene
198. enntnisse wurden in ein theoretisches Modell implementiert welches prototypische Arbeitsabl ufe von Rollverkehrs und Towerlotsen anhand der Phasen der Handlungsregulation nach Hacker 1986 systematisiert welche einerseits die n tigen auszuf hrenden Handlungen und andererseits die zur Handlungsausf hrung n tigen kognitiven Prozesse beschreiben vgl Kapitel 4 5 Als geeignetes Beschreibungsmittel welches in der Lage ist die im Kapitel 4 2 definierten Ziele und Problemgrenzen hinreichend zu beschreiben wurden farbige Petrinetze ausgew hlt Diese bringen insbesondere die n tige Flexibilit t mit sich um die Komplexit t des Systems zu beherrschen und die drei Modellteile in einer Sprache abbilden zu k nnen Dar ber hinaus sind einschl gige Computertools zur Modellierung und Analyse vorhanden Es wurde weiterhin eine grundlegende Einf hrung in farbige Petrinetze gegeben vgl Kapitel 4 6 Mit den hier get tigten Analysen wurden die ersten f nf Schritte des Cacciabue Frameworks bearbeitet Die Schritte sechs und sieben werden in den folgenden Kapiteln 5 und 6 behandelt 83 5 BESCHREIBUNG UND IMPLEMENTIERUNG DES ENTWICKELTEN MODELLS Das vorliegende Kapitel beschreibt die Umsetzung der in Kapitel 4 vorgestellten theoretischen Vorarbeiten in eine lauff hige kognitive Simulation Hierzu werden im Abschnitt 5 1 zun chst allgemeine Anmerkungen zum Modell gemacht Im Kapitel 5 2 wird anschlie end das Flughafenmodell zun chst th
199. enswege und Euphorie Phasen einer Dissertation kennt und daher auch immer erste Anlaufstelle f r seelische Beistandssuche meinerseits war wenn das t gliche auf und ab wieder einen Tiefststand erreicht hatte Doch nicht nur durch ihren privaten Beistand und ihren Mut Zuspruch sondern auch fachlich hat sie diese Arbeit bereichert und ma geblich nach vorn gebracht Ohne sie h tte ich die Arbeit wohl nie oder zumindest nicht so schnell und motiviert zu Ende gebracht Dank gilt auch dem Administratoren Team des GRK prometei Steffen Hartwig Nicolaus R tting sowie Sebastian Lohmeier die bei Problemen immer zur Stelle waren und den Rechner wieder zum Laufen brachten Ich danke auch meiner guten Freundin Ulrike Schmuntzsch die zur gleichen Zeit an ihrer Dissertation arbeitete wie ich f r die aufschlussreichen Diskussionen beim Mittagessen und die M glichkeit sich gemeinsam ber die Unzufriedenheit mit der Gesamtsituation Luft verschaffen zu k nnen Meinen Freunden Alexander Schulze Susann Str er Katja Fischer Manuel Haupt Denise Wocko und Benjamin Kania danke ich f r die erheiternden Stunden ihren Beistand und Zuspruch Nicht zuletzt danke ich meiner Familie sowohl den Smieszeks als auch den Meins f r ihren unerm dlichen Glauben und die oft gesagten Worte du schaffst das KURZFASSUNG In den Vergangenen Jahren hat der Flugverkehr weltweit stark zugenommen und wird auch in den kommenden Jahren weiter zunehmen H
200. enwirkens von Personen mit technischen Systemen zur Erf llung eines fremd oder selbstgestellten Auftrags S 10 Die Entwicklung und Analyse neuer Technologien und Systeme erfolgt in den Ingenieurwissenschaften seit jeher mit Hilfe von Modellen und Simulationen und ist hier g ngige Praxis Die Methodenvielfalt reicht dabei von relativ einfachen mathematischen Modellen und Berechnungen z B zur Auslegung von K hlkreisl ufen f r einen chemischen Reaktor die der Ingenieur gr tenteils noch mit Bleistift und Taschenrechner durchf hren kann bis zu aufw ndigen computerbasierten Verkehrssimulationen wie zum Beispiel f r das Bahnhofsprojekt Stuttgart 21 welche eine Vielzahl von Parametern ber cksichtigen die der Mensch allein nicht mehr berblicken k nnte Dabei k nnen Vorhersagen ber das Verhalten eines neuartigen Systems getroffen werden bevor das System real existiert Dies erm glicht vor allem bei sicherheitskritischen Systemen eine einfachere und ungef hrlichere Untersuchung 31 Mohlenbrink 2011 Es ist dabei von Vorteil dass technische Prozesse durch physikalische Gesetzm igkeiten mit hinreichender Genauigkeit beschrieben werden k nnen Bei Mensch Maschine Systemen liegt der spezielle Fall vor dass zus tzlich zu technischen Komponenten als weitere funktionale Komponente der Mensch Bestandteil des Systems ist und zur Erreichung des fremd oder selbstgestellten Ziels beitr gt Es ist eine Kooperation von Mens
201. eoretisch anschlie end dessen Implementierung im Petrinetz genauer erl utert Kapitel 5 3 besch ftigt sich auf gleiche Weise mit dem Interaktionsmodell Fokus des Kapitels 5 4 liegt auf der Implementierung des Lotsenmodells wobei zu den einzelnen Sub Modulen perceive Kapitel 5 4 2 und 5 4 3 plan Kapitel 5 4 4 und 5 4 5 decide Kapitel 5 4 6 und 5 4 7 act Kapitel 5 4 8 und 5 4 9 sowie Working Memory Kapitel 5 4 10 und 5 4 11 jeweils erst die theoretischen berlegungen und anschlie end die Implementierung im Modell vorgestellt werden Kapitel 5 5 beschreibt die Simulation und Analyse des Petrinetzmodells Kapitel 5 6 fasst das Kapitel zusammen 5 1 ALLGEMEINE ANMERKUNGEN ZUM MODELL Aufbauend auf den in Kapitel 4 beschriebenen Analysen und theoretischen Vorarbeiten erfolgt die Erstellung des holistischen Flughafen Lotsen Modells mit farbigen Petrinetzen als Beschreibungsmittel in der Modellierungs und Simulationssoftware CPN Tools Jensen et al 2007 Die aktuellen Modellversionen 1 8 und 1 9 sind auf der CD im Anhang zu finden Sie wurde in der CPN Tools Version 4 0 erstellt und sind nicht mehr mit den CPN Tools Versionen 3 4 und darunter kompatibel Die hier dargelegten Ausf hrungen gelten f r das Modell in seiner Version 1 9 anhand derer auch das Validierungsexperiment durchgef hrt wurde Hierbei wurden im Vergleich zur Version 1 8 einige Modifikationen vorgenommen um das experimentelle Setting ad quat abzubilden Di
202. er Simulator Wilco Publishing 2008 Microsoft Flight Simulator und ATC Airport Tower Simulator beschrieben Die Simulation hatte hierbei folgende Kriterien zu erf llen e M glichst realistisches Abbild der Aufgaben von Towerlotsen e Hohe bereinstimmung mit den im Modell abgebildeten Aufgaben e Vorhandensein eines Flughafens mit einfachem Layout e Einfache Erstellung und individuelle Anpassung von Verkehrsszenarien e Vorhandensein einer Single Player Umgebung keine Notwendigkeit von pseudo Piloten und eines damit verbundenen komplexen Versuchsaufbaus e Direkte Kommunikation zwischen Versuchspersonen und Simulation ber Spracherkennung e M glichkeit der Erzeugung einer hohen mentalen Beanspruchung Die Simulation Tower Simulator wird bei R big K nig und Hofmann 2010 als sehr realistisch beschrieben Sie erm glicht dem Anwender das Arbeiten als Towerlotse an f nf verschiedenen Flugh fen mit unterschiedlich komplexem Layout wobei zwei Flugh fen mit wenig komplexem Layout vorhanden sind Als Arbeitsmittel stehen Boden und Luftradar sowie eine Au ensicht zur Verf gung wobei die Darstellung letzterer unter heutigen Gesichtspunkten veraltet scheint Die Anfragen von Piloten werden ber ankommende Funkspr che und Textnachrichten dargeboten Die Kommunikation des Anwenders mit der Simulation findet ber eine Texteingabebox mit Hilfe standardisierter Befehle statt Prinzipiell soll die Software die Anbindung einer Stim
203. er Mensch Modelle beruhen auf mathematischer Repr sentation von Regelungsverhalten in hochdynamischen Mensch Maschine Systemen wobei Differentialgleichungen verwendet werden um die zeitliche Ver nderlichkeit dynamischen Verhaltens mathematisch zu formulieren Es wird versucht das Bedienerverhalten ber die Formulierung von Gleichungen so gut wie m glich zu approximieren vgl J rgensohn 2002 Aufgabenmodelle nehmen die Formalisierung einer Arbeitsaufgabe und ihrer Abarbeitung in Form einer hierarchischen Spezifikation erforderlicher Aktivit ten und deren Bedingungen auf kognitiver motorischer und Wahrnehmungsebene vor Konzeptuelle Modelle beschreiben menschliche Faktoren in Mensch Maschine Systemen mit Hilfe von Aufgabenmodellen einerseits auf der Basis qualitativer Modelle menschlichen Verhaltens z B Hacker 1986 Rasmussen 1983 Reason 1991 und anhand von Fehlerwahrscheinlichkeiten f r bestimmte Handlungen Human Reliability Analysis z B THERP Swain amp Guttman 1983 SLIM MAUD Embrey Humphreys Rosa Kirwan amp Rea 1984 CREAM Hollnagel 1998 Die Abbildung mentaler Strukturen und Vorg nge ist das Ziel kognitiver Modelle Basierend auf Methoden der symbolischen KI werden kognitionswissenschaftlich fundierte Programme formuliert mit denen mentale Modelle von Benutzern simuliert werden k nnen Leuchter 2009 Repr sentationen des Benutzerwissens sogenannte Wissensmodelle werden in der Informatik verwendet um nutzeradap
204. er das vorhergehende landende Flugzeug die Runway verlassen hat Ebenso darf ein abfliegendes Flugzeug nicht mit dem Startlauf beginnen bis das vorausgehende abfliegende Flugzeug das Ende der Runway passiert hat oder begonnen hat zu drehen oder das vorausgehende landende Flugzeug die Runway verlassen hat Tavanti 2006b Wenn ein Flugzeug gelandet ist und die Runway verlassen hat bergibt der TWR das Flugzeug zur GND Position Die bergabe ist gekennzeichnet durch die Kommunikation mit dem Piloten der aufgefordert wird die Funk Frequenz zu wechseln und GND zu kontaktieren sowie durch den physischen Transfer des Kontrollstreifens von TWR zu GND Derselbe Ablauf wird bei abfliegendem Verkehr mit der APP Position eingehalten Tavanti 2006b 4 4 5 POSITION ROLLVERKEHRSLOTSE GROUND GND Diese Position ist nach ICA04444 2007 S 7 1 normally responsible for traffic on the manoeuvring area with the exception of runways Sie ist also f r die Staffelung von Flugzeugen und Fahrzeugen welche auf dem Vorfeld den Rollwegen und inaktiven Start und Landebahnen operieren verantwortlich Dies erstreckt sich auf Flugzeuge die zum Start rollen Flugzeuge die nach der Landung zum Terminal rollen und alle Bodenfahrzeuge auf der Movement Area Nolan 2011 Der Pilot kontaktiert den Rollverkehrslotsen f r die Push Back und die Rollfreigabe Nach der Zustimmung des Rollverkehrslotsen wird das Flugzeug durch die Manoeuvring Area geleitet bis es de
205. eraufgaben zur Ausf hrung der Hauptaufgabe 3 des Rollverkehrslotsen F hren der Ank nfte zum Stand vgl Smieszek 2011 eessen EEN 75 Abbildung 13 Beispiel f r ein einfaches Detrinetz EEN 78 Abbildung 14 Beispiel f r ein einfaches farbiges Petrinetz f r einen Landeprozess ent 79 Abbildung 15 Das Petrinetz aus Abbildung 14 nach einmaligem feuern der Transition Landing XII Abbildung 17 Darstellung der drei Teile des Petri Netz Modells Flughafen Interaktions und Lotsenmodell und deren Verbindungen nach Smieszek et al 2013 85 Abbildung 18 Schematische Darstellung der hierarchischen Stuktur des MATriCS Modells 86 Abbildung 19 Elemente der invariablen Prozesslogik eigene Darstellung nach Manske Smieszek Hasselberg amp M hlenbrink 2012 87 Abbildung 20 Layout eines exemplarischen Flughafens eigene Darstellung 88 Abbildung 21 Oberste Ebene des Flughafenmodells EEN 89 Abbildung 22 Einzelne Teile eines exemplarischen Flughafens eigene Darstellung nach Manske Abbildung 24 Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen eines exemplarischen Flugplatzes eigene Darstellung nach Manske 2012 92 Abbildung 25 Das Interaction Modell im Detrinetz EEN 97 Abbildung 26 Das Lotsenmodell im Petrinetz ENEE 100 Abbildung 27 Das Devided Sub Modul im Petrinetz ENEE 103 Abbildung 28 Das Perceive Sub Modul im Petrinetz ENEE 104 Abbildung 29 Das focused Sub Modul im PetrinetZz ENEE 106 Abbildung 30 Das Planung
206. erden da die Information ber die Belegung der Location bereits vorhanden ist Wurde die Flugstreifeninformation abgerufen so kann die Transition 117 give clearance feuern womit die Freigabe zum Abrollen von der Piste und zum Rollen zur Parkposition erteilt wird Es wird ebenso eine Marke auf dem Platz clearance erstellt Weiterhin wird durch das Treffen von Entscheidungen jeweils Kapazit t im Arbeitsged chtnis freigegeben Platz WM_Capacity Die freigegebene Kapazit t richtet sich dabei danach welche Aktionen im Anschluss noch ausgef hrt werden m ssen und welche Informationen daher noch weiter im Arbeitsged chtnis aufrechterhalten werden m ssen Annahme 14 Zeigarnik Effekt Zeigarnik 1927 Beispielsweise muss bei einer Rollanfrage zur Piste nach der Erteilung der Freigabe der Flugstreifen markiert und wieder in die Stripbay einsortiert werden wobei so lange Informationen aufrecht erhalten werden m ssen bis dieser Prozess abgeschlossen ist56 Die auf die Entscheidung folgenden Prozesse sind im nachfolgenden Abschnitt erl utert 5 4 8 PHASE DER HANDLUNGSAUSF HRUNG Hat der Lotse eine Entscheidung getroffen so muss er sie an den Piloten bermitteln Die geschieht ber die Funkkommunikation Zus tzlich m ssen weitere Handlungen ausgef hrt werden wie beispielsweise das Markieren der Flugstreifen das Entnehmen des Flugstreifens oder die Weitergabe des Flugstreifens an die n chste Kontrollposition Handover Neben der Aufn
207. erden solche Aufgaben beschrieben die primar durch geistige Anforderungen ein subjektives Gef hl des Angestrengtseins hervorrufen und damit Anforderungen an verschiedene Teile des menschlichen Informationsverarbeitungssystems stellen Dabei existiert bisher noch keine einheitliche und umfassende Theorie mentaler Beanspruchung Vielmehr k nnen zwei dominierende theoretische Ans tze unterschieden werden aktivierungstheoretische und aufmerksamkeitstheoretische Ans tze vgl Kapitel 2 1 Innerhalb der aufmerksamkeitstheoretischen Ans tze wird mentale Beanspruchung als die Menge der verwendeten kognitiven Ressourcen beschrieben die f r die Bearbeitung einer Aufgabe zu investieren sind Dabei ist von verschiedenen Ressorcenreservoirs f r die verschiedenen Verarbeitungsstufen des informationsverarbeitenden Systems Mensch auszugehen F r die zentrale Verarbeitung von Informationen stellt vor allem die Begrenzung des Arbeitsged chtnisses den limitierenden Faktor dar Auch hierbei existieren verschiedene Modellvorstellungen ber den Aufbau und die Funktionsweise des Arbeitsged chtnisses sowie dessen Begrenzung Unter der Annahme einer Single Limited Capacity Theorie kann davon ausgegangen werden dass Lotsen in der Lage sind zehn flugverkehrskontrollspezifische Informationseinheiten sogenannte Chunks gleichzeitig im Arbeitsged chtnis zu speichern Kapitel 2 2 Da mentale Beanspruchung keiner direkten Messung zug nglich ist erfolgt in der Anwendung
208. erten Aufgabenumgebung interagieren kann Erst durch die Erweiterung ACT R PM perceptual motor konnten perzeptuelle und motorische Komponenten Ber cksichtigt werden J rgensohn 2002 Dabei bleibt allerdings dennoch die Anbindung an simulierte Aufgabenumgebungen bis heute eine schwierige Aufgabe z B B ttner 2010 Halbr gge 2013 Hope Schoelles amp Gray 2013 Es gilt au erdem zu beachten dass in Isolation oder zumindest unter experimenteller Kontrolle beobachtbare Ph nomene in realen Situationen durchaus irrelevant sein k nnen da andere viel vorrangiger sind und gefundene Effekte somit nicht generalisierbar sind Andererseits sind kognitive Architekturen f r viele Anwendungsf lle zu feingranular und detailliert da hier vor allem die Sichtbarmachung der kognitive Prozesse im Fokus steht so dass der Anwendungszweck h ufig in den Hintergrund tritt Zwar werden mit der Modellierung auf Grundlage kognitiver Architekturen auch anwendungsorientierte Problemstellungen adressiert m ssen allerdings sowohl zur Modellierung als auch zur experimentellen Untersuchung wiederum durch starke Vereinfachung und Abstraktion der Aufgabenumgebung erfolgen 3 2 2 MAKROKOGNITIVE ANS TZE Als alternativen Ansatz sehen Cacciabue und Hollnagel 1995 den makrokognitiven Ansatz der im Zuge des Cognitive Systems Engineering Hollnagel amp Woods 1983 entstand und eher die anwendungsorientierte bzw ingenieurwissenschaftliche Herangehensweise w
209. erung der Informationsanzahl innerhalb des Colorsets w rden bei der bergabe an das Interaktionsmodell Informationen fehlen Im Sinne einer reibungslosen Kommunikation der einzelnen Modellteile untereinander ist es daher sinnvoll die vollst ndigen Colorsets zu belassen und alle Informationen durch das gesamte Lotsenmodell weiterzureichen Das gleiche Problem besteht auch w rde man individuelle Unterschiede in der F higkeit Chunks zu bilden abbilden wollen Hierbei w re auch eine Ver nderung der Colorsets n tig indem Informationen begrenzt werden Da festgestellt wurde dass nicht nur die Anzahl der Items innerhalb eines Chunks sondern auch die maximale Anzahl der Chunks mit steigender Expertise steigt vgl Kapitel 2 2 kann ber die flexibel anpassbare Arbeitsged chtniskapazit t zumindest die maximale Anzahl speicherbarer Chunks ver ndert werden Die Konstante val wm capacity im CPN Tools Programmierbereich unter Controller gt Variables zu finden kann hierbei auf beliebige Werte festgelegt werden Es sollte allerdings psychologische Plausibilit t gew hrleistet sein F r den zur Modellvalidierung durchgef hrten Versuch wurde 129 die Kapazitat auf zehn Chunks festgelegt da zahlreiche Befunde mit Lotsen von einer maximalen Kapazitat von zehn Chunks ausgehen Bainbridge 1975 Bisseret 1971 Sperandio 1969 Zusatzlich zu den flugsicherungsspezifischen Informationen enthalt das zusammengesetzte Colorset Aim List das ein
210. es Szenarios neutralisiert worden ist und somit im Mittel keine Ver nderungen der Inter Beat Abst nde beobachtet werden k nnen Ebenso kann auch die sogenannte Laceys Intake Rejection Hypothese Lacey amp Lacey 1978 Lacey 1967 eine Erkl rung f r diese Ergebnisse sein Diese besagt dass die Aufnahme von Informationen aus der Umwelt visuelle Wahrnehmung H ren mit einer Abnahme die Verarbeitung und Abgabe von Informationen Kopfrechnen Ged chtnisabruf Probleml sen mit einem Anstieg der Herzrate verbunden ist vgl Kramar 1993 Ribback 2003 Beide Effekte k nnten sich somit gegenseitig aufgehoben haben Es kann weiterhin davon ausgegangen werden dass die Beanspruchung von Lotsen an ihrem realen Arbeitsplatz sehr viel h her ist als es in einer simulierten Umgebung der Fall ist De Waard 1996 Ebenso kann es m glich sein dass die Herzrate durch andere Faktoren beeinflusst wurde Neben physischer Anstrengung die im vorliegenden Versuch eher gering war k nnen hier vor allem auch emotionale Faktoren eine Rolle gespielt haben Gro e Verantwortung oder die Angst Fehler zu machen wie sie bei Jorna 1992 berichtet werden k nnen auch im vorliegenden Versuch eine Rolle gespielt haben Es kann davon ausgegangen werden dass beide emotionale Faktoren in allen Szenarien gleicherma en vorlagen und somit 181 die Herzrate der Versuchspersonen beeinflussten wobei diese den Effekt der mentalen Beanspruchung zu einem gewiss
211. es gedruckten Flugstreifens also die detaillierten darauf enthaltenen Informationen zu erfassen ist eine Verschiebung der visuellen Aufmerksamkeit auf den Flugstreifen notwendig Fokussierung Wird diese auf den Flugstreifen gerichtet muss er zun chst aus dem Drucker entnommen werden vgl auch Kapitel 5 4 8 und 5 4 9 bevor die 42 Als Bottom Up werden Handlungen bezeichnet welche haupts chlich durch das Auftreten von externen Hinweisreizen und eingehenden Informationen initiiert werden Kallus et al 1999 101 Informationen extrahiert werden k nnen und sie f r den Planungsprozess zur Verf gung stehen Wie der Prozess im Detail modelliert wurde wird im folgenden Abschnitt 5 4 3 erl utert Die Wahrnehmung der Anfrage eines Piloten ber den Funkkanal wird ber den auditiven Kanal erf llt Wie bereits oben beschrieben wird hier nicht von einer Unterscheidung zwischen fokussierter und verteilter Aufmerksamkeit ausgegangen sodass die Informationen die ber diesen Kanal kommen bereits vollst ndig extrahiert werden ohne dass eine aktive Aufmerksamkeitsverschiebung notwendig ist Dies stellt hierbei bereits die Aufnahme des kompletten Chunks dar Unter der Voraussetzung dass das SEEV Modell 3 Wickens amp McCarley 2008 Wickens et al 2007 Wickens Helleberg Goh Xu amp Horrey 2001 auch f r auditive Reize gilt kann man davon ausgehen dass f r diese eine vergleichsweise hohe Wahrscheinlichkeit besteht dass ihnen
212. es von Airport Moving Maps durch Analyse von Runway Incursions Doctoral Dissertation Technische Universit t Berlin Human Factors Consult 2009 Virtual Control Tower Research Study Bericht AP1 Aufgabenanalyse Deutsche Flugsicherung ICAO4444 2007 Air Traffic Management procedures for air navigation services Document 444 ATM 501 15th ed International Civil Aviation Organisation ICAO 9426 1984 Air traffic services planning manual 1st ed International Civil Aviation Organisation Jackson A 1989 The role of the controller in future ATC systems with enhanced information processing capabilities EEC Report No 224 Jensen K 1997 a Coloured Petri Nets Basic Concepts Analysis Methods and Practical Use Volume 1 Basic Concepts 2nd ed Berlin Heidelberg Springer Jensen K 1997b Coloured Petri Nets Basic Concepts Analysis Methods and Practical Use Volume 2 Analysis Methods 2nd ed Berlin Heidelberg Springer Jensen K 1997c Coloured Petri Nets Basic Concepts Analysis Methods and Practical Use Volume 3 Practical Use 2nd ed Berlin Heidelberg Springer Jensen K 1998 An introduction to the practical use of coloured Petri Nets Lecture Notes in Computer Science Volume 1492 237 292 Jensen K amp Kristensen L M 2009 Coloured Petri Nets Modelling and Validation of Concurrent Systems Berlin Heidelberg Springer Jensen K Kristensen L M amp Wells L 2
213. eses Verhalten kann aber ebenso zu Fehlern gef hrt haben wenn die Aufmerksamkeit der Versuchsperson auf der irrelevanten Nebenaufgabe liegt und f r die Versuchsperson unerwartet wieder auf die Hauptaufgabe gerichtet werden muss Hierdurch kann die aktuelle Verkehrssituation nicht mehr gen gend repr sentiert sein sodass es zu Fehlern kommt So ist zu erkl ren dass das Szenario 2 mit dem NASA TLX g A als am geringsten mental beanspruchend bewertet worden ist aber mehr Fehler auftraten als in Szenario 4 6 3 6 MITTLERE BEANSPRUCHUNGSH HE DER MODELLDATEN HYPOTHESE 7 Eine Signifikanzpr fung der Modelldaten brachte signifikante Unterschiede f r alle Szenarien hervor so dass die Unter Hypothesen 7a d gelten die Hypothesen 7e und f abgelehnt werden m ssen In den Modelldaten unterschieden sich demnach auch die Szenarien mit gleicher Belastung signifikant in ihrer Beanspruchung Diese Unterschiede k nnen allerdings einerseits mit Unterschieden in der Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit innerhalb der Szenarien andererseits mit der geringeren Varianz der Modelldaten erkl rt werden Bei geringer Varianz kann die einfaktorielle Varianzanalyse mit Messwiederholung bereits bei kleineren Mittelwertsunterschieden signifikante Ergebnisse hervorbringen Die geringe Varianz der Modelldaten liegt darin begr ndet dass keine interindividuellen Unterschiede wie unterschiedliches Wissen Strategien oder Arbeitsged chtniskapazit t abgebildet werden
214. estellt mehr hierzu im Abschnitt 5 4 7 5 4 3 DAS PERCEIVE MODELL IM PETRINETZ Das Perceive Modell besteht aus 21 Pl tzen und f nf Transitionen Die Aufnahme der Informationen aus dem Interaktionsmodell erfolgt zun chst ber zwei Pl tze im devided Sub Mit dem SEEV Modell beschreiben Wickens und Kollegen wie Menschen ihre visuelle Aufmerksamkeit auf verschiedene handlungsrelevante Reize verteilen Hierbei kann in Abh ngigkeit von vier Haupteinflussfaktoren Salience Effort Expectancy Value bestimmt werden wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist dass einem bestimmten Reiz Aufmerksamkeit zugewendet wird P A sS efEF exEX vV Wickens amp McCarley 2008 S 56 44 Als Top Down werden Prozesse bezeichnet welche vornehmlich auf Planen Intentionen und Regeln beruhen Es wird damit Verhalten beschrieben was haupts chlich durch Kognition entsteht Kallus et al 1999 102 Modul siehe Abbildung 27 welche wie bereits beschrieben die Aufmerksamkeits verschiebungen des Modells steuern und tiggern die Information tiber den Druck eines Flugstreifens FS Print und eine Anfrage Request in Abbildung 27 und Abbildung 28 auf Seite 104 jeweils rot dargestellt Hierbei wird ein einfaches Modell zugrunde gelegt welches die Informationen vor der Aufnahme Platze FS Print und Request sowie nach ihrer Aufnahme Pl tze FS Print noticed und Auditory Buffer beschreibt Zus tzlich werden durch die Platze visual_attentio
215. etz f r einen Landeprozess Auf den Pl tzen des Colorsets AC k nnen somit nur Marken pr sent sein die genau von diesem Colorset sind Eine weitere Marke ist auf dem Platz RWY zu erkennen Diese beschreibt das Vorhandensein einer Start Landebahn mit der Bezeichnung RWY25R und verwendet das Colorset RWY Diese Marke besitzt weiterhin die Besonderheit dass sie Zeitinformationen beinhaltet was an dem angef gten 0 zu erkennen ist Diese Symbolik gibt Aufschluss dar ber zu welchem Modellzeitpunkt die Marke f r die angeschlossene Transition zur Verf gung steht Solange der Wert der Modellzeit kleiner als der hier angegebene Zeitwert ist gilt die Marke als noch nicht verf gbar und steht nicht f r die Transition zur Verf gung Durch das Feuern der Transition Landing wird der Ablauf eines Landeprozesses modelliert und die Verteilung der Marken im Netz die sogenannte Markierung ver ndert Dabei werden die betreffenden Marken auf den Vorpl tzen verbraucht und auf den Nachpl tzen die jeweiligen Marken generiert Hat die Transition gefeuert wird ein neuer Systemzustand erreicht Abbildung 15 stellt das obige Petrinetz nach Auftreten der Transition Landing dar Es ist zu erkennen dass die Marke die das Flugzeug modelliert vom Platz Final auf den Platz Landed versetzt worden ist das Flugzeug ist gelandet 79 RER ac AC Abbildung 15 Das Petrinetz aus Abbildung 14 nach
216. etzt ist es daher auch interessant zu vergleichen wie gut die Modelldaten mit den subjektiven Fragebogendaten und den objektiven EKG Daten korrelieren und ob es Unterschiede gibt vgl Kapitel 6 1 4 Als Kontrollvariable wurde au erdem ein d2 R Aufmerksamkeitstest durchgef hrt Brickenkamp Schmidt Atzert amp Liepmann 2010 Der Test dient der Messung der Konzentration bei Aufgaben die Aufmerksamkeit verlangen konzentrierte Aufmerksamkeit Er erfasst die Konzentrationsf higkeit der Testperson sowie die Schnelligkeit und Genauigkeit bei der Unterscheidung hnlicher visueller Reize Detail Diskrimination Dies diente der Erhebung einer Kontrollvariablen f r die F higkeit der Versuchspersonen schwierige Aufgaben schnell und gr ndlich zu bearbeiten Da anzunehmen ist dass das Abschneiden im d2 R Test und die damit verbundene Schnelligkeit und Genauigkeit der Aufgabenbearbeitung einen Einfluss auf die 142 Fehlerzahl und die Bewertung der mentalen Beanspruchung hat ist eine Testung angedacht in wieweit die Versuchspersonen anhand ihres d2 R Ergebnisses in Gruppen eingeteilt werden k nnen die sich signifikant hinsichtlich ihrer Fehlerzahl bzw der abgegebenen Beanspruchungseinsch tzung unterscheiden vgl Kapitel 6 1 4 6 1 4 HYPOTHESEN Die zur Untersuchung stehenden Hypothesen betreffen jeweils das verwendete Messinstrument f r mentale Beanspruchung und sind ihrerseits nochmals in Unterhypothesen unterteilt Es wurden zun
217. f the Second European Conference on Cognitive Modelling ECCM pp 104 111 Berlin Nottingham University Press Nolan M S 2011 Fundamentals of Air Traffic Control 5th Ed Belmont USA Brooks Cole Thomson Learning Norman D amp Bobrow D 1975 On data limited and ressource limited processes Journal of Cognitive Psychology 7 44 64 O Donnell R D amp Eggemeier F T 1986 Workload assessment methodology In K R Boff L Kaufman amp J P Thomas Eds Handbook of perception and human performance Volume II cognitive processes and performance pp 42 1 42 49 New York Wiley Oberauer K amp Bialkova S 2009 Accessing information in working memory can the focus of attention grasp two elements at the same time Journal of Experimental Psychology General 138 1 64 87 Oberauer K S H M Schulze R Wilhelm O amp Wittmann W W 2000 Working memory capacity facets of a cognitive ability construct Personality and Individual Differences 29 1017 1045 Oberauer K S H M Wilhelm O amp Wittman W W 2003 The multiple faces of working memory Storage processing supervision and coordination Intelligence 31 167 193 Oberheid H 2006 A coloured Petri net model of cooperative arrival planning in air traffic control In CPN 06 Seventh Workshop and Tutorial on Practical Use of Coloured Petri Nets and CPN Tools Aarhus Denmark Oberheid H a
218. fache Colorset load Dieses dient der Selbstregulation des Modells Wie Sperandio 1978 beschreibt und wie aus der Handlungsregulationstheorie Hacker 1986 hervorgeht verf gen Menschen ber spezielle Regulationsmechanismen welche sie dazu bef higen die richtigen Handlungen auszuf hren um ein antizipiertes Ziel zu erreichen vgl auch Desmond amp Hoyes 1996 Loft et al 2007 Einen solchen Regulationsmechanismus beschreibt Sperandio 1978 der in einer Untersuchung herausfand dass Lotsen in Abh ngigkeit ihrer mentalen Beanspruchung ihre Handlungsstrategien anpassen Die mentale Beanspruchung dient hierbei als unabh ngige Variable welche zu einer Anpassung der Arbeitsmethoden f hrt um kognitive berlastung zu verhindern und die Situation zeitlich nach hinten zu verschieben Ein solcher low risk action regulation mechanism vgl Smieszek et al 2013 wurde in das Modell implementiert um eine berlastung des Modells und damit auch ein Deadlock des Petrinetzes zu verhindern Das Modell wird dabei bei einer festgelegten Anzahl an Chunks wm capacity 3 im Arbeitsged chtnis keine weiteren Anfragen bearbeiten sondern den anfragenden Flugzeugen lediglich mitteilen dass sie in einigen Minuten erneut anfragen sollen F r den durchgef hrten Validierungsversuch spielt dieser Mechanismus allerdings keine Rolle da die maximale kritische Anzahl Chunks im Modell nicht erreicht wird Sind die Chunks im Speicher Platz storage ab
219. fen Laufende Nummer Kommentare Notzien des Streifens Abbildung 9 Beispiel f r einen Flugstreifen eigene Darstellung Ein Beispiel f r einen einfachen Papierstreifen wie er auch im Validierungsversuch verwendet worden ist ist in Abbildung 9 dargestellt Jeder Teil des Flugstreifens tr gt eine spezifische Information ber das Flugzeug Au erdem ist der Streifen a shared note pad conveying to the members of the team what actions have been taken with respect to particular aircraft Bentley et al 1992 S 126 Als zweites wichtiges Hilfsmittel und prim re Informationsquelle dient die Au ensicht ber die alle Informationen ber die aktuelle Verkehrssituation durch einen Blick auf den Flughafen erhalten werden k nnen Zur direkten Kommunikation mit den F hrern der betreffenden Luftfahrzeuge steht au erdem ein Funkger t zur Verf gung Weitere Hilfsmittel sind das Bodenradar welches die Flugzeugbewegungen am Boden darstellt ein Luftradar auf dem landende und alle Flugzeuge in der n heren Umgebung des Flughafens dargestellt werden f r 67 den TWR controller ein Flight Data Processing System FDP welches diejenigen Daten anzeigt die den jeweiligen Flug betreffen z B Rufzeichen Flugzeugtyp time slot zugeordnete RWY usw ein Interface zur Steuerung der Beleuchtungssysteme ein Wetterinformationsdisplay sowie ein Telefon Tavanti 2006b vgl auch Manske von Schlippe amp M hlenbrink 2013 F r die
220. fen werden Kindsm ller Leuchter Schulze Kissing amp Urbas 2004 Es bestehen verschiedene Ansichten dar ber inwieweit ein Basismodell abstrahiert werden sollte bzw wie feingranular die Beschreibung der Prozesse erfolgen muss um das vereinfachte Modell zu erhalten Cacciabue und Hollnagel 1995 unterscheiden hierbei zwei grundlegende Forschungsans tze welche auch auf die Modellierung bertragen werden k nnen Diese bezeichnen sie als mikro und makrokognitiv womit sie Ans tze der grundlagenwissenschaftlich orientierten experimentellen Psychologie mikrokognitiv von denen der anwendungsorientierten angewandten Ergonomie bzw den Ingenieurwissenschaften makrokognitiv unterscheiden 3 2 1 MIKROKOGNITIVE ANS TZE UND KOGNITIVE ARCHITEKTUREN Als mikrokognitiv beschreiben Cacciabue und Hollnagel 1995 vornehmlich Erkl rungsans tze die aus der experimentellen Psychologie stammen und eine m glichst detaillierte theoretische Beschreibung des Funktionierens kognitiver Prozesse bei der Aufgabenbearbeitung zum Ziel haben Dabei werden Theorien zu spezifischen Ph nomenen erstellt und diese mit empirischen Daten korreliert Nachteile sehen Cacciabue und Hollnagel 1995 vor allem darin dass der Schwerpunkt auf experimenteller Kontrolle nicht aber auf externer Validit t liegt vgl Klein et al 2003 Das bedeutet dass Ph nomene die im Labor beobachtbar auftreten und Verhalten signifikant beeinflussen in realen Umgebungen vernachl
221. fgaben in der Studie den im Modell abgebildeten Aufgaben gleichen Nur wenn dies gew hrleistet ist ist es m glich einen fairen Vergleich der Beanspruchungsdaten von Modell und Lotse anzustellen 6 1 1 TEILNEHMER STICHPROBE Da es sich als u erst schwierig erwies eine gr ere f r die Studie ben tigte Anzahl Towerlotsen f r den Versuch zu rekrutieren und die finanziellen Mittel begrenzt waren wurde der Versuch anhand einer Laien Stichprobe durchgef hrt Dabei wurde gew hrleistet dass die Versuchspersonen durch ausf hrliche Instruktion und Training m glichst viel Routine und bung erhielten Die Verwendung einer Laienstichprobe erweist sich au erdem dahingehend als sinnvoll als dass nicht alle Regeln der Flugverkehrskontrolle bei der Versuchsdurchf hrung adressiert werden mussten da auch im Modell nur vereinfachte Regeln umgesetzt wurden Der gr te Teil der Teilnehmer f r die Studie wurden ber den Probandenserver des Graduiertenkollegs prometei gewonnen Ein geringer Teil wurde ber schriftliche Ausschreibungen an den Instituten der TU Berlin gewonnen Die Stichprobengr e wurde anhand der von Bortz und D ring 2006 S 615 beschriebenen Tabelle anhand einer einfaktoriellen Varianzanalyse festgelegt Hierbei empfehlen Bortz und D ring 2006 f r eine einfaktorielle Varianzanalyse mit Messwiederholung mit drei Freiheitsgraden und einem Signifikanzniveau von a 0 05 einer durchschnittlichen Korrelation von 7 0 5 1
222. fgabenbearbeitung nnreree 66 4 4 3 Position Towerlotse IWER EEN EEN 68 4 4 4 Abwicklungspriorit ten und Staffelungsminima des TWR ENEE 69 4 4 5 Position Rollverkehrslotse Ground GNDI eene 70 4 46 leie e E E IA 70 4 5 Einordnung in und Erstellung des theoretischen Modells ENEE 71 4 6 Auswahl des Beschreibungemittels ee AEN EEN 76 4 7 Kapitelzusammenfassung EEN 82 5 Beschreibung und Implementierung des entwickelten Modells 84 5 1 Allgemeine Anmerkungen zum Modell ee ENEE 84 RE TEE ee EE 87 5 2 1 Theoretische FErl uterungen ENEE 87 5 2 2 Das Petrinetz Modell im Detail aaa naar 88 5 2 3 Colorsets und einlesen der Initialen Markierung ENEE 93 VIII 5 3 Das IMEC e age on ee FETT BEE 95 53 1 Theoretische Erl uterung eneaeeeneeenenn 95 5 3 2 Das Petrinetz Modellim Detail ag 96 5 4 Das Lotsenmodell E 99 541 Theoretische Erl uter ngen u u nee se 99 5 4 2 Phase der Informationsaufnahme ENEE 101 5 4 3 Das perceive Modell im Petrinetz une ied aden tain eed 102 5 44 Phase der Planung eveedianid lanier anal acu EE dE 108 5 4 5 Das plan Modell im Detrinetz ENEE 109 5 4 6 Phase der Entscheidungsfindung EEN 110 5 4 7 Das Entscheidungsmodell im Petrinetz ENEE 114 5 4 8 Phase der Handlungsaustobrung ENEE 118 5 4 9 Das Handlungs Modell im Detrinetz ENEE ENEE 121 5 4 10 Das Arbeitsged chtmoizmodell EEN 125 5 4 11 Arbeitsged chtnis im Petrinetzmodell ENEE ENEE 127 5 5 Simulation und Analyse des Petrinetzmodells ENEE
223. fluss des d2 R Tests so kann davon ausgegangen werden dass kein Einfluss vorliegt und der d2 R Wert fiir die weitere Auswertung nicht ber cksichtigt werden muss Die zweite Hypothese besch ftigt sich mit den Befunden zur Sensitivit t der Herzrate Aufgrund der unklaren Befundlage zur Herzrate gilt es daher zu testen ob sich die beiden Experimentalbedingungen hohes vs niedriges Verkehrsaufkommen signifikant voneinander unterscheiden oder ob nur die Baseline Bedingung von den beiden Experimentalbedingungen zu unterscheiden ist Nickel et al 2002 Da die Herzrate im vorliegenden Fall nicht in Beats Per Minute sondern die L nge der Inter Beat Intervalle in Millisekunden gemessen wurde ergibt sich folgender Zusammenhang Es ist davon auszugehen dass eine Erh hung der Belastung und damit der mentalen Beanspruchung mit einer Erh hung der Herzrate in bpm einhergeht Eine erh hte Herzrate ergibt eine erh hte Anzahl an Beats Per Minute wodurch sich die Abst nde zwischen den einzelnen Herzschl gen verringern was zu einer geringeren Dauer der Inter Beat Intervalle in ms f hrt Hierbei gilt dass die Dauer der Inter Beat Abst nde bei hohem Verkehrsaufkommen am geringsten in der Baseline Bedingung am gr ten ist Hypothese 2 Hypothese 2 Die Herzrate der beiden Experimentalbedingungen hohes vs niedriges Verkehrsaufkommen gemessen in Millisekunden Dauer der Inter Beat Intervalle ist signifikant geringer als die der Baseli
224. frei zu machen bzw die Nachfolgefreigabe das Rollen zur Parkposition f r das okkupierende Luftfahrzeug zu erteilen ber das Perceive Modul und das Arbeitsged chtnis Modul werden dabei die eingehenden Anfragen aus dem Flughafenmodell in das Entscheidungsmodul decide weitergeleitet Es werden alle zu einem Zeitpunkt anstehenden Anfragen auf dem Platz stored Request abgelegt Diese Anfragen k nnen dabei als Unterziele des Lotsen verstanden werden Durch die Funktionen listFilter Landing Takeoff aimlist und listFilter Taxi aimlist an den Output Arcs der Transition split requests werden diese anschlie end in Anfragen zum Starten und Landen sowie f r das Rollen aufgeteilt Hierbei entsteht jeweils eine anhand der Variable reqTime geordnete Liste aller Anfragen auf den nachgeschalteten Pl tzen Landing or Takeoff und Taxi Diese stehen dann jeweils f r die gezielten Entscheidungsprozesse in den Substitutions Transitionen Location Free Landing_ and Takeoff siehe Abbildung 32 auf Seite 116 und Location Free Taxi zur Verf gung Beide Sub Module sind dabei hnlich aufgebaut da sich wie oben beschrieben das Entscheidungsmodell f r Rollfreigaben am Modell f r Start und Landefreigeben orientiert Bei Vorliegen einer Anfrage sind zun chst verschiedene Bedingungen zu berpr fen bzw Informationen zu sammeln um zu entscheiden ob eine Freigabe gegeben werden kann Hierzu feuert zun chst die Transition check constraints wenn die
225. g Deutsches Zentrum f r Luft und Raumfahrt 218 Manske P Smieszek H Hasselberg A amp M hlenbrink C 2013 Entwicklung eines generischen Flughafen Modells fiir die effizientere Makrokognitive Modellierung des Mensch Maschine Systems der Flughafenverkehrskontrolle mit farbigen Petri Netzen In E Brandenburg L Doria A Gross T G nzler amp H Smieszek Eds Proceedings of the 10th Berlin Workshop on Human Machine Systems Foundations and Applications of Human Machine Interaction pp 497 504 Berlin Universitatsverlag der Technischen Universitat Berlin Manske P von Schlippe M Lange M amp M hlenbrink C 2013 Expertenbefragung Erfassung der situationsbezogenen Wichtigkeit von Informationsquellen am Towerlotsenarbeitsplatz In E Brandenburg L Doria A Gross T G nzler amp H Smieszek Eds Tagungsband der 10 Berliner Werkstatt Mensch Maschine Systeme pp 490 496 Berlin Universit tsverlag der Technischen Universit t Berlin Manzey D 1988 Determinanten bei Doppelt tigkeiten und ressourcentheoretische Modellvorstellung in der kognitiven Psychologie DFVL FB 88 K ln Deutsche Forschungsanstalt f r Luft und Raufahrt Manzey D 1998 Psychophysiologie mentaler Beanspruchung In F R sler Ed Ergebnisse und Anwendungen der Psychophysiologie Enzyklop die der Psychologie C Serie I Bd 5 pp 799 864 G ttingen Hogrefe Marti P 1998 Structured task analysis in c
