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FGAN FORSCHUNGSINSTITUT FÜR KOMMUNIKATION, INFORMATIONSVERARBEITUNG UND ERGONOMIE IST043/RWS006: Visualisation and the Common Operational Picture (COP)

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Präsentation zum Thema: "FGAN FORSCHUNGSINSTITUT FÜR KOMMUNIKATION, INFORMATIONSVERARBEITUNG UND ERGONOMIE IST043/RWS006: Visualisation and the Common Operational Picture (COP)"—  Präsentation transkript:

1 FGAN FORSCHUNGSINSTITUT FÜR KOMMUNIKATION, INFORMATIONSVERARBEITUNG UND ERGONOMIE IST043/RWS006: Visualisation and the Common Operational Picture (COP) September 2004 Visualisation Concept for Operational Parameter Settings of Dependent Processes on Naval Vessels Visualisation Concept for Naval Combat Systems Annette Kaster and Oliver Witt Research Establishment for Applied Science (FGAN) Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics (FKIE) Ergonomics and Information Systems Department (EFS) Neuenahrer Strasse 20, Wachtberg-Werthhoven, Germany

2 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Content Introduction including problem definition Visualisation concept Prototypical human machine interface (HMI) for naval operator support Summary and outlook

3 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Problem Definition System flexibility through parameterization New demands to the user through shift of control functionality and responsibility System automation is restricted in many cases, because –situations cannot be described or predicted –optimal adjustments cannot be determined –the dynamic system is subject to permanent changes => Interaction of automated and manual adjustments is necessary! Clear representation of parameter values and the status of planning and support components => Presentation and prediction of short-term behavioral tendencies! Exemplary system: Combat Direction System (CDS) of the frigate class 124 (F124) of the German Navy

4 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics sensor control sensor data fusion identification/classification threat analysis engagement preparation engagement execution kill assessment Function chain of the combat direction system of the frigate class 124 of the German Navy engagement planning 1 Processes of the CDS of the F124 conditioned by approx. 760 operational parameter mission planner doctrines doctrine editor 2 Doctrine control: Automatic parameter settings via doctrines operator user interface 3 Direct control: Manual parameter settings via direct operator input

5 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Current implementation of the combat direction system of the frigate 124 automation-centered component-based with restricted graphics according to the technical realization and implementation Sequential information representation =>important system adjustments are hidden =>complex chain of single operations

6 