226. g durchgef hrt insgesamt 3 Messwiederholungen f r jede AV so dass die Versuchspersonen vier 15 min tige Verkehrsszenarien zu bearbeiten hatten Die Szenarien 1 und 3 hatten dabei ein hohes Verkehrsaufkommen die Szenarien 2 und 4 ein geringes vgl Tabelle 3 Die Szenarien 1 und 2 unterschieden sich dabei lediglich in der Anzahl der abzufertigenden Flugzeuge voneinander w hrend die Reihenfolge des Auftauchens sowie die Rufzeichen konstant gehalten wurden Zur Erstellung der Szenarien 3 und 4 wurden aus den Szenarien 1 und 2 jeweils die Rufzeichen sowie geringf gig die Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit ver ndert Um 63 Bei der Festlegung der Anzahl der Fl ge pro Zeiteinheit wurde sich an realen Daten orientiert Da das Ziel die Erzeugung einer hohen Beanspruchung war wurde hohes Verkehrsaufkommen anhand der Werte des stark frequentierten Flughafens Frankfurt a M festgelegt an dem 2009 etwa 83 Bewegungen Starts und Landungen pro Stunde die Regel waren ca 1 3 Bewegungen Minute Ab 2011 ist durch den Zubau einer weiteren Landebahn sogar 126 Bewegungen Stunde 2 1 Bewegungen Minute erreicht worden Huber 2012 Geringes Verkehrsaufkommen wurde anhand der bei Huber 2012 gegebenen Werte von 36 Bewegungen pro Stunde festgelegt 0 6 Bewegungen Minute Diese Werte wurden zus tzlich in Vorversuchen berpr ft 139 Reihenfolgeeffekte auszuschlie en und Lerneffekte besser kompensieren zu k nnen wurden die Szenarien ber al
227. g am Arbeitsplatz Viele der Faktoren die als wichtig erachtet wurden k nnen modelliert werden und sollen in der vorliegenden Arbeit Beachtung finden hohes Verkehrsaufkommen berlastungen der Frequenz Wirbelschleppen schlechte Sichtbedingungen Verkehr von Fahrzeugen Wie die einzelnen Faktoren im Detail im Modell Ber cksichtigung finden wird im Kapitel 5 erl utert Um den Problemraum sinnvoll einzugrenzen und damit gleichzeitig die M glichkeit f r eine experimentelle Modellvalidierung zu schaffen soll das Modell im vorliegenden Fall verwendet werden um den Einfluss des Flugverkehrsaufkommens der Anzahl der zu kontrollierenden Flugzeuge innerhalb eines bestimmten Verkehrsszenarios auf die mentale Beanspruchung des Lotsen hier operationalisiert durch die Anzahl der im Arbeitsged chtnis gespeicherten Chunks vgl Kapitel 3 4 abzubilden Die maximale Anzahl an speicherbaren Chunks wird dabei auf Grundlage zahlreicher Studien auf zehn festgelegt Bainbridge 1975 Bisseret 1971 Sperandio 1969 Alle anderen u eren Variablen werden im Modell zwar vorgesehen werden aber soweit m glich konstant gehalten Um das Modell m glichst generisch zu halten wird sichergestellt dass eine Abbildung verschiedener Flugh fen mit unterschiedlichster Konfiguration relativ leicht in das Modell einzubinden ist Zus tzlich erm glicht diese Vorgehensweise die Konfiguration des Flughafens als Komplexit tsfakto
228. g entsprechend der Freigabe und der zuvor definierten Rolldauer Hierbei wird gepr ft ob eine Freigabe f r den gegebenen Rollwegsabschnitt im Colorset Vehicle enthalten sowie ob der n chste zu benutzende Rollwegsabschnitt bereits frei ist Vorhandensein der Marke die den Rollwegsabschnitt repr sentiert auf dem Platz Location Feuert die Transition werden die Ortsangaben im Colorset Vehicle hinsichtlich des neuen Ortes aktualisiert sowie die Zeit zu der die Marke wieder zur Verf gung steht in Abh ngigkeit der definierten Rolldauer heraufgesetzt Zus tzlich wird der Rollwegsabschnitt der verwendet wird als belegt markiert durch Hochsetzen der Locationzeit 34 Diese Approximation kann gemeinhin anhand der vorgeschriebenen Rollgeschwindigkeit von 20 Knoten auf dem Vorfeld bis maximal 30 Knoten auf dem Rollfeld Huber 2012 bzw 10 Knoten in Kurven Ferdinand Behrendt pers nliches Gespr ch am 27 03 2013 sowie unter Ber cksichtigung der jeweiligen L nge des Rollwegsabschnittes erfolgen 35 Die Intention beschreibt das Vorhaben eines Luftfahrzeuges also beispielsweise zu landen 92 5 2 3 COLORSETS UND EINLESEN DER INITIALEN MARKIERUNG Zusatzlich zu den Standard Colorsets die CPN Tools bereitstellt werden eine Vielzahl weiterer luftfahrtspezifischer Colorsets definiert Manske 2013 mit denen auch das Lotsenmodell arbeitet Die Wichtigsten sollen im Folgenden kurz erl utert werden Diese k nnen in der Modelldatei im
229. g mentaler Beanspruchung im weitesten Sinne die Rede sein nicht aber von einer Messung im physikalischen Sinne Soll die mentale Beanspruchung einer solchen Erfassung zugef hrt werden so muss zumindest eine Arbeitshypothese dar ber existieren wie der menschliche Organismus auf eine von au en einwirkende Belastung reagiert Schmidtke 2002 Dies wurde bereits innerhalb dieses Kapitels beschrieben und wird im Zusammenhang mit der in dieser Arbeit dargelegten Problemstellung im Kapitel 3 4 nochmals konkretisiert Im Hinblick auf die Entwicklung einer Arbeitsdefinition kann also mentale Beanspruchung in Anlehnung an aufmerksamkeitstheoretische Modelle als die Menge der verwendeten kognitiven 21 Ressourcen beschrieben werden die f r die Bearbeitung einer Aufgabe zu investieren sind vgl Norman amp Bobrow 1975 Shiffrin amp Schneider 1977 Dabei ist von verschiedenen Ressourcenreservoirs f r die verschiedenen Verarbeitungsstufen des informations verarbeitenden Systems Mensch auszugehen Card Moran amp Newell 1986 Wickens 1984 Diese maximale Menge der in den Reservoirs vorhandenen Ressourcen ist allerdings begrenzt Bei der gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Teilaufgaben k nnen allerdings Interferenzen entstehen da gleiche Reservoirs zur L sung mehrerer Aufgaben ben tigt werden so dass mit zunehmender Aufgabenschwierigkeit oder Komplexit t die maximal vorhandene Menge an Ressourcen erreicht wird vgl Manzey 1988 Dami
230. g und auswertung f r die Auswahl einer Methode eine Rolle spielen Manzey 1998 Miller 2001 Ribback 2003 4 Die drei Gruppen von Ma en besitzen alle Vor und Nachteile so dass es nahezu unm glich ist ein perfektes Ma zu finden Miller 2001 Daher ist es sinnvoll mehrere Ma e aus mindestens zwei der oben genannten Gruppen anzuwenden um eine m glichst genaue Erhebung mentaler Beanspruchung zu erm glichen Die einzelnen Kategorien werden im Folgenden vorgestellt 2 4 1 PHYSIOLOGISCHE MA E Physiologische Ma e verwenden die physischen Reaktionen des K rpers um das Ausma mentaler Beanspruchung objektiv zu messen Sie beruhen auf der Annahme dass erh hte mentale Beanspruchung zu erh hten physischen Reaktionen des K rpers f hren Moray 1979 Mit physiologischen Ma en lassen sich kontinuierliche Ver nderungen mentaler Beanspruchung sehr gut erfassen Diese Ver nderungen k nnen durch die Herz Gehirn Atmungs oder Augenaktivit t abgebildete werden Die Herzaktivit t wird ber die Herzrate die Herzratenvariabilit t sowie den Blutdruck gemessen Zur Messung der Hirnaktivit t wird entweder das Elektroenzephalogramm EEG oder das Elektrookulogramm EOG verwendet Atmungsaktivit t misst die Menge an Luft die eine Person w hrend einer bestimmten Anzahl von Atemz gen einatmet Miller 2001 Die Messung der Augenaktivit t beinhaltet vor allem horizontale Augenbewegungen die Liedschlagfrequenz sowie die Schlie i
231. g von der Richtung aus der ein Ziel angesteuert wird In diesem Fall ist die relative Zielbreite minimal wenn das Zielfeld mit einem Winkel von a 90 angesteuert wird und maximal wenn a arctan h w ist Fir dreidimensionale Armbewegungen wurden die Koeffizienten a und b experimentell von Kerr und Langolf 1977 ermittelt die die folgende Gleichung aufstellen T 78 LG 0 5 10 082 77 ms Um alle m glichen Bewegungen zu beschreiben m ssen also die Entfernung und die relative Zielbreite zwischen jedem motorischen Startpunkt A und Zielpunkt B bestimmt werden Zu diesem Zweck werden motorische Locations definiert die der Lotse im Laufe seiner Arbeit erreichen muss Diese Locations basieren dabei in der vorliegenden Modellversion nicht auf dem realen Arbeitsplatz eines Towerlotsen sondern auf dem experimentellen Setting vgl Kapitel 6 1 2 in dem das Gesamtmodell validiert wurde Diese k nnen aber jederzeit an das Layout realer Towerarbeitspl tze angepasst werden Hierzu kann die im Anhang befindliche Datei Zeitberechnung_manual_Welford_v1 8 x1sx verwendet werden Aus dem Arbeitsablauf des Towerlotsen bzw der Versuchspersonen im Experiment ergeben sich f nf Locations e Ein Bereich in dem die unterschiedlichen Stifte f r verschiedene Aufgabenteile liegen pens default e Die Stripbay SB die zur Aufnahme und zur Markierung der Flugstreifen angesteuert wird e Der Ablagekorb in den die Flugstreifen abgearbeite
232. g zu physischer und emotionaler Beanspruchung werden als mental beanspruchend solche Aufgaben beschrieben die prim r durch geistige Anforderungen ein subjektives Gef hl des Angestrengtseins hervorrufen und damit Anforderungen an verschiedene Teile des menschlichen Informationsverarbeitungssystems stellen Gopher amp Donchin 1986 H ufig wird eine Unterscheidung zwischen Belastung und Beanspruchung dadurch vorgenommen dass auf bestimmte von au en auf den Menschen einwirkende Faktoren sogenannte Belastungs oder Inputfaktoren engl demands stressors Manzey 1998 Bezug genommen wird welche eine Beanspruchungsreaktion engl workload strain ausl sen Diese Ansicht schl gt sich auch im Belastungs Beanspruchungskonzept der Ergonomie nieder Rohmert 1984 Als mental beanspruchend wird dabei nur derjenige Teil der Aufgabe bezeichnet der von den aufgabenspezifischen Anforderungen an das menschliche Informationsverarbeitungssystem und damit von der Aufgabenschwierigkeit bzw komplexit t determiniert wird Manzey 1998 S 800 Es ist bisher nicht gelungen eine einheitliche und umfassende Theorie mentaler Beanspruchung zu erarbeiten Manzey 1998 Vielmehr existieren eine Reihe verschiedener Modellvorstellungen welche bestimmte Prozesse und Begriffe fokussieren Stein 1998 reflektiert diesen Sachverhalt etwas ironisch mit there have been so many workload reviews that soon we will be reduced to writing reviews of reviews
233. gelegt stehen sie dem nachfolgenden Abrufprozess WM retrieval siehe Abbildung 39 zur Verf gung Hier werden die im Speicher abgelegten Informationen ber die jeweilige retrieval Transition abgerufen wenn sie f r weitere Informationsverarbeitungsprozesse z B Entscheidungen ben tigt werden Hierbei wird davon ausgegangen dass Bottom Up Informationen Anfrage eines Flugzeuges Transition retrieve req sowie Feststellen eines Flugzeuges auf der Start Landebahn das eine Folgefreigabe ben tigt Transition retrieve vhl_on loc ohne weitere Voraussetzung sofort abgerufen werden Alle anderen Informationen ben tigen Top Down Trigger Transitionen und gleichnamige Pl tze retrieve RWY status retrieve FS info retrieve SB info Ist der retrieval Prozess abgeschlossen stehen die Informationen f r die nachfolgenden Verarbeitungsschritte plan siehe Kapitel 5 4 4 decide siehe Kapitel 5 4 6 zur Verf gung 130 NW vis id ident locstat loc_status loc loc retrieve Loc stored_Info M Zr ar Mie status Tom Far Vie Out fs id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOldi statOld1 storage Stored_Info locLast locLast dest dest retrieve_vhl vhl id ident stat_vh_on_Loc statOld on_Loc id ident stat_vh_on_Loc statOld sb id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent intent clearOld
234. gen dass alle Informationen die in den vorangegangenen Phasen aufgenommen gespeichert und bearbeitet worden sind im Entscheidungsmodell zusammenlaufen Aus der Annahme dass ein Lotse allein f r einen Flughafen zust ndig ist ergibt sich au erdem eine weitere Unterteilung des Entscheidungsprozesses in drei Unterprozesse welche zun chst als parallel ablaufend angesehen werden Annahme 11 Das Lotsenmodell kann auf Basis seiner Informationen entscheiden ob 1 eine Start oder Landefreigabe gegeben werden muss kann Location Free Landing and _ Takeoff 2 eine Rollfreigabe gegeben werden muss kann Location Free Taxi oder 3 eine Freigabe zum Abrollen von der Start Landebahn hin zur Parkposition gegeben werden kann muss Location Occupied siehe Abbildung 31 auf Seite 113 Dieser Entscheidungsprozess basiert dabei ausschlie lich auf der momentanen Situation und dem momentanen Status der betreffenden Location F r Entscheidungen die die Start Landebahn betreffen ist dieser Prozess ausreichend Der Zustand der Piste frei belegt wird st ndig im mentalen Modell des Lotsenmodells repr sentiert und wenn n tig durch das Auftreten von Handlungen oder externen Ereignissen aktualisiert 112 aimlist lt gt no_overload_In_Almiist almlist Ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearOld stat id ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load listFilter_CWerioa
235. gen ware davon auszugehen dass Teilbewegungen einzeln repr sentiert werden Die rekursive Funktionman reg time ermittelt die Dauer jeder daraus resultierenden Einzelbewegung und kumuliert diese Die Dauer jeder m glichen Einzelbewegung ist entsprechend Kapitel 5 4 8 berechnet und in der Funktion manual_time aufgef hrt Eine Ausnahme stellt hierbei die Bewegung mark dar die das Markieren von Flightstrips oder einen Eintrag in den RSME Fragebogen darstellt Diese l sst sich nicht auf Grundlage von 124 Fitts Law berechnen da es sich nicht um eine klassische zielende Bewegung handelt Aus diesem Grund wurde die Dauer fiir einen mark Vorgang auf 2s festgelegt Annahme 20 Die Hand selbst wird beim Feuern der Transition Move Hand noch nicht freigegeben keine Marke auf Hand Free Die Freigabe dieser Kapazit t erfolgt auf der bergeordneten act Ebene durch die jeweiligen Transitionen welche die motorischen Bewegungen beschreiben z B Send Clearance sowie Addition der Zeit die durch das Manual Modul berechnet wurde Sind die motorischen Bewegungen ausgef hrt so werden auf den jeweiligen nachgeschalteten Pl tzen im act Modul Marken generiert welche die nachfolgenden Prozesse initiieren Die Aktivierung des Funkger tes initiiert damit dass die Transition Send_Clearance feuern kann und damit eine Marke auf dem Platz Radio TWR generiert wird welche an das Interaktions Modell bertragen wird und die Freigabe so an das Flugh
236. genwissenschaftlich erfolgt Modelle werden h ufig auf Basis sogenannter kognitiver Architekturen erstellt vgl Kapitel 3 2 1 Die ingenieurwissenschaftliche Herangehensweise makrokognitive Modellierung hingegen ist eher anwendungsorientiert und weniger auf die genaue Funktionsweise kognitiver Prozesse fixiert sondern vielmehr auf den Beitrag kognitiver Prozesse zur Gesamtleistung eines Mensch Maschine Systems vgl Kapitel 3 2 2 Es wird allerdings argumentiert dass sich die beiden Herangehensweisen nicht gegenseitig ausschlie en sondern sie vielmehr zwei Punkte eines Kontinuums darstellen und eine Verbindung beider m glich und sogar erstrebenswert ist Die vorliegende Arbeit l sst sich dabei eher den makrokognitiven Ans tzen zuordnen stellt allerdings die Verbindung zu mikrokognitiven Ans tzen her vgl Kapitel 3 2 3 Teilweise wurden bereits durch existierende mikro und makrokognitive Modelle verschiedene hnliche Problemstellungen wie sie hier vorliegen adressiert wovon einige ausgew hlte Modelle bez glich Fragestellungen in der Flugverkehrskontrolle der Luftfahrt sowie zu mentaler Beanspruchung vorgestellt wurden Es ist festzuhalten dass einige Ans tze dabei vor allem auf physikalisch technische Problemstellungen in der Flugverkehrskontrolle fokussieren menschliches Verhalten allerdings nicht speziell adressieren Ferner existieren formale Modelle welche zur Analyse menschlichen Verhaltens und im speziellen menschlicher
237. glich der Speicherung nicht aber der Manipulation von Informationseinheiten dient Die Arbeit von Miller 1956 wurde hierbei unter Anderem auch dadurch ber hmt dass sie eine der ersten darstellt die eine Obergrenze an Chunks postuliert die im Arbeitsged chtnis gespeichert werden k nnen Miller 1956 postuliert dass eine Anzahl von 7 2 Elementen gleichzeitig im Arbeitsged chtnis speicherbar ist The magical number seven plus or minus two Die single system Theorien gehen weiterhin davon aus dass keine weiteren Ged chtnisaufgaben ohne Leistungseinbu en erf llt werden k nnen wenn das Arbeitsged chtnis einmal mit seinen f nf bis neun Chunks gef llt ist Es stellt daher einen 15 passiven Kurzzeitspeicher fiir Informationen dar Oberauer et al 2000 Auch Baddeley 1990 spricht von einer normalen Anzahl von sechs oder sieben Chunks Durch das Bilden sinnvoller Chunks ist allerdings dennoch eine Erh hung der Anzahl an einzelnen Items die im Ged chtnis gespeichert werden k nnen erreichbar Hierzu muss lediglich die Anzahl der Items in einem Chunk erh ht werden So konnte gezeigt werden dass die Ged chtnisspanne f r zuf llig ausgew hlte Buchstaben bei etwa sechs liegt Diese Anzahl kann auf etwa neun erh ht werden wenn die Buchstaben in Silben angeordnet sind die nach dem Schema Konsonant Vokal Konsonant aufgebaut sind Wenn die Buchstaben allerdings W rter in S tzen mit semantischer Bedeutung ausma
238. gnition als auch den zu kontrollierenden Prozess gleicherma en beschreiben zu k nnen sie also in einer Sprache abbilden zu k nnen um aufw ndige Schnittstellen implementierung zwischen Lotsen und Flughafenmodell zu vermeiden Daraus ergibt sich die Notwendigkeit dass ein solches Beschreibungsmittel die Nebenl ufigkeit von Prozessen also das gleichzeitige Ablaufen mehrerer Prozesse ad quat abbilden kann da Mensch und Flughafen teilweise unabh ngig voneinander agieren und sich nur zeitweise synchronisieren vgl Kapitel 4 2 Diese Eigenschaft ist nach Ruckdeschel 1997 vor allem bei Methoden zur Modellierung verteilter Systeme und hier vor allem unter Verwendung von Petrinetzen realisierbar Petrinetze entwickelt von Petri 1962 dienen zur Erstellung von Modellen nebenl ufiger Systeme und werden haupts chlich in der Informatik verwendet Sie eignen sich allerdings zur Modellierung und Analyse jeglicher Systeme bei denen Nebenl ufigkeit und Kommunikation Schl sselsrollen einnehmen Jensen amp Kristensen 2009 Hierbei kann ein Petrinetz als a directed graph with two kinds of nodes interpreted as places and transitions such that no arc connects two nodes of the same kind Desel amp Juhas 2001 S 5 definiert werden Eine Erweiterung klassischer Petrinetze stellen farbige Petrinetze Coloured Petri Nets CPN definiert bei Jensen 1997 dar Diese Erweiterung dient der Verbindung der grafischen Modellierung von Syst
239. griffe auffassen und mentale Beanspruchung somit auch der physiologischen Erfassung zug nglich machen Hockey 1997 Sanders 1983 Wickens 1991 Aus dem Modell von Wickens 1984 folgt dass vor allem Begrenzungen der perzeptiv kognitiven Verarbeitungsstufe f r das Entstehen mentaler Beanspruchung verantwortlich sind Hierbei wird neben der Kapazit tsbegrenzung der informationsaufnehmenden Sinne vor allem das Arbeitsged chtnis als limitierender Faktor gesehen Es werden daher im folgenden Kapitel 12 Modellvorstellung ber den Aufbau und die Begrenzungen der Arbeitsged chtniskapazit t n her vorgestellt 2 2 ARBEITSGED CHTNISMODELLE KAPAZIT T UND CHUNKS Grundlegend wird das Arbeitsged chtnis als Kurzzeitspeicher und Instanz f r die Manipulation von Informationen die zur Bearbeitung von Aufgaben notwendig sind angesehen Dieses ist abzugrenzen von sensorischen Speichern der Sinne und dem Langzeitged chtnis Sanders amp McCormick 1993 Im sensorischen Speicher werden Eingaben der Sinnesorgane f r sehr kurze Zeit aufrechterhalten wenige Sekunden Wird Aufmerksamkeit darauf gelegt werden diese Informationen in das Arbeitsged chtnis berf hrt Vom Arbeitsged chtnis k nnen Informationen in das Langzeitged chtnis durch semantische Kodierung bzw Sinnanwendung und durch Herstellung von Beziehungen zu bereits existierendem Wissen bertragen werden Vingelis Schaeffer Stringer Gromelski amp Ahmed 1990 Die
240. gs die bereits angesprochene Problemspezifitat Eine getatigte Untersuchung oder Modellierung ist nur unter exakt den gleichen Bedingungen giiltig unter denen sie auch durchgef hrt wurde und nur f r das spezifische Problem Sie ist also 1 Nicht auf andere Dom nen generalisierbar und muss daher 2 f r differierende Bedingungen erneut durchgef hrt werden Um den Ansatz auch begrifflich von der klassischen mikrokognitiven Modellierung abzugrenzen bezeichnet Cacciabue 1998 makrokognitive Modelle als kognitive Simulationen Die Abbildung 3 gibt eine bersicht ber die beschriebenen Modellierungsans tze und ausgew hlte Beispiele f r Modellierungsmethoden bzw Beschreibungsmittel Modellierung von MMS Ingenieurwissenschaftliche Kognitionswissenschaftliche Ans tze Makrokognitiv Ansatze Mikrokognitiv Regelungstheorie z B Mensch als Regler High Level Low Level Salvucci amp Lee 2003 Salvucci amp Lee 2003 Stochastische Prozesse z B Markoffketten Automatentheorie z B endliche Automaten GOMS icara ACT R anderson etal 2004 EE EPIC kieras amp Meyer 1997 Verteilte Systeme z B Petrinetze SOAR raira et at 1987 CLARION sun 2008 Kognitive Simulation caccistue 1998 Kognitive Modellierung Abbildung 3 bersicht der Ans tze und zugeh riger Werkzeuge zur Modellierung von Mensch Maschine Systemen eigene Darstellung 3 2 3 DIE VERBINDUNG MIKRO UND MAKROKOGNITIVER A
241. gungen f r deren Auftreten erf llt sein m ssen So muss f r eine Aufmerksamkeitsverschiebung zur Stripbay die Planung abgeschlossen sein sowie die Informationen aus der Stripbay f r eine Entscheidung ben tigt werden der Transition vorgeschaltete Pl tze planning completed und get Info from SB F r eine Verschiebung der Aufmerksamkeit zur Au ensicht sowie zum Radar muss ebenfalls die jeweilige Information f r eine Entscheidung ben tigt werden vorgeschaltete Pl tze check Loc status und check Radar Hierbei wird wiederum in Anlehnung an das SEEV Modell Wickens amp McCarley 2008 Wickens et al 2007 2001 sowie an Untersuchungen von Pinska und Bourgois 2005 sowie Pinska 2008 der Au ensicht und dem Radar eine h here Prioritat zugeordnet dass die Aufmerksamkeit dorthin verschoben wird sollte die Auswahl zwischen mehreren AOls bestehen Dies ergibt sich insbesondere daraus dass der Informationsgehalt Value welcher aus der Au ensicht bzw dem Radar erhalten wird ein berblick ber die aktuelle Verkehrssituation sowie die Erwartung auf diesem Kanal wichtige Informationen zu erhalten Expectancy als h her angenommen werden kann als es bei den anderen beiden AOls der Fall ist Annahme 5 Die Salienz und der Aufwand k nnen hierbei als gleich angesehen werden Die Zuordnung einer solchen Priorit t erfolgt qualitativ durch das Setzen des Priorit tswertes der Transitionen switch attention to FV und switc
242. h_ attention to Radar auf P HIGH welcher in CPN Tools voreingestellt ist Die beiden anderen Transitionen behalten ihren Wert P NORMAL wird in CPN Tools nicht extra angezeigt 46 Das Setzen der Priorit t k nnte prinzipiell auch quantitativ erfolgen wenn man die exakte Wahrscheinlichkeit f r eine Aufmerksamkeitsverschiebung z B nach dem SEEV Modell genau berechnet und diese anstatt der Standard Priorities in CPN Tools bernimmt Ebenso k nnen die bei Pinska und Bourgois 2005 Pinska und Tijus 2007 sowie Pinska 2008 gegebenen Wahrscheinlichkeiten f r die berg nge zwischen einzelnen Informationsquellen bernommen werden 105 1 good Visibility visibility 7 2 location_check location_check look_outside I Location Check visatt id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent intent clearOld clearOld statOld1 stat visatt FS_Info List filter fn v gt id v ident flightstriplist ident 3 9 extract Sch visual info attention Visual_Attention sb id ident yp typ locLast locLast rules rules wic wtc s_time stime dest dest ainj aim intent intent clearOid cleafOld statOld1 stat In Visual_Attention visatt flightstriplist look_at_flightstrips id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime attend dest dest aim aim intent intent Fs wi clearOld clearOld statOld1 statOld1 flights
243. heck to_Radar iidentificationTimed location_check switch attention_ to_FV fsprint location_check visibility ttention_ on_Radar Location_CheckxVisibility location_check ck switch attention to_FS Visual_Attention ttention_ on_SB IdentificationTimed CE Stored _Info attend K focuseds Vehicle_on_Loc Gut Attend Bttentio_on N Radar Out Location_CheckxVisibility K look_outside OUR ocation_Check Abbildung 28 Das Perceive Sub Modul im Petrinetz Die so aufgenommenen Informationen werden auf den nachgeschalteten Platzen abgelegt und stehen dann den nachfolgenden Prozessen zur Verf gung Diese sind working memory bei auditory buffer siehe Abschnitt 5 4 10 sowie der Aufmerksamkeitsverschiebung im Sub Modul perceive beiFS Print noticed Der Prozess der Aufmerksamkeitsverschiebung zum gedruckten Flugstreifen ist im hierarchisch dar ber angeordneten percieve Modul modelliert Abbildung 28 auf Seite 104 und wird durch die Transition switch attention to FS abgebildet Diese Transition konkurriert jeweils um die visuelle Aufmerksamkeit mit drei weiteren Areas of Interest AOls der Stripbay switch attention to_ SB der Au ensicht switch attention to FV und dem Radar switch attention Co Radar Diese Aufmerksamkeitsverschiebungen werden wie bereits erw hnt jeweils durch Top Down Prozesse angesto en so dass weitere Bedin
244. her als die des Modells Zu Zeiten hoher Belastung reagiert das Modell meist mit h herer Beanspruchung und h heren Ausschl gen als es bei der Einsch tzung der Versuchsperson der Fall ist Es ist ebenfalls zu erkennen dass zum Ende des Szenarios die Kurven etwas auseinanderdriften Alle 174 anderen 95 Streudiagramme und Verlaufe sind den im Anhang beigefiigten Exceldateien zu entnehmen 9 Tabelle 18 Zusammenfassung aller m glichen Korrelationen zwischen Modell und RSME pro Zeitreihe des Szenarios 1 VP Kendall s t Spearman s p 4 0 500 0 679 5 0 322 0 445 6 0 565 0 734 11 0 493 0 634 13 0 618 0 732 14 0 617 0 792 15 0 418 0 530 16 0 060 0 103 17 0 279 0 368 18 0 325 0 496 19 0 269 0 366 20 0 411 0 514 21 0 663 0 810 22 0 382 0 516 24 0 640 0 751 Mittelwert 0 392 0 518 Es wurde anschlie end f r jede Versuchsperson individuell die zu den 15 Messzeitpunkten erhobenen subjektiven Bewertungen mit den Modellwerten der korrespondierenden 15 Modellzeitpunkte korreliert Hierbei galt es allerdings eine Einschr nkung zu machen Einige der Frageb gen sind von den Versuchspersonen nicht ausgef llt worden weshalb diese aus der Analyse ausgeschlossen wurden F r jedes Szenario wurde daher beschrieben wie viele der 24 m glichen Korrelationen tats chlich in die Auswertung mit einbezogen werden konnten 69 Die in den Exceldateien enthaltenen Diagramme der zeitlichen Verl ufe sind aufgrund der besseren
245. hes Ma ad quat abzubilden Es folgt eine Diskussion der Ergebnisse Kapitel 7 bewertet den erreichten Beitrag der eigenen Arbeit hinsichtlich der Erreichung der selbst gestellten Forschungsziele Kapitel 8 gibt einen Ausblick auf weitere Forschungsm glichkeiten 2 MENTALE BEANSPRUCHUNG KOGNITIVE KAPAZITAT UND ARBEITSGEDACHTNIS Das vorliegende Kapitel beschaftigt sich mit der Bedeutung von mentaler Beanspruchung sowie der Kapazitat menschlicher Informationsverarbeitung Die Betrachtung einschlagiger Theorien erm glicht einerseits das Aufstellen einer Arbeitsdefinition andererseits die Ermittlung einer angemessenen Form mentaler Beanspruchung modellhaft abzubilden In Kapitel 2 1 wird zun chst auf die zwei dominierenden Modellvorstellungen mentaler Beanspruchung eingegangen aktivierungstheoretische und aufmerksamkeitstheoretische Kapitel 2 2 geht im Anschluss detaillierter auf die zentrale Verarbeitung von Informationen im Arbeitsged chtnis ein wobei vor allem die Kapazit tsbegrenzungen und die M glichkeit der Kapazit tserweiterung im Vordergrund stehen Kapitel 2 3 besch ftigt sich mit der bertragung der Befunde mentaler Beanspruchung auf den Bereich der Flugverkehrskontrolle In Kapitel 2 4 werden ausgew hlte Methoden zur Erhebung mentaler Beanspruchung vorgestellt sowie hinsichtlich wichtiger G tekriterien bewertet Kapitel 2 5 fasst das Kapitel zusammen 2 1 MENTALE BEANSPRUCHUNG THEORIEN UND MODELLE In Abgrenzun
246. hes gr er vgl Kapitel 3 4 Ein solches kognitives Modell bzw eine kognitive Simulation wird auf Basis einschl giger Felduntersuchungen und unter Verwendung kognitionspsychologischer Theorien der Informationsverarbeitung in dieser Arbeit erstellt werden 48 4 ENTWICKLUNG EINES MAKROKOGNITIVEN MODELLS DER FLUGHAFEN VERKEHRSKONTROLLE MATRICS Im Folgenden sollen die theoretischen Vorarbeiten zur Entwicklung des Modells anhand der Richtlinien f r die Entwicklung kognitiver Simulationen die Cacciabue 1998 vorschl gt beschrieben werden Hierzu wird zun chst allgemein auf die einzuhaltenden Schritte bei der Entwicklung kognitiver Simulationen eingegangen Kapitel 4 1 Die nachfolgenden Kapitel beschreiben jeweils im Detail die durchgef hrten Arbeiten innerhalb der einzelnen Prozessschritte Es werden zun chst die Problemgrenzen definiert Kapitel 4 2 anschlie end die verwendeten Aufgabenanalysen vorgestellt Kapitel 4 3 sowie auf die Analyse der Arbeitsumgebung eingegangen Kapitel 4 4 Die Kapitel 4 5 und 4 6 beschreiben die Erstellung eines theoretischen Modells und die Auswahl des Beschreibungsmittels Kapitel 4 7 fasst das Kapitel zusammen 4 1 VORGEHENSWEISE ZUR ENTWICKLUNG KOGNITIVER SIMULATIONEN Cacciabue 1998b beschreibt ein allgemeines Ablaufschema welches als Richtlinie der durchzuf hrenden Analyseschritte f r die Entwicklung kognitiver Simulationen eingehalten werden sollte Er definiert sechs Schritte in
247. hinaus sehr viel mehr Aufschluss ber bestimmte Muster der Daten und individuelle Verhaltensweisen und oder Eigenschaften der Versuchspersonen Sarris amp Rei 2005 Thorngate amp Edmonds 2012 Zus tzlich kann auf Grund der Einzelfallanalysen bei einem guten Fit der Modelldaten auf die Experimentaldaten von einem starken Modell gesprochen werden da trotz des Rauschens ein guter Fit nachgewiesen werden kann Schunn und Wallach 2005 beschreiben drei S ulen der Goodness Of Fit Pr fung Einen qualitativen visuellen Vergleich der Verl ufe sowie die quantitative Berechnung von Ma en des relativen Trends und der Abweichung vom exakten Punkt Vor dem Hintergrund dessen was das Modell replizieren soll und kann soll zun chst eine visuelle berpr fung des Fits angewendet werden Schunn amp Wallach 2005 Thorngate amp Edmonds 2012 Dieser kann f r den vorliegenden Versuch zum einen durch einen Vergleich der mittleren Beanspruchungsh he der subjektiven Daten mit den Modelldaten innerhalb der einzelnen Szenarien erfolgen zum anderen durch visuelle berpr fung der hnlichkeit von Verl ufen von Modell und experimentellen Daten Letzterer soll f r jede Versuchsperson individuell durchgef hrt werden 149 Einzelfallbetrachtungen Hierbei wird einerseits durch Streudiagramme ein visueller Eindruck ber den Zusammenhang der Modell und Experimentaldaten gewonnen Auf der anderen Seite kann anhand der zeitlichen Verlaufe de
248. hterhaltung Verkehrsplanung Entscheidung Umsetzung der Verkehrsplanung Gegen berstellung von Realit t eines ad quaten Situationsbildes und Verkehrsplanung Nach D rner amp Schaub Best tigung des Verlassensder ng der gesamten Route 1995 Hacker 1986 Landebahn Beurteilung der Verkehrsstuation Aus dem Fenster schauen Aufs Rader schauen Auf die Flightstrips schauen Koordination mit anderen Lotsen Uberschneidungen mit anderen Routen prognostizieren Erkeriner eet esch bermittlung der Details TXY turns pause taxi andwait Stand Nr Readback Uberwachung Zweckm igkeit um Teile d Route zu bermitteln Infosammlung aktuelle Position und Richtung des Flugzeuges berwachung der Befolgung der Anweisungen Aus dem Fenster schauen Bestimmung Vorhersage m glicher Aufs Rader schauen Konflikte Projektionaller brigen Routen Plan Update bermittlung der ge nderten Route HatLFZStanderreicht F hrung der Ank nfte zum Stand nach Cox 1994b amp 7 5 Tavanti 2006 Abbildung 12 Unteraufgaben zur Ausf hrung der Hauptaufgabe 3 des Rollverkehrslotsen F hren der Ank nfte zum Stand vgl Smieszek 2011 1 Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ank nfte und Abfl ge 2 F hrung der Abfl ge 3 F hrung der Ank nfte Die Grafen aller Hauptaufgaben sind im Anhang beigef gt Auf diese Weise wurden die Ergebnisse der vier in Kapitel 4 3 vorgestellten Aufgabenan
249. ibt sich also f r jede m gliche Bewegung von einem beliebigen Punkt A zu einem beliebigen Punkt B e F r den relativen Abstand A POS POS e Fur die relative Zielbreite W 2 POS Suz Wobei Sap der Schnittpunkt der Geraden durch POS und POS mit dem Quader um die Location B ist Fur die Berechnung der Bewegungsdauer wurde die im Anhang befindliche Datei Zeitberechnung_manual_Welford_v1 9 xlsx verwendet F r die Dauer der Bewegungsvorbereitung werden an dieser Stelle die Berechnungs mechanismen der kognitiven Architektur ACT R zugrunde gelegt Bothell 2007 Hier wird angenommen dass die Vorbereitungsdauer einer Bewegung von ihrer Komplexit t abh ngig ist Die Komplexit t ist wiederum abh ngig von der Anzahl der Features anhand derer die Bewegung definiert wird Jedes Feature ist eine elementare Information ber die entsprechende Bewegung wie etwa die Bewegungsart die verwendete Hand evtl verwendete Finger sowie die Bewegungsrichtung und weite Annahme 17 Dabei werden f nf verschiedene Bewegungsarten unterschieden die in Bothell 2007 S 309 f beschrieben werden F r jedes Feature das zu einer Bewegung geh rt wird eine Vorbereitungsdauer von 50 ms veranschlagt Tabelle 2 zeigt die Features die den f nf definierten Locations zugeordnet werden und die daraus resultierenden Vorbereitungszeiten Zus tzlich zur jeweiligen Vorbereitungsdauer wird eine I nitiation Dauer von 50ms ber cksichtigt
250. ichen Verhaltens und kognitiver Prozesse wobei vor allem Aufgaben und konzeptuelle Modelle erstellt werden Kov cs Nemeth und Hangos 2005 entwickelten beispielsweise ein Modell auf der Basis farbiger Petrinetze vgl Kapitel 4 6 um die Auswirkungen der Verf gbarkeit von Rollwegen auf die Kapazit t der Start Landebahn zu untersuchen wobei im Modell grundlegende Prinzipien der Flugverkehrskontrolle ber cksichtigt werden Das Modell wurde mit Hilfe des Programmes Design CPN implementiert der Vorg nger von CPN Tools vgl Kapitel 4 6 und kann verwendet werden um optimale Planungssequenzen zu untersuchen Mit einer hnlichen Problemstellung besch ftigten sich Vidosavljevi und To i 2010 Sie entwickelten ebenfalls ein Modell auf der Basis farbiger Petrinetze welches zur Untersuchung und Optimierung von Turnaround Prozessen dient Hierbei soll der Einfluss verschiedener Strategien zur Ressourcenallokation Flugzeug Parkpositionen Ausr stung Personal auf die Effizienz von Turnaround Prozessen untersucht werden um sie so effizient und verl sslich wie m glich gestalten und damit Kosten sparen zu k nnen Das Modell wurde mit CPN Tools implementiert Diese eher einfachen auf mehr oder weniger technisch physikalische Prozesse fixierten Modelle werden durch einerseits konzeptuelle und mathematische Modelle zur Untersuchung menschlicher Zuverl ssigkeit z B Daams Blom amp Nijhuis 2001 und der Widerstandsf higkeit resilience
251. ichtung vom Lotsen beobachtet und die Routen der brigen Flugzeuge mental projiziert So k nnen m gliche Konflikte vorhergesehen und der Plan entsprechend angepasst werden bevor der n chste Teil der Route bermittelt wird Dieser Prozess der Informationssammlung bis zur bermittlung der neuen Route erfolgt solange bis das Flugzeug den Stand erreicht hat und die Hauptaufgabe damit erf llt ist F r den Towerlosen TWR wurden nach Cox 1994b ebenfalls sieben Hauptaufgaben berichtet Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ank nfte und Abfl ge F hrung der Abfl ge F hrung der Ank nfte 1 2 3 4 Durchf hrung von Routineaufgaben 5 bergabe der Kontrolle ber die Abfl ge an die n chste Beh rde 6 bergabe der Kontrolle ber die Ank nfte an den Rollverkehrslotsen 7 Handlungen nachdem Flugzeug Zust ndigkeitsbereich verlassen hat Hierbei sind sowohl die Routineaufgaben Aufgabe 4 und die Handlungen nach Verlassen des Zust ndigkeitsbereiches Aufgabe 7 nicht mit ber cksichtigt worden Ferner wurde wie oben beschrieben die bergabe an die n chste Kontrollposition wiederum in die jeweils vorgelagerte Hauptaufgabe integriert so dass drei Hauptaufgaben detailliert betrachtet wurden 27 Als Readback wird die Wiederholung der Anweisung des Lotsen durch den Piloten bezeichnet Sie dient der Best tigung dass der Pilot die Anweisung des Lotsen exakt verstanden hat 74 Aufbau und Aufrec
252. ichzeitig beinhalten kann Oberauer amp Bialkova 2009 vgl auch McElree 2001 Hinsichtlich der Festlegung einer Obergrenze der Verf gbaren Arbeitsged chtnisressourcen ist zu erkennen dass die vorgestellten Multi Komponenten Systeme eher vage bzw uneinig sind Sie treffen zwar detaillierte Annahmen dar ber wie das Arbeitsged chtnis aufgebaut ist und welche unabh ngigen Sub Systeme existieren Es gibt allerdings keine oder zumindest keine einheitlichen Befunde dar ber wie hoch die maximale Kapazit t dieser Sub Systeme ist bzw wie lange es dauert bis eine Information zerf llt wenn sie nicht in den Aufmerksamkeitsfokus ger t Fr he Ans tze zur Kapazit t des Arbeitsged chtnisses verfolgen eine sehr viel einfachere Vorstellung und treffen sehr viel konkretere Annahmen ber die maximale Kapazit t W hrend die Modelle von Baddeley 1986 Cowan 1999 und Oberauer und Bialkova 2009 alle von Multi Komponenten Systemen ausgehen beschreiben eine Reihe von Autoren bis heute eine single limited capacity system theory of working memory Stein et al 2010 z B Adams 1989 Kantowitz amp Sorkir 1983 Klapp Marshburn amp Lester 1983 Sanders amp McCormick 1993 hnlich wie bei Kahnemann 1973 wird hier von einem einzigen kapazit tsbegrenzten Ressourcenreservoir ausgegangen welches das menschliche Arbeitsged chtnis darstellt Hierbei wird allerdings ein statisches Arbeitsged chtnis vorausgesetzt welches ledi
253. iderspiegelt Anspruch dieses Ansatzes ist es sich mit kognitiven Prozessen in realistischen Aufgaben und unter realistischen Bedingungen zu besch ftigen Dabei wird weniger Wert auf Ph nomene gelegt die innerhalb des menschlichen Geistes oder ohne offensichtliche Handlung ablaufen Vielmehr wird menschliche Leistungsf higkeit unter tats chlichen Arbeitsbedingungen in den Fokus ger ckt und weniger kontrollierte Laborexperimente Makrokognition ist aber ebenso wenig mit dem behavioristischen Black Box Ansatz zu vergleichen Vielmehr wird versucht die Black Box zu erkl ren allerdings nur so weit wie sie zu erkl ren ist und wie sie f r die vorliegende Problemstellung erkl rt werden muss Cacciabue 1998b Einige Ph nomene k nnen allerdings sowohl Makro als auch Mikrokognition zugeordnet werden wie beispielsweise Probleml sung Entscheidungsfindung oder Kommunikation Cacciabue und Hollnagel 1995 beschreiben den Fokus makrokognitiver Modellierung folgenderma en the interest lies more on how they die Ph nomene are performed and how well they serve to achieve their goals than on the details of what goes on in the human mind while they are performed S 57 36 Im Bereich Mensch Maschine Systeme ist die Modellierung in makrokognitiver Tradition eher wenig verbreitet und wird auch weniger haufig angewendet was unter anderem daran liegen mag dass hier kein Pendant zu mikrokognitiven Architekturen im Sinne einer Un
254. ie Transition Requesting TWR Hierbei ist definiert dass die Transition print Flightstrip erst dann feuern kann wenn die Zeit x einer Marke auf dem Platz Vehicles den Wert der Modellzeit erreicht hat das Token steht zur Verf gung vgl Kapitel 4 6 Ferner muss die Marke die ein Flugzeug repr sentiert den Status Airborne Waiting oder Approaching enthalten Ist dies gegeben so wird der Druck eines Flugstreifens ausgel st Durch die direkte R ckgabe der Marke auf den Platz Vehicles wird der Status der Marke die das jeweilige Flugzeug repr sentiert auf Flightstrip printed gesetzt so dass verhindert wird dass ein weiterer Flugstreifen f r dasselbe Flugzeug gedruckt wird Ferner bietet dies die M glichkeit dem Flugzeug eine Zeitverz gerung hinzuzuf gen Die Transition Requesting TWR kann nun als n chstes auftreten sofern folgende Bedingungen erf llt sind Eine eventuelle zus tzliche Verz gerungszeit ist verstrichen x lt Modellzeit der Status wurde auf Flightstrip printed aktualisiert und es ist eine Marke 40 x Bezeichnet hierbei eine beliebige Zahl 4 Um zu simulieren dass der Flugstreifen etwa f nf Minuten vor dem eigentlichen Eintreffen eines Flugzeuges gedruckt wird wurde der Transition print Flightstrip in fr heren Modellversionen eine Zeitverz gerung von 300 300 Sekunden vgl Kapitel 4 6 hinzugef gt In Version 1 9 die zur Modellvalidierung diente entf llt diese Verz gerung da die Versuchsperso
255. ie in der Vergangenheit gut funktionierten vgl Kahnemann Slovic amp Tversky 1982 Wickens 1992 Die Effizienz und Effektivit t der Entscheidungen wird dabei unter Anderem von der erforderlichen Anstrengung der zur Verf gung stehenden Zeit im Vergleich zur ben tigten Zeit den Erwartungen sowie Begrenzungen der Aufmerksamkeit und des Arbeitsged chtnisses eingeschr nkt Simon 1955 beschreibt dass Menschen oft m glichst schnell mit begrenztem Wissen und begrenzter Informationsverarbeitung Entscheidungen treffen m ssen In klassischen Entscheidungs situationen wenden Menschen daher Entscheidungsheuristiken an um ihren begrenzten Informationsverarbeitungsressourcen Rechnung zu tragen Gigerenzer et al 1999 Simon 1955 1956 Solche Heuristiken ignorieren h ufig die Regeln der Wahrscheinlichkeit und wurden daher lange Zeit als Verzerrungen Biases oder Abweichungen von rationalen Entscheidungen angesehen Moray 1986 beschreibt 25 solcher Biases welche allerdings tats chlich adaptive Strategien zum Umgang mit Kapazit tsbegrenzungen darstellen Hollnagel 2012 beschreibt das Treffen von Entscheidungen als eine Auspr gung des ETTO Prinzips vgl Kapitel 1 Bereits Lindblom 1959 beschreibt das kognitive Verhalten von Menschen als eine Reihe von Trade Offs Um mit diesen Trade Offs umgehen zu k nnen legen Menschen ein Verhalten an den Tag das er mit Muddeling Through sich durchwursteln umschreibt vgl auch D
256. ified Theorie of Macrocognition existiert sondern kognitive Modelle immer neu auf das spezifische Problem zugeschnitten erstellt werden m ssen Dies birgt gleichzeitig Vor und Nachteile W hrend viele mikrokognitive Modelle und Simulationen verschiedener Problemstellungen eine gemeinsame Basis n mlich eine kognitive Architektur besitzen die auf der Grundlage kognitions wissenschaftlicher Theorien und empirisch belegter Annahmen ber die menschliche Informationsverarbeitung erstellt wurde so sind makrokognitive Modelle und Simulationen immer problemspezifisch und m ssen damit immer wieder neu aus der spezifischen Problemstellung heraus erstellt und f r das spezifische praktische Problem entwickelt werden Die Herausforderung besteht daher darin eine gen gend gro e Korrespondenz zwischen den bekannten oder beobachteten Regularien des Zielph nomens und den Ergebnissen der Simulation zu erhalten oder besser gesagt the simulation must be isomorphic to the phenomenon being modeled Cacciabue amp Hollnagel 1995 S 58 Auch existiert keine gemeinsame Forscher Community wie es beispielsweise bei ACT R der Fall ist Nicht zuletzt ist dies aber auch der gro en Methodenvielfalt geschuldet und dem Fehlen eines einheitlichen theoretischen Fundaments Als Vorteil kann hierbei allerdings die Tatsache angesehen werden dass die Modellierung nach makrokognitiven Gesichtspunkten dem Modellierer prinzipiell die M glichkeit er ffnet aus dem ge
257. igkeit der Fehlerzahl vom d2 R Ergebnis hnliches gilt f r die Berechnung von Rangkorrelationskoeffizienten Gemeinhin sind die Rangkorrelationskoeffizienten Spearman s p aber vor allem Kendall s t konservativer als Pearson s r wodurch geringere Korrelationskoeffizienten zustande kommen Es wurde allerdings als wichtiger angesehen nur dann parametrische Verfahren anzuwenden wenn die notwendigen Voraussetzungen erf llt waren so bei der Herzrate und den Modelldaten geschehen Die Schwierigkeiten mit Hilfe der Herzrate sensitiv zwischen zwei Belastungsbedingungen unterscheiden zu k nnen bestand auch in der vorliegenden Studie Es konnte lediglich gezeigt werden dass die Belastungsbedingungen von der Baseline Bedingung unterschieden werden konnten Es ist daher nicht zielf hrend die Herzrate als Vergleichsma f r die berpr fung der Modellg te weiterzuverwenden da auch gr ere Belastungsunterschiede nicht aufgedeckt werden konnten Es gilt daher zu pr fen ob sich andere physiologische Methoden hierbei als sensitiver und damit geeigneter erweisen Der Nachweis der G ltigkeit des Modells konnte durch Zusammenhangsma e sowohl f r die mittlere Beanspruchungsh he innerhalb der Szenarien als auch der einzelnen Versuchspersonen erbracht werden Ferner konnte durch explorative Untersuchungen gezeigt werden dass auch die absolute mittlere Beanspruchungsh he innerhalb der Szenarien gut abgebildet werden konnte 203 8 AUSB
258. im Experiment erh hen sollte Es wurde daher festgelegt dass immer wenn ein Fehler der Versuchsperson auftritt und entweder eines der beiden oder beide Kriterien zugleich erf llt waren dies als Treffer gez hlt wurde Alles andere galt als Auslassung Es konnte dabei festgestellt werden dass im Szenario 1 57 der Fehler innerhalb von Beanspruchungsgipfeln liegen Das bedeutet im Umkehrschluss dass 43 der Fehler nicht innerhalb solcher Gipfel liegen Im Szenario 2 konnten sogar 67 der Fehler innerhalb von 178 Beanspruchungsgipfeln festgestellt werden 33 nicht Die Szenarien 3 und 4 ergaben jeweils 62 38 nicht bzw 58 42 nicht Dies bedeutet dass im Mittel 61 der Fehler innerhalb von Beanspruchungsgipfeln lagen die das Modell vorhersagte 39 der Fehler allerdings nicht Es konnten also 183 der insgesamt 300 Fehler vorhergesagt werden Die Ergebnisse sind in Tabelle 23 zusammengefasst Tabelle 23 Zusammenfassung der Ergebnisse Fehler innerhalb von Beanspruchungsgipfeln Szenario In Beanspruchungs Nicht in Bean gipfeln spruchungsgipfeln 1 57 43 5 67 33 3 62 38 4 58 42 Mittel 61 39 6 3 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 6 3 1 ZUSAMMENHANG D2 R ERGEBNIS UND FEHLERZAHL BZW H HE DER BEANSPRUCHUNGSRATINGS HYPOTHESE 1 Allgemein wurde davon ausgegangen dass der Effizienz Gr ndlichkeits Tradeoff mit dem Versuchspersonen kognitive Aufgaben bearbeiten einen Einfluss darauf hat wie viele
259. ingung Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 sind geringer als die mittleren IBI der Szenarien mit geringem Verkehrsaufkommen 2 und 4 Um festzustellen ob im vorliegenden Experiment eine gen gend hohe Sensitivit t der Herzrate zur Unterscheidung zweier Experimentalbedingungen vorlag wurden die Experimental bedingungen mit der Baseline Bedingung verglichen Die Stufe der Belastung diente hierbei als Faktorstufe Daher wurden die drei Stufen hohe Belastung Szenarien 1 und 3 niedrige Belastung Szenarien 2 und 4 und Baseline definiert Deskriptiv kann hierbei ein leichter Anstieg der mittleren Dauer der Inter Beat Intervalle von der Bedingung mit hoher Belastung mit IBI 747 65 ms s 61 25 ms ber niedrige Belastung mit IBI 752 96 ms s 58 95 ms bis zur Baseline mit IBI 771 77 ms s 62 76 ms festgestellt werden vgl Abbildung 48 900 800 700 600 500 400 Mittlere IBI ms 300 200 100 Hohe Belastung Geringe Belastung Baseline Bedingung Abbildung 48 Mittlere IBI in ms der beiden Experimentalbedingungen hohe und geringe Belastung und der Baselinebedingung Da f r die EKG Daten Herzrate in IBI Intervallskalierung sowie Normalverteilung Kolmogorov Smirnoff Test nicht signifikant und Varianzhomogenit t Lavenes Test nicht 162 signifikant gegeben war wurde zur Signifikanztestung eine Messwiederholungs ANOVA mit geplanten Kontrasten f r die drei Bedingung
260. io 1 dargestellt werden Die Abbildung 54 stellt das Streudiagramm der Versuchsperson 24 im Szenario 1 dar Aus der Abbildung l sst sich ein hoher positiver korrelativer Zusammenhang erwarten Abbildung 55 stellt die zeitlichen 68 Ein zeitlicher Verlauf der mentalen Beanspruchung innerhalb der Szenarien wurde nur mit dem RSME erfasst nicht mit dem NASA TLX Daher ist auch nur der Vergleich zwischen RSME und Modell m glich 173 Verl ufe der subjektiven Bewertungen sowie der Modelldaten ebenfalls f r Versuchsperson 24 im Szenario 1 dar Es ist zu erkennen dass die Versuchsperson 24 gut durch das Modell abgebildet wird sowohl der allgemeine Trend der Kurven als auch T ler und Gipfel in den subjektiven Bewertungen 90 80 70 60 50 40 30 20 Modell 10 0 000 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 RSME Abbildung 54 Streudiagramm Modell RSME der Versuchsperson 24 im Szenario 1 90 00 80 00 BEE Oa p 5 E A AA wsl w EEE 300 1 A ap Z oo A ZNL N 00 Leg e E 10 00 CT 0 00 En 1 2 3 4 amp 6 7 8 9 10 11 2 3 2 45 t min Beanspruchungsh he RSME Modell Abbildung 55 Zeitliche Verl ufe der subjektiven Beanspruchungswerte blau sowie der Modellwerte rot der Versuchsperson 24 im Szenario 1 Es sieht allerdings so aus dass das Modell auf Belastungsunterschiede st rker zu reagieren scheint als die Versuchsperson Somit ist die Kurve der Versuchsperson etwas flac
261. ion Prinzipiell kann es sinnvoll sein nur bestimmte Funktionen die sehr detailliert abgebildet werden sollen an die kognitive Architektur auszulagern die restlichen Vorg nge aber im Petrinetz zu belassen Dar ber hinaus ist auch die Erstellung einer kognitiven Architektur auf der Basis farbiger Petrinetze denkbar wie sie bereits Werther 2006b in Ans tzen vorgestellt Mit der hier get tigte Modellierungs und Validierungsarbeit hinsichtlich einer hoch brisanten Fragestellung sollte ein Ansto gegeben werden den Bedarf an der weiteren Forschungsarbeit zu erkennen sich den weiteren Herausforderung zu stellen und sich dazu ermutigt f hlen sich der offenen Fragestellungen anzunehmen und L sungen durch die engagierte Zusammenarbeit von vielerlei Seiten in Angriff zu nehmen 206 LITERATURVERZEICHNIS Ackerman P L 1988 Determinants of individual differences during skill acquisition cognitive abilities and information processing Journal of Experimental Psychology General 117 3 288 318 Ackerman P L 1990 A correlational analysis of skill specifity learning abilities and individual differences Journal of Experimental Psychology Learning Memory and Cognition 16 5 883 901 Adams J A 1989 Human factors engineering New York Macmillan Alexander J R Alley V L Ammerman H L Fairhurst W S Hostetler C M Jones G W amp Rainey C L 1989 FAA Air Traffic Control Operations Concepts
262. ions In J M Hoc P C Cacciabue amp E Hollnagel Eds Expertise and Technology Cognition amp Human Computer Cooperation pp 43 54 Hillsdale New Jersey Lawrence Erlbaum Associates Ltd Card S K Moran T P amp Newell A 1983 The Psychology of Human Computer Interaction Hillsdale NJ Lawrence Erlbaum Associates Card S K Moran T P amp Newell A 1986 The Model Human Processor An Engineering Model of Human Performance In K R Boff L Kaufmann amp J P Thomas Eds Handbook of Perception and Human Performance Vol 2 Cognitive Processes and Performance pp 1 35 Casali J amp Wierwille W 1983 A comparison of rating scale secondary task physiological and primary task workload estimation techniques in simulated flight task emphazizing communications load Human Factors 25 623 642 Chase W G amp Simon H A 1973 Perception in chess Cognitive Psychology 4 55 81 Costa G 1993 Evaluation of workload in air traffic controllers Ergonomics 36 9 1111 1120 Courboulay M amp Kahn J 1996 ATHOS CDG Airport Tower Controller Task Analysis WP3 ATHOS SOF TEC W3 006 R1 TR 1005 EUROCONTROL Cowan N 1998 Visual and auditory working memory capacity Trends in Cognitive Sciences 2 3 77 78 Cowan N 1999 An Embedded processes Model of Working Memory In A Miyake amp P Shah Eds Models of Working Memory pp 62 101 Cambridge Cambridge University
263. ipler Ressourcen in das Modell eingeflossen Visuelle und auditive Aufmerksamkeitsressourcen sowie die motorische Handlungsausf hrung sind beispielsweise als vom Arbeitsged chtnis relativ unabh ngige Ressourcen modelliert Diese flie en zwar nicht direkt in die Quantifizierung mentaler Beanspruchung ein sorgen allerdings f r eine relativ serielle Aufnahme von Chunks in das Arbeitsged chtnis und Abarbeitung motorischer Aufgaben und ber cksichtigen die daf r ben tigte Zeit Diese Betrachtung gew hrleistet dass visuelle Aufmerksamkeit jeweils nur auf einer bestimmten Informationsquelle liegen kann bzw nur eine motorische Handlung gleichzeitig ausgef hrt werden kann 194 Wenig geklart ist dabei allerdings welche Rolle Begrenzungen des perzeptiven Apparates bei der subjektiven Bewertung mentaler Beanspruchung spielen und wie diese das empfinden mentaler Beanspruchung beeinflussen k nnen Es ist damit sehr schwierig zu bestimmen wie die einzelnen Phasen der Informationsverarbeitung zusammenwirken und das Empfinden mentaler Beanspruchung hervorbringen Hierbei ist weitere intensive Grundlagenforschung n tig um diese Fragen beantworten zu k nnen und eine M glichkeit zu finden auch die Prozesse der Informationsaufnahme in die Bestimmung eines Beanspruchungsindex mit aufzunehmen Insgesamt wird der Ansatz die mentale Beanspruchung in Abh ngigkeit des Verh ltnisses von maximal verf gbaren zu bereits verbrauchten Informationsverarbe
264. ir traffic controllers Psychosomatic Medicine 52 17 26 Heuer H 1996 Doppeltatigkeiten In O Neumann amp F Sanders Eds Aufmerksamkeit Enzyklop die der Psychologie BandC II 2 pp 163 218 G ttingen Hogrefe Hockey G R J 1997 Compensatory control in the regulation of human performance under stress and high workload A cognitive energetical framework Biological Psychology 45 73 93 Hockey R 1984 Varieties of attentional state The effect of environment In R Parasuraman amp D R Davies Eds Varieties of Attention1 pp 449 484 Orlando Academic Press Hollnagel E 1992 Coping Coupling and Control The Modelling of Muddling Through In 2nd Interdisciplinary Workshop on Mental Models Robinson College Cambridge UK Hollnagel E 1993a Human Reliability Analysis Context and Control London Academic Press Ltd Hollnagel E 1993b Requirements for dynamic modelling of man machine interaction Nuclear Engineering and Design 144 375 384 Hollnagel E 1998 Cognitive Reliabiliy and Error Analysis Method CREAM 1st ed Oxford Elsevier Science Ltd Hollnagel E 2009 The ETTO Principle Efficiency Thoroughness Trede Off Why things that go right sometimes go wrong Farnham Ashgate Hollnagel E 2012 The ETTO principle as ETTOing or Occam s Razor redux In D De Waard K Brookhuis F Dehais C Weikert S R ttger D Manzey P Terrier Eds Human Factors
265. itels 3 1 ergibt sich die Notwendigkeit eines alternativen Ansatzes zur klassischen kognitiven Modellierung Daher werden in Kapitel 3 2 zwei Forschungsans tze im Bereich Mensch Maschine Systeme der klassische mikrokognitive und der alternative makrokognitive vorgestellt Diese Unterscheidung wird auf die kognitive Modellierung und Simulation bertragen Kapitel 3 3 geht dann auf ausgew hlte bereits vorhandene Modellierungsans tze im Bereich Flugverkehrskontrolle und im Speziellen zu mentaler Beanspruchung ein In Kapitel 3 4 wird aus dem vorgestellten Forschungsstand zu Theorien mentaler Beanspruchung sowie zur Modellierung in der Flugverkehrskontrolle die Notwendigkeit der Entwicklung eines Modells mentaler Beanspruchung abgeleitet sowie diskutiert welchen Nutzen ein solches Modell erbringen kann Kapitel 3 5 fasst das Kapitel zusammen 3 1 MODELLIERUNG UND SIMULATION VON MENSCH MASCHINE SYSTEMEN Ein System kann im einfachsten Fall nach D rner 2000 als ein Geflecht von miteinander verkn pften Variablen 5 109 beschrieben werden Als Mensch Maschine Systeme bezeichnet man dabei spezielle Systeme bei denen das Zusammenwirken mindestens eines Menschen mit einem technischen System zur Aufrechterhaltung der Funktion notwendig ist z B Kraftfahrzeuge chemische Anlagen Flugzeuge Dzaack 2008 Nach Timpe und Kolrep 2002 bezeichnet der Begriff Mensch Maschine System eine zweckm ige Abstraktion des zielgerichteten Zusamm
266. itere Probleme Zuallererst besteht das Problem der Skalierung der abh ngigen Variablen Schunn amp Wallach 2005 Im vorliegenden Experiment kann das Skalenniveau des Messinstrumentes RSME Fragebogen nur als ordinal eingestuft werden In diesem Fall sind Mittelwerte quantitativer Abweichungen von der exakten Lage des Datenpunktes nicht aussagekr ftig da die Bedeutung einer bestimmten Abweichung ber die Skala hinweg variiert die Skala ist nicht quidistant Bereits der Vergleich zweier Versuchspersonen w rde starke Abweichungen ergeben die auch jeweils beim Vergleich mit dem Modell auftreten w rden Diese Abweichungen sind allerdings nicht auf die Modellg te zur ckzuf hren sondern h ngen mit der Subjektivit t der Messskala zusammen Zus tzlich besteht das Problem dass die mentale Beanspruchung ber eine relativ arbitr re Skala gemessen wird deren Messwerte sozusagen willk rlich festgelegt wurden Es ist u erst schwierig mit einem verbalen Anker zu beschreiben welche Bedeutung ein Wert von 50 auf 153 der RSME Skala besitzt Dar ber hinaus ware die absolute Position der Punkte in Bezug auf das Modell willk rlich da zwei verschiedene Skalen verwendet werden die RSME Skala von 0 bis 150 mit Ankerpunkten die Modellskala von 0 bis 10 f r die Chunks die im Arbeitsged chtnis prinzipiell vorhanden sein k nnen Durch eine Umformung der beiden Skalen in Prozentwerte kann zwar die Umwandlung in gleiche Einheiten err
267. itungsressourcen Anzahl Chunks im Arbeitsged chtnis zu modellieren als sehr vielversprechend angesehen Es konnte ein theoretisch fundierter und psychologisch plausibler Ansatz gefunden werden mentale Beanspruchung zu quantifizieren der so bisher nicht vorlag 7 2 BEITRAG ZUR VERFOLGUNG EINES MAKROKOGNITIVEN MODELLIERUNGSANSATZES UND VERBINDUNG MIT MIKROKOGNITIVEN ANS TZEN FORSCHUNGSZIEL 2 In der vorliegenden Arbeit wurde die Verbindung mikro und makrokognitiver Ans tze angestrebt um Nachteile beider auszugleichen und Vorteile nutzen zu k nnen Hierbei sind reine makrokognitive und rein mikrokognitive Ans tze sowie die Anwendung des Downscaling zur Einbettung mikrokognitiver Funktionen in ein makrokognitives Modell zu diskutieren Der in dieser Arbeit verfolgte makrokognitive Ansatz kann vor allem f r stark anwendungsbezogene Problemstellungen als angemessen angesehen werden Durch die anwendungsnahe Betrachtung des Mensch Maschine Systems Flugverkehrskontrolle k nnen mit Hilfe des Modells kologisch sehr valide Vorhersagen gemacht werden Die recht grobe Betrachtungsweise kognitiver Prozesse ist hierbei allerdings kritisch zu diskutieren Die makrokognitive Betrachtungsweise hat zum Ziel Modelle zu erstellen die dasselbe Verhalten zeigen und dieselbe Performanz erbringen wie es der Mensch tun w rde Dabei werden allerdings kognitive Prozesse nicht im Detail betrachtet was im Gegensatz zu kognitiven Architekturen steht Es gil
268. k rperliche Anforderungen durch ein Item erfasst ist der Zusammenhang sowohl mit dem NASA TLX g A als auch mit den Modelldaten geringer Es ist weiterhin zu erkennen dass der Trend der RSME Bewertungen eher mit dem des NASA RTLX bereinstimmt aber weniger mit dem NASA TLX g A Dies k nnte ein Hinweis darauf sein dass bei der Bewertung mittels RSME Skala nicht nur die mentale Beanspruchung durch die Versuchspersonen bewertet wird sondern hierbei auch andere Faktoren die die wahrgenommene mentale Beanspruchung beeinflussen z B Zeitdruck mit in die Bewertung einflie en da die Versuchspersonen nicht in der Lage sind dies in der Belastungssituation zu differenzieren Nach diesem Ergebnis w re von einer geringeren Diagnostizit t der RSME Skala f r mentale Beanspruchung auszugehen als urspr nglich angenommen Hiermit l sst sich auch der geringe Zusammenhang zwischen Modell und RSME ber die vier Szenarien erkl ren Die beschriebenen Zusammenh nge zwischen den einzelnen Messskalen konnten auch durch Korrelationen best tigt werden Somit konnte gezeigt werden dass das Modell diagnostisch f r mentale nicht aber andere Beanspruchungsarten wie beispielsweise motorische Beanspruchung ist was Ziel der Modellentwicklung war 6 3 8 BERPR FUNG DER MODELLG TE MITTELS EINZELFALLANALYSEN HYPOTHESE 9 Bei der berpr fung der Modellg te mittels Korrelationen der Einzelf lle ergab sich das eindeutige Bild dass ein positiver Zusammenhang
269. ke in eine Textdatei vgl Abbildung 41 1 1 0 Request COA1598 1 Taxi_to_RWY Flightstrip_printed Stand U 14 Both RWY R 19 Std 2 26 65 Request EGF3172 22 Taxi_to_RWY Flightstrip printed Stand B 14 Both RWY R 19 Std 3 99 0 Request EGF3189 99 Landing Flightstrip printed Sky R 19 Std Stand A 1 Both 4 132 2 Request EGF3172 22 Departure Flightstrip printed Holdingpoint L 19 Std RWY R 19 Std 5 177 0 Request AAH485 177 Landing Flightstrip printed Sky R 19 Std Stand A 3 Both 6 190 65 Request COA1598 1 Departure Flightstrip printed Holdingpoint L 19 Std RWY R 19 Std 7 256 0 Request AAH481 256 Landing Flightstrip_printed Sky R 19 Std Stand A 4 Both 8 305 0 Request DAL1778 305 Taxi_to_RWY Flightstrip_ printed Stand U 15 Both RWY R 19 Std a 335 0 Request SWA148 335 Landing Flightstrip printed Sky R 19 Std Stand A 2 Both 10 345 0 Request AWE3 343 Taxi_to_RWY Flightstrip_printed Stand B 10 Both RWY R 19 Std 11 411 8 Request sWA212 409 Landing Flightstrip_printed Sky R 19 Std Stand B 9 Both 12 435 55 Request AWE3 343 Departure Flightstrip_printed Holdingpoint L 19 Std RWY R 19 Std 13 509 0 Request DAL1778 305 Departure Flightstrip_printed Holdingpoint L 19 Std RWY R 19 Std 14 537 0 Request AWE652 537 Landing Flightstrip_printed Sky R 19 Std Stand B 12 Both 15 582 0 Request A
270. kein Effekt vorliegt Es bedeutet lediglich dass der Effekt so klein ist dass er durch Zufall zustande gekommen sein k nnte Field 2009 146 Auch hier gilt fiir die beiden als Nullhypothese formulierten Forschungshypothesen 4e und 4f das erh hte a Niveau von a 0 20 Fur die Erhebung der mentalen Beanspruchung mit Hilfe des NASA TLX wurde in Hypothese f nf analog verfahren wie oben und dieselben Hypothesen gepr ft Hypothese 5 Die subjektiven Bewertungen der mentalen Beanspruchung erhoben mit dem NASA TLX Sub Skala geistige Anstrengung sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem 5a d Die Bewertungen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander 5e f a Die subjektive Bewertung ist in Szenario 1 h her als in Szenario 2 b Die subjektive Bewertung ist in Szenario 1 h her als in Szenario 4 c Die subjektive Bewertung ist in Szenario 3 h her als in Szenario 2 d Die subjektive Bewertung ist in Szenario 3 h her als in Szenario 4 e Die subjektiven Bewertungen der Szenarien 1 und 3 unterscheiden sich nicht f Die subjektiven Bewertungen der Szenarien 2 und 4 unterscheiden sich nicht Auch hier gilt f r die beiden als Nullhypothese formulierten Forschungshypothesen 5e und 5f das erh hte a Niveau von a 0 20 Als weitere abh ngige Variable wurde als Leistungsma die Fehlerzahl erhoben welche in Hypothese sechs untersucht wird Es wird hie
271. konnte zwar gew hrleistet werden dass das Modell immer genau das Szenario abarbeitete was auch die Versuchsperson bearbeitet hatte die Aggregation eines mittleren Verlaufes sowohl der Versuchspersonen als auch der Modelldaten war dennoch nicht sinnvoll Allgemein wird erwartet dass bei standardisierten Szenarien die Versuchspersonen noch st rker in ihren Urteilen bereinstimmen sodass die Korrelation von Versuchspersonenratings und Modelldaten h her ausfallen Ferner lie e sich ber die Aggregation der zeitlichen Verl ufe ein mittlerer zeitlicher Verlauf erhalten Hierbei wird einerseits erwartet dass die Korrelation h her ausfallen wird da individuelle Unterschiede und Ausreifger nicht so sehr ins Gewicht fallen andererseits entsteht hierdurch die M glichkeit auch Abweichungsma e f r den zeitlichen Verlauf berechnen zu k nnen Nichtsdestotrotz ist durch diese relative Unvorhersehbarkeit der Verkehrssituation eine gr ere bereinstimmung mit der Realit t vorhanden da es in realen Kontrollsituationen auch zu Versp tungen oder Flugausf llen kommen kann Die unstandardisierten Szenarien f hrten weiterhin zur Entstehung unterschiedlich komplexer Situationen Durch ein ver ndertes Auftauchen von Flugzeugen k nnen bei einigen Versuchspersonen Konfliktsituationen entstehen die bei anderen Versuchspersonen nicht entstanden Diese Situationen k nnen zu h herem kognitiven Aufwand und damit zu ver nderten Bewertungen der Beanspru
272. kten Wickens 2002 Annahme 2 Auditive Stimuli werden hier als in nur einem Aspekt aufnehmbar modelliert welcher hier ebenfalls als verteilte Aufmerksamkeit bezeichnet wird einerseits da der H rsinn ein Fernsinn ist Andererseits kann davon ausgegangen werden dass der Lotse aufgrund der Wichtigkeit des Funkkanales permanent seine auditive Aufmerksamkeit willentlich auf den Funkkanal gerichtet hat vgl Broadbent 1954 1958 Treisman 1960 Annahme 3 Im Sub Modul devided wurden daher zwei Stimuli modelliert welche mit verteilter Aufmerksamkeit aufgenommen werden k nnen Diese sind 1 die Information dass ein Flugstreifen gedruckt wurde ber beide Kan le auditiv und visuell und 2 die Anfrage request eines Piloten ber den auditiven Kanal Die Information ber den Druck eines Flugstreifens ist hierbei eine sehr einfache Information welche vornehmlich dazu dient eine visuelle Aufmerksamkeitsverschiebung zu initiieren also die Hinwendung zu einem Objekt zu triggern weshalb sie mit verteilter Aufmerksamkeit wahrgenommen werden kann vgl Wickens 2002 Die Information dar ber dass ein Flugstreifen gedruckt wurde kann hierbei sowohl auditiv als auch visuell wahrgenommen werden sodass bei Belegung eines Kanals der jeweils andere die Information dennoch extrahieren kann Das Bemerken eines Flugstreifens der gedruckt wird stellt hierbei einen Bottom Up 2 Trigger zur Aufmerksamkeitsverschiebung dar Um den vollen Informationsgehalt d
273. kus setzt als es in der Kognitionswissenschaft oder der Psychologie der Fall ist Wie bereits im Abschnitt 3 2 beschrieben sind Modelle in den Ingenieurwissenschaften oft nur so genau wie n tig Engell 1992 Dies kann mit der makrokognitiven Sichtweise verglichen 8Der besseren Verst ndlichkeit wegen wurde die urspr ngliche Bezeichnung des f nften Schrittes Auswahl des numerischen Algorithmus durch die Bezeichnung Auswahl des Beschreibungsmittels ersetzt 50 werden In der Psychologie und den Kognitionswissenschaften zielt die Modellbildung eher auf eine m glichst gro e bereinstimmung zwischen Original und Modell ab J rgensohn 2002 was der mikrokognitiven Sichtweise entspricht Gleichzeitig l sst das Cacciabue Framework einen Schritt vermissen der vor allem in der psychologischen Modellbildung aber auch in den Ingenieurwissenschaften als essentiell anzusehen ist Die Validierung also der Vergleich von Modellverhalten mit experimentellen Daten Durch die blo e Erstellung einer kognitiven Simulation kann nicht per se davon ausgegangen werden dass diese auch etwas ber den Untersuchungsgegenstand aussagt Vielmehr ist es die Aufgabe des Modellierers ber die Validierung den Bezug zwischen dem Modell und dem realen Untersuchungsgegenstand herzustellen M hlenbrink 2011 vgl auch Bub amp Lugner 1992 In der Psychologie geschieht eine solche Validierung mit sehr ausgefeilten Methoden der statistis
274. l Daten Vergleiches k nnen verschiedene Problematiken identifiziert werden Es ist die Schwierigkeit mit Hilfe der Simulation standardisierte Szenarien zu generieren zu diskutieren wodurch die Komplexit t der Verkehrssituationen unterschiedlich ausfiel Auf die Beschaffenheit der subjektiven Skalen sind vor allem Probleme hinsichtlich der Berechnung von Abweichungsma en aber auch die Notwendigkeit der Anwendung nonparametrischer statistischer Verfahren zur ckzuf hren Ferner ist die Sensitivit t der Herzrate zu beurteilen Zur Erhebung von Daten mentaler Beanspruchung f r einen Modell Daten Vergleich wurde ein Simulationsexperiment im August 2013 durchgef hrt Das Ziel bestand vor allem darin zu berpr fen ob das Modell in der Lage ist die von Versuchspersonen in den Simulationsszenarien abgegebenen Bewertungen ihrer mentalen Beanspruchung zu replizieren F r die bertragbarkeit der Studie und damit des Modells auf die Realit t kann speziell die Verwendung einer Mid Fidelity Simulation und einer Laienstichprobe kritisch gesehen werden Zwar wurde gew hrleistet dass die Simulation m glichst realistisch war dennoch bestehen einige Unterschiede zu realen Arbeitssituationen Beispielsweise haben echte Lotsen neben der Kommunikation mit den Piloten zahlreiche Absprachen mit Kollegen Vorgesetzten und anderen Einrichtungen ber das Telefon zu erledigen die weder im Modellansatz noch im Experiment betrachtet wurden Ebenso war die Aufg
275. l Artikeln und der bereits genannten Analyse der FAA Alexander et al 1989 Ammerman Becker et al 1988 Letztere verwendete er allerdings nur als allgemeine Richtlinie Wie beschrieben wurde die TWR Position sowohl fiir dual als auch single runway operations untersucht Da in der vorliegenden Arbeit davon ausgegangen wird dass ein Lotse die Kontrolle des Flughafens vornimmt werden die bei Cox fiir single runway operation beschriebenen 22 TMA Terminal Manoeuvring Area auch Terminal Control Area TCA genannt Kontrolle des Luftverkehrs in einiger Umgebung um den Flughafen in dem Sink und Steigfliige vorgenommen werden 23 Dual Runway operation besteht an Flughafen mit zwei parallelen Pisten wobei eine Piste nur fiir Starts die andere nur fiir Landungen verwendet wird Single Runway operation besteht an Flughafen mit nur einer Piste wobei diese sowohl fiir Starts als auch Landungen verwendet wird 24 National Air Traffic Services Flugsicherungsorganisation Gro britanniens 62 Aufgaben verwendet F r die Position des Towerlotsen TWR werden sieben Hauptaufgaben beschrieben Cox 1994b Anhang J S 1 1 Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ank nfte und Abfl ge Forlulate plan to integrate arrivals and departures 2 F hrung der Abfl ge Conduct aircraft departures 3 F hrung der Ank nfte Conduct aircraft arrivals 4 Durchf hrung von Routineaufgaben perform routin
276. l Modul act angesiedelt siehe Abbildung 35 auf Seite 122 Zeitlich k nnen motorische Handlungen allerdings auch parallel zu den ablaufenden kognitiven Prozessen ausgef hrt werden 58 Die ausf hrende Hand und damit das entsprechende Feature ist immer dasselbe Aus diesem Grund darf das Feature nicht mitgez hlt werden 121 ehicle_list ict ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct stat vehlce_list wm gt 0 wm lt wm_capacity Activate Radio time gt a andalso time lt 960 0 a 60 0 50 0 ma ii p_a Questionnaire REAL man_action Fillin Manual_Capacity Manual_Location man_action Clearance orelse stat CI jeared_for Take op then man_action Handover Radio_activated Clearance_delivered if stat Flightstrip_printed Vehicle then empty Ident typ locLas leise 1 ident typ locLast rules wtc stime dest rules wtc stime dest aim intent clearAg aim intent clearAct stat 10 A if intent Taxi_On_Bilock andalso stat Taxi_Cleara oreise stat Cleared_for_Take_off then 1 ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct stat else empty ident typ locLast Ident typ locLast rules wtc stime dest rules wtc stime dest aim intent clearAct stat aim intent clearAct Add_FS_to_SB_ Send_Clearance or_handover if dear oret el
277. l Time Coloured Petri Nets RTCP nets Szpyrka 2006 2008 oder Continuous und Hybrid Petri Nets David amp Alla 2010 eine vielversprechende Alternative darstellen F r diese Methoden fehlt es allerdings noch weitestgehend an Computer Tools f r die Erstellung lauff higer Modelle die von ihrer St rke her mit dem f r Coloured Petri Nets zur Verf gung stehenden CPN Tools vergleichbar w ren Die grafische Darstellung und die damit verbundene Sichtbarmachung kognitiver Prozesse die alle Arten von Petrinetzen mit sich bringen birgt gro e Vorteile hinsichtlich der Transparenz von Modellen vgl Gore Hooey Foyle amp Scott Nash 2008 Ebenso ist die relativ intuitive Darstellung sehr hilfreich f r die Verst ndigung und den Austausch mit anderen Wissenschaftlern Das Forschungsziel der Erstellung eines basalen Modells der Lotsenbeanspruchung kann damit als erreicht angesehen werden 199 7 4 BEITRAG HINSICHTLICH DER VALIDIERUNG DES ERSTELLTEN MODELLANSATZES MITTELS STATISTISCHER METHODEN FORSCHUNGSZIEL 4 Neben der Erstellung des Modells war es ebenso wichtig einen Nachweis dartiber zu erbringen dass das Modell in der Lage ist ad quat die mentale Beanspruchung realer Versuchspersonen in realen Aufgabensituationen abzubilden Hierbei kann vor allem die Ubertragbarkeit der Studie durch die Verwendung einer Mid Fidelity Simulation mit Laien als Versuchspersonen sowie die Versuchsdurchftihrung diskutiert werden Hinsichtlich des Model
278. l als Sub Module umgesetzt Als zus tzliches Sub Modul wurde ein Arbeitsged chtnis Modul working memory abgebildet welches die Speicherung und den Abruf von Informationseinheiten beschreibt und eine begrenzte Kapazit t besitzt In Anlehnung an die Handlungsregulationstheorie nach Hacker 1986 wurden die Phasen Wahrnehmung perceive Abschnitt 5 4 2 und 5 4 3 Planung plan Abschnitt 5 4 4 und 5 4 5 Entscheidung decide Abschnitt 5 4 6 und 5 4 7 und Handlungsausf hrung act Abschnitt 5 4 8 und 5 4 9 als Sub Module realisiert vgl Abbildung 26 auf Seite 100 nach denen auch die einzelnen Unteraufgaben und kognitiven Prozesse im theoretischen Modell systematisiert worden sind Wie im theoretischen Modell beschrieben dient die Phase der Wahrnehmung der Aufnahme aller relevanten Informationen die Phase der Planung beschreibt die Einordnung der Fl ge in die Stripbay anhand ihrer Ankunfts bzw Abflugszeit In der Entscheidungsphase wird auf Grundlage der aufgenommen Informationen und der Planung festgelegt welchem Flugzeug als n chstes welche Freigabe erteilt wird Diese wird in der Phase der Handlungsausf hrung bermittelt Da die Phasen wie bereits beschrieben und aus der Aufgabenanalyse ersichtlich nicht streng sequentiell ablaufen sind Spr nge zwischen den einzelnen Phasen m glich So m ssen z B auch f r die Phase der Planung Handlungen ausgef hrt werden zur Entscheidung sind Informationen n tig die erst aktiv aufgen
279. lage einer vorgegebenen Wissensbasis Wenn Dann Beziehungen unterst tzen 3 1 2 REICHWEITE DER ARBEIT Im Kern dieser Arbeit steht die Anwendung der Modellbildung und Simulation zur Beschreibung mentaler Beanspruchung von Towerlotsen Es gilt vor allem Defizite des vorhandenen Methodenrepertoires zur Erfassung mentaler Beanspruchung zu beseitigen beispielsweise dass mit klassischen Methoden keine Vorhersagen ber die Beanspruchung gemacht werden k nnen und sie damit keine prospektive Beanspruchungssch tzung zulassen Die Modellierung ist in der Lage diese Anforderung zu erf llen vgl Kapitel 3 4 da durch Simulationen auch zuk nftige Situationen und Bedingungen adressiert werden k nnen Nicht zuletzt ist der Anspruch ebenso eine Verschmelzung von Methoden ingenieurwissenschaftlicher Anwendungsforschung und Methoden psychologischer und kognitionswissenschaftlicher Grundlagenforschung und damit der Interdisziplinaritat der Modellbildung in Mensch Maschine Systemen Rechnung zu tragen und von ihr zu profitieren So wurden die theoretischen Vorarbeiten des Modells unter der Verwendung ingenieurwissenschaftlicher Methoden Aufgabenanalysen und Feldbeobachtungen vgl Kapitel 4 3 44 mit Hilfe eines Beschreibungsmittels aus der Informatik der farbigen Petrinetze vgl Kapitel 4 6 auf der Grundlage kognitionswissenschaftlicher Theorien entwickelt und unter Verwendung psychologischer Methoden zur Versuchsplanung und auswertung auf Validit t ge
280. lastung und der Baseltnebedingeung ENEE 162 Abbildung 49 Mittlere Beanspruchungsh he jedes Szenarios in erfasst mit dem RSME 164 Abbildung 50 Mittleren Beanspruchungsh he jedes Szenarios in erfasst mit dem NASA TLX Dimension geistige Anstrengung NEEN 166 Abbildung 51 Mittlere Gesamtfehlerzahl pro Szenario EEN 168 Abbildung 52 Mittleren Beanspruchungsh he jedes Szenarios in des Modells 170 Abbildung 53 Mittlere Beanspruchungsh he des Modells Anzahl Chunks verglichen mit der mittleren Beanspruchungsh he des RSME des NASA TLX g A sowie des NASA RTLX jeweils Abbildung 55 Zeitliche Verl ufe der subjektiven Beanspruchungswerte blau sowie der Modellwerte rot der Versuchsperson 24 im Szenario leen 174 XIV TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1 Vergleich der vorgestellten Methoden zur Erfassung mentaler Beanspruchung und Bewertung der G tekriterien sehr gut sehr schlecht enee 29 Tabelle 2 Bewegungstypen die damit verbundene Anzahl der Features und die sich daraus ergebende Vorbereitungszeit f r die definierten Ziel TLocattons ENEE 121 Tabelle 3 bersicht ber die Szenarienbezeichnung und der mit ihnen einhergehenden Boe e E 140 Tabelle 4 Permutation der Szenarien f r die 24 Versuchspersonen EEN 140 Tabelle 5 bersicht der Hypothesen zur berpr fung der experimentellen 148 Tabelle 6 bersicht der Hypothesen zur berpr fung der Modellg te w scssssssss
281. lcher Stelle der Stripbay der Flugstreifen einzusortieren ist Annahme 9 stored_ FS_Info FS_Info fs_info ident id fs_info ident add_ flightstrip flightstriplist Planning Completed ti FS Info Abbildung 30 Das Planungsmodul im Petrinetz 5 4 5 DAS PLAN MODELL IM PETRINETZ Das Plan Sub Modul ist aufgrund dessen dass der Fokus der Arbeit auf anderen Aspekten der Lotsenarbeit liegt dementsprechend simpel gestaltet Es besteht aus sieben Platzen und drei Transitionen wobei nochmals zwei unterschiedliche Prozesse abgebildet sind Die Initiierung der Planung erfolgt wie beschrieben im Perceive Modell Hierdurch wird eine Marke des 109 Colorsets UNIT auf den Platz initiate planning abgelegt wodurch die Transition retrieve FS info aktiviert wird Diese bewirkt dass die Informationen des Flugstreifens aus dem Arbeitsgedachtnis abgerufen werden vgl auch Abschnitt 5 4 11 Da angenommen wird dass ein Chunk eines Lotsen alle wichtigen Informationen zu einem Flugzeug enthalt also alle die auf einem Flugstreifen sprich im colorset Vehicle enthalten sind werden auch alle Informationen im Petrinetz repr sentiert obwohl f r die in diesem Sub Modul abgebildete Aufgabe nur die geplante Ankunftszeit von Interesse w re Dies bringt ebenso den Vorteil einer einfacheren Umsetzung mit sich Die Kommunikation mit dem Interaktionsmodell gestaltet sich hierdurch sehr viel einfacher
282. le Versuchspersonen permutiert Tabelle 3 bersicht ber die Szenarienbezeichnung und der mit ihnen einhergehenden Belastung Hohes Verkehrs aufkommen Gruppe 1 Szenario 1 Gruppe 2 Szenario 3 Niedriges Verkehrs aufkommen Szenario 2 Szenario 4 Dabei ergaben sich 4 24 m gliche Anordnungen der Szenarien hintereinander Diese sind in Tabelle 4 dargestellt So erhielt Versuchsperson 14 beispielsweise zuerst das Szenario 3 hohes Verkehrsaufkommen dann 4 niedriges Verkehrsaufkommen anschlie end die Szenarien 1 hohes Verkehrsaufkommen und 2 niedriges Verkehrsaufkommen Tabelle 4 Permutation der Szenarien f r die 24 Versuchspersonen M glichkeit Reihenfolge der Verkehrsszenarien 1 1 2 3 4 2 1 2 4 3 3 1 3 2 4 4 1 3 4 2 5 1 4 2 3 6 1 4 3 2 7 2 3 4 1 8 2 3 1 4 9 2 4 3 1 10 2 4153 11 2 1 3 4 12 2 1 4 3 M glichkeit Reihenfolge der Verkehrsszenarien 13 3 4 2 1 14 3 4 1 2 15 3 2 1 4 16 3 2 4 1 17 3 1 2 4 18 3 1 4 2 19 4 3 2 1 20 4 3 1 2 21 4 2 3 1 22 4 2 1 3 23 4 1 2 3 24 4 1 3 2 Als abh ngige Variablen wurden f r die Erhebung der subjektiven mentalen Beanspruchung w hrend der Szenarien die modifizierte Rating Scale Mentel Effort RSMEmod Kosicki 2011 im Folgenden nur mit RSME bezeichnet siehe Anhang verwendet Hierbei waren die 140 Versuchspersonen aufgefordert jede Minute eine Einschatzung ihrer aktuellen mentalen Beanspruchung auf der RSME Skala abzugeben Zusatzli
283. lenbrink C 2013 Cognitive Simulation of Limited Working Memory Capacity Applied to an Air Traffic Control Task In R West amp T Stewart Eds Proceedings of the 12th International Conference on Cognitive Modeling pp 227 232 Ottawa Canada Carleton University Smieszek H amp Russwinkel N 2013 Micro cognition and macro cognition trying to bridge the gap In E Brandenburg L Doria A Gross T G nzler amp H Smieszek Eds Proceedings of the 10th Berlin Workshop on Human Machine Systems Foundations and Applications of Human Machine Interaction pp 335 341 Berlin Universitatsverlag der Technischen Universitat Berlin Smith R C 1980 Stress Anxiety and the Air Traffic Control Specialist Some Conclusions from a Decade of Research Oklahoma City Federal Aviation Administration Soede M Coeterier J F amp Stassen H G 1971 Time analyses of the tasks of approach controllers in ATC Ergonomics 14 5 591 601 Sperandio J C 1969 Les variations du partage des taches entre un operater et son assistant en fonction de la charge de travail du systeme Bulletin Du CERP 18 81 98 Sperandio J C 1978 The Regulation of Working Methods as a Function of Workload among Air Traffic Controllers Ergonomics 21 3 195 202 Staal M A 2004 Stress Cognition and Human Performance A Literature Review and Conceptual Framework Moffett Field CA National Aeronautics and Space Administration
284. lerdings bestimmte Faktoren ber cksichtigt werden m ssen ICA04444 2007 1 Flugzeugtypen und ihre relative Leistung 2 Routen denen nach dem Start gefolgt werden muss 3 jedes festgelegte minimale Abflugsinterval zwischen den Starts 4 die Notwendigkeit Wirbelschleppen Staffelungsminima einzuhalten 5 Flugzeuge denen Priorit t zugesprochen werden sollte Der Rollverkehrslotse kann in bereinstimmung mit den Begrenzungen der Slots ber die Abflugsequenz entscheiden und auf diese Weise Priorit ten zuweisen um den Towerlotsen mit einer eleganten Sequenz zu versorgen 4 5 EINORDNUNG IN UND ERSTELLUNG DES THEORETISCHEN MODELLS Die Erstellung eines theoretischen Modells erfolgt durch Systematisierung der in Kapitel 4 3 vorgestellten Aufgabenanalyse anhand der Phasen der Handlungsregulation die u a von Hacker 1986 formuliert wurden vgl Dorner amp Schaub 1995 Frese amp Zapf 1994 2 Zum besseren Verst ndnis der einzelnen Handlungen und Prozesse innerhalb der einzelnen Phasen wurden die in den Aufgabenanalysen beschriebenen Haupt und Unteraufgaben in einen prototypischen Arbeitsablauf der beiden Lotsenpositionen TWR und GND integriert Hierbei wurde vor allem die Aufgabenanalyse von Cox 1994a 1994b verwendet da diese den n tigen Detailgrad der hierarchischen Dekomposition aufweist vgl Kapitel 4 3 7 Die Handlungsregulationstheorie nach Hacker 1986 stellt die ausf hrlichste Theorie kognitiver Handlungsreg
285. lich sind z B das Entnehmen von Flugstreifen aus dem Drucker Motorische Aktionen sind vorwiegend im Anschluss an die Entscheidung notwendig Durch das Ablegen einer Marke auf dem Platz clearance werden dabei nacheinander diejenigen Prozesse aktiviert welche motorische Handlungen erfordern Diese sind das Aktivieren des Funkger tes zur bermittlung der Freigabe Transition activate Radio die Markierung des Flugstreifens Transition mark Flightstrip und das Ablegen des Flugstreifens in der Stripbay bzw die bergabe zur n chsten Kontrollposition Transition Add FS to SB or handover Zus tzlich ist f r die pr zise Abbildung der Bedingungen des Validierungsexperimentes ein weiterer Trigger implementiert welcher das Ausf llen des Fragebogens modelliert Hierbei wird durch den Platz peep simuliert den Piepton der die Versuchspersonen aufforderte den Fragebogen auszuf llen alle 60 Modellzeitschritte also alle 60 Sekunden die Transition Fill in Questionaire aktiviert welche eine Anfrage f r die entsprechende Bewegung an das manuelle Modul stellt Beim Schalten der genannten Transitionen werden auf dem Platz Manual_Action jeweils die zugeh rigen Anfragen an das motorische Modul siehe Abbildung 36 abgelegt bevor sie wie weiter unten erl utert von diesem verarbeitet werden Wird zurzeit keine motorische Operation ausgef hrt liegt auf dem Platz Hand_Free eine Marke des Colorset UNIT welche anzeigt dass da
286. lisch technischer Prozesse des Flughafens andererseits mit der Erstellung konzeptueller Modelle menschlicher Zuverl ssigkeit und der Widerstandsf higkeit komplexer soziotechnischer Systeme sowie mit der Erstellung formaler Modelle der Flugverkehrskontrolle Hierbei werden kognitive Komponenten oder Prozesse nicht explizit ber cksichtigt Die Arbeitsgruppe um M hlenbrink besch ftigt sich vor allem mit der Untersuchung heuristischer Entscheidungsfindung mit Hilfe formaler Modelle der Flugverkehrskontrolle Hierbei ist der Anspruch ein ganzheitlicher allerdings weniger in Bezug 6 Motivst rke ist als Abweichung zwischen Ist und Sollzustand beschrieben Aktivierungsrate repr sentiert die Energie die das Kognitive System in die Erledigung von Auftr gen investiert und ist mit Arousal vergleichbar Kompetenz repr sentiert die vorhandenen kognitiven Fertigkeiten Barriereh he repr sentiert das allgemeine Vertrauen in den Erfolg der aktuell auszuf hrenden Aufgaben vgl Werther 2006b S 61f 42 auf kognitive Prozesse als auf die Effizienz der Abarbeitung des Flugverkehres durch den Lotsen unter Beriicksichtigung bestimmter Entscheidungshierarchien fokussiert Lediglich Werther 2006b versucht die Erstellung einer kognitiven Architektur auf der Basis farbiger Petrinetze wobei anzumerken ist dass mit Hilfe einer Anpassung der vier Modulationsparameter Motivst rke Aktivierungsrate Kompetenz und Barriereh he des FCR Modells prinzipiell
287. llwegsabschnitt zu berqueren zu durchfahren3 5 3 DAS INTERAKTIONSMODELL 5 3 1 THEORETISCHE ERL UTERUNG Das Interaktionsmodell dient dem Austausch von Informationen zwischen dem Lotsen und dem Flughafen Hierbei wurden die aus der Feldstudie der Arbeitsumgebung wichtigsten Informationsquellen modelliert Die Au ensicht bei schlechter Sicht auch Radar die neu erhaltenen Flugstreifen sowie der Funkkanal Eine Interaktion kann hierbei von beiden Seiten initiiert werden Der Prozess kann dem Lotsen Informationen zur Verf gung stellen wie auch der Lotse dem Prozess Informationen geben kann Hierbei kann der Lotse vom Prozess Informationen geliefert bekommen Information Push e g Cybenko amp Brewington 1999 kann aber auch aktiv Informationen anfordern Information Pull Der Informationsfluss vom Prozess zum Lotsen Push erfolgt einerseits durch das Drucken neuer Flugstreifen und andererseits 38 In der Version 1 9 wurde die Zeit anhand der zul ssigen Rollwegsgeschwindigkeit von 20 Knoten auf geraden und 10 Knoten auf Kurvenabschnitten Ferdinand Behrendt pers nliches Gespr ch am 27 03 2013 und einer durchschnittlichen L nge der Rollwegsabschnitte von 100 m approximiert 39 Das Radar wurde in der vorliegenden Modellversion lediglich als Ersatz der Au ensicht bei schlechter Sicht eingef gt Es werden bei beiden redundante Informationen zur Verf gung gestellt 95 durch das Stellen von Requests ber den Funkkanal B
288. loc_status loc loc 1 location_check loc 2 location_check ident 2 location_check2 ident Abbildung 38 Das WM_Storage Modul im Petrinetz 128 Der Platz visual buffer kann einerseits Informationen von den Flugstreifen andererseits Informationen aus der Au ensicht enthalten Informationen von Flugstreifen sind sehr komplex sie enthalten im Modell die Informationen zu einem Flugzeug e Rufzeichen e Flugzeugtyp z B A319 e letzte Position e nach welchen Regeln das Flugzeug unterwegs ist IFR oder VFR e wie die Wirbelschleppenkategorie des Flugzeuges ist wtc e die geplante Ankunfts bzw Abflugszeit e Zielposition e Ziel z B Arrival oder Departure e Intention z B Taxi_to_RWY oder Taxi_on_Block e bisherige vorliegende Freigabe e letzter Status z B cleared_to_land Die bernahme der kompletten Colorsets als Chunks beruht dabei auf der Annahme dass Lotsen alle Informationen ber ein Flugzeug in einem Chunk abspeichern Annahme 23 In der Realit t ist allerdings davon auszugehen dass der Lotse nur diejenigen Informationen eines Chunks verwendet die er tats chlich f r die Bearbeitung seiner Aufgabe ben tigt z B nur die geplante Ankunftszeit bei sortieren der Flugstreifen oder nur das Rufzeichen sowie die Intention die letzte Position und die beabsichtigte Zielposition bei Landungen Diese Vorgehensweise hat zus tzlich auch praktische Gr nde Bei Ver nderung der Colorsets z B Verring
289. lso ca 3 Items x 10 Flugzeuge die qualifizierten Lotsen 23 Items und die Trainees noch 20 Items erinnern konnten Durch ihre Erfahrung sind Lotsen verst rkt in der Lage aus den einzelnen Informationseinheiten der Flugzeuge z B Rufzeichen Ankunfts Abflugzeit Flugzeugtyp Chunks zu bilden die repr sentativ f r ein Flugzeug stehen Vingelis et al 1990 Aus diesen Ergebnissen ist ebenfalls zu vermuten dass der Expertisegrad nicht nur die Fahigkeit Chunks zu bilden verbessert sondern auch eine allgemeine Kapazitatserweiterung nach sich zieht So kann angenommen werden dass erfahrenere Lotsen einerseits mehr Informationen in einem Chunk zusammenfassen andererseits aber auch mehr Chunks insgesamt abspeichern k nnen Hierbei ist f r Experten eine mittlere Anzahl von zehn Chunks maximal im Arbeitsged chtnis speicherbar vgl Bainbridge 1975 Bisseret 1970 1971 Sperandio 1969 Studien mit en route Lotsen zeigten dass Chunks aus Informationen ber Flugzeuge aufgebaut sind f r die ein Kollisionspotential besteht Redding amp Seamster 1994 Nach Wickens 1999 behandeln Lotsen Flugzeuge als einzelne Einheiten Wenn allerdings die Anzahl der Flugzeuge steigt werden Gruppen von Flugzeugen als Einheit behandelt hnlich wie beim obigen Schachbeispiel Ob auch Towerlotsen solche Strategien anwenden gilt es zu untersuchen F r die vorliegende Arbeit wird angenommen dass Informationen ber ein Flugzeug als ein Chunk abgelegt wird
290. lten die Aufgabe des Lotsen in diverse Unteraufgaben Hierbei werden genauere Informationen auch nur f r den en route Bereich gegeben obwohl Cox 1994a sehr detailliert auf Towerlotsen eingeht Den gleichen Fokus setzt die integrierte Aufgabenanalyse von Dittmann Kallus und Van Damme 2000 die lediglich einen Vergleich zwischen der en route und der Towerposition anstellt Eine Zusammenfassung verschiedener Aufgabenanalysen die sich vor allem auf den Bereich Towerlotsen fokussiert wurde im Jahr 2006 durch die EUROCONTROL durchgef hrt Tavanti 2006a Dieses Dokument fasst vier gro e Aufgabenanalyse Studien drei von der EUROCONTROL selbst eine von der FAA 6 zusammen Zum einen wird wiederum die Integrierte Studie von Kallus Van Damme und Dittmann 1999 beschrieben die allerdings aus der hier vorgestellten Betrachtung ausgeschlossen werden muss da sie auf die en route Position fokussiert Zum anderen werden zwei hierarchische Aufgabenanalysen der EUROCONTROL beschrieben welche als Grundlage f r das Design neuer Systeme dienen und speziell auf die 15 EUROCONTROL European Organisation for the Safety of Air Navigation Internationale Organisation zur Koordination in der Luftverkehrskontrolle in Europa 16 FAA Federal Aviation Administration Bundesluftfahrbeh rde der USA 57 Aufgaben von Towerlotsen eingehen eine aus dem MANTEA Projekt Paul Zografos amp Hesselink 2000 Rossi et al 1996 die andere aus dem ATHO
291. ltungsmerkmale wie zum Beispiel dem Hinzuf gen eines verbalen Endankers oder der Ver nderung der numerischen Anker dahingehend dass sie als Prozentangaben interpretiert werden k nnen Kosicki 2011 Die modifizierte Skala ist au erdem l nger und enth lt zehn statt sieben verbale Anker Es wurde allgemein erreicht dass die Daten der modifizierten Skala gegen ber der originalen eine kleinere Fehler Varianz aufweisen Die Versuchspersonen stimmen st rker in ihren Urteilen berein was im Sinne der Erh hung der Messgenauigkeit ist Prof Dr Hartmut Wandke pers nliche Kommunikation am 26 06 2013 Durch das Hinzuf gen eines oberen Ankers und durch die farbliche Markierung wurde anscheinend der subjektive Interpretationsspielraum eingeschr nkt Prof Dr Hartmut Wandke pers nliche Kommunikation am 26 06 2013 Kosicki 2011 Ein Vergleich dieser RSMEmod Skala mit anderen etablierten Messinstrumenten wie dem NASA TLX Hart amp Staveland 1986 und der originalen SEA Skala istin Kosicki 2011 zu finden Als multidimensionales Ma wird vor allem der NASA TLX NASA Task Load Index Hart amp Staveland 1986 sehr h ufig verwendet Hierbei werden Bewertungen auf verschiedenen Sub Skalen vorgenommen womit z B geistige Anstrengung und physische Anstrengung unterschiedlich erfasst werden k nnen Anschlie end k nnen diese Bewertungen zusammengefasst werden um ein Gesamturteil zu erhalten Die Bestimmung dieses Gesamturteils erfordert
292. m glichst realistisch z B durch ganzheitliche makrokognitive Modelle abzubilden um m glichst extern valide Vorhersagen zu erhalten Gleichzeitig sind die mikrokognitiven Ph nomene von Interesse hier die mentale Beanspruchung genauer nachzubilden und zu untersuchen um Vorhersagen treffen zu k nnen Konkret bedeutet dies dass ein Modell der Flugverkehrskontrolle an Flugh fen welches in dieser Arbeit entwickelt werden soll sowohl den Fluglotsen als auch dessen zu kontrollierendes System also den Flughafen sowie deren Interaktionen nachbilden muss Dabei m ssen nicht nur die inneren mentalen Prozesse des Fluglotsen beschrieben werden sondern es muss auch bekannt sein welche Beschr nkungen und Regulierungen das Flugverkehrskontrollsystem selbst mit sich bringt Das bedeutet sowohl die Aufgaben des Lotsen die Beschr nkungen durch Regularien die Funktionsweise eines Flughafens der verwendeten technischen Systeme als auch der kognitiven Prozesse selbst m ssen bekannt sein und in den Modellbildungsprozess mit einflie en Es kann hierbei einerseits auf Methoden zur ckgegriffen werden die als makrokognitiv bezeichnet werden k nnen z B Feldbeobachtungen Aufgabenanalysen Analyse von Regularien Expertenbefragungen und interviews Andererseits m ssen auch Erkenntnisse die in experimentellen Settings ber die Funktion kognitive Prozesse des Menschen gewonnen wurden mit einbezogen werden z B Informationsverarbeitungskapazit
293. m bei Regionalflughafen auch durch einen Lotsen erfolgen vgl Kapitel 4 3 6 Als Simulationsflughafen wurde daher der in der Software enthaltene Flughafen Santa Ana Kalifornien USA ICAO Code KSNA verwendet da dieser nur eine Start Landebahn und einen Hauptrollweg von und zu den Parkpositionen besitzt 6 1 3 VERSUCHSDESIGN Das Forschungsziel der Studie lag darin herauszufinden ob es mit dem entwickelten Modell m glich ist die erlebte Beanspruchung der Versuchspersonen w hrend verschiedener Verkehrsszenarien zu replizieren Die Versuchspersonen hatten hierbei die Aufgabe den Verkehr also Landungen und Starts sowie das Rollen von Flugzeugen zur Startbahn und zur Parkposition an einem kleinen Flughafen zu koordinieren n heres dazu in Kapitel 6 1 5 Da die Belastung f r die Versuchspersonen sonst zu hoch geworden w re wurde au erdem entschieden die als Nebenaufgabe anzusehende Verkehrsplanung Annahme der Flugstreifen aus dem Flugstreifendrucker sowie Einsortierung in die Stripbay mittels der Flugstreifen 138 nicht umzusetzen Sie hatten allerdings die zus tzliche Aufgabe jede Minute den RSME Fragebogen auszuf llen Die Flugstreifen wurden daher bereits vor dem Szenario in der Stripbay vorsortiert sodass das Notizen machen auf den Flugstreifen und ihr Nutzen als Gedankenst tze dabei f r die Versuchspersonen erhalten blieb Hinsichtlich der Versuchsdurchf hrung ist anzumerken dass es bei zwei Versuchsperson
294. mentaler Beanspruchung unterschieden werden physiologische subjektive und leistungsbasierte Ma e vgl Brookhuis amp DeWaard 2001 DeWaard 1996 Miller 2001 O Donnell amp Eggemeier 1986 Diese Methoden werden vor allem in experimentellen Umgebungen eingesetzt um die mentale Beanspruchung von Operateuren zu erfassen Dar ber hinaus werden sie auch verwendet um in realen Umgebungen den Zustand des Operateurs in Mensch Maschine Systemen zu erfassen zum Beispiel beim Autofahren zur Erfassung von M digkeit oder mentaler Beanspruchung vgl DeWaard 1996 In der Flugverkehrskontrolle werden vor allem physiologische Indikatoren als Indizes mentaler Beanspruchung verwendet z B Brookings Wilson amp Swain 1996 Metalis 1991 Vogt Hagemann amp Kastner 2006 22 Dar ber hinaus wird wie bereits beschrieben durch modellgetriebene Ans tze und mathematische Indizes versucht R ckschl sse auf die mentale Beanspruchung aus objektiv messbaren Variablen zu erhalten z B Athenes et al 2002 Lee et al 2007 Pawlak et al 1996 Schmidt 1976 Thonrnhill 1995 Bei der Auswahl von Erhebungsmethoden mentaler Beanspruchung sollte zun chst auf die Einhaltung verschiedener G tekriterien geachtet werden Als wichtigste sind hier Sensitivit t und Diagnostizitat zu nennen Es k nnen aber auch Interferenzfreiheit Breite des Anwendungsbereiches die Gr e der Messintervalle sowie der ben tigte Aufwand zur Datenerhebung verarbeitun
295. merkennungssoftware unterst tzen was sich im vorliegenden Fall allerdings als technisch nicht m glich herausstellte Ein gro er Vorteil des Tower Simulator besteht darin dass der Aufwand eine Multiplayerumgebung aufzubauen entf llt die beispielsweise bei Microsoft Flight Simulator n tig ist Zus tzlich ist die Erstellung individueller Flugpl ne sehr leicht durch die Anpassung der vorgegebenen Default Flugpl ne der jeweiligen Flugh fen zu gew hrleisten 61 Als High Fidelity Simulation wird eine Simulation angesehen die es erm glicht die Aufgaben und Arbeitsumgebung von Operateuren hochgradig realistisch dazustellen im Gegensatz zu einer Mid Fidelity Simulation bei der einige Vereinfachungen gemacht werden m ssen 136 Als problematisch stellte sich allerdings eine Eigenschaft des Tower Simulator heraus Trotz der einfachen Erstellung von Flugplanen und der darin enthaltenen Angabe zum Zeitpunkt des Erscheinens der Flugzeuge Setzen der erwarteten Ankunftszeit konnten mit der Simulation keine standardisierten Szenarien erstellt werden Zwar konnte in jedem Szenario f r jedes Flugzeug eine erwartete Ankunftszeit angegeben werden und somit ein einheitlicher Flugplan f r alle Versuchspersonen zugrunde gelegt werden Dieser galt f r die Software allerdings nur als Richtwert sodass das tats chliche Auftauchen eines Flugzeuges bei laufender Simulation zuf llig um diesen angegebenen Zeitpunkt variierte ca 2 Minuten um den
296. mit einigen Flugstreifen Im Anschluss startete der eigentliche Versuch Hierbei hatten alle Versuchspersonen alle vier 15 min tigen Verkehrsszenarien zu bearbeiten Vor jedem Szenario wurde au erdem eine 5 min tige Baselinemessung des EKG durchgef hrt Der gesamte Versuch dauerte zwei Stunden Innerhalb der Szenarien erhielten die Versuchspersonen jeweils Anfragen von Flugzeugen vom 158 Versuchsleiter auf die sie die richtigen Freigaben erteilen mussten um den fliissigen und sicheren Verkehr am Flughafen zu gew hrleisten Dabei wurden die Versuchspersonen ausdr cklich instruiert dass die Abfertigung von Landeanfragen sowie das Abrollen von der Piste mit Priorit t zu behandeln ist und dass es daher m glich ist Flugzeuge an der Parkposition oder am Haltepunkt der Start Landebahn warten zu lassen Nichtsdestotrotz sollten die Versuchspersonen die wartenden Flugzeuge fl ssig abwickeln falls die Verkehrssituation es zul sst Im Hinblick auf eine sichere Abwicklung der Fl ge wurde definiert dass sich zu keiner Zeit zwei Flugzeug auf der Start Landebahn aufhalten d rfen dass aber durchaus zwei Freigaben f r diese vorliegen k nnen sofern das eine Flugzeug die Piste verlassen hat bevor das andere auf diese aufsetzt oder aufrollt F r den Bodenverkehr galt ebenso dass die Rollfreigaben so erteilt werden sollten dass es nicht zu Kollisionen kommt Nachdem alle vier Szenarien bearbeitet waren wurden die EKG Elektroden entfernt
297. mmer wieder genutzt werden um Prognosen hinsichtlich zuk nftiger Beanspruchung von Lotsen zu machen um beispielsweise eine bessere Verkehrsplanung zu erm glichen Ferner kann ein solches Modell verwendet werden um neuartige Unterst tzungssysteme hinsichtlich ihres Nutzens berpr fen zu k nnen ohne dass Geld in die Entwicklung von Prototypen und aufw ndige Feldstudien und Messungen investiert werden muss Ein fortw hrender Einsatz dieses Modells kann daher aufw ndige Messungen im Feld und die damit verbundenen Beeintr chtigungen der Lotsen berfl ssig machen sowie die Entwicklung einschl giger Unterst tzungssysteme vorantreiben wobei Zeit und Geld gespart werden kann Es ist daher sinnvoll und notwendig ein lauff higes Modell mentaler Beanspruchung von Towerlotsen zu erstellen um Einsch tzungen dar ber zu erhalten wie ein Lotse w hrend eines bestimmten Verkehrsszenarios belastet ist bzw sein wird Zur Validierung des Modells kann eine Kombination der vorgestellten Ma e mentaler Beanspruchung in einer simulierten Umgebung verwendet werden Eine solche Validierung hat daher auch in einer etwas abstrakteren Umgebung stattzufinden mikrokognitiv um eine Beeintr chtigung von Lotsen am Arbeitsplatz zu vermeiden und die Folgen von Fehlhandlungen gering zu halten Bei der Verwendung eines simulierten Arbeitsplatzes sollte allerdings dennoch 45 auf eine hinreichend gro e Korrespondenz mit einer realen Arbeitsumgebung geachte
298. mp S ffker D 2008 Cooperative Arrival Management in Air Traffic Control A Coloured Petri Net Model of Sequence Planning In K M van Hee amp R Valk Eds Petri Nets pp 348 367 Berlin Heidelberg Springer Ohme A amp Schulz Riickert D 2010 Distant Air Traffic Control for Regional Airports In F Vanderhaegen Ed 11th IFAC IFIP IFORS IEA Symposium on Analysis Design and Evaluation of Human Machine Systems pp 141 145 Universit de Valenciennes et du Hainaut Cambr sis France Paul S Zografos K amp Hesselink H 2000 MANTEA Final report MANTEA ISR DOC D83 137 R1 TR 1036 Pawlak W S Brinton C R Crouch K amp Lancaster K M 1996 A Framework for the Evaluation of Air Traffic Control Complexity In Proceedings of the AIAA Guidance Navigation and Control Conference San Diego Peterken C Brown B amp Bowman K 1991 Predicting the future position of a moving target Perception 20 5 16 Petri C A 1962 Kommunikation mit Automaten Bonn Institut fiir Instrumentelle Mathematik Schriften des IIM Nr 2 221 Pinska E 2006 An investigation of the head up time at tower and ground control positions In 5th Eurocontrol Innovative Research Workshop pp 81 86 Pinska E 2008 Analysis of Visual Attention in Augmented Reality Environments for Airport Tower Control Doctoral Dissertation Ecole Pratique des Hautes Etudes Pinska E amp Bourgois M 2005
299. n Daten w rden somit nicht nur die reine mentale Beanspruchung wiedergeben sondern eher einen Gesamteindruck der Beanspruchung sodass der Zusammenhang mit dem Modell welches ausschlie lich mentale Beanspruchung widerspiegelt geringer ist als wenn das Ma diagnostisch f r mentale Beanspruchung ist Ebenso bestand die Schwierigkeit dass beide Messskalen also die des RSME und des Modells relativ abstrakt und willk rlich festgelegt sind Eine 1 1 Umsetzung der Modellskala zur Erfassung der mentalen Beanspruchung der Versuchspersonen w re sinnvoll Dabei k nnte einerseits das Instantanious Self Assessment ISA Tattersall amp Foord 1996 als Vorbild dienen z B auch durch eine Erweiterung der ISA Skala von 5 auf 10 Punkte Ebenso k nnte die Sub Skala geistige Beanspruchung des NASA TLX als Erfassungsskala w hrend der Szenarien verwendet werden die NASA TLX Skala ist zehnstufig Hierf r spricht u a dass gute Korrelationen ber die Szenarien hinweg erzielt wurden Auch kann eine h here Diagnostizit t f r mentale Beanspruchung angenommen werden dies allerdings nur unter der Voraussetzung dass auch die anderen Sub Skalen ausgef llt werden Trotzdem besteht bei nahezu allen subjektiven Verfahren das Problem der nicht gegebenen quidistanz der Skala Die Anwendung des ISA oder der Durchf hrung der subjektiven Bewertungen am Rechner k nnte zus tzlich das Problem der fehlenden Ratings l sen vgl S 175 Mit diesem vorg
300. n hinzugef gt wird Annahme 7 Dieser in Felduntersuchungen ermittelte Wert entspricht der mittleren Zeit die ein Lotse f r den Blick aus dem Fenster ben tigt Pinska 2008 Die visuelle Aufmerksamkeit ist damit f r 7 2 Sekunden f r den Prozess des aus dem Fenster Schauens gebunden Durch das Erscheinen einer Marke auf dem Platz look_outside wird auf dem Platz Attention on EV im Interaction Modell eine Marke abgelegt so dass der Prozess des Informationsabrufes aus dem Flughafenmodell wie er in Kapitel 5 3 2 beschrieben ist erfolgen kann Sind diese Prozesse ausgef hrt werden je nach Zustand der berpr ften Location eine 47 In Version 1 8 ist vor der Aufmerksamkeitsverschiebung zun chst durch vorgeschaltete motorische Aktionen der Flugstreifen aus dem Drucker zu entnehmen und in die Leseposition zu f hren 107 Marke auf dem Platz Far View und Vehicle on Loc generiert Bei freier Location wird dabei eine Marke auf dem Platz Far View generiert welche unter anderem den Status free der Location beinhaltet Bei belegter Location wird eine Marke auf dem Platz Far View generiert welche den Status occupied enth lt Zus tzlich wird auf dem Platz Vehicle on Loc eine Marke generiert welche die Information enth lt welches Luftfahrzeug die Location gerade besetzt Die so erhaltenen Informationen werden im Anschluss durch das Feuern der Transitionen get _loc_status bzw Get Vehicle on Loc in den Visual_Buffer
301. n tigen Routinen zur Verf gung um Datentypen zu definieren Datenmanipulation zu beschreiben und kompakte parametrisierbare Modelle zu erstellen Jensen amp Kristensen 2009 Hierdurch wird es erm glicht dass eine Marke beispielsweise ein Flugzeug mit Typ Rufzeichen Ziel usw repr sentieren kann Manske Smieszek Hasselberg amp M hlenbrink 2013 Die Abbildung 14 stellt ein einfaches farbiges Petrinetz dar welches den Landeanflug eines Flugzeuges beschreibt Hierbei sind die Pl tze Final und Landed jeweils als Zust nde des Flugzeuges vor im Landeanflug Final bzw nach gelandet Landed der Landung anzusehen 28 Die Farbe einer Marke beschreibt ihren Dateninhalt und steht in keinerlei Zusammenhang zur farblichen Gestaltung von Netzen in CPN Tools 78 Die Transition Landing beschreibt den Prozess des Landens selbst Das betreffende Flugzeug ist als Marke modelliert die in der Abbildung 14 als gr ner Punkt dargestellt ist Es ist zu erkennen dass Marken nicht mehr nur als schwarze Punkte dargestellt werden sondern einerseits durch die Ziffer 1 dargestellt wird wie viele gleichartige Marken vorhanden sind und andererseits welchen Dateninhalt die jeweilige Marke besitzt im Fall des Flugzeuges das Rufzeichen BER123 Ein Colorset ist vergleichbar mit den Variablen einer normalen Programmiersprache 1 BER123 AC AC Abbildung 14 Beispiel f r ein einfaches farbiges Petrin
302. n Bearbeitung zweier Aufgaben Manzey 1998 Hierbei werden Leistungseinbu en bei solchen Doppelt tigkeiten dadurch erkl rt dass das menschliche Informationsverarbeitungssystem kapazit tsbegrenzt ist Die vorhandene Kapazit t reicht bei der Bearbeitung zweier Aufgaben nicht aus um beide Aufgaben ohne Leistungseinbu en zu bearbeiten Kramar amp Spinks 1991 Manzey 1988 Wickens 1984 1991 Der Kapazit tsbedarf einer Aufgabe bestimmt dabei das Ausma der mentalen Beanspruchung Manzey 1998 Je h her dabei der Kapazit tsbedarf desto geringer ist die jeweilige Restkapazit t die noch f r weitere Aufgaben zur Verf gung steht Manzey 1998 Ribback 2003 Dabei unterscheiden sich die Modellannahmen darin welche Art der Kapazit tsbegrenzung beschrieben wird So geht beispielsweise Kahnemann 1973 von einer einzelnen undifferenzierten Kapazit t aus von der Ressourcen f r die Aufgabenbearbeitung in begrenztem Umfang zur Verf gung gestellt werden k nnen Nach Wickens 1992 definiert sich die Kapazit t als die maximale Verarbeitungskapazit t w hrend Ressourcen den mentalen Aufwand beschreiben der f r die Verarbeitungseffizienz zur Verf gung gestellt wird De Waard 1996 Bei Kahnemann 1973 sind alle Verarbeitungsaufgaben an diese eine Kapazit t gekn pft Ribback 2003 Sie ist abh ngig von dem Ressourcenbedarf d h der Schwierigkeit der Aufgabe der berdauernden Dispositionen z B nicht willk rlich beeinflussbarer
303. n Haltepunkt nahe der Start Landebahn erreicht hat Anschlie end wird das Flugzeug an den Towerlotsen bergeben Tavanti 2006b Der Rollverkehrslotse berwacht und leitet alle Bewegungen am Boden Er bermittelt dem Piloten die Rollrouten und achtet dabei darauf dass Kollisionen mit anderen Flugzeugen oder Objekten vermieden und das Risiko dass Flugzeuge auf eine aktive Start Landebahn aufrollen minimiert werden Der Rollverkehrslotse weist sowohl ankommenden als auch abfliegenden Fl gen Priorit ten zur Rollwegsnutzung zu Die Position von Flugzeugen auf der Manoeuvring Area kann der Rollverkehrslotse durch direkte Beobachtung ber die Au ensicht das Bodenradar oder durch Funkkommunikation bestimmen er kann den Piloten nach dessen exakten Position fragen Der Rollverkehrslotse kann einem Flugzeug erlauben auf eine aktive Start Landebahn aufzurollen was allerdings mit dem Towerlotsen koordiniert werden muss und dessen Zustimmung bedarf Tavanti 2006b 4 4 6 PRIORIT TEN DES GND Grundlegend wird die Sequenz des GND nach der Regel wer zuerst kommt mahlt zuerst first come first served festgelegt Tavanti 2006b Oder mit anderen Worten departures shall normally be cleared in the order in which they are ready to take off ICAO4444 2007 S 7 70 13 Ausnahmen von dieser Regel k nnen gemacht werden sofern damit die h chste Zahl an Abfl gen mit der geringsten Durchschnittsversp tung erreicht wird wobei al
304. n Modellierung bringt dies somit die Schwierigkeit mit sich dass zwei Dinge vereint werden m ssen die eigentlich nicht vereinbar sind n mlich experimentelle Kontrolle weniger Variablen auf der einen Seite und die Ber cksichtigung und Vorhersage vieler Variablen auf der anderen Es ist daher ein Balanceakt notwendig der einerseits der ingenieurwissenschaftlichen Tradition durch m glichst ganzheitliche Beschreibung des Mensch Maschine Systems Rechnung tr gt und makrokognitiv erfolg und der gegebenen Problemstellung aber hinreichend Gen ge tut Andererseits soll auch die psychologische Tradition der empirischen Modellvalidierung mittels experimenteller Kontrolle weniger Variablen also mikrokognitiv als notwendiger Schritt des Modellbildungsprozesses Anerkennung finden Durch diese Synthese beider Wissenschaftsbereiche kann eine neue Perspektive und eine gute Erg nzung zur klassischen kognitiven Modellierung geschaffen werden und gleichzeitig der ingenieurwissenschaftliche gesunde Menschenverstand durch fundierte wissenschaftliche Techniken erg nzt werden Ein solcher Balanceakt kann dann gelingen wenn eine schrittweise Validierung des Modells durchgef hrt wird in dem jede betrachtete Variable f r sich untersucht und ihr Einfluss experimentell bestimmt wird w hrend alle anderen Variablen konstant gehalten werden Bereits bei der Definition der Problemgrenzen ist daher festzulegen welche Variablen ber cksichtigt werden sollen und wie d
305. n Sachverhalt oder einen bestimmen Datensatz sehr gut abbilden Eine Generalisierung auf andere Datens tze ist allerdings ohne Anpassung der Stellschrauben nicht m glich Das bedeutet dass die freien Parameter neu gesetzt werden m ssen um auf einen anderen Datensatz zu passen was zum sogenannten Overfitting f hrt Myung 2000 Modelle mit wenigen freien Parametern passen dagegen auf 9 Mit Overfitting beranpassung wird die Anpassung eines Modells an einen vorliegenden Datensatz bezeichnet Ebenso kann Overfitting als Spezifizierung eines Modells beschrieben werden welches zu viele erkl rende Variablen enth lt 51 den Einzelfall schlechter sind aber in der Lage mit konstanter G te eine gro e Menge unterschiedlicher Falle zu beschreiben ohne dass Anpassungen vorgenommen werden miissen Prinzipiell ist eine Validierung im Sinne einer empirischen psychologischen Testung somit nur dann m glich wenn bereits bei der Problemstellung der Fokus auf einen ganz bestimmten Aspekt des menschlichen Verhaltens gelegt wird der im Labor sehr gut zu extrahieren ist Bei Mensch Maschine Modellen denen ein eher ingenieurwissenschaftlicher Ansatz zugrunde liegt also ganzheitlich bzw makrokognitiv sind allerdings meist mehrere bis sehr viele verschiedene Faktoren Teil der Betrachtung die nicht immer experimentell zu kontrollieren sind und ihrerseits miteinander interagieren F r eine Modellvalidierung im Bereich der makrokognitive
306. n der RSME und Modelldaten F r den Fall dass die Hypothesen 2 und 3 best tigt werden k nnen k nnen dar ber hinaus in gleicher Weise korrelative Zusammenh nge zwischen Modell und der Herzrate in ms IBI untersucht werden Hier ist allerdings der Korrelationskoeffizient Pearson s r anwendbar da sowohl die Modelldaten als auch die Herzdaten intervallskaliert sind Es ist zu erwarten dass ein negativer Zusammenhang zwischen den Modelldaten und der Herzrate gemessen in ms IBI besteht Hypothese 10 Das bedeutet dass bei steigenden Inter Beat Intervallen sinkende Modellwerte zu erwarten sind Gleicherma en sind bei sinkenden Inter Beat Intervallen steigende Modellwerte zu erwarten Hypothese 10 Es besteht ein negativer Zusammenhang zwischen den zeitlichen Verl ufen der Herzrate in ms IBI und den Modelldaten 152 Als zweite Art der Godness of Fit Ma e beschreiben Schunn und Wallach 2005 die Ma e der Abweichung von einem exakten Punkt Hierbei soll sichergestellt werden dass nicht nur der relative Trend eines Datensatzes sondern auch die Gr e der individuellen Messwerte hinreichend gut durch das Modell abgebildet wird Selbst wenn der Trend eines Datensets gut abgebildet wird so k nnen die absoluten Werte um einige Gr enordnungen voneinander abweichen was einen schlechten Fit bedeuten w rde Dies bedeutet dass entweder der Anstieg oder die Konstante einer Regressionsfunktion die die Modelldaten auf die expe
307. n erscheinen zu lassen wie es bei den Versuchspersonen der Fall war Diese k nnen individuell in das Szenario eingelesen werden so dass das Modell exakt das gleiche Szenario bearbeitet wie die Versuchsperson Zus tzlich zu dem vom Simulator zur Verf gung gestellten Radarbildschirmen hatten die Versuchspersonen eine physische Stripbay mit Flugstreifen zur Verf gung sowie ein Headset zur Funkkommunikation wobei immer dann wenn die Versuchspersonen sprechen wollten eine blau markierte Taste auf einem Nummernpad gedr ckt gehalten werden musste Nicht mehr ben tigte Flugstreifen abgearbeitete Flugzeuge konnten in einem K rbchen entsorgt werden Den ganzen Versuch ber standen au erdem eine Karte des Flughafens sowie zur Gedankenst tze eine bersicht ber m gliche auftretende Anfragen und dazugeh rige Freigaben zur Verf gung Da das Flughafenlayout ebenfalls einen Komplexit tsfaktor darstellt der sich auf die mentale Beanspruchung der Versuchspersonen auswirken kann vgl Kapitel 2 3 wurde ein Flughafen mit geringer Komplexit t ausgew hlt um eine berforderung der Versuchspersonen durch zu viele Informationen und parallele Aufgaben wie es zum Beispiel beim Kontrollieren von zwei Start Landebahnen der Fall w re zu vermeiden Zus tzlich wird in der Realit t die Kontrolle gr erer Flugh fen mit zwei Start Landebahnen nie einem einzigen Lotsen berlassen Die Kontrolle eines kleinen Flughafens kann jedoch vor alle
308. n f r Flugzeuge und Bodenfahrzeuge Es k nnen grundlegend zwei Arbeitspl tze bzw Positionen unterschieden werden TWR Position Platzverkehrslotse welche f r die Abwicklung von f r Starts und Landungen zust ndig ist sowie die GND Position Rollverkehrslotse welche f r den Rollverkehr zust ndig ist vgl Kapitel 4 4 4 3 2 BESCHREIBUNG DER AUFGABENANALYSEN F r die Generierung eines umfassenden Bildes und eines Status Quo der Aufgaben von Towerlotsen wurden die folgenden Aufgabenanalysen in die engere Auswahl einbezogen Da bei einigen Analysen die Originaldokumente nicht mehr erh ltlich sind ist jeweils angegeben wo auf Sekund rliteratur zur ckgegriffen werden musste Es wurden die folgenden Aufgabenanalysen in eine engere Auswahl einbezogen da sie sich speziell mit dem Towerlotsen besch ftigen e Analyse aus dem EUROCONTOL Projekt MANTEA Rossi et al 1996 Sekund rliteratur Buck et al 1996 Marti 1998 2000 Tavanti 2006a e Analyse und dem EUROCONTROL Projekt ATHOS Courboulay amp Kahn 1996 Sekund rliteratur Buck et al 1996 Marti 1998 2000 Tavanti 2006a e Analyse der FAA Prim rliteratur Alexander et al 1989 Ammerman Fairhurst Hostetler amp Jones 1988 Ammerman Becker et al 1988 e Analyse aus dem DFS Projekt VICTOR Prim rliteratur Human Factors Consult 2009 e Analyse des Royal Air Force Institute of Aviation Medicine Prim rliteratur Cox 1994a 1994b Im Folgenden
309. n k nnen die Chunks vergessen werden was mit einer Freigabe der Arbeitsged chtniskapazit t einhergeht WM Capacity Der Abruf der Chunks WM_retrieval erfolgt erst dann wenn die Information tats chlich ben tigt wird Die Beschreibung eines solchen Abrufprozesses kann entfernt mit der bei Cowan 2001 beschriebenen Verschiebung eines Focus of Attention auf die jeweils ben tigte Information verglichen werden Hierbei wird allerdings nicht explizit davon ausgegangen dass es einen einzelnen Focus of Attention gibt der eine begrenzte Kapazit t besitzt vgl auch McElree 2001 Oberauer amp Bialkova 2009 Vielmehr wird lediglich der Prozess des Abrufens beschrieben unter der Bedingung dass vorgeschaltete Prozesse die diese Information ben tigen bereits abgelaufen sind Die genauen Abl ufe und der Aufbau des Arbeitsged chtnismoduls wird im folgenden Abschnitt beschrieben 5 4 11 ARBEITSGED CHTNIS IM PETRINETZMODELL Das Petrinetzmodell des Arbeitsged chtnisses WM besteht aus 13 Pl tzen und zwei Transitionen und ist nochmals in zwei Sub Module die die Speicherung WM_storage und den Abruf WM_retrieval der Chunks beschreiben unterteilt Diese bestehen jeweils nochmals aus sechs Pl zen und Transitionen WM_storage bzw neun Pl tzen und f nf Transitionen WM_retrieval Die in der Phase der Informationsaufnahme erhaltenen Informationen werden in Form von Marken jeweils auf den Eingangspl tzen Auditory Buffe
310. n nachfolgenden Planungs und Entscheidungsprozessen zur Verf gung Die Planung beschreibt das Sortieren der Flugstreifen anhand der geplanten Ankunftszeit vgl Kapitel 5 4 4 und 5 4 5 F r die Entscheidungsfindung wurde eine einfache first come firtst served Heuristik implementiert vgl M hlenbrink 2011 wobei in Entscheidungen f r Starts und Landungen sowie das Rollen unterschieden wird vgl Kapitel 5 4 6 und 5 4 7 Die getroffene Entscheidung wird in der Phase der Handlungsausf hrung durch bermittlung der Freigabe an das Flughafenmodell weitergegeben Hierbei sind physische Bewegungen notwendig z B zum Aktivieren des Funkger tes oder Markieren der Flugstreifen die ebenfalls im motorischen Modul abgebildet sind vgl Kapitel 5 4 8 und 5 4 9 Die Speicherung und zentrale Verarbeitung der Informationen erfolgt im Sub Modul Working Memory welches die Speicherung und den Abruf von Informationseinheiten beschreibt und eine begrenzte Kapazit t besitzt Letzteres ist f r die Quantifizierung der mentalen Beanspruchung zentral weshalb das Auslesen der Arbeitsged chtnisbelastung w hrend der Simulation in diesem Sub Modul erfolgt vgl Kapitel 5 4 10 und 5 4 11 Ferner k nnen au erdem Funkdaten aus dem Modell ausgelesen werden welche die Zeitpunkte des Auftretens von Anfragen und Freigaben protokollieren Mit der Implementierung des Modells wurde der sechste Schritt des Cacciabue Frameworks bearbeitet Der in Kapitel 4 1 hinzugef
311. n und auditory attention die jeweiligen Aufmerksamkeitsressourcen modelliert Diese sind als gezeitete timed Marken abgebildet sodass diese bei Aufnahme von Informationen fiir eine bestimmte Zeit gebunden werden bevor neue Informationen aufgenommen werden k nnen Visual_Attention fsprint fsprint ambient_visual_ perception ambient_auditory_ perception_1 FS_Print e FS_ Print audatt QO auditory_ attention Auditory_Attention aimlist id ident audatt locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load ok ident locLast dest intent reqTime ambient_auditory_ perception_2 Request aimlist Abbildung 27 Das Devided Sub Modul im Petrinetz Die Transitionen ambient visual perception ambient auditory perception 1 sowie ambient auditory perception 2 stellen hierbei jeweils den Prozess der eigentlichen Informationsaufnahme dar Der Einfachheit halber wurden hier zwei Platze fiir die verschiedenen Informationen sowie zwei Transitionen fiir die auditive Informationsaufnahme modelliert45 45 Eine etwas elegantere Modellierung hatte die Verwendung eines Union Platzes erfordert wobei hier der Aufwand der Implementierung eines solchen Platzes nicht im Verh ltnis zu seinem Nutzen steht 103 Auditory Buffer H Alm_List visatt location_check visibility Location_CheckxVisibility lin P_HIGH location_c
312. n verwendet werden k nnen und vergleicht diese hinsichtlich folgender Merkmale e Linearitat im Sinne der Regelungstheorie quasilinear nichtlinear e Zeitbegriff im Sinne der Regelungstheorie zeitdiskret zeitkontinuierlich e Modellierungsmachtigkeit im Sinne verteilter Systeme sequentiell parallel nebenl ufig e Klassifikation des Wissens im Sinne wissensbasierter Systeme e M glichkeit die drei Verhaltensarten nach Rasmussen 1983 abzubilden fertigkeits regel und wissensbasiertes Verhalten Der Anspruch einer ganzheitlichen makrokognitiven Beschreibung des Mensch Maschine Systems Flughafenverkehrskontrolle erweist sich zur Eingrenzung der Methodenvielfalt dahingehend als n tzlich da mikrokognitive Methoden der kognitiven Modellierung vor allem kognitive Architekturen und Produktionensysteme diesem Anspruch nicht oder zumindest nur 76 beschr nkt gerecht werden k nnen Vor allem die Schwierigkeit kognitive Architekturen an Simulationen der Au enwelt anzukoppeln die in der Lage sind die Aufgaben von Operateuren in komplexen Mensch Maschine Systemen ad quat abzubilden und die Prozesse nicht nur sehr abstrahiert darstellen z B bei der Verwendung von Mikrowelten stellt ein gro es Problem dar vgl Kapitel 3 2 Da diese Anbindung allerdings ein zentrales Ziel der hier beschriebenen Modellierung und Teil der Problemstellung ist sollte ein ideales Beschreibungsmittel in der Lage sein sowohl die menschliche Ko
313. nalen Modellbildung in der Flugverkehrskontrolle im Allgemein und zur mentalen Beanspruchung im Speziellen vorgestellt Kapitel 3 Die Vorstellung der theoretischen Vorarbeiten zur Analyse des Systems Flugverkehrskontrolle zur theoretischen Modellbildung und zur Auswahl des Beschreibungsmittels erfolgt in Kapitel 4 Eine genaue Beschreibung des erstellten Modells sowie der Studie zu dessen Validierung erfolgen in Kapitel 5 bzw 6 Kapitel 7 diskutiert die eigene Arbeit bevor in Kapitel 8 ein abschlie ender Ausblick auf weitere Forschung gegeben wird Kapitel 2 fasst einschl gige kognitionspsychologische Theorien und Modellvorstellungen zum Konstrukt mentaler Beanspruchung zusammen und versucht sich der Beantwortung der Frage zu n hern was mentale Beanspruchung ist Hierzu werden verschiedene Modellvorstellungen der psychologischen Grundlagen aber auch aus der Anwendungsforschung in der Flugverkehrskontrolle erl utert und kontrastiert Es wird eine Arbeitsdefinition erstellt welche die Grundlage f r eine sowohl psychologisch plausible als auch anwendungsorientierte Modellierung mentaler Beanspruchung bildet Ferner werden Methoden zur Erfassung mentaler Beanspruchung vorgestellt und hinsichtlich wichtiger G tekriterien diskutiert Kapitel 3 beschreibt den Stand der Forschung im Bereich Modellierung und Simulation in Mensch Maschine Systemen und sensibilisiert f r die Notwendigkeit der ganzheitlichen Betrachtung solcher Systeme bei deren
314. nannten Stripboard oder Stripbay platziert Somit beschreibt die Reihenfolge der Strips auf dem Board die Reihenfolge der Abarbeitung des Verkehrs Marti 2000 The strip board is interesting as it provides a picture of the situation at hand a plan of the traffic evolution and the associated estimate of the controlled workload and a memory of activity Marti 2000 S 68 Die Flugstreifen dienen damit der Externalisierung von Informationen Das bedeutet dass nicht alle Informationen zu Flugzeugen im Arbeitsged chtnis aufrechterhalten werden m ssen da sie auf dem Flugstreifen enthalten sind und jederzeit von dort abgerufen werden k nnen In einigen Kontrolltowern sind mittlerweile elektronische Flugstreifen im Einsatz u a in Berlin Sch nefeld die die bergabe von einer Position zur anderen immens vereinfachen da sie per EDV bermittelt werden k nnen und nicht mehr h ndisch bergeben werden m ssen F r weitere Ausf hrungen zu den m glichen Auswirkungen der Umstellung von Papier auf elektronische Flugstreifen sei auf Berndtsson amp Normark 1999 Durso Batsakes Crutchfield Braden amp Manning 2004 Durso amp Manning 2008 Mackay 2000 sowie Truitt 2005 2006 verwiesen Laufende Nummer im System Benutzte Start Landabahn nur f r Flugzeug Rufzeichen Startflughafen ankommende Flugzeuge ICAO Code DLH1207 1014 KORD II ap _ Flugzeugtyp 320 1611 KSNA 14 250 2 Geplante Ankunflezeit Zielflugha
315. nd sich auf Controller in der sogenannten Tower Control Computer Complex TCCC Umgebung bezieht Ammerman Becker et al 1988 Band sieben besch ftigt sich mit Lotsen in der damaligen aktuellen Tower Umgebung Alexander et al 1989 Im ersten Band werden der Zweck der Analyse sowie der betriebliche Hintergrund und die Methodik nach der die Studien durchgef hrt wurden beschrieben Ammerman Fairhurst et al 1988 Alle Analysen wurden im amerikanischen Flugverkehrskontrollsystem durchgef hrt und beziehen 21 Advanced Surface Movement Guidance and Control System Ein Kontrollsystem welches den Lotsen beim Kontrollieren und Steuern des Verkehrs am Boden eines Flughafens unterst tzen soll 60 sich somit auch auf Lotsen im amerikanischen Raum Eine Ubertragbarkeit der identifizierten Aufgaben der verwendeten Hilfsmittel sowie der Abl ufe und Aufteilungen der Verantwortungen in einzelnen Positionen auf den europ ischen Luftraum ist damit nicht anzunehmen da sich die Regulationen teilweise stark unterscheiden k nnen Weiterhin wurde diese Studie bereits 1988 durchgef hrt und es kann davon ausgegangen werden dass das Flugverkehrskontrollsystem seither starken Ver nderungen unterworfen war sei es durch technische Neuerungen durch Zunahme des zu kontrollierenden Luftverkehrs oder auch durch nderungen der Aufgaben und Rollenverteilungen Aus diesen starken Einschr nkungen ergab sich die Notwendigkeit die Analyse aus der weite
316. ne Bedingung Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 sind geringer als die mittleren IBI der Szenarien mit geringem Verkehrsaufkommen 2 und 4 a Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 sind geringer als die der Baseline Bedingung b Die mittleren IBI der Szenarien mit geringem Verkehrsaufkommen 2 und 4 sind geringer als die der Baseline Bedingung c Die mittleren IBI der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 sind geringer als die der Szenarien mit geringem Verkehrsaufkommen 2 und 4 144 Zeigt sich dass die Unterscheidung zwischen den beiden Experimentalbedingungen m glich ist so kann im Weiteren davon ausgegangen werden dass sich die Experimentalbedingungen hinreichend stark voneinander unterscheiden so dass die Sensitivit t der Herzrate ausreicht um auch Unterschiede zwischen den Szenarien festzustellen Es ist daher mit einer Verringerung der Dauer der Inter Beat Intervalle bei steigender mentaler Beanspruchung zu rechnen Hypothese 3 Hierbei sollte sich zeigen dass die Inter Beat Abst nde bei hoher Belastung hohes Verkehrsaufkommen geringer sind als bei geringer Belastung geringes Verkehrsaufkommen Somit sollten die Versuchspersonen f r die Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen Szenarien 1 und 3 geringere mittlere Inter Beat Abst nde aufweisen als in Szenarien mit niedrigem Verkehrsaufkommen Szenarien 2 und 4 Die Inter Beat Abst nd
317. nen Unterschiede durch unterschiedliche Messzeitpunkte und die unterschiedliche Instruktion zu erkl ren sind oder ob durch die Art der angewendeten Skala unterschiedliche Bewertungen zustande gekommen sind Letzteres kann ebenso die unterschiedlichen Ergebnisse erkl ren Beim NASA TLX wird eine 100 mm lange Skala ohne Ziffernangeben mit nur zwei verbalen Ankern gering und hoch an den jeweiligen Skalenenden verwendet Beim RSME hingegen wird eine 244 mm lange Skala mit einer Ziffernkodierung in Zehnerschritten von 0 bis 150 verwendet Zus tzlich ist die Skala mit zehn verbalen Ankern versehen und farblich kodiert zunehmender Rotton je h her die Zahlenwerte werden Die Pr sentation von Zahlenwerten und verbalen Ankern k nnte dazu gef hrt haben dass die Versuchspersonen besser in der Lage waren die von ihnen empfundene Beanspruchungsh he einzuordnen Die L nge der RSME Skala k nnte hierbei dazu gef hrt haben dass die Versuchspersonen ihre Beanspruchung genauer differenzieren konnten 71 Ob die Versuchspersonen wirklich besser in der Lage waren ihre Beanspruchung mit dem RSME einzusch tzen wird lediglich vermutet Sicher ist allerdings dass die genannten Unterschiede in der Beschaffenheit der Skalen auch Unterschiede in der Bewertungsh he mit sich bringen sodass die Versuchspersonen ihre Beanspruchung auf andere Weise einsch tzen 183 Auch die farbliche Gestaltung k nnte eine zus tzliche Hilfe gewesen sein die Beanspr
318. nen die Flugstreifen bereits vor sich liegen haben Das Modell erh lt den Flugstreifen unverz glich bei Eintreffen des jeweiligen Flugzeuges 96 Venice es e Lo B bee set Into tt Vehicie_on_Loc D Jor status occupied then 3 idident stat_vh_on_LocestatOld locLast loc dest dest else empty ident typ locLast rules wte stime dest id 2 locatign_check dim intent clearAct stat locstat loc_staties loc loc ident locLast dest intent reqTime 5 0 input loc IocTime loctast output loc_status action Frequency_ A if locTime lt gt D andalso locLast lec then Radi Frequency occupied else if locTime 0 andalsaiioctest lt gt then free else ambigous tlocation_check stat Flightstrip_printed 1 location_check loc visibility 2location_check ident Song Requesting TWR EH Input etat P_LOW input ir P_HIGH en adaTime acation_CheckxVisibaity RES reqTime if stat Flightstrip_printed then 300 a ident typ locLast rules wte stime d else 0 d aim intent clearAct stat addTime ident typ locLast ries vtec stime dest aim intent clearOld statpid ident typ locLast rules wtc stime ident typ loctast rules wtc stime dest dest aim intent cearOld stat im intent clearOld Request_delivered ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearOld statOld loc locrime location check visibility Mn OUt Kg Vehicle ident typ locLast rules wtc
319. nfalls als Teil des Langzeitgedachtnisses angesehen werden welcher Informationen dariiber enthalt welche Start Landebahnen prinzipiell existieren Durch das Feuern der Transition check constraints werden eine Reihe Marken auf den nachgeschalteten Pl tzen generiert welche einerseits die Top Down Trigger f r die aktive Informationsaufnahme darstellen andererseits die Voraussetzungen f r den Abruf dieser Informationen aus dem Arbeitsged chtnis darstellen vgl Kapitel 5 4 3 und 5 4 11 Auf dem Platz get Info from SB wird eine Marke abgelegt welche die Aufmerksamkeitsverschiebung zur Stripbay gew hrleistet um die Informationen des Flugstreifens abzurufen Die Aufmerksamkeitsverschiebung zur Au ensicht wird durch Ablage einer Marke auf dem Platz check loc _ status initiiert welche im Weiteren zum Abruf der Informationen ber den Zustand der Location dient vgl Kapitel 5 3 Die Generierung jeweils einer Marke auf den Pl tzen retrieve SB Info und retrieve Loc Status dient der Vorbereitung des Abrufes der aufgenommenen Informationen aus dem Arbeitsged chtnis Sind diese Informationsaufnahme und Abrufprozesse abgeschlossen so wird auf den Pl tzen stored SB info und stored Info from Far View jeweils eine Marke abgelegt die die betreffenden Informationen des Flugstreifens bzw ber den Zustand der Location free oder occupied enth lt Ist der Zustand der Location free sowie der korresp
320. ng zweier Verkehrsszenarien f r die beiden Belastungsstufen eine Generalisierbarkeit des Modells auf verschiedene Szenarien berpr ft werden Eine berpr fung der Generalisierbarkeit auf eine weitere Stichprobe konnte aufgrund der fehlenden Ressourcen nicht stattfinden sollte aber f r folgende Forschung in Betracht gezogen werden Ebenso sind die relative Komplexit t und Falsifizierbarkeit des Modells Kriterien welche in die Goodness of Fit Betrachtung einbezogen werden sollte Als weiteres sozusagen hybrides Ma qualitativ und quantitativ f r die Modellg te kann die relative H ufigkeit von Fehlern der Versuchspersonen in vom Modell replizierten Beanspruchungsgipfeln herangezogen werden Hierbei soll als explorative Untersuchung berpr ft werden ob ein aufgetretener Fehler in einem lokalen Maximum liegt bzw innerhalb eines lokalen Maximums mit einer Toleranz von 1 Minute Zus tzlich zu diesem Kriterium kann au erdem definiert werden dass sollte der Modellwert f nf oder h her erreichen gt 5 Chunks im Arbeitsged chtnis von einer erheblichen Beanspruchung ausgegangen werden kann die auch Fehler wahrscheinlicher machen sollte Exploratives Vorgehen Berechnung der relativen H ufigkeit mit der Fehler von Versuchs personen zu Zeitpunkten auftreten in denen das Modell eine hohe Beanspruchung vorhersagt Alle Hypothesen und Untersuchungen zur Testung der Modellg te sind in Tabelle 6 zusammengefasst Tabelle 6
321. nissen die eines Eingreifens bed rfen Neben der eher losen theoretischen Fundierung mentaler Beanspruchung sind auch die verwendete Aufgabe und die damit verbundene Simulation als sehr artifiziell zu betrachten Es ist also anzunehmen dass eine Generalisierung der Ergebnisse und eine Anwendung des Modells auf realistische Aufgaben nicht ohne weiteres m glich sind Neben dem Modell von Lebiere und Anderson 2001 fanden in der Flugverkehrskontrolle zahlreiche Versuche statt die mentale Beanspruchung von Lotsen mit Hilfe mathematisch ermittelter Indizes anhand objektiv beobachtbarer Variablen zu berechnen z B TLI vgl Kapitel 2 3 Dieser Ansatz birgt eine relative Einfachheit in sich ist allerdings weder kognitiv plausibel noch ganzheitlich da nur objektive Komplexit tsfaktoren wie beispielsweise die Anzahl der zu kontrollierenden Flugzeuge in die Berechnung solcher Indizes einflie en Dass diese allerdings nur einen Teil der Einflussfaktoren mentaler Beanspruchung darstellen ist bereits in Kapitel 2 3 dargestellt worden Es gilt demnach die hier offensichtlich werdenden L cken zu schlie en und ein ganzheitliches Modell zu erstellen welches sowohl quantitative Absch tzungen mentaler 7 Die abstrakte Darstellung der Aufgabe ist h chstwahrscheinlich der Ende der 80er Anfang der 90er Jahre zur Verf gung stehenden begrenzten Rechnerkapazit t geschuldet 44 Beanspruchung von Towerlotsen sowie Ganzheitlichkeit als auch kogniti
322. normer Wichtigkeit Nach der ICAO4444 2007 S 4 11 werden drei Kategorien von Flugzeugen unterschieden 1 HEAVY H alle Flugzeuge mit einem Gewicht von 136 000 kg und mehr 2 MEDIUM M alle Flugzeuge mit einem Gewicht von weniger als 136 000 kg aber mehr als 7 000 kg 3 LIGHT L alle Flugzeuge mit einem Gewicht von 7 000 kg oder weniger Die Staffelung zwischen Flugzeugen ber cksichtigt das Auftreten dieser Wirbelschleppen Daher werden abh ngig vom Flugzeugtyp der Runway Konfiguration und der Route die das Flugzeug fliegen wird unterschiedliche Abst nde zwischen den Flugzeugen eingehalten In Abh ngigkeit der genannten Einschr nkungen bestehen zahlreiche Regeln welche die Wirbelschleppenstaffelung bestimmen Eine ausf hrliche Beschreibung der Wirbelschleppenstaffelungsminima k nnen in ICA04444 2007 nachgelesen werden Offene Interviews von Tavanti 2006b mit Lotsen des Fiumicino Flughafens in Rom weisen au erdem darauf hin dass der TWR Lotse auch darauf achtet dass ausreichend Abstand zwischen den ankommenden Flugzeugen eingehalten wird 4 4 4 ABWICKLUNGSPRIORIT TEN UND STAFFELUNGSMINIMA DES TWR Die Priorit t der Bearbeitung von Ank nften und Abfl gen liegt eindeutig auf ankommendem Verkehr An aircraft landing or in the final stages of an approach to land shall normally have priority over an aircraft intending to depart from the same or an intersecting rumway ICAO4444 2007 S 7 13 Ferner d rfen Flug
323. notwendigen Eingangsbedingungen erf llt sind F r die gegebene Intention des Luftfahrzeuges muss daher zun chst eine entsprechende Freigabe vorgesehen sein Das bedeutet dass in der Marke welche die Anfrage beschreibt f r die aktuelle Location die Ziellocation und die gegeben Intention des anfragenden Luftfahrzeuges eine entsprechende Freigabe auf dem Platz possible Clearances vorhanden sein muss Dieser Platz kann als Teil des Langzeitged chtnisses des Lotsen angesehen werden in dem Informationen dar ber abgelegt sind f r welche Intentionen von welchen Ausgangspunkten prinzipiell welche Freigaben erteilt werden k nnen F r die Erteilung von Start und Landefreigaben muss au erdem gew hrleistet sein dass eine Marke f r die entsprechende Start Landebahn auf dem Platz Locations to _assign vorhanden ist Dieser Platz kann 55 Ein Langzeitged chtnis wurde nicht explizit modelliert sodass hier diese beiden beschriebenen Pl tze stellvertretend die Informationen enthalten die prinzipiell in einem Langzeitged chtnis gespeichert w ren 115 possible_ Clearances In Out locType locName destType destName aim intent clearAct stat loc hd clearAct case intent of Landing gt 1locLast locType andalso 2iocLast locName Departure gt 1 locLast locType andalso 2locLast locNa andalso 1dest destType andalso 2dest destName load load aimlist Get If gt ident from Sp Out retrieve
324. ns l st wiederum den plan Prozess aus vgl Kapitel 5 4 4 und 5 4 5 5 4 10 DAS ARBEITSGED CHTNISMODELL Das Arbeitsged chtnismodell stellt f r die in dieser Arbeit vorliegende Problemstellung die zentrale Komponente des Modells dar Es wird dazu verwendet eine quantitative Einsch tzung der mentalen Beanspruchung des Lotsenmodells ber die Zeit bereitzustellen Das Modell selbst orientiert sich an den in Kapitel 2 2 vorgestellten Theorien des Arbeitsged chtnisses Aufgrund der zahlreichen ungekl rten Mechanismen und offenen Fragestellungen vor allem zur 125 Ressourcenbegrenzung der einzelnen Teilsysteme die im Zusammenhang mit Baddeleys Multi Komponenten Theorie Baddeley amp Hitch 1974 Baddeley 2012 stehen wurde hier allerdings von einer einfachen Single Limited Capacity Theory ausgegangen vgl Kapitel 2 2 und 3 4 Annahme 22 Es werden demnach keine unabhangigen Systeme fiir auditiv verbale und r umlich visuelle Informationen angenommen sondern lediglich ein einzelner Speicher mit einer einzelnen begrenzten Kapazit t vgl Kahnemann 1973 Miller 1956 Die Speicherung der Informationen erfolgt direkt nach der Informationsaufnahme aus dem auditory und visual buffer im WM_storage Prozess vgl Abbildung 37 Es wurde au erdem entscheiden keine Modellierung eines wie bei Cowan 1999 beschriebenen zeitlichen decay der Informationen Chunks vorzunehmen da seine Umsetzung im ereignisdiskreten Petrinetz einige Sch
325. nstrukt mentaler Beanspruchung soll eine geeignete M glichkeit gefunden werden dieses Konstrukt mit Hilfe der kognitiven Modellierung psychologisch plausibel abzubilden Hierzu ist eine Informationssammlung einschl giger Theorien zu mentaler Beanspruchung und den Begrenzungen der menschlichen Informationsverarbeitungskapazit t notwendig um eine ad quate Abbildung mentaler Beanspruchung und menschlicher Informationsverarbeitungs kapazit t in einem kognitiven Modell zu erreichen Forschungsziel 2 Verfolgung eines makrokognitiven Modellierungsansatzes anwendungsorientiert und Verbindung mit mikrokognitiven Ans tzen theoretisch Es soll die Funktionsweise des Mensch Maschine Systems herausgearbeitet werden Zum Verst ndnis der Aufgaben und kognitiven Prozessen des Lotsen ist eine intensive Analyse des Systems Flugverkehrskontrolle mit Methoden der Systemtechnik durchzuf hren Gleichzeitig soll durch die Anwendung kognitionspsychologischer Theorien der Informationsverarbeitung und mentaler Beanspruchung auf die Dom ne Flugverkehrskontrolle eine bertragung dieser Theorien auf die Aufgaben und kognitiven Prozesse der Domainexperten erreicht werden Die Verkn pfung der kognitionspsychologischen Theorien der Informationsverarbeitung mit den zur Aufgabenbearbeitung notwendigen kognitiven Prozessen des Lotsen bildet die Basis f r die Implementierung eines kognitiv plausiblen ganzheitlichen makrokognitiven Modells Forschungsziel 3 Ers
326. nterforderung kann zu Fehlern f hren Hierbei stellt die steigende Zahl an Fl gen allgemein und damit auch die steigende Zahl an Starts und Landungen sowie Rollvorg ngen DFS 2013 die die Towerlotsen koordinieren m ssen ein gro es Problem dar da die Lotsen ihr Handeln in Richtung des Effizienzzieles verschieben m ssen und hierdurch berlastungssituationen und damit Fehler wahrscheinlicher werden Hollnagel 2009 Zus tzlich f hren Bestrebungen die Kontrolle ber mehrere kleinere Flugh fen auf einen Lotsen zu bertragen sogenannte Remote Control zu einer indirekten Erh hung der Flugzahlen z B F rstenau et al 2009 Oehme amp Schulz R ckert 2010 Es ist daher von gro er Bedeutung Zeitpunkte identifizieren zu k nnen zu denen eine berlastung des Lotsen wahrscheinlich ist um effektiv gegensteuern zu k nnen was beispielsweise durch den Einsatz adaptiver Automations und Unterst tzungssysteme gew hrleistet werden k nnte wie es vor allem in der Fahrzeug und Flugzeugf hrung teilweise schon getan wird vgl bspw Flemisch et al 2012 Hierdurch k nnen kognitive Kapazit ten des Lotsen mit dem Ziel freigegeben werden dass dieser die Abwicklung der Flugzeuge mit h herer Effizienz und gleichbleibender Gr ndlichkeit nachkommen kann 1 1 PROBLEMSTELLUNG In der Flughafenverkehrskontrolle ist es dabei vor dem Hintergrund steigender Flugzahlen besonders sinnvoll die Adaption einer Automation in Abh ngigkeit der men
327. ntervalle aber auch die Messung des Pupillendurchmessers Pupilometrie Beatty 1982 All diese Ma e haben insbesondere den Vorteil dass sie interferenzfrei sind das hei t sie ben tigen keine direkte Reaktion der Versuchspersonen Miller 2001 Die Schwierigkeit hierbei besteht allerdings darin dass der K rper nicht nur auf mentale Beanspruchung physiologisch reagiert sondern auch beispielsweise auf erh hte physische Beanspruchung De Waard 1996 Daher k nnen Ergebnisse verzerrt werden wenn eine erh hte mentale 4 Eine ausf hrliche Behandlung der G tekriterien ist nicht im Sinne dieser Arbeit Daher sei f r weitere Informationen an dieser Stelle auf Manzey 1998 verwiesen 23 Beanspruchung auch mit erh hter k rperlicher Aktivit t einhergeht Eine Diagnostizitat ist damit nicht bzw nicht immer gewahrleistet Das am h ufigsten verwendete physiologische Ma ist die Herzaktivitat Manzey 1998 Miller 2001 Ribback 2003 Hierbei werden vor allem die tonische Herzrate und die Herzratenvariabilit t bestimmt Bei Untersuchungen im Feld oder bei feldnahen Bedingungen stellt die Herzrate den Beanspruchungsindikator der Wahl dar da sie leicht zu erfassen ist Manzey 1998 Roscoe 1992 1993 Sie wird meist in Herzschl gen pro Minute beats per minute bpm oder dem Abstand zwischen zwei Herzschl gen in Millisekunden inter beat intervall IBI auch Herzperiode genannt ausgewertet Die Befundlage zur Sensitivit t
328. nzey f r die bernahme der Betreuung in den ersten zwei Jahren meiner Dissertation sowie die weiteren methodischen Hinweise hinsichtlich der Erhebung physiologischer Daten Ein besonders herzlicher Dank geht an Christoph M hlenbrink Peer Manske und Andreas Hasselberg vom Deutschen Zentrum f r Luft und Raumfahrt DLR in Braunschweig f r die fruchtbare Zusammenarbeit w hrend meines Forschungsaufenthaltes in Braunschweig aus der auch mehrere gemeinsame Ver ffentlichungen entstanden und denen ich dar ber hinaus einen enormen Wissenszuwachs in Sachen Petrinetz Modellierung zu verdanken habe Speziell danke ich Christoph M hlenbrink f r seine konstruktiven Hinweise im Hinblick auf die thematische Schwerpunktsetzung und methodische Ausrichtung der Arbeit Ohne ihn w re die Arbeit nicht da wo sie heut ist Weiterer Dank geht an Henk Blom vom National Aerospace Laboratory NLR in Amsterdam f r seine aufopferungsvolle Suche nach der verschollen geglaubten Aufgabenanalyse von Cox 1994 sowie Erik Hollnagel f r seine inspirierenden Ver ffentlichungen sowie seine kritischen Hinweise zur Modellierung in den Anf ngen dieser Arbeit Ferner w re die Arbeit ohne die Mitarbeit meiner wissenschaftlichen Hilfskr fte und Studenten die mich aufopfernd bei meinen Recherchen und Studien unterst tzten und Arbeiten im Themenfeld anfertigten nicht m glich gewesen Gro er Dank geht in chronologischer Reihenfolge an Juliane Bock Toralf Stu
329. oben mit der RSME Skala sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die Bewertungen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander In den Szenarien 1 und 3 hohes Verkehrsaufkommen sch tzten die Probanden die Beanspruchung im Mittel mit Medianszn 25 06 MD 10 30 respektive Medianszn3 29 39 MD 11 08 ein In den Szenarien 2 und 4 wurde die Beanspruchung im Mittel mit Mediansznz 16 52 MD 10 15 bzw Medianszna 17 29 MD 9 85 eingesch tzt vgl Abbildung 49 Es ist deskriptiv also zu erkennen dass die mentale Beanspruchung auch in Szenarien mit gleicher Belastung leicht unterschiedlich bewertet worden ist 45 00 40 00 x 35 00 O goo o 2 30 00 N 00 Z 25 00 VI z 2 20 00 15 00 gt 1 ae WSs N 1 3 2 4 hohe Belastung Szenario niedrige Belastung Abbildung 49 Mittlere Beanspruchungsh he jedes Szenarios in erfasst mit dem RSME 66 MD Mittlere Abweichung vom Median 164 Aufgrund des Ordinalskalenniveaus wurde eine Friedmann ANOVA durchgef hrt welche auf hoch signifikante Unterschiede zwischen den Bedingungen hindeutete x2 33 734 df 3 p lt 0 001 F r die paarweisen Vergleiche der Szenarien untereinander wurden post hoc Wilcoxon Tests durchgef hrt wobei sowohl vier Alternativhypothesen als auch zwei Nullhypothesen als Forschungshypothesen formuliert worden sind Dies ist beim Setzen des a Niv
330. ognitionspsychologische Theorien der Informationsverarbeitung in die Beschreibung der kognitiven Prozesse des modellierten Lotsen einbezogen So orientiert sich beispielsweise das Wahrnehmungsmodell vor allem am Multiple Ressource Modell von Wickens 1984 Dennoch ist wie auch die recht grobe makrokognitive Betrachtungsweise kognitiver Prozesse die bertragung mikrokognitiver Theorien zur Beschreibung von kognitiven Vorg ngen in einer Anwendungsdom ne kritisch zu reflektieren Die Annahmen einer Theorie werden vor allem durch Laborexperimente meist in Isolation und unter starker Kontrolle mit relativ homogenen Stichproben meist Studenten beobachtet Hierbei kann es m glich sein dass Verhalten beobachtet und Prozesse entdeckt werden welche sich in einer nat rlichen Umgebung und unter nat rlichen Bedingungen mit Experten als Akteuren nicht zeigen w rden oder eine verschwindend kleine Rolle spielen Durch die Verbindung von Theorie und Anwendungsdom ne wurde versucht die im Fokus stehenden Prozesse hinreichend detailliert abzubilden wodurch ein Modell im Sinne des Minimal Modelling Manifesto erhalten werden kann Hollnagel 1993b S 379 vgl auch Hollnagel 1993a A Minimal Model is a representation of the main principles of control and regulation that are established for a domain as well as for the capabilities and limitations of the controlling system Im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der modellhaften Bes
331. ommen werden wenn die jeweilige Entscheidung getroffen werden muss Im Folgenden werden die einzelnen Phasen im Detail vorgestellt 99 Location_CheckxVisibility nn a Ciook_outside auditory _ Location Ch I Abbildung 26 Das Lotsenmodell im Petrinetz Location_Check ficationTimed visual_attention stored_ Zb Toto Retrieve Mental_Model 100 5 4 2 PHASE DER INFORMATIONSAUFNAHME Die Phase der Informationsaufnahme perceive dient der Aufnahme aller relevanten Informationen wie sie durch die Aufgabenanalysen beschrieben werden Die aktive Aufnahme von Informationen wird hierbei durch das Eintreffen von Informationen aus dem zu kontrollierenden Prozess getriggert Das Sub Modul perceive ist seinerseits nochmals in zwei weitere Sub Module unterteilt welche die Aufnahme von Informationen mittels verteilter devided und fokussierter focused Aufmerksamkeit darstellen Annahme 1 Diese Unterteilung orientiert sich an der Annahme von Wickens 2002 dass neben den verschiedenen Modalitaten auditiv und visuell zwei Aspekte der visuellen Verarbeitung focal und ambient existieren Visuelle Stimuli k nnen in beiden Aspekten aufgenommen werden verteilt und fokussiert wobei sich der Informationsgehalt der aufnehmbaren Stimuli unterscheidet Fokussierte Aufmerksamkeit wird ben tigt um Details und Muster zu erkennen verteilte Aufmerksamkeit hingegen dient der Hinwendung zu Obje
332. omplex domains Ergonomics 41 11 1664 1677 Marti P 2000 The Choice of the Unit of Analysis for Modelling Real Work Settings Cognition Technology amp Work 2 2 62 74 McElree B 2001 Working Memory and Focal Attention Journal of Experimental Psychology Learning Memory and Cognition 27 3 817 835 McKenzie I S 1992 Fitts Law as a Research and Design Tool in Human Computer Interaction Human Computer Interaction 7 91 193 Mensen H 2004 Moderne Flugsicherung Organisation Verfahren Technik Berlin Springer Merz W 2007 Flugsicherung was ist das Praktikantenhandbuch Deutsche Flugsicherung Metalis S A 1991 Heart Period as a Useful Index of Pilot Workload in Commercial Transport Aircraft The International Journal of Aviation Psychology 1 2 107 116 Meyer D E amp Kieras D E 1997 A computational theory of executive control processes and human multiple task performance Part 1 Basic Mechanisms Psychological Review 104 3 65 Miller G A 1956 The Magical Number Seven Plus or Minus Two Some Limits on our Capacity for Processing Information Psychological Review 62 81 97 Miller G A Galanter E G amp Pribram K H 1960 Plans and the structure of behaviour New York Rinehart and Winston Miller S 2001 Workload Measures University of Iowa 219 Mogford R H Guttman J A Morrow S L amp Kopardekar P 1995 The complexity constr
333. on der Movement Area zu unterscheiden welche zus tzlich die Aprons25 beinhaltet Diese Unterscheidung ist wichtig im Hinblick auf die Zust ndigkeiten der Lotsen denn nur die Manoeuvring Area ist abh ngig von der Aufsicht und F hrung des Lotsen Nach Berg 2005 sollte die Aufsicht allerdings auch Flugzeuge auf dem Vorfeld mit einbeziehen da der Lotse die Position des Flugzeuges kennen muss um sp tere Konflikte auf der Manoeuvring Area zu verhindern Auch in der ICA04444 wird eine solche berwachung gefordert Aerodrome controllers shall maintain a continuous watch on all flight operations on and in the vicinity of an aerodrome as well as vehicles and personnel on the maneuvering area Watch shall be 25 Apron Vorfeld Abfertigungs Rangier Abstell und Wartungsflache f r Luftfahrzeuge Diese k nnen auch weiter entfernt vom Terminal liegen 65 maintained by visual observation augmented in low visibility conditions by an ATS surveillance system when available ICA04444 2007 S 7 1 Fur die Modellierung bedeutet dies dass prinzipiell zwei Positionen modelliert werden m ssen Aufgrund der bereits in Kapitel 4 2 beschriebenen Einschr nkung soll aber nur ein Lotse bzw ein Lotsenmodell die Aufgaben beider Positionen bernehmen 4 4 2 HILFSMITTEL ZUR INFORMATIONSAUFNAHME UND AUFGABENBEARBEITUNG Abbildung 8 Der Kontrolltower Berlin Tegel von innen Bildquelle DFS http www dfs de dfs_homepage mediathek de
334. ondierende Flugstreifen abgerufen so wird die Entscheidung gef llt dass eine Freigabe erteilt werden kann ber die Funktion locStateInMMFree mental model clearAct an der Transition give_ clearance wird hierbei die Voraussetzung berpr ft dass die ben tigte Location auf dem Platz stored Info from Far View den Status free enth lt Ist dies der Fall so kann die Transition feuern Dabei werden alle zuvor aufgenommenen Informationen integriert um diese Entscheidung zu generieren Durch das Feuern der Transition give clearance wird eine Marke welche die Freigabe enth lt auf dem Platz clearance erstellt Ist die betreffende Location auf dem Platz stored Info from Far View mit dem Status occupied versehen so kann die Transition nicht feuern da zun chst der Prozess location occupied ablaufen muss Dieser wird im Anschluss an die Informationsaufnahme aus der Au ensicht getriggert Das Modell stellt hierbei fest dass die Location z B die Piste noch von einem anderen Luftfahrzeug belegt ist Platz vehicle on loc im Interaktions modell vgl Kapitel 5 3 welches zun chst eine Freigabe erhalten muss damit die Piste wieder frei ist Hierbei wird der erhaltene Trigger im Arbeitsged chtnis gespeichert und steht dem Entscheidungsprozess dann auf dem Platz stored ac on Loc zur Verf gung F r die Ausf hrung dieser Entscheidung m ssen nur noch die Informationen des zugeh rigen Flugstreifens abgerufen w
335. ormation processing and mental workload from cognitive psychology were conducted which serve as a foundation for implementing of a macro cognitive model of airport traffic control system MATriCS Model of Airport Traffic Control System based on coloured petri nets which is used for prediction of mental workload of tower controllers The validation of the model took place within a realistic computer simulation of the tasks of tower controllers while different measures of mental workload were gathered subjective physiological performance measures Results show that the model illustrates mental workload with sufficient diagnosticity and is able to replicate both the trend of the individual distribution of mental workload over time with average goodness as well as the mean workload level VI INHALTSVERZEICHNIS Ee e e H 1 1 Problemstellung eet EE H 1 2 Reichweite E E 4 1 3 Forschungsziele en 4 1 4 Aufbau der E 6 2 Mentale Beanspruchung Kognitive Kapazit t und Arbeitsged chtnis nereneememne 8 2 1 Mentale Beanspruchung Theorien und Modelle e 8 2 1 1 Aktivierungstheoretische Modelle ENEE 9 2 1 2 Aufmerksamkeitstheoretische Modelle ENEE 10 2 2 Arbeitsged chtnismodelle Kapazit t und Chunks ue 13 2 3 Mentale Beanspruchung in der Flugverkebrskontrolle ENEE 17 2 4 Erfassung Mentaler Beanspruchung und Operateurszust nde ENEE 22 2 4 1 Physiol gische Ma e una ie a en 23 2 4 2 Subjektive EE 25 2 4 3 Leistungsbasierte Malen
336. ors DOT FAA CT TN03 14 Atlantic City Federal Aviataion Administration Koros A Della Rocco P S Panjwani G Ingurgio V amp D Arcy J F 2006 Complexity in Airport Traffic Control Towers A Field Study Part 2 Controller Strategies and Information Requirements DOT FAA TC 06 22 Atlantic City Federal Aviataion Administration Kosicki D 2011 Der Einfluss von Testszenarien auf die Bewertung von Usability Thesis Philipps Universitat Marburg Kovacs A N meth E amp Hangos K M 2005 Modeling and Optimization of Runway Traffic Flow Using Coloured Petri Nets In International Conference on Control and Automation ICCA pp 881 886 Budapest Hungary Kramar A F 1993 Physiological metrics of Mental Workload A review of recent progress In Psychophysiology of Mental Workload Schriftenreihe der Bundesanstalt fiir Arbeitsmedizin Sonderschrift 2 pp 2 34 Kramar A F amp Spinks J 1991 Capacity views of human information processing In J R Jennings amp M Coles Eds Handbook of cognitive psychology Central and autonomic nervous system approaches pp 179 249 New York Wiley Lacey J I 1967 Somatic response patterning and stress Some revisions of activation theory In M Appley amp R Trumbull Eds Psychological stress Issues in research New York Appleton Century Crofts Lacey J I amp Lacey B C 1978 Two way communication between the heart and the brain
337. pr ft vgl Kapitel 6 In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt und validiert welches einen ersten Ansatz darstellt wie die Modellierung und Simulation kognitiver Prozesse zur Erkennung mentaler Beanspruchung von Towerlotsen angewendet werden kann Der Nutzen des entwickelten Modells bzw des vorgestellten Ansatzes kann seinerseits sowohl anwendungs als auch grundlagenorientiert einer Vielzahl Anwendungsm glichkeiten zugef hrt werden So kann es zur Zustandserkennung von Towerlotsen f r die Gestaltung adaptiver Automationen dienen Dar ber hinaus kann es verwendet werden um neuartige Unterst tzungssysteme auf ihren Nutzen hinsichtlich der Entlastung kognitiver Kapazit ten modellhaft zu berpr fen ohne kostenintensive Prototypenentwicklungen und Nutzertests vornehmen zu m ssen Zus tzlich k nnte es Anwendung bei der Flugverkehrsplanung finden wobei die kognitive Kapazit t des Lotsen bei der Erstellung von Flugpl nen ber cksichtigt werden kann Ferner kann das Modell ebenso helfen die kognitiven Vorg nge von Lotsen und von Menschen im Allgemeinen bei der Bearbeitung kognitiver Aufgaben besser verstehen zu k nnen und neue Forschungsfragen zu generieren 1 3 FORSCHUNGSZIELE Forschungsziel 1 Ableitung einer geeigneten Modellierungsform des Konstruktes mentaler Beanspruchung aus einschl gigen kognitionswissenschaftlichen Theorien theoretisch Durch eine intensive Recherche der Theorien und Modellvorstellungen zum Ko
338. r Modellierung anderer Problemstellungen beispielsweise die Einbindung eines zweiten Lotsen oder Flughafenmodells zu gew hrleisten Zur Interaktion zwischen Lotsen und Flughafen Modell sollen ferner verschiedene vom Lotsen verwendete Hilfsmittel abgebildet werden vgl Kapitel 4 4 Als weitere Vereinfachung wird festgelegt dass Piloten im Gegensatz zum Lotsen als zweite menschliche Komponente des Systems Flughafen nicht explizit mit modelliert werden sondern als Teil des Flughafenmodells angesehen werden Die wichtigsten Annahmen und Vereinfachungen sind im Folgenden nochmals in K rze zusammengefasst e Es wird eine ganzheitliche Beschreibung der Dom ne Flughafenverkehrskontrolle angestrebt e Es erfolgt eine Dreiteilung des Modells in Flughafen Interaktions und Lotsenmodell e Das Flughafenmodell beschreibt physikalische Prozesse z B Flugbewegungen sowie regulatorische Einschr nkungen z B zul ssige Rollgeschwindigkeiten des zu kontrollierenden Systems e Das Interaktionsmodell beschreibt den Informationsaustausch zwischen Flughafen und Lotsenmodell Es werden die wichtigsten Informationsquellen Flugstreifen Au ensicht Radar und Funkkommunikation modelliert e Ferner werden die wichtigsten Komplexit tsfaktoren modelliert Verkehrsaufkommen Belastung der Funkfrequenz Wirbelschleppen schlechte Sichtbedingungen Verkehr von Fahrzeugen Flughafenlayout 13 Die Flughafenkonfiguration wurde bei Koros et
339. r vgl Abbildung 43 andererseits nach realem Vorbild selbst erstellte Flugstreifen in einer Stripbay zur Verf gung vgl Abbildung 44 Auf dem Luftradar waren dabei die Flugbewegungen in einiger Entfernung um den Flughafen zu erkennen Das Bodenradar stellte eine Karte des Flughafens mit den jeweiligen Positionen der rollenden Luftfahrzeuge dar 157 Die Flugstreifen wurden in der Stripbay vor jedem Szenario vorsortiert und standen den Versuchspersonen zum Vermerk von Notizen zu jedem Flugzeug zur Verf gung Es wurde entschieden die Flugstreifen in der Stripbay vorzusortieren da sonst die Beanspruchung der Versuchspersonen zu hoch gewesen w re Im Anschluss an die ausf hrliche Instruktion wurden die EKG Elektroden gesetzt und die Versuchspersonen aufgefordert die von ihnen auszuf hrende Aufgabe nochmals kurz mit eigenen Worten zusammenzufassen Anschlie end begann eine 5 min tige Trainingsphase in der ein Verkehrsszenario bearbeitet wurde in dem alle Anfragen und Freigaben einmal auftraten Um die Versuchsbedingungen m glichst genau zu trainieren wurden die Versuchspersonen hier bereits jede Minute durch einen Piep Ton aufgefordert mittels RSME Fragebogen eine Einsch tzung ihrer momentanen mentalen Beanspruchung abzugeben sowie am Ende des Szenarios mittels NASA TLX eine Einsch tzung ihrer mentalen Beanspruchung ber das gesamte Szenario abzugeben Abbildung 44 Die den Versuchspersonen zur Verf gung stehende Stripbay
340. r vgl Koros et al 2003 10 Runway Start Landebahn 11 Taxiway Rollwege 12 Das Starten und Landen von Flugzeugen erzeugt enorme Luftverwirbelungen welche das Landen und oder Starten direkt nachfolgender Flugzeuge erschweren bis unm glich machen w rden Daher sind ad quate Abst nde sogenannte Staffelungsminima zwischen zwei landenden bzw startenden Flugzeugen einzuhalten 54 mit ber cksichtigen zu k nnen Um den Einfluss der Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitraumes zu bearbeitenden Flugzeuge auf die mentale Beanspruchung untersuchen zu k nnen ist es zus tzlich von Bedeutung dass beliebige Verkehrsszenarien auf dem Flughafen mit hinreichender Genauigkeit beschrieben werden k nnen Das Lotsenmodell wird anhand der Phasen der Handlungsregulation Hacker vgl Kapitel 4 5 modularisiert Die f r die vorliegende Problemstellung im Mittelpunkt stehenden Funktionen sind mit ausreichender Gr ndlichkeit abzubilden Der ganzheitliche Anspruch des Modells verlangt aber gleichzeitig die zumindest funktionelle Abbildung der nicht im Fokus der Arbeit stehenden Prozesse sofern sie essentiell f r die Erf llung der Aufgabe des Lotsen sind Ferner wird festgelegt dass nur ein Lotse den gesamten Ablauf eines Flughafens kontrolliert und die Arbeit somit nicht wie in der Realit t blich auf zwei Positionen aufgeteilt wird vgl Kapitel 4 4 Der modulare Aufbau erm glicht allerdings Anpassungen und oder Erg nzungen um zu
341. r Abweichungen der subjektiven Gr e sollte daher mit Vorsicht geschehen da die festgelegte Maximalkapazit t des Arbeitsged chtnisses ebenso willk rlich sein kann Ferner besteht das Problem dass die Erfassung der absoluten Auspr gung mentaler Beanspruchung mit Hilfe konstruierter Skalen recht willk rlich ist Es ist schwer zu sagen welches Gef hl der Beanspruchung die Versuchsperson mit einem Wert von 50 auf der RSME Skala verband Eine andere Versuchsperson k nnte dieselbe Belastung mit einem anderen Beanspruchungswert einsch tzen Hierbei besteht vor allem auch das Problem dass die Skalen nicht quidistant sind das bedeutet dass kleinere Belastungsunterschiede im unteren Bereich der Skala bereits zu Unterschieden in den Beanspruchungsratings f hren k nnen w hrend im oberen Bereich sehr viel gr ere Belastungsunterschiede n tig sind um das Beanspruchungsratig zu ver ndern Ferner besteht der Trend dass mehrheitlich im unteren bis mittleren Bereich der Skala angekreuzt und nur selten der obere Bereich genutzt wird Es konnte ebenfalls gezeigt werden dass unterschiedliche Erfassungsmethoden zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu unterschiedlich hohen Beanspruchungsbewertungen f hren k nnen So wurden mit dem NASA TLX im Anschluss an ein Szenario absolut gesehen viel h here Bewertungen abgegeben als mit dem RSME w hrend der Szenarien Es gilt hierbei zu pr fen ob diese Unterschiede durch den Messzeitpunkt im Nachhinein vs
342. r abh ngigen Variablen RSME Bewertung ms IBI sowie der Modelldaten Anzahl der Chunks im Arbeitsged chtnis festgestellt werden wie gut gewisse Trends sowie Gipfel und T ler von Modell und Versuchspersonendaten bereinstimmen Dabei ist es vor allem von Interesse herauszufinden ob das Modell Beanspruchungs Gipfel replizieren kann da ein wesentliches Ziel des Modells die Aufdeckung solcher Zeitr ume hoher Beanspruchung darstellt Ferner kann statistisch berpr ft werden ob sich f r die mittlere Beanspruchungsh he in jedem Szenario ein hnliches Bild ergibt wie bereits bei den Hypothesen zu den subjektiven Bewertungen und dem Leistungsma dargelegt wurde Eine h here Belastung sollte mit h heren Beanspruchungswerten des Modells einhergehen geringere Belastung im Umkehrschluss mit geringeren Beanspruchungswerten Es ergibt sich Hypothese 7 quivalent zu den Hypothesen 4 5 und 6 Hypothese 7 Die mittleren Beanspruchungswerte des Modells gemessen ber die Anzahl der Chunks im Arbeitsged chtnis des Modells sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die mittleren Beanspruchungswerte des Modells von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander a Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells ist in Szenario 1 h her als in Szenario 2 b Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells ist in Szenario 1 h her als in Szenario 4 C Die mittlere Beanspruchungsh
343. r und Visual Buffer abgelegt und dem WM storage Modul zur Verf gung gestellt siehe Abbildung 38 auf Seite 128 Hierbei werden die auf den Buffer Pl tzen abgelegten Informationen durch das Schalten der jeweiligen Transition z B store aud f r die Speicherung auditiver Informationen also der Anfrage in den Speicher Storage verschoben Dabei wird f r jede Information Chunk auf dem Platz WM_Capacity die Anzahl der hier gespeicherten Elemente erh ht Dies wird durch eine Marke vom colorset int realisiert welcher bei Initialisierung des Netzes ein Wert von 0 zugewiesen wird Mit jedem gespeicherten Chunk Auftreten einer store Transition wird dieser Wert um 1 erh ht Ein Chunk wird dabei mit einer Marke gleichgesetzt welche weitere Items enth lt Hierbei k nnen unterschiedliche Marken unterschiedlich komplexe Chunks enthalten siehe Beschreibung der Colorsets Kapitel 5 2 3 Beispielsweise enth lt die Marke vom Typ Aim List auf dem Platz auditory buffer die Informationen die einer Anfrage entsprechen Anfragendes Flugzeug Rufzeichen letzte Position dieses Flugzeuges Zielposition des Flugzeuges Intention und die Zeit zu der die Anfrage gestellt wurde 127 aud id ident locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load2 auditory buffer In Jut id ident Stored_Info locLast locLast dest dest intent intent reqTime reqTime load load aimlist
344. rad der Entscheidungen vor welche allerdings nicht ohne weiteres aufzul sen ist Durch eine Erh hung des Verkehrsaufkommens oder einer ver nderten Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit kommt es zwangsl ufig immer dazu dass mehr Kommunikation stattfindet mehr Entscheidungen zu treffen sind und mehr potentielle Konfliktsituationen auftreten k nnen Die Verteilung der Flugzeuge ber die Zeit war allerdings einerseits durch die Beschaffenheit der Simulation andererseits aber auch durch den Einfluss der Versuchspersonen auf den Ablauf des Szenarios u erst schwer zu kontrollieren 6 3 4 BEWERTUNG DER MITTLEREN MENTALEN BEANSPRUCHUNG ERFASST DURCH DEN NASA TLX HYPOTHESE 5 Die Hypothesentestung zur Feststellung der experimentellen Manipulation mit dem NASA TLX g A kann ebenfalls als erfolgreich angesehen werden Hierbei gelten alle Alternativ sowie Nullhypothesen Es konnte festgestellt werden dass hypothesenkonform diejenigen Szenarien mit hoher Belastung auch zu h heren Beanspruchungsratings f hrten als Szenarien mit niedriger Belastung Szenarien mit gleicher Belastung unterscheiden sich deskriptiv jedoch nicht statistisch signifikant Auch hierbei kann die unterschiedliche Beanspruchungsh he der 182 Szenarien mit gleicher Belastung durch die ver nderte Verteilung der Flugzeuge erkl rt werden Die Argumentation ergibt sich analog zu oben Interessant ist das Ergebnis dass sich mit dem NASA TLX g A eine etwas ande
345. rbei davon ausgegangen dass bei h herer Belastung Anzahl der abzufertigen Flugzeuge auch die Belastung des Arbeitsged chtnisses zunimmt Dies f hrt dazu dass einerseits mehr Vergessensfehler auftreten es werden Flugzeuge nicht oder zu sp t abgefertigt schlichtweg vergessen Andererseits wird angenommen dass es vermehrt zu schlechten Entscheidungen kommt die zu kritischen Situationen Zusammenst en Durchstarten von Flugzeugen f hren Hierbei ist erneut davon auszugehen dass sich auch die Fehlerzahlen der Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen Szenarien 1 und 3 von den Fehlerzahlen der Szenarien mit niedrigem Verkehrsaufkommen Szenarien 2 und 4 signifikant voneinander unterscheiden Hingegen sollten sich die Fehlerzahlen der beiden Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen 1 und 3 und der beiden Szenarien mit niedrigem Verkehrsaufkommen 2 und 4 untereinander nicht signifikant unterscheiden Hypothese 6 Die Fehlerzahlen sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem Die Fehlerzahlen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht signifikant voneinander ER Die mittlere Fehlerzahl ist in Szenario 1 h her als in Szenario 2 147 b Die mittlere Fehlerzahl ist in Szenario 1 h her als in Szenario 4 C Die mittlere Fehlerzahl ist in Szenario 3 h her als in Szenario 2 d Die mittlere Fehlerzahl ist in Szenario 3 h her als in Szenario 4 e Die mittlere Fehlerzahl ist der
346. rch ein Produktionensystem anhand Inferenzregeln und subsymbolische Struktur durch eine Vielzahl an parallelen Prozessen abbildet wovon letztere durch mathematische Gleichungen beschreibbar sind Dzaack 2008 Die grundlegende Struktur von ACT R besteht aus einer Reihe von Modulen und vorgelagerten Puffern die verschiedene Arten von Informationen speichern und verarbeiten z B visuelles Modul f r die Ausrichtung visueller Aufmerksamkeit manuelles Modul zur Kontrolle motorischer Handlungen Wissen in Form von Fakten ist in ACT R im deklarativen Speicher abgelegt ber die sogenannte Aktivierung der Wissenseinheiten wird zu jeder Zeit bestimmt ob und wie schnell dieses Wissen abgerufen werden kann Das abgerufene Wissen steht dann dem Arbeitsspeicher zur Verf gung Dem deklarativen Wissen steht das prozedurale Wissen gegen ber welches Handlungswissen in Form von Regeln enth lt Sie bilden mentale Verarbeitungsmechanismen ab und dienen der Zielverfolgung M hlenbrink 2011 Von einem stark anwendungsorientierten Standpunkt aus betrachtet besteht der Nachteil der Verwendung kognitiver Architekturen dabei insbesondere darin dass einerseits h ufig der Kontext in dem Kognition stattfindet vernachl ssigt oder nur auf bestimmte relativ abstrakte 35 Aufgaben reduziert wird die h ufig wenig repr sentativ f r reale Situationen sein k nnen In ACT R war es urspr nglich z B nicht vorgesehen dass ein erstelltes Modell mit einer simuli
347. rdings nicht signifikant unterscheiden Daraus ergeben sich die folgenden sechs Unterhypothesen Hypothese 4 Die subjektiven Bewertungen der mentalen Beanspruchung erhoben mit der RSME Skala sind bei hohem Verkehrsaufkommen signifikant h her als bei niedrigem 4a d Die Bewertungen von Szenarien mit gleich hohem Verkehrsaufkommen unterscheiden sich nicht voneinander 4e f a Die subjektive Bewertung ist in Szenario 1 h her als in Szenario 2 b Die subjektive Bewertung ist in Szenario 1 h her als in Szenario 4 c Die subjektive Bewertung ist in Szenario 3 h her als in Szenario 2 d Die subjektive Bewertung ist in Szenario 3 h her als in Szenario 4 e Die subjektiven Bewertungen der Szenarien 1 und 3 unterscheiden sich nicht f Die subjektiven Bewertungen der Szenarien 2 und 4 unterscheiden sich nicht 64 Ein hohes a Niveau sorgt daf r dass nicht signifikante Ergebnisse unwahrscheinlicher werden und damit die Annahme der Ho erschwert wird Es ist weiterhin darauf hinzuweisen dass auch bei nicht signifikanten Ergebnissen und einer damit verbundenen Annahme der Nullhypothese diese jedoch nicht als best tigt anzusehen ist Auch bei hoher Testst rke bedeutet ein nicht signifikantes Ergebnis dass die H mit niedriger B Fehlerwahrscheinlichkeit f lschlicherweise abgelehnt wird Bortz amp D ring 2005 Da die Nullhypothese besagt dass es keinen Effekt gibt bedeutet ein nicht signifikantes Ergebnis aber nicht dass
348. re Einsch tzung der mittleren mentalen Beanspruchung ber die vier Szenarien ergibt als mit dem RSME So ist beispielsweise mit dem NASA TLX das Szenario 1 als am beanspruchendsten eingesch tzt worden mit dem RSME jedoch das Szenario 3 Dieses Ergebnis wird in der Diskussion zu Hypothese 8 Kapitel 6 3 7 ausf hrlich diskutiert Ebenfalls f llt auf dass die Beanspruchung sehr viel h her meist doppelt so hoch eingesch tzt wurde als mit dem RSME Dies kann einerseits durch die Instruktion und andererseits durch den unterschiedlichen Erhebungszeitpunkt der beiden Skalen erkl rt werden Die Versuchspersonen waren instruiert mit der RSME Skala ihre aktuelle Beanspruchung einzusch tzen die sie zu dem bestimmten Zeitpunkt innerhalb des Szenarios empfanden an denen der Piep Ton ert nte Mit dem NASA TLX sollten sie allerdings einen Gesamteindruck ihrer Beanspruchung ber das gesamte Szenario widergeben Hierbei ist es wahrscheinlich dass die Versuchspersonen das gesamte Szenario als hoch beanspruchend bewerteten jede einzelne Bewertung innerhalb des Szenarios allerdings eher im mittleren Bereich ausfiel Ebenso k nnen Verzerrungen dadurch aufgetreten sein wie h ufig bzw in welcher Reihenfolge die Frageb gen angewendet wurden Es w re interessant gewesen auch den Gesamteindruck ber das Szenario nochmals mit der RSME Skala bewerten zu lassen um einen Vergleich zu erhalten und so R ckschl sse daraus ziehen zu k nnen ob die entstande
349. ren Betrachtung auszuschlie en 4 3 6 ANALYSE AUS DEM DFS PROJEKT VICTOR Die Studie von Human Factors Consult 2009 besitzt wenngleich sie sehr aktuell ist ebenfalls einige Einschr nkungen Sie basiert nach eigenen Angaben auf den Ergebnissen des MANTEA und ATHOS Projektes welche aber mit eigenen Beobachtungen und Datenerhebungen an den Regionalflugh fen Niederrhein und Dortmund verglichen wurden Da einige Unterschiede in der Aufgabenverteilung an Regionalflugh fen und gr eren Flugh fen bestehen ist zu beachten dass sich die identifizierten Aufgaben bei dieser Aufgabenanalyse auf die Arbeitsrealit t der Fluglotsen in Niederrhein und Dortmund bezogen wo teilweise keine klare Aufgabentrennung von Platz und Rollverkehrslotse bestand Human Factors Consult 2009 S 5 Es wurde daher auch keine Trennung zwischen Rollverkehrs und Towerlotse vorgenommen Zus tzlich wird darauf hingewiesen dass das Ziel darin bestand ausschlie lich die Aufgaben systematisch zu analysieren bei denen visuelle Informationen aus der Umwelt bezogen werden Human Factors Consult 2009 S 5 Somit fokussiert die Aufgabenanalyse weniger darauf welche Handlungen konkret vollzogen werden m ssen durch welche konkreten Handlungsschritte oder Denkprozesse sondern mehr darauf an welchen Objekten sie zu vollziehen sind Die Aufgabenanalyse flie t in den Modellerstellungsprozess daher insofern ein als dass sie einerseits ein allgemeines Bild der
350. ressant ist hierbei allerdings das deskriptive Ergebnis dass die Gruppe mit durchschnittlichem d2 R Wert die Beanspruchung im Mittel als geringer einschatzte als die beiden anderen Gruppen durchschnittlich lt niedrig lt hoch Die Versuchspersonen mit durchschnittlichem d2 R Wert fthlten sich in der Fluglotsenaufgabe also am wenigsten beansprucht Dieses Bild ergab sich fiir beide subjektiven Ma e Die Aufgaben in der simulierten Fluglotsenaufgabe sind dabei mit den Aufgaben des Konzentrationstests zu vergleichen Es muss auf relativ einfache Reize reagiert werden die eindeutig wahrnehmbar sind wobei einfache Regeln anzuwenden und Teilhandlungen so schnell wie m glich zu koordinieren sind Hierbei kann vermutet werden dass die Versuchspersonen mit hohem d2 R Wert eine andere Strategie verfolgten als die anderen beiden Gruppen So k nnten die Versuchspersonen mit geringem als auch mit durchschnittlichem Abschneiden im d2 R Test den Flugverkehr nach den vorgegebenen Regeln abgearbeitet haben was mit relativ geringem kognitivem Aufwand zu erf llen ist Die Gruppe mit durchschnittlichem d2 R Wert empfand dabei das Reagieren auf die Reize und die Anwendung der Regeln als weniger beanspruchend als die Gruppe mit geringem d2 R Wert aufgrund der Tatsache dass relevante Zielreize unter Zeitdruck besser extrahiert werden konnten F r die Versuchspersonen mit hohem d2 R Wert kann vermutet werden dass ihnen die reine Selektion der Zielreize und
351. rimentellen Daten anpasst abweichen Schunn amp Wallach 2005 Als Ma e werden hier meist die mittlere quadratische Abweichung MSD mean squared deviation oder die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung RMSD root mean squared deviation verwendet Hierbei ist allerdings darauf zu achten ob die Berechnung solcher Kennwerte f r das vorliegende Datenset berhaupt Sinn macht F r die Einzelfallanalysen der Versuchspersonen sind Berechnungen von bspw RMSD nicht m glich da diese mit Hilfe der Versuchspersonenmittelwerte der Modellmittelwerte und der Standardfehler dieser Mittelwerte durchgef hrt werden m ssen Diese Berechnung findet bei Einzelfallanalysen allerdings nicht statt Eine solche Mittelwertberechnung m sste ber die Messzeitpunkte erfolgen um damit einen mittleren zeitlichen Verlauf ber alle Versuchspersonen zu erhalten Dies ist allerdings auf Grund der fehlenden Standardisierung der Szenarien nicht als sinnvoll zu erachten da durch das relativ zuf llige Erscheinen der Flugzeuge innerhalb eines Szenarios die H he der Belastung zu den einzelnen Messzeitpunkten zwischen den Versuchspersonen variiert vgl Kapitel 6 1 2 Aus diesen Gr nden kann die Messung der mittleren quadratischen Abweichung der exakten Lage von Datenpunkten zumindest f r die zeitlichen Verl ufe der Daten nicht erfolgen F r die Berechnung von Abweichungsma en der mittleren Beanspruchungsh he innerhalb der vier Szenarien ergeben sich we
352. rozess und kognitive Prozesse des Lotsen unabh ngig voneinander ab und synchronisieren sich nur zeitweise durch den Austausch von Informationen ber das Interaktionsmodell Diesen Zusammenhang stellt Abbildung 6 schematisch dar Es k nnen mit diesem Ansatz somit eine Vielzahl von Variablen abgebildet 53 werden welche alle einen Einfluss auf die Performanz des Lotsen und damit die Performanz des Gesamtsystems besitzen Aufbauend auf den Arbeiten von Koros et al 2003 sollen zur Eingrenzung des Variablenraumes f r das vorliegende Modellierungsproblem diejenigen Faktoren Ber cksichtigung finden die Lotsen als wichtigste Einflussfaktoren bewertet haben Hierbei zeigte sich dass hohes Verkehrsaufkommen als wichtigster Faktor bewertet wurde Ebenso sind Kreuzen der aktiven Runway berlastungen der Frequenz Unterschiedliche Leistungscharakteristika von Flugzeugen Einschr nkungen der RWY oder TWYs 11 Konfiguration der RWY TWYs Ma nahmen der Verkehrsplanung Wirbelschleppen Ausbildung am Arbeitsplatz schlechte Sichtbedingungen durch Wetter schlechtes Wetter unvertraute Piloten Verkehr von Fahrzeugen und schlechtes Englisch von Piloten oft genannte Komplexit tsfaktoren Einige dieser Faktoren sind allerdings mit einem modellgetrieben Ansatz kaum oder schlecht beschreibbar wie beispielsweise Ma nahmen der Verkehrsplanung oder Ausbildun
353. rsplanung Umsetzung der Gegen berstellung fl ssige Abwicklung Aufrechterhaltung Verkehrsplanung von Realit t und des Luftverkehrs eines ad quaten Verkehrsplanung Situationsbildes Ziel1 Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Vermeidung von ei EE SE Zusammenst en am Boden Ziel2 nach ICAQ 4444 2007 Annahme der Flugzeuge LFZ von der vorher gehenden Kontroll position Hauptaufgabe 1 Ubergabe der Kontrolle an n chste Kontroll position Hauptaufgabe 8 nach Cox 1994b Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ankiinfte und Abfl ge Hauptaufgabe 2 nach Cox 1994b F hrung der Ank nfte zum Stand Hauptaufgabe 3 F hrung der Abfl ge zur Startbahn Hauptaufgabe 4 F hren gezogener LFZ nach Cox 1994b Durchf hrung von Routineaufgaben Bearbeitung von Notf llen am Boden nach Cox 19946 Abbildung 11 Zuordnung der acht Hauptaufgaben des Rollverkehrslotsen TWR nach Cox 1994b zu den Phasen der Handlungsregulation nach Hacker 1986 nach Smieszek 2011 Ferner beinhaltet die bergabe an die n chste Kontrollposition nur einen Arbeitsschritt und wurde daher in die jeweils vorgelagerten Aufgaben integriert Die Hauptaufgabe vier F hrung der Abfl ge zur Startbahn nach Cox 1994b wurde aufgrund ihrer Komplexit t nochmals in zwei Unteraufgaben unterteilt Hierbei ist zun chst die Aufgabe Initiieren des Push Back und im Anschluss F h
354. rt Delft The Netherlands Department of Philosophy and Social Sciences Delft University of Technology Zsambok C R amp Klein G 1997 Naturalistic Decision Making Mahwah NJ Lawrence Erlbaum Associates 229
355. rteilt sind Kolmogorov Smirnoff Test auf Normalverteilung der Daten liefert f r die Reihen der Szenarien 2 und 4 signifikante Ergebnisse wurde eine Friedmann ANOVA durchgef hrt Diese berschritt knapp das Signifikanzniveau von a 0 05 x 6 333 df 2 p 159 0 052 so dass kein signifikanter Zusammenhang zwischen den Fehlerzahlen und dem Abschneiden im d2 R Test angenommen werden kann 25 20 15 10 Mittlere Fehlerzahl Niedrig Durchschnittlich Hoch D2 R Wert Abbildung 45 Mittlere Fehlerzahl der drei Gruppen nach ihrem Abschneiden im d2 R Test 50 00 gt U CH CH H 40 00 35 00 30 00 25 00 20 00 15 00 10 00 Mittlere Beanspruchungsh he RSME in 5 00 0 00 Niedrig Durchschnittlich Hoch D2 R Wert Abbildung 46 Mittlere Beanspruchungsh he laut RSME der drei Gruppen nach d2 R Ergebiniss 160 Weiterhin wurde untersucht ob ein Zusammenhang zwischen dem Abschneiden im d2 R Test und der subjektiven Beanspruchungshohe erfasst mit dem RSME und dem NASA TLX Sub Skala geistige Anstrengung g A besteht Laut Abbildung 46 und Abbildung 47 ist hier deskriptiv zu erkennen dass diejenigen Versuchspersonen mit einem hohen d2 R Wert die Beanspruchung im Mittel am h chsten einsch tzten die mit durchschnittlichem Abschneiden am niedrigsten Das gleiche Bild ergibt sich bei den Bewertungen mittels NASA TLX g A Aufgrund des Skalenniveaus der Daten nur Ordinalskalenniveau kann angenommen
356. ruchung zu erfassen 205 F r eine Erweiterung der praktischen Anwendungsm glichkeiten des Modells ist durch dessen modularen Aufbau beispielsweise die Erweiterung auf zwei Lotsen m glich um so ein realistischeres Abbild der Rollenverteilung im Tower zu erhalten und auch die Interaktionen zwischen den beiden Arbeitspositionen mit in Untersuchungen einflie en lassen zu k nnen Letztendlich w re damit auch denkbar Ph nomene wie Teamwork oder Shared Cognition Hopp amp Hayne 2002 Kiekel amp Cooke 2004 zu untersuchen Ebenso ist die Erweiterung des Modells hinsichtlich der sogenannten Remote Control F rstenau et al 2009 hme amp Schulz R ckert 2010 also der Bearbeitung zweier kleinerer Flugh fen durch einen einzelnen Lotsen m glich um Untersuchungen hinsichtlich mentaler Beanspruchung von Lotsen bei der Bearbeitung mehrerer Flughafen zu erm glichen Im Hinblick auf die Verwendung farbiger Petrinetze zur Beschreibung kognitiver Prozesse und menschlichen Verhaltens konnte ein weiterer Schritt getan werden Es wurde nicht nur formale Abl ufe beschrieben sondern auch kognitive Prozesse Ressourcen und Strukturen Aus den Erfahrungen dieser Arbeit ist auch eine kombinierte Verwendung farbiger Petrinetze und kognitiver Architekturen wie ACT R denkbar Hierbei k nnten farbige Petrinetze dazu dienen den Prozess abzubilden die kognitive Architektur liefert die n tigen Voraussetzungen zur Beschreibung menschlicher Kognit
357. rung der Abfl ge zur Startbahn auszuf hren vgl Smieszek 2011 F r den Rollverkehrslotsen GND wurden die folgenden vier Hauptaufgaben weiter betrachtet vgl Smieszek 2011 1 Formulierung eines Plans zur Integration der Bewegungen der Ank nfte und Abfl ge 2 F hrung der Ank nfte zum Stand 3 Initiieren des Push Back 4 F hrung der Abfl ge zur Startbahn 73 Abbildung 12 auf Seite 75 stellt beispielhaft den Grafen der Hauptaufgabe zwei F hren der Ank nfte zum Stand dar der die n tigen Aktionen beschreibt welche der Lotse ausf hren muss um die Unteraufgabe zu bearbeiten Nachdem der Pilot des betreffenden Flugzeugs das Verlassen der Landebahn best tigt hat muss zun chst auf Grundlage der in Hauptaufgabe eins get tigten Beobachtungen und Planungen gepr ft werden ob die Verkehrssituation es zul sst die gesamte Route freizugeben Ist dies der Fall kann die bermittlung der Freigabe erfolgen Der Pilot best tigt daraufhin den Erhalt der Freigabe durch einen Readback welcher vom Lotsen zu berwachen ist Ist eine bermittlung der gesamten Route auf Grund der Verkehrssituation nicht m glich so muss diese Notwendigkeit zun chst erkannt und anschlie end berpr ft werden welcher Teil der Gesamtroute sicher ist Dann erst kann der erste Teil der Freigabe bermittelt werden wobei wiederum der Readback des Piloten berpr ft werden muss W hrend das LFZ die Route abrollt werden dessen Position und R
358. s re Act 1locLast RWY then empty a L R LA Bio wm gt 0 wm lt wm_capacity P_LOW dent typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct stat 5 man_loc SB oreise man_loc HO if intent Landing andalso stat Cheared_to_Land then 1 id ident typ typ locLast hd clearAct rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim aim intent Taxi_On_Block ClearOld GearAct statOld1 Landed else if Intent Taxi_to_RWY then 1 id Ident typ typ locLast List last clearAct rules rules wtc wtc s_time stime Gest dest ams am intent Departure ClesrOld clearAct statOld1 stat else empty Vehicle Location_Check frequency if stat Taxi_Clearance andalso 1locLast RWY then 1 locLast else if clearAct D orelse 1locLast RWY then empty ei for_Take_off CH Ise empty 4 p else empty Cis attention gt N ht my LocationTimed vi Retrieve if stat Taxi_Clearance orelse stat Cleared_for_Take_off orelse stat Flightstrip_printed then 1 wrn 1 else 1 Gem MOUE WM Capacity Abbildung 35 Das Act Modul im Petrinetz 122 Wickens 1984 vgl Kapitel 2 1 Annahme 18 und somit kann das act Modul auch Trigger enthalten die aus allen anderen Modulen stammen Dies ist immer dann der Fall wenn fiir die Ausf hrung kognitiver Aufgaben zun chst motorische Handlungen erforder
359. s NASA TLX g A und des RSME unterschieden wurde zus tzlich noch der Gesamtwert des NASA TLX Raw Task Load Index nach Byers et al 1989 NASA RTLX bestimmt um zu berpr fen ob sich die Trends des RSME und des NASA RTLX st rker hneln Hiermit sind R ckschl sse auf die Diagnostizit t des RSME m glich Es ist zu erkennen dass die absolute Beanspruchungsh he 171 vom Modell zwar meist unterschatzt wird sie sich aber in etwa auf der Hohe der mittleren Beanspruchungshohe die mit dem RSME erreicht wurde befindet Es ist ferner zu erkennen dass der Trend den die subjektive Bewertung mit der Sub Skala geistige Beanspruchung des NASA TLX ergab auch durch das Modell abgebildet werden kann Szenario 1 gt Szenario 3 gt Szenario 2 gt Szenario 4 was sich auch in einer hohen Korrelation zwischen den beiden Messskalen widerspiegelt p 1 00 t 1 00 70 00 60 00 50 00 40 00 30 00 20 00 10 00 Mittlere BeanspruchungshGhe VP bzw ANzahl Chunks Modell p 0 00 hohe Belastung niedrige Belastung Szenario 0 NASA TLXg A MNASA RTLX t RSME Modell Abbildung 53 Mittlere Beanspruchungsh he des Modells Anzahl Chunks verglichen mit der mittleren Beanspruchungsh he des RSME des NASA TLX g A sowie des NASA RTLX jeweils in In hnlicher Weise wird auch der Trend der mittleren Fehlerzahlen durch das Modell abgebildet vgl Kapitel 6 2 3 Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 2 gt Szenario
360. s New York Wiley Hacker W 1986 Arbeitspsychologie Berlin VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften Hacker W 2005 Allgemeine Arbeitspsychologie Psychische Regulation von Arbeitst tigkeiten 2nd ed Bern Huber Hagemann T 2000 Belastung Beanspruchung und Vigilanz in der Flugsicherung unter besonderer Ber cksichtigung der Towerlotsent tigkeit Frankfurt am Main Lang Halbr gge M 2013 ACT CV Bridging the Gap between Cognitive Models and the Outer World In E Brandenburg L Doria A Gross T G nzler amp H Smieszek Eds Tagungsband der 10 Berliner Werkstatt Mensch Maschine Systeme pp 204 210 Berlin Universit tsverlag der Technischen Universit t Berlin 213 Hanson E K S Schellekens J M H Veldman J B P amp Mulder L J M 1993 Psychomotor and cardiovascular consequences of mental effort and noise Human Movement Science 12 6 607 626 Hart S G amp Staveland L E 1986 Development of NASA TLX Task Load Index Results of Empirical and Theoretical Research Moffett Field CA NASA Ames Research Center Harwell M R Rubinstein E N Hayes W S amp Olds C C 1992 Summarizing monte carlo results in methodological research The one and two factor fixed effects ANOVA cases Journal of Educational and Behavioral Statistics 17 4 315 339 Henderson P R Bakal D A amp Dunn B E 1990 Cardiovascular response pattern and speech a study of a
361. s Effizienz Gr ndlichkeits Tradeoff auf die Fehlerzahl und die subjektive Beanspruchungsbewertung festgestellt werden vgl Kapitel 6 2 1 Die Auswertung der Herzrate ergab dass deren Sensitivit t nicht ausreichte um zwischen verschiedenen Belastungsbedingungen zu unterscheiden Es konnten aber Unterschiede zwischen den beiden Experimentalbedingungen und der Baseline Bedingung nachgewiesen werden Hierdurch wurden Befunde von Nickel et al 2002 best tigt dass die Herzrate nicht 190 sensitiv genug ist um _ feiner abgestufte Belastungsgrade S 33 aufzudecken sondern lediglich in der Lage ist eine Experimental von einer Baseline Bedingung zu unterscheiden vgl Kapitel 6 2 2 Hierdurch erweist sich die Herzrate f r weitere Untersuchungen als nicht sinnvoll Die statistische Auswertung erfolgte zunachst hinsichtlich der experimentellen Manipulation Es konnte festgestellt werden dass die durch subjektive Methoden erfasste mentale Beanspruchung in den meisten F llen auf die h here Anzahl Flugzeuge zur ckgef hrt werden konnte da bei einer gr eren Anzahl Flugzeuge die Beanspruchung signifikant h her eingesch tzt wurde als bei einer geringeren Anzahl Flugzeuge Zus tzlich unterschied sich die Beanspruchungsh he bei gleicher Belastung in der Mehrzahl der F lle nicht signifikant Nur vereinzelt konnten auch Unterschiede bei gleicher Belastung festgestellt werden was auf eine unterschiedliche Verteilung der Flugzeug
362. s angesehen 4 3 AUFGABENANALYSE F r die Erstellung des Lotsen sowie des Flughafenmodells ist eine genaue Kenntnis der Abl ufe eines Flughafens und der Aufgaben der Lotsen notwendig Zu diesem Zwecke wurden neben Regelwerken wie der Betriebsanweisung f r die Flugverkehrskontrolle BA FVK DES 2006 und der ICA04444 2007 4 die den Ablauf der Flugverkehrskontrolle beschreiben bereits vorhandene Aufgabenanalysen aus dem Bereich der Flugplatzkontrolle ausgewertet und konsolidiert Ziel war es diejenigen Aufgabenanalysen herauszufinden die die n tige Tiefe aufweisen um ein m glichst umfassendes Bild der Aufgaben von Towerlotsen zu generieren Es existiert eine Vielzahl von Aufgabenanalysen im Bereich Flugverkehrskontrolle mit unterschiedlichstem Fokus Dabei k nnen zun chst zwei Unterscheidungskriterien getroffen werden Die analysierte Position en route vs Tower und die Art der Analyse hierarchisch vs kognitiv Der Unterschied zwischen hierarchischer hierarchical task analysis HTA vgl z B Kirwan amp Ainsworth 1992 und kognitiver Aufgabenanalyse cognitive task analysis CTA vgl 14 ICAO International Civil Aviation Organization Internationale Zivilluftfahrt Organisation 56 z B Crandall Klein amp Hoffman 2006 besteht darin dass bei der CTA die innere Wissensstruktur des Menschen also das Wissen bzw die Informationen die der Benutzer zur Durchf hrung einer Aufgabe hat oder haben muss analysiert
363. s motorische Modul gerade frei ist Der Platz Manual Executed dient als Output Kanal des motorischen Moduls an das bergeordnete act Modul und zeigt an wenn eine motorische Bewegung ausgef hrt ist Das Vollenden einer motorischen Aktion ist meist Voraussetzung f r weitere Simulationsschritte Wird von einer der oben genannten Transitionen eine Anfrage gestellt gelangt diese ber den Platz Manual Action an das motorische Modul Derartige Anfragen werden in einer Liste auf dem gleichnamigen Platz abgelegt und umfassen eine komplette Aktion wie z B Mark_FS markieren eines Flugstreifens Diese wird im motorischen Modul in einzelne Teilbewegungen aufgespalten Im ersten Schritt Transition Interpret Action wird dabei die Aktion die in der Request Liste an erster Stelle steht entsprechend der Funktion manual request in ihre Bewegungsbestandteile zerlegt und der eigentliche motorische Prozess gestartet Voraussetzung hierf r ist dass auf dem Platz Hand Free eine Marke liegt d h zu diesem 59 In der vorliegenden Modellversion sind keine Tirgger des motorischen Moduls aus anderen Modulen vorhanden da das Aufnehmen von Flugstreifen aus dem Drucker und aus der Stripbay im durchgef hrten Validierungsexperiment nicht Teil der Aufgabe der Versuchspersonen war Die Version 1 8 die auf einem fiktiven Towerarbeitsplatz beruht enth lt allerdings diese Trigger 123 Zeitpunkt also keine weiteren motorischen Prozesse laufen
364. samten Methodenspektrum der Ingenieurwissenschaften und Informatik aber auch aus der Psychologie und der Kognitionswissenschaft ein f r die spezifische Problemstellung geeignetes Beschreibungsmittel auszuw hlen Der Anspruch den Cognitive Systems Eingineering dabei erhebt ist ebenso ein ganzheitlicher W hrend mikrokognitive Ans tze h ufig auf die Erkl rungen von Einzelph nomenen fokussieren und diese experimentell unter stark kontrollierten Bedingungen untersuchen hat Makrokognition den Anspruch einer ganzheitlichen Systembeschreibung und einer ganzheitlichen Modellierung der Systemperformanz Hierbei werden kognitive Prozesse nur da betrachtet wo sie n tig sind wobei eher ein funktioneller weniger ein struktureller Ansatz verfolgt wird Ziel des makrokognitiven Ansatzes und damit des Cognitive Systems Engineering ist also die Betrachtung realistischer Ph nomene unter realistischen Bedingungen was bedeutet dass Untersuchungen m glichst im Feld durchgef hrt werden sollten oder wenn nicht anders m glich im Simulator jedoch nicht mit Studenten als Probanden sondern m glichst mit Domainexperten Ziel der makrokognitiven Modellierung ist dabei nicht die Untersuchung von Kausalzusammenh ngen unter Ausschluss m glichst aller St rvariablen wie es die experimentelle Psychologie tut Vielmehr wird angestrebt die menschliche Verarbeitungsf higkeit bei der Systemgestaltung mit zu ber cksichtigen Nachteilig ist dabei 37 allerdin
365. schine Systemen Doctoral Dissertation Technische Universit t Berlin Lim K Y amp Long J B 1994 The MUSE Method for Usability Engineering Cambridge Cambridge University press Lindblom C E 1959 The science of muddling through Public Administration Quarterly 19 79 88 Lindsley D B 1951 Emotions In S Stevens Ed Handbook of experimental psychology New York Wiley Loft S Sanderson P Neal A amp Mooij M 2007 Modeling and Predicting Mental Workload in En Route Air Traffic Control Critical Review and Broader Implications Human Factors 49 3 376 399 Logie R H 1986 Visuo spatial processing in working memory Quarterly Journal of Experimental Psychology A 38 229 274 Mackay W E 2000 Is Paper Safer The Role of Paper Flight Strips in Air Traffic Control Aviation 6 4 311 340 Manning C Fox C amp Pfleiderer E 2003 Relationships between Measures of Air Traffic Controller Voice Communications Taskload and Traffic Complexity In Proceedings of the 5th USA Europe Air Traffic Management R amp D Seminar Manning C Mills S Fox C Pfleiderer E amp Mogilka H 2001 The Relationship Between Air Traffic Control Communication Events and Measures of Controller Taskload and Workload In Proceedings of the 4th USA Europe Air Traffic Management R amp D Seminar Manske P 2013 Generic Airport Petri Net Model Unver ffentlichter Report Braunschwei
366. sdom ne Flugverkehrskontrolle der Versuch einer Quantifizierung mentaler Beanspruchung bisher vornehmlich durch die Berechnung mathematischer Indizes z B Traffic Load Index TLI auf Grundlage von Belastungsfaktoren Dabei finden haupts chlich ressourcentheoretische Modelle mentaler Beanspruchung sowie das Belastungs Beanspruchungskonzept nach Rohmert 1984 Anwendung Kognitive und personenbezogene Faktoren werden dabei eher vernachl ssigt sodass diese Methoden im Hinblick auf das Design adaptiver Automation ein unzureichendes Bild erzeugen vgl Kapitel 2 3 Auch andere weithin akzeptierte Methoden zur Erfassung mentaler Beanspruchung wie physiologische vgl Kapitel 2 4 1 subjektive vgl Kapitel 2 4 2 und leistungsbezogene Ma e vgl Kapitel 2 4 3 k nnen verwendet werden Diese besitzen allerdings ihrerseits einige Defizite hinsichtlich G tekriterien wie Diagnostizit t Sensitivit t und Interferenzfreiheit Kapitel 2 4 4 Es ist zu erkennen dass keines der beschriebenen Ma e als ideal anzusehen ist Daher ist wie De Waard 1996 vorschl gt eine Kombination verschiedener Ma e sehr sinnvoll 30 3 STAND DER FORSCHUNG Im folgenden Kapitel sollen zun chst das Ziel sowie die St rken und Schw chen der kognitiven Modellierung in Mensch Maschine Systemen erl utert werden Hierzu erfolgt zun chst allgemein eine Einf hrung des Begriffes der Modellierung und Simulation in Mensch Maschine Systemen Aus den Ergebnissen des Kap
367. se Ansicht steht im Gegensatz zu Annahmen des Arbeitsged chtnisses in Theorien der Produktionensysteme z B Newell 1990 In ACT R beispielsweise sind beide Ans tze implementiert Anderson Reder amp Lebiere 1996 wobei allerdings keine explizite Arbeitsged chtnisstruktur existiert Vielmehr sind in Anlehnung an die Theorien der Produktionensysteme die aktuell aktivierten Informationen des deklarativen Ged chtnisses auf die Produktionsregeln angewendet werden als eine Art Arbeitsged chtnis zu bezeichnen Es wird dabei wie auch bei Cowan 1999 2010 als aktuell aktivierter Teil des Langzeitged chtnisses gesehen Eine Kapazit tsgrenze im weitesten Sinne liegt hierbei in der Begrenzung der gesamten Grundaktivierung Diese weist allerdings ebenfalls hnlichkeit mit dem Konzept einer einzelnen Kapazit tsbegrenzung auf wie sie beispielsweise auch Kahnemann 1973 beschreibt Anderson et al 1996 Die Ansicht dass Informationen aufrechterhalten werden m ssen wird in ACT R auf prozedurales Wissen angewendet Hierbei liegt die Begrenzung in den einzelnen Puffern in denen immer nur ein Element gleichzeitig aufrechterhalten werden kann Dar ber hinaus ist aber auch die ganzheitliche Betrachtung des Mensch Maschine Systems Flugverkehrskontrolle n tig so dass auch Flughafenprozess und Lotsen Flughafen Interaktionen sowie Prozesse der Wahrnehmung und Handlungsausf hrung des Lotsen mit beschrieben werden m ssen Dies erm glicht die Be
368. sich dies in einer langsamen Bearbeitungszeit nieder im d2 R durch die Anzahl bearbeiteter Zielobjekte BZO erfasst bertragen auf die Aufgaben der Flugverkehrskontrolle bedeutet dies dass Freigaben ggf zu sp t erteilt werden und es damit zu Konflikten bzw Verz gerungen kommen kann Auf der anderen Seite bedeutet ein sehr schnelles Abarbeiten dass Zielobjekte bersehen werden im d2 R wiedergegeben durch die Anzahl an Auslassungs und Verwechslungsfehlern AF und VF Es ist daher davon auszugehen dass mit steigendem d2 R Wert der Versuchsperson besserem Abschneiden im Test die Fehlerzahl abnimmt Gleichzeitig ist anzunehmen dass der Tradeoff zwischen Effizienz und Gr ndlichkeit weniger Aufwand ben tigt wodurch auch die Beanspruchung mit steigendem d2 R Wert als geringer eingesch tzt werden sollte Hypothese 1 143 Hypothese 1 Versuchspersonen mit besserem Abschneiden im d2 R Test machen auch in der Fluglotsenaufgabe im Mittel weniger Fehler und schatzen die mentale Beanspruchung RSME und NASA TLX im Mittel geringer ein a Mit steigendem d2 R Wert werden weniger Fehler gemacht b Mit steigendem d2 R Wert wird die Beanspruchung als geringer eingeschatzt Ergibt sich das in Hypothese 1 erwartete Bild so ist fiir die weiteren Auswertungsschritte zur Fehlerzahl und den Beanspruchungsratings jeweils der Einfluss des Abschneidens im d2 R Test als Kontrollvariable herauszurechnen Gilt die Nullhypothese es gibt keinen Ein
369. smodul im Petrinetz ENEE 109 Abbildung 31 Das Entscheidungs Modul im Petrinetz ENEE 113 Abbildung 32 Entscheidungs Sub Modul f r Starts und Landungen im Betrinerz 116 Abbildung 33 Relative Zielbreite eigene Darstellung nach Preim und Dachselt 2010 119 Abbildung 34 Koordinatensystem am Lotsenarbettepnlatz et 120 Abbildung 35 Das Act Modul im Petrinetz ENEE 122 Abbildung 36 Das Manual Modul im Betrinetz ENEE 124 Abbildung 37 Das Working Memory Modul WM im Betrinetz ENEE 126 Abbildung 38 Das WM_Storage Modul im Betrinetz ENEE 128 Abbildung 39 Der WM _retrieval Prozess im Betrinetz ENEE ENEE 131 Abbildung 40 Ausgabe des WM EEN 131 Abbildung 41 Ausgabe des Requesting TWR Monitors in einer Textdatei 132 Abbildung 42 Arbeitsplatz der Versuchspersonen ENEE 137 Abbildung 43 Arbeitsplatz der Versuchspersonen mit den zur Verfiigung stehenden Radarbildschirmen links Luftradar rechts Bodenrad ar EEN 157 Abbildung 44 Die den Versuchspersonen zur Verf gung stehende Stripbay mit einigen Elugstteent eebe erbei 158 Abbildung 45 Mittlere Fehlerzahl der drei Gruppen nach ihrem Abschneiden im d2 R Test 160 Abbildung 46 Mittlere Beanspruchungsh he laut RSME der drei Gruppen nach d2 R DN e EE 160 Abbildung 47 Mittlere Beanspruchungsh he laut NASA TLX g A der drei Gruppen nach d2 R Ergebiniss unse ee 161 Abbildung 48 Mittlere IBI in ms der beiden Experimentalbedingungen hohe und geringe Be
370. ss Patientensicherheit und Medizintechnik Van der Linden M 1998 The relationships between working memory and long term memory Academie Des Science 321 175 177 Vicente K J 1999 Cognitvie Work Analysis Mahwah NJ Lawrence Erlbaum Vidosavljevi A amp To i V 2010 Modeling of turnaround process using petri nets In Proceedings CD of the 14th ATRS World Conference pp 1 13 Porto Portugal Vingelis P J Schaeffer E Stringer P Gromelski S amp Ahmed B 1990 Air Traffic Controller Memory Enhancement Literature Review and Proposed Memory Aids DOT FAA CT TN90 38 Atlantic City Federal Aviation Administration Technical Center Vogt J Hagemann T amp Kastner M 2006 The Impact of Workload on Heart Rate and Blood Pressure in En Route and Tower Air Traffic Control Journal of Psychophysiology 20 4 297 314 Vogt J amp Kastner M 2001 Psychophysiological Monitoring of air traffic controllers Exploration simulation validation In Progress in Ambulatory Assessment Computer assisted psychological and psychophysiological Methods in Monitoring and Field Studies Bern G ttingen Hogrefe amp Huber Publishers Wandmacher J 2002 GOMS Analysen mit GOMSED Darmstadt Wastell D Sauer J amp Hockey R 2003 Using Micro worlds in research on distributed Cognition in complex dynamic worlds A ten Year Retrospective on the Cabin Air Management System CAMS In G C
371. ssing simulation observation fit CPM Report No CPM 12 216 226 Thorngate W amp Edmonds B 2013 Measuring Simulation Observation Fit An Introduction to Ordinal Pattern Analysis Journal of Artificial Societies and Social Simulation 16 2 Timpe K P amp Kolrep H 2002 Das Mensch Maschine System als Interdisziplinarer Gegenstand In K P Timpe T J rgensohn amp H Kolrep Eds Mensch Maschine Systemtechnik pp 9 40 D sseldorf Symposion Todd P amp Gigerenzer G 2001 Putting Naturalistic Decision Making into the Adaptive Toolbox Journal of Behavioral Decision Making 14 381 383 Treisman A 1960 Contextual cues in selective listening Quarterly Journal of Experimental Psychology 12 242 248 Truitt T R 2005 Implementing electronic flight data in airport traffic control towers Proceedings 13th International Symposium Aviation Truitt T R 2006 Electronic Flight Data in Airport Traffic Control Towers Literature Review Atlantic City Federal Aviation Administration Urbas L Heinath M Schaft T amp Leuchter S 2007 Die Bewertungsmethode Multitasking GOMS und ihre Anwendung f r die Bewertung von In Vehicle Information Systems In Mensch amp Computer 2007 Workshopband pp 63 66 Weimar Verlag der Bauhausuniversit t Weimar Urbas L amp Leuchter S 2008 Usability Engineering of In Vehicle Information Systems With Multi Tasking GOMS In Dachkongre
372. ssssssssssssssessessee 155 Tabelle 7 Ergebnisse der Testung der Hypothese 1 ee 161 Tabelle 8 Ergebnisse der Testung der Hypothese ne 163 Tabelle 9 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese A 165 Tabelle 10 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 4 165 Tabelle 11 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese bh sess 167 Tabelle 12 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese bh ENEE 167 Tabelle 13 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese pen 169 Tabelle 14 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 6 169 Tabelle 15 Ergebnisse der Testung der Alternativhypothesen von Hypothese 7 170 Tabelle 16 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 7 171 Tabelle 17 bersicht der Korrelationskoeffizienten der einzelnen Messskalenvergleiche 173 Tabelle 18 Zusammenfassung aller m glichen Korrelationen zwischen Modell und RSME pro Zeitreihedes SZze MARI OS EE 175 Tabelle 19 Zusammenfassung der m glichen und positiven Korrelationen pro Szenario 176 Tabelle 20 Mittlere Korrelationen aller Zeitreihen pro Szenario sowie ber alle Szenarien 176 Tabelle 21 Absolute und mittlere Absolute Abweichung der Modelldaten von den subjektiven Daten RSME Und NZSA TIN E 177 Tabelle 22 Vierfeldertafel der Signalentdeckungstheorie bezogen auf die Fehlerzahl in Versuch rte De TEE 178 Tabelle 23 Zusammenfa
373. ssung der Ergebnisse Fehler innerhalb von Beanspruchungsgipfeln 179 XVI We often fail to realize how little we know about a thing until we attempt to simulate it on a computer Donald E Knuth 1997 S 298 1 EINLEITUNG Fluglotsen im Flughafentower haben die Aufgabe die Flugbewegungen am und um den Flughafen sicher und fl ssig abzuwickeln und Zusammenst e am Boden und in der Luft zu vermeiden Ohne die Erlaubnis eines Lotsen sogenannte Freigaben darf kein Flugzeug oder Fahrzeug eine Aktion auf dem Flughafen ausf hren Dabei besteht die wichtige Aufgabe des Lotsen darin zu gew hrleisten dass alle Bewegungen am Flughafen m glichst schnell und unmittelbar mit dem Ziel der fl ssigen und effizienten Abwicklung von A nach B gelangen ohne dass andere Verkehrsteilnehmer behindert werden oder es gar zu gef hrlichen Ann herungen oder Zusammenst en kommt mit dem Ziel der sicheren und gr ndlichen Abwicklung Sie sind dabei einem st ndigen Trade off zwischen Effizienz und Gr ndlichkeit ausgesetzt ETTO Principle Efficiency Thorougness Trade off Hollnagel 2009 Dies stellt eine hochkomplexe und dynamische Aufgabe dar die ein hohes Ma an Wissen und Konzentration des Lotsen erfordert Da die menschliche Informationsverarbeitungskapazit t begrenzt ist gilt es diese Grenzen m glichst genau zu kennen um m glichst gut mit ihnen umgehen zu k nnen Sowohl eine berlastung der Kapazit t als auch eine langfristige U
374. st ndig ist eine Gr e von 20NM Nautische Meilen um den Flughafen herum Tavanti 2006b In den meisten F llen gibt es sogenannte Letters of Agreement zwischen den Approach und den Tower Positionen in denen die Zust ndigkeitsbereiche beschrieben werden Nolan 2011 Die Hauptaufgabe von Flughafenverkehrslotsen sind in der ICAO4444 2007 definiert 64 ILS 12NM 10NM 4NM 2NM MM RWY Safety Aircraft Cleared Area to Land Gate Stand Final Approach Departure Landing Take Off Abbildung 7 Phasen des Finalen Anfluges und die dazugeh rigen Aufgaben des Towerlotsen eigene Darstellung nach Tavanti 2006b Aerodrome control towers shall issue information and clearances to aircraft under their control to achieve a safe orderly and expeditious flow of the air traffic on and in the vicinity of an aerodrome with the object of preventing collision s between a aircraft flying within the designated area of responsibility of the control tower including the aerodrome traffic circuits b aircraft operating on the manoeuvring area aircraft landing and taking off d aircraft and vehicles operating on the manoeuvring area e aircraft on the manoeuvring area and obstructions on that area S 7 1 Dabei ist das sogenannte Manoeuvring Area that part of an aerodrome to be used for take off landing and taxiing of aircraft excluding aprons ICAO4444 2007 S 1 11 Damit ist die Manoeuvring Area v
375. stime Visibilty Gest aim Intent clearOid stat ident typ locLast rules wte stime dest aim intent dearOld Flightstrip_printed fightstriplist id ident typ typ JocLast loclast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest S aim aim intent intent clearOld clearOld statOld 1 stat Ke stat Airborne ke in andalso aim Arr orelse stat Waiting orelse stat Approaching oreise stat Taxi_Gearance andalso 1locLast Holdingpoint fsprint fsprint 5 0 FS_Print Abbildung 25 Das Interaction Modell im Petrinetz 97 a Location_CheckxVisibitity if visibality poor then 1 location check visibility else empty uth Location_CheckxVisibiltty if visibility poor then 1 location check visibility else empty location_check 1 good Visibility auf dem Platz Frequency occupied vorhanden dessen Zeit gleich der Modellzeit ist x lt Modellzeit Letzteres beschreibt die serielle Verwendung des Funkkanales Ist dies gegeben wird damit eine Marke auf dem Platz Acoustic Output TWR generiert welche die Anfrage eines Flugzeuges symbolisiert Dar ber hinaus wird die Zeit der Marke auf dem Platz Frequency occupied erh ht Die L nge dieser Zeit entspricht damit der L nge einer einzelnen Anfrage bzw Anweisung und wird konstant mit einer L nge von f nf Sekunden modelliert was in etwa der mittleren L nge aller Anfragen und Anweisungsl ngen des Validierungsversuches entspricht
376. subjektiven Methoden RSMA und NASA TLX g A erfasst worden sind Tatsachlich ergab sich durch die explorative Auswertung der NASA TLX Skala Frustration das gleiche Bild wie es sich in den Fehlerzahlen widerspiegelt Szenario 3 gt Szenario 1 gt Szenario 2 gt Szenario 4 Es kann daher vermutet werden dass die Fehlerzahl wiederum einen anderen Aspekt der Beanspruchung und nicht explizit mentale Beanspruchung widerspiegelt Hierbei k nnte durch die Fehlerzahlen eher eine Art berforderung abgebildete werden was eventuell sogar auf die maximale Arbeitsged chtniskapazit t der Versuchspersonen hinweisen k nnte Dies ist allerdings etwas schwierig zu beurteilen da auch Unterforderung zu Fehlern f hren kann So konnte w hrend der Versuchsdurchf hrung beobachtet werden dass einzelne Versuchspersonen innerhalb eines gering belastenden Szenarienabschnittes Fehler machten Diese k nnten durch Unachtsamkeit entstanden sein die mit der geringen Belastung einherging Es konnte weiterhin bei einer Versuchsperson beobachtet werden dass sie sich unabh ngig von der Instruktion in Phasen geringer Belastung eine Nebenaufgabe suchte indem sie den Versuchsleitern mitteilte welche Flugzeuge ihre auf dem Flugstreifen ausgewiesene Ankunfts oder Abflugzeit bereits berschritten hatten und damit versp tet eintreffen w rden Die Versuchsperson k nnte hiermit eine Strategie angewendet haben um einer eventuellen Unterforderung entgegenzusteuern Di
377. t al 2007 Eine solche Strategieanpassung kann beispielsweise das einfache Verschieben von Fl gen sein auf einen sp teren Zeitpunkt sein vgl Smieszek et al 2013 Dennoch ist auch das Bewusstsein des Lotsen ber seine eigene Beanspruchung kein Garant daf r dass rechtzeitig eine Strategieanpassung vorgenommen wird Es kann bereits zu sp t sein wenn die Strategieanpassung erfolgt Ferner ist anzunehmen dass bei einer Strategieanpassung eher an Gr ndlichkeit eingespart wird Verwendung von Short Cuts um das Effizienzziel aufrechtzuerhalten als das ein low risk action regulation mechanism angewendet wird Ebenso bleibt im Modell unber cksichtigt wie der Anstieg der mentalen Beanspruchung die G te der Entscheidungsfindung beeinflussen kann Zwar sind einige der genannten Variablen bereits im Modell implementiert worden z B Belastung der Funkfrequenz oder Sichtbedingungen diese sind aber bei der Validierung des Modells nicht ber cksichtigt worden um einen ad quaten experimentellen Rahmen zu schaffen Dennoch spielt der Einfluss all dieser Variablen eine mehr oder weniger entscheidende Rolle bei der Entstehung mentaler Beanspruchung Zus tzlich kann auch durch die Interaktion zwischen diesen Variablen ein erheblicher Einfluss auf die mentale Beanspruchung entstehen Durch die genauere Betrachtung vor allem subjektiver Variablen im Modell kann die F higkeit des Modells individuelle Versuchspersonen Beanspruchung ab
378. t des Menschen Aufmerksamkeits und Handlungsmodelle Zwar ordnet sich die vorliegende Arbeit eher den makrokognitiven Ans tzen zu schafft aber wie beschrieben auch eine Verbindung beider Ans tze was so bisher noch nicht erfolgte Das folgende Kapitel gibt einen berblick ber den Status Quo im Bereich Modellierung von Mensch Maschine Systemen und stellt ausgew hlte Modelle mit besonderem Fokus auf die Flugverkehrskontrolle und mentale Beanspruchung vor 40 3 3 AUSGEWAHLTE MODELLE UND SIMULATIONEN VON PROBLEMSTELLUNGEN IM MENSCH MASCHINE SYSTEM LUFTFAHRT UND FLUGVERKEHRSKONTROLLE Die Forschung und Entwicklung im Bereich der Modellierung und Simulation in Mensch Maschine Systemen brachte bereits zahlreiche Modelle hervor die menschliches Verhalten und kognitive Prozesse sowie verschiedene andere Problemstellungen im Bereich Luftfahrt und speziell den Bereich der Flugverkehrskontrolle adressieren Von diesen sollen im Folgenden einige ausgew hlte vorgestellt werden Hierbei werden sowohl makrokognitive als auch mikrokognitive Ans tze ber cksichtigt Insbesondere sollen Ans tze beachtet werden die im speziellen die Problemstellung der Quantifizierung mentaler Beanspruchung zum Ziel haben Makrokognitive Modelle bedienen sich vor allem ingenieurwissenschaftlichen Methoden oder Methoden aus der Informatik z B Differentialgleichungen Petrinetze zur Modellierung einerseits physikalisch technischer Problemstellungen aber auch menschl
379. t wie der Novize die Position jeder einzelnen Figur merken muss Tats chlich konnten de Groot 1965 sowie Chase und Simon 1973 diese Beobachtung in Experimenten best tigen Studien die sich mit der maximalen Arbeitsged chtniskapazit t von Lotsen im Bereich Flugverkehrskontrolle besch ftigen deuten auf eine hnliche Obergrenze der speicherbaren Chunks im Arbeitsged chtnis sowie eine Verbesserte Chunking F higkeit mit wachsender Erfahrung hin Bisseret 1971 Sperandio 1969 Vingelis et al 1990 In einer Studie bat Sperandio 1969 Towerlotsen im Anschluss an reale Kontrollsessions die Flugzeuge zu wiederholen die sie in der vergangenen Stunde kontrolliert hatten Hier zeigte sich dass im Mittel zehn Flugzeuge wiedergegeben werden konnten Bisseret 1970 1971 untersuchte drei Gruppen von Radarlotsen mit unterschiedlicher Berufserfahrung hochgradig erfahrene Lotsen 16 Lotsen die gerade den niedrigsten Qualifikationstest bestanden hatten und Trainees mit drei bis sechs Monaten weniger Erfahrung Bainbridge 1975 Er konnte zeigen dass die Lotsen mit sehr viel Erfahrung sich im Mittel an zehn Flugzeuge erinnern konnten was mit dem Befund von Sperandio 1969 bereinstimmt Weniger erfahrene Lotsen konnten noch acht Flugzeuge wiedergeben Trainees sieben Er konnte weiterhin zeigen dass bis zu drei Items pro Flugzeug erinnert werden Weiterhin berichtet Bisseret 1970 1971 dass die erfahrenen Lotsen insgesamt 33 Items a
380. t bei hohem Verkehrsaufkommen h her als bei niedrigem SZN 1 3 gt SZN 2 4 SZN 1 SZN 3 SZN 2 SZN 4 Neben der Abbildung der Befunde zum Einfluss des Verkehrsaufkommens auf die mentale Beanspruchung ist das Hauptziel der Studie die berpr fung der Modellg te Diese erfolgt durch den Vergleich zwischen realen hier experimentell ermittelten Beanspruchungsdaten mit den Beanspruchungsdaten des Modells Die Beurteilung der G te eines Modells erfolgt gemeinhin durch die Berechnung sogenannter Goodness of Fit Ma e Schunn und Wallach 2005 beschreiben eine Reihe solcher Ma e Die Berechnung dieser Goodness of Fit Ma e erfolgt meist durch einen Vergleich des Verlaufes der aggregierten Daten Experimental und Modelldaten ber die Zeit Da eine Standardisierung der Szenarien auf Grund der Beschaffenheit der Simulationssoftware nicht m glich war ist eine solche Berechnung eines mittleren zeitlichen Verlaufes aus den Rohwerten des RSME sowie der Modellwerte nicht angebracht sodass Einzelfallanalysen durchgef hrt werden Daher soll die berpr fung und Berechnung dieser Ma e im vorliegenden Fall f r jede Versuchsperson individuell durchgef hrt werden Dies bringt zwar den Nachteil mit sich dass eine Menge Rauschen auf den Daten liegt da individuelle Unterschiede und Ausreifger st rker ins Gewicht fallen hat aber den Vorteil dass der Fit des Modells anhand jedes Einzelfalles ermittelt werden kann Einzelfallanalysen bieten dar ber
381. t darum zu beachten dass durch das Weglassen von Details im Hinblick auf kognitive Prozesse keine Black Box Modelle entstehen Prozesse sollten daher so detailliert wie n tig betrachtet werden um eine gro e Korrespondenz zwischen Modell und Wirklichkeit gew hrleisten zu k nnen Probleme die die Entstehung der menschlichen Performanz und des menschlichen Verhaltens auf Grundlage kognitiver Prozesse untersuchen sollen k nnen daher mit rein makrokognitiven Betrachtungsweisen nicht untersucht werden Rein mikrokognitive Betrachtungsweisen hingegen k nnen das Verst ndnis ber die Entstehung kognitiver Prozesse und menschlichen Verhaltens f rdern die Verkn pfung zu 195 anwendungsorientierten Problemstellungen gestaltet sich allerdings meist schwierig Die Gefahr besteht hierbei darin dass immer kleinere Problembereiche erforscht werden wir also immer mehr ber immer weniger wissen Kindsm ller et al 2004 S 10 und der Anwendungsbezug damit noch st rker verloren geht Da die Unterscheidung in Mikro und Makrokognition keine Schwarz wei Kategorien darstellt sondern beide eher als die zwei Endpunkte eines Kontinuums anzusehen sind wurde f r diese Arbeit an einigen Stellen durch Downscaling eine Verbindung zwischen makrokognitiver und mikrokognitiver Modellierung vorgenommen So wurde das Modell zwar stark anwendungsorientiert auf die Aufgaben von Lotsen im Flughafentower ausgelegt aber dennoch zahlreiche k
382. t die bertragung dieser Prozesse auf die Projektion von Routen noch nicht ausreichend erforscht Ferner ist es ein ebenso wenig triviales Unterfangen zu bestimmen wie hoch der Bedarf an kognitiven Ressourcen f r eine solche mentale Simulation ist Aus diesen Gr nden wurden die Abl ufe die f r Entscheidungen die die Start Landebahn betreffen auch f r Entscheidungen ber die Rollwege bernommen Annahme 12 wohl wissend dass hierbei sehr viel komplexere Prozesse involviert sind vgl Smieszek amp Joeres 2013 Die kognitive Beanspruchung ist dabei lediglich von der Anzahl der zutreffenden Entscheidungen und damit der hierf r aufzunehmenden und zu speichernden Informationen abh ngig nicht aber von der Komplexit t der jeweiligen Entscheidung und dem mit dem mentalen Simulationsprozess verbundenen Ressourcenbedarf Annahme 13 5 4 7 DAS ENTSCHEIDUNGSMODELL IM PETRINETZ Das Entscheidungsmodell besteht aus 16 Pl tzen und sechs Transitionen wobei auf den darunterliegenden Ebenen nochmals jeweils zw lf Pl tze und zwei Transitionen hinzukommen Grundlegend wird davon ausgegangen dass jeder der Entscheidungsabl ufe durch die Anfrage eines Piloten getriggert wird Dabei wird immer diejenige Freigabe zuerst abgearbeitet welche zuerst den Lotsen erreicht hat first come first served Heuristik anhand der Variable reqTime Es k nnen allerdings gleichzeitig Entscheidungsprozesse die Start und Landung und das Rollen betreffen ge
383. t ist keine weitere Leistungssteigerung m glich bzw sogar Leistungsabnahme oder das Auftreten von Fehlern wahrscheinlich wenn keine Anpassung der Handlungsstrategie vorgenommen wird Desmond amp Hoyes 1996 Hollnagel 2009 Loft Sanderson Neal amp Mooij 2007 Sperandio 1978 Mentale Beanspruchung kann hierbei definiert werden als Die Menge an Informationsverarbeitungskapazit t die f r die Aufgabenbearbeitung ben tigt werden De Waard 1996 bzw der Unterschied zwischen der gesamten verf gbaren Kapazit t des Informationsverarbeitenden Systems und der zur Aufgabenausf hrung ben tigten Kapazit t Gopher amp Donchin 1986 Diese Kapazit tsgrenzen liegen dabei haupts chlich im Arbeitsged chtnis begr ndet Bei der Bewertung mentaler Beanspruchung wird au erdem davon ausgegangen dass mit steigenden Anforderungen und damit sinkenden zur Verf gung stehenden Kapazit ten die mentale Beanspruchung steigt siehe z B Brooker 2003 Eine Erfassung mentaler Beanspruchung kann mit verschiedenen Methoden erfolgen welche als hinreichend zuverl ssig erachtet werden 2 4 ERFASSUNG MENTALER BEANSPRUCHUNG UND OPERATEURSZUSTANDE Da wie bereits beschrieben eine direkte Erfassung mentaler Beanspruchung nicht m glich ist existiert eine Vielzahl von Methoden die zumindest indirekt R ckschl sse auf den Grad der mentalen Beanspruchung zulassen sollen Hierbei k nnen grundlegend drei gro e Gruppen von Methoden zur Erfassung
384. t werden makrokognitiv Die Umsetzung des Modells kann anhand der beschriebenen kognitionspsychologischen Theorien erfolgen vgl Kapitel 2 Es konnte aus verschiedenen Theorien herausgearbeitet werden dass vor allem Begrenzungen des Arbeitsged chtnisses die Entstehung mentaler Beanspruchung bedingen Somit sollte auch die mentale Beanspruchung ber die Belastung des Arbeitsged chtnisses konkret ber die Anzahl der Chunks die zu einem Zeitpunkt im Arbeitsged chtnis gespeichert sind modellhaft abbildbar sein mikrokognitiv Aufgrund der noch sehr unklaren bzw teilweise widerspr chlichen Befunde zu Ressourcengrenzen der Multi Komponenten Modelle des Arbeitsged chtnisses ist die Anwendung einer Single Limited Capacity Theory mit einer maximalen Arbeitsged chtniskapazit t von zehn speicherbaren Chunks zu bevorzugen wenn von Domainexperten ausgegangen wird vgl Bainbridge 1975 Bisseret 1970 1971 Sperandio 1969 Ebenso kann davon ausgegangen werden dass diese maximale Anzahl von Chunks bei multiplen Ressourcenmodellen auf eine bestimmte noch unbekannte Weise auf die vorhandenen Sub Systeme aufgeteilt ist Es ist daher sinnvoll das Arbeitsged chtnis vereinfacht zun chst als durch eine einzelne Kapazit t limitiert zu betrachten Hierbei wird die Ansicht vertreten dass der Operateur zur Aufgabenausf hrung Informationen im Arbeitsged chtnis aufrechterhalten muss Baddeley amp Hitch 1974 Daneman amp Carpenter 1980 Die
385. talen Beanspruchung des Lotsen vorzunehmen So k nnen unter Bedingungen hoher Belastung und Beanspruchung des Lotsen Funktionen an die Automation abgegeben werden welche unter geringerer Belastung und Beanspruchung wieder dem Lotsen zufallen Hierbei besteht allerdings das Problem dass es sich bei mentaler Beanspruchung um eine innere Variable des Menschen handelt und diese nicht direkt beobachtbar oder gar messbar ist In der Mensch Maschine Systemtechnik und der Human Factors Forschung besteht eine lange Tradition zur Erfassung mentaler Beanspruchung Es existieren zahlreiche Methoden und Theorien dar ber wie durch die Erfassung direkt messbarer Parameter ein R ckschluss auf die mentale Beanspruchung von Operateuren erm glicht wird Dennoch k nnen auch diese Erfassungsmethoden bis heute nicht als ausreichend angesehen werden um beispielsweise im Hinblick auf die Gestaltung adaptiver Automationen die n tige Sensitivit t und Diagnostizit t zur Erkennung mentaler Beanspruchung aufzubringen Es ist daher notwendig alternative Ans tze zu finden um diese Nachteile berwinden zu k nnen Hierbei stellt die kognitive Modellierung und Simulation von Mensch Maschine Systemen einen vielversprechenden Ansatz dar Die Gestaltung adaptiver Automation erfolgte lange Jahre auf Grundlage von Expertensystemen z B Ruckdeschel 1997 bedient sich allerdings mehr und mehr der kognitiven Modellierung z B Svenmarck amp Dekker 2003 da hierbei
386. tand 2 Auf diesen Abschnitten kann sich jeweils nur ein Objekt zur gleichen Zeit befinden sodass diese Abschnitte auch als Ressourcen des Flughafens verstanden werden k nnen Manske 2013 Sie sind daher f r die Zeit in der ein Objekt diese benutzt verbraucht Die Dauer dieser Belegung wird auf dem Platz Duration als Standardzeit f r jeden Rollwegsabschnitt festgelegt Es sollte 33 Airborne bezeichnet den Luftraum um den Flughafen 90 mem locList locNext andalso 1 locLast lt gt RWY andalso 1 locNext TWY orelse 1 locNext Holdingpoint andalso locInList locNext clearAct andalso not locSame locNext List nth clearAct 0 andalso locInList List nth clearAct 1 locList andalso stat Taxi_Clearance locNext locDur LocationXTime ident typ locLast rules wtc stime dest aim intent clearAct stat e tye locLast 0 1 locNext locTimeNextOld locDur if 1 locNext Holdingpoint locNext locTimeNextOld 1 locLast locTimeLastOld then 1 ident typ locNext rules wtc stime dest aim Departure Flightstrip_printed else 1 ident typ locNext rules wtc stime dest aim intent clearNext stat input locNext locLast clearAct output clearNext action let val twyChanged 1 locNext lt gt 1 locLast orelse 2 locNext lt gt 2 locLast val clearNext if twyChanged andalso clearAct lt gt then tl clearAct else clearAct in clearNext end locLast loc
387. te befolgt werden da die zur numerischen Simulation n tige Implementierung in einer Programmierumgebung entf llt Cacciabue 1998b F r die hier angestrebte numerische Simulation ist allerdings im Schritt f nf 49 zunachst die Auswahl eines geeigneten Beschreibungsmittels zu treffen welche den Modellierer in die Lage versetzt durch die Implementierung in einer Programmierumgebung seine gestellten Ziele zu erreichen Wie ebenfalls in Abbildung 5 zu erkennen ist sind zahlreiche Iterationen zwischen den einzelnen Schritten vorgesehen falls in einem bestimmten Schritt der Simulationsentwicklung die Notwendigkeit fiir Anpassungen identifiziert wird so dass ein vorausgehender Schritt wiederholt bzw vertieft werden muss Definition der Problemgrenzen und des Simulationsziels Kognitive Aufgabenanalyse 3 Feldstudie der Arbeitsumgebung Auswahl des theoretischen Modells Deskriptive vs numerische Simulation 5 Auswahl des Beschreibungsmittels Implementierung in einer Programmierumgebung Numerische D Simulation 7 Empirische Validierung Abbildung 5 Richtlinien f r die Entwicklung kognitiver Simulationen modifiziert nach Cacciabue 1998b eigene Darstellung Deskriptive Simulation Es ist au erdem darauf hinzuweisen dass das dargestellte Flussschema nach Cacciabue 1998b in einer eher ingenieurwissenschaftlichen Tradition der Modellbildung steht und daher einen anderen Fo
388. tellung eines Modells zur quantitativen Beschreibung mentaler Beanspruchung von Towerlotsen in Abh ngigkeit verschiedener Einflussfaktoren anwendungsorientiert Auf Grundlage der theoretischen Analysen und Analysen der Anwendungsdom ne soll die Erstellung eines ablauff higen ganzheitlichen kognitiven Modells erfolgen welches in der Lage ist sowohl die Anwendungsdom ne Flugverkehrskontrolle als auch die theoretischen Modellvorstellungen mentaler Beanspruchung und menschlicher Informationsverarbeitung ad quat abzubilden und Vorhersagen zur mentalen Beanspruchung zu erm glichen Hierbei soll ein Grundlagenmodell im Folgenden mit MATriCS Model of Airport Traffic Control System basaler Lotsenbeanspruchung und Informationsverarbeitung geschaffen werden welches die Implementierung weiterer Einflussfaktoren mentaler Beanspruchung erm glicht Forschungsziel 4 Validierung des erstellten Modellansatzes mittels statistischer Methoden empirisch Um zu ermitteln ob das entwickelte Modell in der Lage ist valide Vorhersagen der mentalen Beanspruchung von Towerlotsen zu generieren sollen in einer experimentellen Studie Daten mentaler Beanspruchung erhoben und diese mit den vom Modell generierten Daten verglichen werden 5 1 4 AUFBAU DER ARBEIT Die Arbeit stellt zun chst ausgew hlte theoretische Modelle mentaler Beanspruchung und Erfassungsmethoden derselben dar Kapitel 2 Ferner wird der Stand der Forschung zur komputatio
389. ten Aufgaben bzw die Gesamtkomplexit t der Verkehrssituation ma geblich die mentale Beanspruchung bestimmt also eine Vielzahl von Faktoren zu ber cksichtigen sind nicht nur ein einzelner Faktor Hierbei wird nicht die mentale Beanspruchung sondern die Aufgabenkomplexit t als von vielerlei u eren Faktoren abh ngige Variable angesehen Variablen wie die Anzahl der zu kontrollierenden Flugzeuge oder die Sektorstruktur beeinflussen hierbei die Komplexit t aus der sich wiederum die mentale Beanspruchung ergibt Zun chst diente auch hier die schlichte Z hlung z B der Anzahl an Flugzeugen oder der Anzahl Ank nfte und Abfl ge innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes als Ma f r die Komplexit t einer Verkehrssituation Es wurde das neue Konstrukt der ATC Complexity Flugverkehrskontroll Komplexit t eingef hrt um ein altes Konstrukt mentale Beanspruchung zu beschreiben Es ist allerdings ebenso schwierig Komplexit t zu definieren wie es schwierig ist mentale Beanspruchung zu definieren Mogford Guttman Morrow und Kopardekar 1995 definieren ATC Complexity als construct that is composed of a number of sector and traffic complexity dimensions or factors S 3 Dabei kann es sich sowohl um physische Aspekte z B Gr e und Konfiguration der Flugrouten als auch Faktoren die mit der 18 Bewegung von Flugzeugen durch den Luftraum verbunden sind z B die Zahl steigender und sinkender Flugzeuge Mogford et al 1995
390. ter gesperrte I Bahnen __ 1 Verkehrssituation N Offener Slot Erkennen von Flugzeuge h Bodenfahrzeuge F em e e e I e Diskrepanzen l d Staffelung si Staffelungs I l Verkehrskonflikte 1 Planabweichungen l Informations quellen Staffelungsplan Erteilung von e EE et ay ad ee ah l Freigaben K I Au ensicht l I Empf nger N I Instrumente l l Rollverkehr I Flightstrips l l Bodenverkehr I Karten l l Art der Freigabe N Videobilder N I Push Back Start I Kommunikation I der Triebwerke I mit anderen Lotsen p Rollen zur Start l SS Sean eg Parkposition l Kreuzun 1 x d Abbildung 10 Aufgaben von Towerlotsen eingebettet in die Phasen der Handlungsregulation nach Hacker 1986 nach Smieszek Huber amp J rgensohn 2011 Die Phase der Zielbildung wird nicht vom Lotsen selbst durchgef hrt So ist das oberste Ziel in der Flugverkehrskontrolle mit der sicheren und fl ssigen Abwicklung des Luftverkehrs und der Vermeidung von Zusammenst en am Boden und in der Luft bereits vordefiniert ICAO4444 2007 Die Unterziele f r den Lotsen werden durch die Anfragen von Flugzeugen auf die Erteilung bestimmter Freigaben definiert Werther M hlenbrink amp Rudolph 2007 Werther 2006a Die Phase der Informationsaufnahme und Orientierung beschreibt den Aufbau eines ad quaten Situationsbildes durch die Aufnahme der notwendigen Informationen a
391. ter Flugzeuge gelegt werden HO e Die Sprechtaste des Funkger tes Radio e Der Fragebogen zur Erhebung der momentanen mentalen Beanspruchung rsme 57 57 Die hier definierten motorischen Loctaions basieren auf dem Arbeitsplatz der Versuchspersonen im Validierungsversuch F r einen realen Lotsenarbeitsplatz wurden in MATriCS Version 1 8 folgende Locations definiert Stripbay Default Flugstreifen Drucker FS Printer Leseposition f r Flugstreifen Read Funkger t Radio und Handover 119 Jede dieser Locations wird als Quader definiert in den die Hand hineinbewegt werden muss Die Hand wird dabei vereinfacht als geometrischer Punkt betrachtet Diese Quader liegen in einem Koordinatensystem dessen Ursprung in der vorderen linken Kante des Arbeitstisches liegt Die y Achse zeigt dabei in Blickrichtung des Lotsen die x Achse vom Lotsen aus nach rechts und die z Achse nach oben vgl Abbildung 34 Jede Location wird durch zwei Vektoren beschrieben Der erste Vektor POS beschreibt dabei die Position des Quaders der zweite Vektor SIZE beschreibt die Ausdehnung in den drei Abbildung 34 Koordinatensystem am Lotsenarbeitsplatz Koordinatenrichtungen Bei f nf Locations ergibt sich eine Anzahl von nmoy 2 4 3 2 1 20 m glichen Bewegungen Dabei ist zu beachten dass Bewegungen zwischen den gleichen Locations aber mit umgekehrter Richtung getrennt betrachtet werden m ssen A gt B B gt A Es erg
392. tfindenden Verkehrsbewegungen Dabei sind sowohl physikalische Gesetzm igkeiten die trivial erscheinen m gen z B dass Zur cklegen von Entfernungen in Abh ngigkeit von der Geschwindigkeit als auch regulatorische vom Menschen geschaffene Begrenzungen und Einschr nkungen z B die maximal erlaubte Rollgeschwindigkeit von Flugzeugen auf den Rollwegen zu ber cksichtigen Diese Variablen sind ver nderlich in der Zeit und erzeugen so dynamische Ver nderung des Flughafens Sie sind durch den Lotsen zu kontrollieren welcher durch seine kognitiven Prozesse in die Lage versetzt wird die ihm gestellten Aufgaben zu bew ltigen Die Performanz des Lotsen ist dabei von seinen kognitiven Prozessen und Limitationen abh ngig welche ebenfalls durch eine Vielzahl Variablen beschrieben werden k nnen z B Motivation Erfahrung Arbeitsged chtniskapazit t usw vgl Kap 2 3 Durch die Interaktion mit dem Flughafenprozess kann der Lotse Informationen ber den Prozess abrufen und regulierend eingreifen Die Zeitabh ngigkeit der Interaktionen f gt dabei ein weiteres Element von Komplexit t hinzu Cacciabue 1998a Diese Interaktionen beschreiben den Austausch von Informationen zwischen Flughafenmodell und Lotsenmodell unter Verwendung verschiedener digitaler oder analoger Hilfsmittel welche ihrerseits bestimmte Eigenschaften aufweisen z B G te der Funk bertragung Verwendungsdauer des Funkkanales Sichtbedingungen usw Hierbei laufen Flughafenp
393. tion von Ressourcen keinen Zuwachs in der Leistung bringen da die Qualit t der Daten begrenzt ist z B der aufzunehmenden Informationen Dieser Zusammenhang zwischen der Leistungsanforderung durch die Aufgabe und kognitiven Ressourcen wird durch die Leistungs Ressourcen Funktion performance ressource function PRF beschrieben die in einen ressourcenlimitierten und einen datenlimitierten Teil unterteilt wird Interferenzeffekte bei der gleichzeitigen Bearbeitung von zwei Aufgaben interpretieren Norman und Bobrow 1975 dahingehend dass ressourcenlimitierte Verarbeitungsprozesse mit anderen kognitiven Prozessen konkurrieren Nichtsdestotrotz bleibt mentale Beanspruchung nach diesen Theorien ein eindimensionales Konzept Mulder 1980 Obwohl die bisher beschriebenen Theorien auf eine Vielzahl von Situationen bertragen werden k nnen k nnen sie nicht erkl ren warum unbeeinflusste Leistung und das gleichzeitige Ausf hren mehrerer Aufgaben m glich sind De Waard 1996 Zahlreiche Experimente zu Doppelt tigkeiten widersprachen der Auffassung eines undifferenzierten Kapazit tskonzeptes wie es Kahnemann 1973 postulierte und dem auch Norman und Bobrow 1975 folgten Es konnte gezeigt werden dass Interferenzeffekte bei der gleichzeitigen Ausf hrung zweier Aufgaben durch die hnlichkeit in der Anforderungsstruktur der Aufgaben bestimmt werden wobei die Aufgabenschwierigkeit eine eher untergeordnete Rolle spielt Heuer 1996 Manzey 1988
394. tive Benutzungsschnittstellen zu implementieren Dabei Erfolgt eine Speicherung des Benutzerwissens ber die Aufgabendom ne Konzepte des technischen Systems und der Benutzungsschnittstelle und der aktuell verfolgten Ziele in Faktenform um die Darstellung der Dialoge der Software daran anzupassen Aus dieser Unterscheidung kann bereits geschlossen werden dass sowohl anthropometrische Modelle als auch regelungstechnische Ans tze f r die Zielstellung dieser Arbeit nicht in Frage kommen da sie nicht in der Lage sind Wissensstrukturen abzubilden Aufgaben und Konzeptuelle Modelle k nnen ihrerseits lediglich als Grundlage f r die Implementierung lauff higer Modelle in Computerprogrammen dienen da sie eher qualitativen Charakter besitzen Bei der Simulation von Verhalten in verteilten Mensch Maschine Systemen mit hoher Eigendynamik des technischen Prozesses sowie Problemstellungen aus dem Human Factors Bereich wie der Simulation mentaler Beanspruchung ist die Modellierung von Wissensstrukturen essentiell Leuchter 2009 Hierzu sind lediglich kognitive und Wissensmodelle in der Lage 33 3 2 MIKRO UND MAKROKOGNITIVE FORSCHUNGS UND MODELLIERUNGSANSATZE Im speziellen Falle der Modellierung von Mensch Maschine Systemen und Human Factors Fragestellungen stellt sich die weitere Herausforderung einer m glichst ganzheitlichen Beschreibung des Mensch Maschine Systems um zu verhindern dass falsche Einsch tzungen ber das System getrof
395. tracht zieht sondern auch das menschliche Handeln und die kognitiven Prozesse betrachtet Durch die Simulation von Modellen ist dann eine Antizipation zuk nftiger Situationen m glich Anhand der Richtlinien f r die Entwicklung kognitiver Simulationen nach Cacciabue wurden einschl gige Analysen des Flugverkehrskontrollsystems sowie kognitionspsychologischer Theorien der Informationsverarbeitung und mentaler Beanspruchung durchgef hrt die als Grundlage f r die Implementierung eines makrokognitiven Modells der Flughafen verkehrskontrolle MATriCS Model of Airport Traffic Control System auf der Basis farbiger Petrinetze dienen welches zur Vorhersage der mentalen Beanspruchung von Towerlotsen verwendet wird Die Validierung des Modells erfolgte in einer realit tsnahen Computersimulation der Towerlotsent tigkeit wobei verschiedene Beanspruchungsma e erhoben wurden subjektive physiologische Leistungsma e Die Ergebnisse konnten zeigen dass das Modell mentale Beanspruchung hinreichend diagnostisch abbildet und in der Lage ist sowohl den Trend der individuellen Beanspruchungsverl ufe mit mittlerer G te als auch die mittlere Beanspruchungsh he zu replizieren ABSTRACT In recent years air traffic has increased rapidly and will continue to increase in the next years The main task of air traffic controllers at airports is the safe and efficient handling of aircraft of air and ground traffic within their designated control zone In doing
396. trachtung der Auswirkungen kognitiver 46 Komponenten des Lotsen auf die Leistung des Gesamtsystems ben tigt allerdings eine eher abstraktere Betrachtung kognitiver Funktionen makrokognitiv vgl Smieszek et al 2013 Dies birgt dar ber hinaus die M glichkeit der Wiederverwendbarkeit des Modells und es einem bereiten Anwendungsspektrum zuzuf hren F r die Entwicklung des Modells sind daher zun chst Analysen des Systems und der Aufgaben von Lotsen im Feld durchzuf hren makrokognitiv F r die genauere Beschreibung einzelner kognitiver Funktionen ist ein downscaling unter Verwendung kognitionspsychologischer Theorien die dieses Ph nomen beschreiben notwendig mikrokognitiv vgl Kapitel 3 2 3 3 5 KAPITELZUSAMMENFASSUNG Es wurde zun chst beschrieben wie ein Mensch Maschine System definiert ist und wie die Modellierung im Allgemeinen und die kognitive Modellierung und Simulation im Speziellen zur Gestaltung und Analyse von Mensch Maschine Systemen beitragen kann Kapitel 3 1 Hierbei wurde die Interdisziplinarit t der kognitiven Modellierung herausgestellt wodurch sich aber auch verschiedenartige Herangehensweisen zur modellhaften Beschreibung von Mensch Maschine Systemen ergeben Die kognitionswissenschaftliche Herangehensweise mikrokognitive Modellierung zeichnet sich dadurch aus dass die genaue Funktionsweise kognitiver Prozesse im Mittelpunkt der Modellbildung steht und die Untersuchung von Problemstellungen eher grundla
397. triggert werden F r das Treffen einer Entscheidung werden weitere Informationen ben tigt der korrespondierende Flugstreifen aus der Stripbay sowie die Information ber den Zustand der jeweiligen zu verwendenden Location durch einen Blick nach drau en vgl auch Kapitel 5 4 2 Durch die Begrenzung der kognitiven Ressourcen vor allem visuelle Aufmerksamkeit wird ein serielles Abarbeiten zweier gleichzeitig zu treffender 54 Prinzipiell ist anzunehmen dass eine Entscheidung ber eine Freigabe f r ein Flugzeug sehr viel einfacher mit geringerem kognitivem Aufwand zu treffen ist wenn es sich allein auf dem Flughafen befindet als wenn mehrere andere Flugzeuge die gleichen Rollwegsabschnitte zu bestimmten Zeitpunkten ebenfalls nutzen wollen Hierbei ist zu bestimmen wann welche Rollwegsabschnitte belegt sein werden wann es potentiell zu Kollisionen kommen kann und ob eventuell nur eine teilweise Freigabe gegeben werden sollte vgl Kapitel 4 5 114 Entscheidungen erreicht So kann immer nur eine Information gleichzeitig visuell enkodiert werden w hrend die visuelle Aufmerksamkeit f r einen Prozess gebunden ist Ferner k nnen bestimmte Entscheidungsprozesse nicht abgeschlossen werden solange die ben tigte Location z B die Start Landebahn belegt ist es wird z B keine Freigabe erteilt solange die Start Landebahn belegt ist Wenn dies der Fall ist muss zun chst der Prozess Location Occupied ablaufen um die Location wieder
398. triplist iF f initiate N Flightstrip_List N Bagplanning I Attend Abbildung 29 Das focused Sub Modul im Petrinetz Jg ocation_Checkxvisibility location_check visibility 4 1 look_at_f__ location_check visibility Radar Location_CheckxVisibility LS Visual_Info Vehicle_on_Loc id ident locstat loc_status loc loc id ident stat_vh_on_Loc statOld locLast locLast dest dest Get_Vehicle_ on_Loc vhi id ident stat_vh_on_Loc statOld locLast locLast dest dest vis id ident locstat loc_status loc loc Buffer Ou uereg Info fs id ident typ typ locLast locLast rules rules wtc wtc s_time stime dest dest aim alm intent intent clearOld clearOld statOld1 statOld1 106 Im Anschluss an die Aufmerksamkeitsverschiebung k nnen die jeweiligen Prozesse im focused Sub Modul ablaufen siehe Abbildung 29 auf Seite 106 Je nachdem wohin die Aufmerksamkeit im vorangegangenen Schritt verschoben wurde k nnen dann die spezifischen Informationen extrahiert werden Durch die Verschiebung zum neu gedruckten Flugstreifen k nnen beispielsweise die genauen darauf enthaltenen Informationen extrahiert werden Hierbei k nnen immer nur die Informationen von genau einem Flugstreifen in der Liste extrahiert werden wobei es sich immer um das erste Element der geordneten Liste die auf dem Platz FS_Info liegt handelt Bei vorhandenem Flugstreifen f hrt die Aufmerksamkeitsverschiebung z
399. trukt mentale Beanspruchung allerdings nicht der Fall Es besteht lediglich die M glichkeit sie indirekt ber bestimmte Verfahren erfassbar zu machen welche als hinreichend diagnostisch erachtet werden um R ckschl sse darauf zu erlauben wie hoch die mentale Beanspruchung eines Menschen in einer bestimmten Aufgabe war Auf Grund dieser Eigenschaft des Konstruktes kritisieren u a Hollnagel und Woods 2005 dessen Verwendung stark Sie bezeichnen es als folk model welches zwar einen wichtigen Aspekt des Zustandes von Menschen beschreibt sich aber auf sogenannte intervenierende Variablen bezieht vgl Dekker amp Hollnagel 2004 Dekker amp Woods 2002 Es wird versucht dazwischenliegende mentale Zust nde zu erfassen nicht aber die beobachtbare Performanz Hollnagel amp Woods 2005 vgl Abbildung 2 Dazwischenliegende Variablen Po gaa Y z B mentale Beanspruchung Lenneng d u ere Faktoren Innere Faktoren ne a Belastung Erfahrung i gs e Ge z B Effizienz Arbeitsbedingungen Motivation Bettiah Gabon Anforderungen Fahigkeiten Kapazitat BERN Genauigkeit Fehler Abbildung 2 Zusammenhang zwischen Eingangsfaktoren mentaler Beanspruchung und direkt messbaren Variablen eigene Darstellung nach Hollnagel amp Woods 2005 Wie in Abbildung 2 zu erkennen l sst nur eine direkte Leistungsmessung einen R ckschluss auf diese dazwischenliegenden Variablen zu Es kann also nur von einer Erfassun
400. tstheoretische Modelle zugrunde legen so k nnen sie doch nicht erkl ren warum mentale Beanspruchung durch die Ableitung physiologischer Indikatoren erfassbar sein soll Dies gelingt erst durch die Integration aktivierungs und aufmerksamkeitstheoretischer Modelle Da aus der Untersuchung der Theorien aufmerksamkeitstheoretischer Modelle hervorgeht dass vor allem die Begrenzungen des Arbeitsged chtnisses eine entscheidende Rolle spielt wurde diese als f r das basale Modell zun chst wichtigster Einflussfaktor mentaler Beanspruchung in das Modell bernommen Hierbei wurde die mentale Beanspruchung ber die momentan vorhandene Anzahl der Chunks im Arbeitsged chtnis abgebildet Im Gegensatz zu Annahmen ber das Arbeitsged chtnis wie sie Theorien der Produktionensysteme t tigen die keine explizite Arbeitsged chtnisstruktur annehmen sondern das Arbeitsged chtnis als aktiven Teil des Langzeitged chtnisses ansehen wird hier die Ansicht vertreten dass Operateure zur Aufgabenbearbeitung Informationen im Arbeitsged chtnis aufrechterhalten m ssen Es wurde eine Single Limited Capacity Theorie des Arbeitsged chtnisses verwendet die eine einzelne Ressource mit einer Obergrenze beschreibt Zwar sprechen neuere Untersuchungsergebnisse daf r dass auch das Arbeitsged chtnis ber multiple Ressourcen verf gt Es existieren verschiedene Modellvorstellungen ber den Aufbau des Arbeitsged chtnisses die alle experimentell sehr gut belegbar sin
401. tufen auditiv und visuell Die dritte Dimension beschreibt die beiden Stufen der visuellen Kan le focal und ambient Wickens amp McCarley 2008 Als vierte Dimension werden die Verarbeitungscodes mit ihren Stufen r umlich analog und kategorisch symbolisch linguistisch oder verbal Wickens amp Mccarley 2008 beschrieben Es ist dabei darauf hinzuweisen dass die Unterscheidung der Wahrnehmungsmodalit ten auditiv visuell nur auf dem Level der Perzeption getroffen werden kann nicht aber auf dem Level der zentralen Verarbeitung Ebenso wird die Unterscheidung zwischen ambient und focal nur f r den visuellen Kanal get tigt Dies bedeutet dass f r die zentrale Verarbeitung nur die Verarbeitungscodes r umlich analog und kategorisch symbolisch weiterhin unterschieden werden k nnen und Informationen bei ihrer Verarbeitung damit auch abh ngig von ihrer Codierung unterschiedliche Ressourcen beanspruchen Ebenfalls vom Modell von Pribram und McGuniess 1975 ausgehend stellt Hockey 1997 ein Modell vor welches beide theoretischen Ans tze aktivierungs und aufmerksamkeits theoretische verbindet Er geht von begrenzten multiplen Ressourcen aus wobei Anstrengung f r eine Energiebereitstellung sorgt Ribback 2003 Hockey 1997 nimmt dabei eine Integration der beiden vorgestellten Ans tze vor woraus sogenannte integrative Theorien folgen die die begrenzten Verarbeitungsressourcen der ressourcentheoretischen Modelle als energetische Be
402. u berechnen entwickelte Thorngate 1987 vgl auch Thorngate amp Edmonds 2012 2013 In Anlehnung seine Methode der Ordinal Pattern Analysis OPA kann eine Auswertung des relativen Trends der Daten erfolgen So wird eine Kennzahl der sogenannte Index of Observed Fit IOF erhalten die aussagt wie oft der Trend von einem Datenpunkt zum anderen Datenpunkt in den Modelldaten den Trend vom selben Datenpunkt zum n chsten in den Realdaten abbildet Problematisch ist hierbei allerdings anzumerken dass die nderung der RSME Daten innerhalb kleiner Bereiche liegen kann wenige Zentimeter was vom Modell nicht repliziert wird Das bedeutet dass die nderung der Bewertungsh he einer Versuchsperson von einem Zeitpunkt zum n chsten sehr klein sein kann w hrend das Modell solche feinen Unterschiede nicht abbilden kann konkret bedeutet das der Modellwert von Zeitpunkt 1 zu Zeitpunkt 2 w rde gleich bleiben Es kann zudem nicht ausgeschlossen werden dass diese Differenz in der subjektiven Bewertung zuf llig zustande kommt Zus tzlich ist bei einem Scope von 1 also wenn f r jeden Messwert auch ein Modellwert vorliegt der Index of Observed Fit 151 aquivalent zu Kendall s t vgl Thorngate amp Edmonds 2012 welcher ohnehin berechnet wird so dass kein Gewinn an Informationen zustande kommt Es soll daher zun chst ein Vergleich der Trends der mittleren Beanspruchungsh he von Modelldaten und subjektiven Daten bzw Leistungsma ber
403. uchung besser einzuordnen Die Unterschiede k nnen aber ebenso auf die Berechnungs und Erfassungsmethode der mittleren Beanspruchungsh he des jeweiligen Ma es zur ckgef hrt werden W hrend der NASA TLX nur ein Mal pro Szenario n mlich am Ende erfasst wurde ermitteln sich die mittleren Beanspruchungswerte der RSME Skala aus dem Median aller Versuchspersonen zu allen Messzeitpunkten wobei es sich um eine echte mittlere Beanspruchung handelt Beim RSME flie en einerseits mehr Messwerte in die Berechnung ein 15 pro Versuchsperson andererseits treten sowohl hohe als auch geringe Werte auf die im Mittel eine m ige Beanspruchung f r das Gesamtszenario ergeben Beim NASA TLX wird die mittlere Beanspruchung nur durch den einen pro Versuchsperson ermittelten Messwert widergespiegelt der am Ende des Szenarios durch die Versuchspersonen abgegeben wurde Es kann weiterhin vermutet werden dass in die einzelne Bewertung jedes Szenarios mittels NASA TLX Zeiten hoher Beanspruchung innerhalb eines Szenarios st rker in die Gesamtbewertung der Versuchspersonen einflie en als Zeiten geringer Beanspruchung Hierbei sind beanspruchende Situationen die innerhalb des Szenarios auftraten am Ende st rker repr sentiert als wenig beanspruchende 6 3 5 BEWERTUNG DER MITTLEREN FEHLERZAHL HYPOTHESE 6 Auch hinsichtlich der Fehlerzahl kann die Hypothesentestung zur Feststellung der experimentellen Manipulation als erfolgreich betrachtet werden
404. uct in air traffic control A review and synthesis of the literature DOT FAA CT TN95 22 Federal Aviataion Administration M hlenbrink C 2011 Modellierung und Analyse von menschlichen Entscheidungsheuristiken mit farbigen Petrinetzen Doctoral Dissertation Technische Universit t Braunschweig M hlenbrink C amp Friedrich M 2009 RemoteCenter Eine Mikrowelt zur Analyse der mentalen Repr sentation von zwei Flugh fen w hrend einer Lotsent tigkeitsaufgabe In 8 Berliner Werkstatt Mensch Maschine Systeme pp 361 366 M hlenbrink C Manske P amp Kirlik A 2012 An analysis of a ground traffic control decision support system based on the 3 step principle of heuristic decision making In D de Waard K Brookhuis F Dehais C Weikert S R ttger D Manzey P Trrier Eds Human Factors a view from an integrative perspective Proceedings HFES Europe Chapter Conference Toulouse Moray N 1979 Models and Measures of Mental Workload In N Moray Ed Mental Workload Vol 8 New York Plenum Press Moray N 1986 Modeling Cognitive Activities Human Limitations in Relation to Computer Aids In E Hollnagel G Mancini amp D D Woods Eds Intelligent Decision Support in Process Environments NATO Advanced Study Institute F21 pp 273 291 Berlin Springer Muckler F A amp Seven S A 1992 Selecting performance measures objective versus subjective measurement Human F
405. ugzeuge auf der Start Landebahn sto en aber nicht zusammen e Runway Incursion Zwei Flugzeuge sto en auf den Rollwegen oder der Start Landebahn zusammen z B die Freigabe wird so gegeben dass ein Flugzeug von der Parkposition auf den Rollweg aufrollt obwohl sich dort gerade ein anderes Flugzeug befindet e Proaktive Freigabeerteilung Der Proband wartet die Anfrage von Flugzeugen nicht ab sondern erteilt eine Freigabe an ein Flugzeug bereits bevor dieses Kontakt zu ihm aufgenommen hat Das Auftreten von Fehlern hatte dabei f r die Versuchspersonen keine gravierenden Auswirkungen Es kam lediglich zu leichten Verz gerungen bzw dazu dass sich z B bei Zusammenst en kurzzeitig zwei Flugzeugsymbole auf dem Radardisplay berlagerten Die Simulation lief ansonsten ganz normal weiter Zus tzlich zu den subjektiven Ratingskalen wurde w hrend der gesamten Szenarien als physiologisches Beanspruchungsma das EKG der Versuchspersonen gemessen woraus die Herzrate gemessen als L nge der Abst nde zwischen zwei Herzschl gen Inter Beat Intervalle in ms ms IBI extrahiert wurde um einen weiteren Beanspruchungsindikator zu erhalten Eine Fragestellung ist hierbei ob sich die subjektiven Ratings von den objektiven EKG Daten unterscheiden d h die EKG Daten eventuell eine andere Verteilung der Beanspruchung erkennen lassen Au erdem sollte zur Testung der Modellg te eine Korrelation der EKG Daten mit den Modelldaten erfolgen Nicht zul
406. ulation dar und ist anders als die meisten kognitiven Theorien und Informationsverarbeitungsans tze durch ihre Verbundenheit mit dem Verhalten in realen Arbeitskontexten und Arbeitsresultaten eine starke Theorie zur makrokognitiven Modellierung Frese amp Zapf 1994 Grunds tzlich kann der Handlungsprozess in sechs Phasen eingeteilt werden vgl Abbildung 10 1 Zielbildung 2 Informationssammlung und Orientierung 3 Plangenerierung 4 Entscheidung f r eine Handlungsalternative 5 Handlungsausf hrung 26 Eine ausf hrliche Beschreibung von Theorien der Entstehung menschlicher Handlungen ist nicht im Sinne dieser Arbeit Daher sei hier auf Hacker 2005 Miller Galanter und Pribram 1960 Rasmussen 1983 sowie f r eine bersicht auf J rgensohn 1997 sowie Nerdinger Blickler und Schaper 2008 verwiesen 71 6 Feedbackverarbeitung 2 Informations Risen 4 Handlungs 1 Zielsetzung gt sammlung und 8 ausf hrungg und e 5 Feedback EEE und Entscheidung Orientierung Kontrolle nach Hacker 1986 Sichere und Aufbau und Verkehrsplanung Umsetzung der Gegen berstellung fl ssige Abwicklung Aufrechterhaltung Verkehrsplanung von Realit t und des Luftverkehrs eines ad quaten Verkehrsplanung Situationsbildes Ziel1 Hauptaufgabe 1 Hauptaufgabe 2 Hauptaufgabe 3 Hauptaufgabe 4 Vermeidung von u zop Zusammenst en am Boden Bestandteile PN Ziel2 I _Umweltsituation ie I Flughafenlayout I Wet
407. ulation und Analyse von Petrinetzmodellen zu gew hrleisten ein ausschlaggebender Punkt f r deren Verwendung Eines der bekanntesten und m chtigsten Werkzeuge stellt hier zweifelsohne CPN Tools dar welches auch zur Erstellung des vorliegenden Modells verwendet wurde CPN Tools ol Jensen Kristensen amp Wells 2007 Ratzer et al 2003 F r die Erstellung des Modells und zur L sung der beschriebenen Problemstellung fiel die Entscheidung aus folgenden Gr nden zugunsten der Verwendung farbiger Petrinetze als Beschreibungsmittel aus e M glichkeit sowohl den Flughafenprozess als auch die kognitiven Prozesse und das Verhalten des Lotsen in einer Sprache abzubilden e Keine Schnittstellenimplementierung zwischen kognitiver Simulation und dem zu kontrollierenden Prozess e Ber cksichtigung der Nebenl ufigkeit von Prozessen e Gute Handhabung der Komplexit t und individuelle Erweiterbarkeit durch Modularisierbarkeit und hierarchische Strukturierung e Relative Stabilit t von Modellen gegen ber kleineren nderungen e M glichkeit der Einbindung von Zeit e Intuitive Darstellung und damit Nachvollziehbarkeit und Transparenz e Vorhandensein einschl giger Computertools zur Modellierung Simulation und Analyse von Petrinetzmodellen e Mehrfache erfolgreiche Verwendung zur Modellierung von Problemstellungen in der Luftfahrt Flugverkehrskontrolle sowie der Beschreibung kognitiver Prozesse und menschlichen Verhaltens 4 7 KAPITELZUSA
408. um neu gedruckten Flugstreifen zur Aktivierung der Transition Look at _flightstrip wodurch einerseits die extrahierte Information in den nachgeschalteten Platz Visual Buffer gelegt wird und andererseits der Trigger zur Initiierung der Verkehrsplanung gesetzt wird nachgeschalteter Platz initiate_ planning Hierbei wird eine Verz gerung von 3 9 Sekunden hinzuaddiert was der mittleren Zeit entspricht die Lotsen in Felduntersuchungen f r den Blick auf die Flugstreifen ben tigen Pinska 2008 Annahme 6 Die Aufmerksamkeitsverschiebungen zu den anderen AOls erfolgt durch Top Down Trigger Hierbei wird jeweils auf den Pl tzen check Loc_status sowie get_Info_from_SB eine Marke generiert Bei freier visueller Aufmerksamkeit auf dem Platz visual Attention sowie abgeschlossener Planung Marke auf dem Platz planning completed k nnen die Transitionen switch attention to FV und switch attention to Sp feuern wobei switch attention Co FV wie bereits beschrieben eine h here Priorit t zugeordnet ist Ist die Aufmerksamkeit verschoben so werden im focused Sub Modul Marken auf die Pl tze attention_on PV bzw attention on SB generiert wodurch die nachgeschalteten Transitionen look_outside bzw choose next vehicle feuern k nnen Bei Auftreten der Transition look outside wird eine Marke auf den nachgeschalteten Pl tzen look_outside sowie visual attention generiert wobei beiden eine Verz gerung von 7 2 Sekunde
409. und die Versuchspersonen wurden verabschiedet F r die Teilnahme erhielten sie eine Aufwandentsch digung von 20 6 2 ERGEBNISSE Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt in der Reihenfolge der beschriebenen Hypothesen 1 10 6 2 1 ZUSAMMENHANG D2 R ERGEBNIS UND FEHLERZAHL BZW H HE DER BEANSPRUCHUNGSRATINGS HYPOTHESE 1 Hypothese 1 Versuchspersonen mit besserem Abschneiden im d2 R Test machen auch in der Fluglotsenaufgabe insgesamt weniger Fehler und sch tzen die mentale Beanspruchung RSME und NASA TLX insgesamt als geringer ein Mit dieser Analyse sollte festgestellt werden ob das Abschneiden der Versuchsperson im d2 R Test einen Einfluss auf die Anzahl der gemachten Fehler und der abgegebenen subjektiven Beanspruchungseinsch tzung hat Hierzu wurden anhand der im d2 R Test vorgegebenen Einteilung folgende Gruppen anhand der Gesamtpunktzahl definiert hoher d2 R Wert KL gt 106 durchschnittlicher d2 R Wert 94 lt KL lt 106 und geringer d2 R Wert KL lt 94 Somit wurden drei Gruppen erhalten wobei acht Versuchspersonen in die Gruppe hoher d2 R Wert eingeordnet werden konnten weitere sechs Versuchspersonen in die Gruppe geringer d2 R Wert und zehn Versuchspersonen in die Gruppe durchschnittlicher d2 R Wert Die Abbildung 45 l sst zumindest deskriptiv einen Unterschied zwischen den einzelnen Gruppen und der mittleren Fehlerrate erkennen Aufgrund der Tatsache dass die Fehlerzahlen nicht normalve
410. us dem zur Validierung des Modells durchgef hrten Experiment l sst sich nur schwer sagen welche maximale Arbeitsged chtniskapazit t vorliegt da kein Test der Arbeitsged chtnis kapazit t durchgef hrt wurde Anzunehmen ist aber dass das Auftreten von Fehlern im Experiment mit einem Erreichen der Obergrenze der speicherbaren Chunks zusammenh ngt So k nnen bei erreichen der Obergrenze nicht mehr alle n tigen Informationen ausreichend repr sentiert werden weshalb schlechtere Entscheidungen getroffen werden Die Annahme einer maximalen Kapazit t von zehn Chunks ist dabei kritisch zu reflektieren Da das Modell die Performanz von Experten abbilden soll ist es sinnvoll sich an der maximalen Kapazit t zu orientieren die bei Experten angenommen wird Es ist aber einerseits anzunehmen dass auch bei Experten diese Obergrenze nach oben und unten schwankt z B 10 2 Chunks da es sich um einen Mittelwert handelt Andererseits ist fraglich ob diese Obergrenze auch im get tigten Validierungsversuch angenommen werden kann da diese mit einer Laienstichprobe durchgef hrt wurde So ist anzunehmen dass die Obergrenze bei den Versuchspersonen schon fr her erreicht wird als im Modell Es wurde jedoch versucht die Aufgabe recht einfach zu gestalten und den Versuchspersonen einen gewisser Grad an Expertise zu bermitteln Auch wenn f r das Arbeitsged chtnis eine Single Limited Capacity Theorie implementiert wurde so sind aber auch Ans tze mult
411. us der Umgebung Daf r stehen dem Lotsen verschiedene Informationsquellen zur Verf gung die bereits in Kapitel 4 4 beschrieben wurden Hierdurch k nnen Informationen ber die aktuelle Verkehrssituation erhalten werden vgl Smieszek Huber amp J rgensohn 2011 Smieszek amp Karl 2012 Smieszek 2011 Auf Basis des generierten Situationsbildes erfolgt die Vorhersage und Planung der Verkehrssituation welche in der Phase der Plangenerierung zur Erstellung eines Staffelungsplanes f hrt Smieszek et al 2011 In der Phase der Entscheidungsfindung erfolgt die Entscheidung f r eine Handlungsalternative welche anschlie end in der Phase der Handlungsausf hrung durch die n tigen Aktionen implementiert wird Die so entstehende neue Verkehrssituation wird anschlie end in der Phase der Feedbackverarbeitung mit dem erstellten 72 Plan verglichen und eventuelle Diskrepanzen wie Konflikte oder Planabweichungen erkannt Diese Phase erfolgt hierbei implizit wiederum durch die Aufnahme neuer Informationen und der Integration dieser in den neuen Handlungsablauf Im n chsten Schritt wurden die aus den Aufgabenanalysen extrahierten Haupt und Unteraufgaben von Towerlotsen in die beschriebenen Handlungsphasen eingeordnet 2 Informations 3 Planehenenune 4 Handlungs 1 Zielsetzung sammlung und e e gt ausf hrung und gt 5 Feedback und Entscheidung Orientierung Kontrolle nach Hacker 1986 Sichere und Aufbau und Verkeh
412. van der Veer amp J F Hoorn Eds Proceedings of the 227 9th European Conference on Cognitive Science Approaches to Process Control pp 145 150 Amsterdam Welford A T 1960 The measurement of sensory motor performance Survey and reappraisal of twelve years progress Ergonomics 3 189 230 Welford A T 1968 Fundamentals of skill London Methuen Werther B 2006a Colored Petri net based modeling of airport control processes In International Conference on Computational Intelligence for Modeling Control and Automation and International Conference on Intelligent Agents Web Technologies and Internet Commerce Werther B 2006b Kognitive Modellierung mit Farbigen Petrinetzen zur Analyse menschlichen Verhaltens Doctoral Dissertation Technische Universitat Braunschweig Werther B Mohlenbrink C amp Rudolph M 2007 Colored Petri Net Based Formal Airport Control Model for Simulation and Analysis of Airport Control Processes In V G Duffy Ed Digital Human Modeling pp 1027 1036 Berlin Heidelberg Springer West R L Hancock E Somers S MacDougall K amp Jeanson F 2013 The Macro Architecture Hypothesis Applications to Modeling Teamwork Conflict Resolution and Literary Analysis In R West amp T Stewart Eds Proceedings of the 12th International Conference on Cognitive Modeling Ottawa Carleton University West R L amp Pronovost S 2009 Modeling SGOMS in ACT R
413. ve Plausibilitat und zu einem gewissen Grade Validitat erreicht 3 4 KOGNITIVE MODELLIERUNG MENTALER BEANSPRUCHUNG Nachdem sowohl im Kapitel 2 als auch im Kapitel 3 L cken hinsichtlich der Erfassung mentaler Beanspruchung keine Vorhersage mentaler Beanspruchung m glich sowie deren modellhafter Beschreibung unzureichende theoretische Fundierung Fokussierung auf den en route Bereich sichtbar gemacht wurden gilt es nun diese L cken zu schlie en Zun chst kann festgestellt werden dass die zur Verf gung stehenden Methoden zur Erfassung mentaler Beanspruchung keine hinreichende G te besitzen um im Feld als zuverl ssiger Indikator mentaler Beanspruchung von Towerlotsen eingesetzt werden zu k nnen oder als Grundlage f r die Entwicklung adaptiver Automatisierungs und Unterst tzungssysteme zu dienen Einerseits sind Diagnostizit t und Sensitivit t z B der Herzrate zu gering um eine verl ssliche Erfassung mentaler Beanspruchung zu erhalten Andererseits ist die zeitliche Aufl sung subjektiver Ma e zu gering und die Interferenz mit der Hauptaufgabe von Leistungsma en zu gro Es ist also n tig eine M glichkeit zu finden wie diese Nachteile ausgeglichen werden k nnen Die L sung kann hier in der kognitiven Modellierung und Simulation liegen F r die Entwicklung eines kognitiven Modells werden zu Beginn zwar Ressourcen wie Zeit und Geld sowie Ma e zur Validierung ben tigt allerdings kann ein einmal aufgestelltes Modell i
414. vgl Hollnagel Woods amp Leveson 2006 komplexer soziotechnischer Systeme z B Stroeve Everdij amp Blom 2011 und andererseits durch ganzheitliche Mensch Maschine Modelle unter Verwendung farbiger Petrinetze erg nzt Zun chst zielte die Modellbildung unter Verwendung von Petrinetzen nicht auf die empirische Untersuchung von Verhaltensdaten ab sondern auf die formale Analyse dieser Modelle f r die Arbeitsanalyse und den Designprozess M hlenbrink 2011 oder die Erstellung von Expertensystemen So beschreibt Ruckdeschel 1997 ein Modell zur Beschreibung regelbasierten Pilotenverhaltens als Teil des Cockpit Assistenzsystems CASSY Cockpit Assistant System Werther 2006b beschreibt erstmalig die 41 Verwendung farbiger Petrinetze fiir die kognitive Modellierung und Simulation als Alternative zu kognitiven Architekturen und verfolgt das Ziel die grundlegenden Komponenten kognitiver Architekturen in einem Petrinetz Modell mit zu ber cksichtigen vgl M hlenbrink 2011 Das von ihm entwickelte ganzheitliche Modell FCR Modell Formales Kognitives Ressourcen Modell ber cksichtigt dabei vor allem die beschr nkte Verarbeitungskapazit t menschlicher Bediener in Mensch Maschine Systemen Das Modell basiert auf vier Modulationsparametern Motivst rke Aktivierungsrate Kompetenz und Barriereh he die bei der Abarbeitung von Handlungszielen die Art und Weise wie diese abgearbeitet werden bestimmen Hierbei liegt die Annahme zugrunde
415. wierigkeiten mit sich bringt Einerseits m sste festgelegt werden in welchen Zeitabst nden ein in jedem Chunk enthaltener Aktivierungs Wert diskret verringert wird und zwar so lange bis der Chunk vollst ndig verblasst also vergessen ist Die Umsetzung eines solchen decay selbst wenn er im Sekundenbereich l ge w rde zu erheblichen Performanzeinbr chen der Simulation f hren 2 WM_Capacity er stored_Info uditory Retrieve from_Far_View Buffer Dn wm In Aim_List mm Mental_Model stored_ac_ Son RWY Mut Vehicle_on_Loc e stored RUM stprage Stoll retval Out FS_Info store stored_ Visual_ Request Buffer ut 7 ams Aim_List emm Stored_Info Retrieve stored_ SB_info SSES Out f Stripbay_Info L Gs Location Check Abbildung 37 Das Working Memory Modul WM im Petrinetz Weiterhin besteht das Problem dass die im Arbeitsged chtnis vorhandenen Chunks Trigger f r nachfolgende Prozesse des kognitiven Modells darstellen Marken als Vorbedingungen f r das Schalten bestimmter Transitionen W rde ein Chunk daher vollst ndig vergessen werden Verschwinden der Marke w rde das Petrinetz in ein Deadlock laufen und das Netz damit tot sein Es wird daher davon ausgegangen dass die Informationen Chunks so lange im Speicher 126 liegen bleiben bis alle kognitiven Prozesse die in irgendeiner Weise die in ihnen enthaltenen Informationen ben tigen abgeschlossen sind Erst im Anschluss dara
416. wurden die Versuchspersonen alle 20 Sekunden durch einen Piep Ton aufgefordert mit der n chsten Zeile zu beginnen Im Anschluss an den d2 R Test erfolgte eine allgemeine Instruktion zur Flugverkehrskontrolle Hierbei erhielten die Versuchspersonen Informationen ber die generellen Aufgaben von Towerlotsen sowie den Aufbau des Flughafens und der f r Sie wichtigen Bereiche Au erdem wurden der Ablauf der Funkkommunikation und die Verwendung der Phraseologie erl utert Da wie bereits erw hnt die Verbindung der Simulationssoftware mit einer Spracherkennungssoftware nicht m glich war wurde f r die Spracherkennung ein Wizard of Oz Design verfolgt Hierbei erhielt nur der Versuchsleiter die Anfragen der Flugzeuge aus der Simulation durch die vordefinierten Standardanfragen in Englisch und leitete diese per simulierter Funkkommunikation umgehend an die Versuchspersonen weiter in Deutsch Diese antworteten ebenfalls m ndlich per Funkkommunikation mit der jeweiligen Freigabe die dann vom Versuchsleiter per Tastenk rzel in den richtigen Text Befehl f r die Simulation bersetzt wurde Hierbei bestand zus tzlich der Vorteil dass die Versuchspersonen keine englischen Kommandos verwenden mussten sondern da es sich um Laien handelte in Anlehnung an die englischen auch in der Realit t verwendeten Kommandos selbst festgelegte deutsche Anfragen und Freigaben Kommandos definiert werden konnten Die Funkkommunikation erfolgte dabei mit Hilfe der Voice
417. zahl der Fehler wurde als Leistungsma erhoben Deskriptiv ist zu erkennen dass die H ufigkeit mit der Fehler gemacht wurden in den Szenarien mit hohem Verkehrsaufkommen sehr viel h her ist als bei geringem Verkehrsaufkommen Abbildung 51 9 8 7 Es niedrige Belastung 4 YY Mittlere Fehlerzahl RoW Le i WLLL UW Ws hohe Belastung Szenario Abbildung 51 Mittlere Gesamtfehlerzahl pro Szenario Es wurde berpr ft ob sich die Fehlerzahlen der einzelnen Szenarien signifikant voneinander unterscheiden Laut Hypothesen 6a f sollte dies bei den Vergleichen von Szenario 1 und 2 1 und 4 3 und 2 sowie 3 und 4 der Fall sein bei den Szenarien 1 und 3 sowie 2 und 4 jeweils nicht Aufgrund der Tatsache dass die Fehlerzahlen nicht normalverteilt waren Kolmogorov Smirnoff Test auf Normalverteilung der Daten lieferte f r die Reihen der Szenarien 2 und 4 signifikante Ergebnisse wurde zun chst eine Friedmann ANOVA verwendet und mit post hoc Wilcoxon Tests die einzelnen F lle verglichen Im Mittel machten die Versuchspersonen im Szenario 1 MWszn 4 54 Fehler s 2 89 im Szenario 2 MWszx2 2 00 Fehler s 1 56 im Szenario 3 MWsznz3 4 63 Fehler s 3 16 und im Szenario 4 MWszua 1 25 Fehler s 1 26 Eine Friedmann ANOVA lieferte hoch signifikante Ergebnisse x2 26 294 df 3 p lt 0 001 Die Berechnung des a Niveaus der post hoc Wilcoxon Tests ergibt sich analog den Erl uterungen im vorangegangenen Kapit
418. zeuge nicht n her an eine Start Landebahn heranrollen als bis zum Haltepunkt F r Luftfahrzeuge die dieselbe Piste benutzen gelten folgende Regeln DFS 2002 Startende Luftfahrzeuge sind von anderen dieselbe Piste benutzenden Luftfahrzeugen zu staffeln indem sichergestellt wird dass sie ihren Startlauf nicht beginnen bevor eine der folgenden Bedingungen erf llt ist Das vorher gestartete Luftfahrzeug hat das Ende der Piste berflogen oder hat abgehoben und eine Kurve eingeleitet die eine Staffelungsunterschreitung ausschlie t das vorher gelandete Luftfahrzeug hat die Piste verlassen S 32 2 Landende Luftfahrzeuge sind von anderen dieselbe Piste benutzenden Luftfahrzeugen zu staffeln indem sichergestellt wird dass sie den Anfang der Piste nicht berfliegen bevor eine der folgenden Bedingungen erf llt ist Das vorher gestartete Luftfahrzeug hat das Ende der Piste berflogen oder hat abgehoben und eine Kurve eingeleitet die eine Staffelungsunterschreitung ausschlie t das vorher gelandete Luftfahrzeug hat die Piste verlassen S 32 2 Wenn ein Flugzeug landet d rfen andere Flugzeuge solange nicht am Ende einer aktiven Runway aufrollen und halten bis das landenden Flugzeug den Haltepunkt passiert hat Tavanti 69 2006b Ein landendes Flugzeug darf solange das Ende der Runway nicht passieren bis das vorhergehende abfliegende Flugzeug das Ende der Runway berschritten hat oder begonnen hat zu drehen od
419. zu k nnen So m ssen beispielsweise f r die Multiplikation beide Faktoren aufrechterhalten werden um das Produkt zu bilden Im oben beschriebenen Modell von Baddeley Baddeley amp Hitch 1974 Baddeley 2012 werden nur sehr wenige Hinweise darauf gegeben ob eine Ressourcenobergrenze existiert und wenn ja wie gro diese ist Bei Baddeley wird lediglich dem episodischen Puffer eine begrenzte Kapazit t von vier Informationseinheiten sogenannten Chunks zugesprochen Die Arbeit von Miller 1956 hat hierbei ma geblich die Entwicklung des Konzepts der Zusammenfassung einzelner Informationseinheiten zu einem Gef ge genannt Chunks bestimmt sowie au erdem den richtungsweisenden Ansto f r den information processing approach gegeben Baddeley 1994 Der Begriff des Chunk wird bis heute verwendet um die Zusammenfassung mehrerer Informationseinheiten Items z B Ziffern Buchstaben zu beschreiben die in einen solchen Sinnzusammenhang gebracht werden dass sie als ein einzelnes Element im Arbeitsged chtnis gespeichert werden k nnen Stein et al 2010 Hence a familiar and meaningful date such as 1492 is likely to act as one chunk while a less significant one like 1386 would probably not Baddeley 1990 S 42 Dieser steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Frage wie gro die maximale Kapazitat des Arbeitsgedachtnisses ist und bietet eine Erklarung dazu wie diese Kapazitat erweitert werden kann Allerdings ist bis heut
420. zu oben wiederum mit a 0 20 festgelegt Es ergaben sich folgende Ergebnisse Tabelle 16 Ergebnisse der Testung der Nullhypothesen von Hypothese 7 Hypothese Get tigte Annahme Ergebnis Hypothese 7e Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 1 und Nicht SZN 3 unterscheiden sich nicht Mittelwertsdifferenz 9 361 p lt Best tigt 0 001 CI 95 4 716 14 006 x Hypothese 7f Die mittlere Beanspruchungsh he des Modells von SZN 2 und Nicht SZN 4 unterscheiden sich nicht Mittelwertsdifferenz 4 139 p Best tigt 0 001 CI 95 1 591 6 687 x Die Nullhypothesen 7e und f bei denen angenommen wurde dass sich die Szenarien mit gleicher Belastung nicht signifikant voneinander unterscheiden m ssen abgelehnt werden so dass auch hier Unterschiede in der mittleren Beanspruchung die durch das Modell ermittelt wurde bestehen 6 2 8 TRENDVERGLEICH DER MITTLEREN BEANSPRUCHUNGSH HE HYPOTHESE 8 Hypothese 8 Es besteht eine starke Korrelation p t gt 0 6 zwischen der mittleren Beanspruchungsh he der subjektiven RSME und NASA TLX und der Modelldaten ber die vier Szenarien Zum visuellen Vergleich der Trends der mittleren Beanspruchungsh he ber die Szenarien wurden die Prozentwerte der NASA TLX Sub Skala geistige Anstrengung und der RSME Bewertungen im Vergleich zu den Modelldaten dargestellt vgl Abbildung 53 Da bereits in Hypothese 5 vgl Kapitel 6 2 5 festgestellt wurde dass sich die Trends ber die Szenarien de
421. zubilden erh ht werden Auch ist bereits erw hnt worden dass der Prozess der Entscheidungsfindung recht einfach abgebildet worden ist Hierbei wird lediglich die aktuelle Verkehrssituation zugrunde gelegt Es wurde jedoch klar dass mentale Simulationsprozesse vorgenommen werden welche hochgradig die mentale Beanspruchung des Lotsen beeinflussen Smieszek amp Joeres 2013 Diese m ssen durch das Modell ber cksichtigt werden Hierzu sind zun chst grundlagenwissenschaftliche Fragen zu kl ren Eng damit verbunden ist auch die Umsetzung des Arbeitsged chtnismodells Smieszek und Joeres 2013 sehen als Folge eines ver nderten komplexeren Entscheidungsprozesses auch die Notwendigkeit eines ver nderten Arbeitsged chtnismodells Dies legt auch die Existenz 198 zahlreicher Befunde nahe wie es bereits in Kapitel 7 1 diskutiert worden ist Die Umsetzung eines solchen Arbeitsgedachtnismodells erscheint prinzipiell sinnvoll wobei bisher ungeklart ist wie Informationen in einem solchen Arbeitsged chtnis repr sentiert werden vgl auch Kapitel 7 1 Die Verwendung farbiger Petrinetze als Beschreibungsmittel zur Modellierung menschlichen Verhaltens und menschlicher Kognition kann als sehr vielversprechend vor allem f r die makrokognitive Modellierung bzw f r ein Downscaling von der makrokognitiven zur mikrokognitiven Ebene bezeichnet werden So k nnen kognitive Prozesse und Verhalten nicht nur abgebildet und simuliert sondern auch

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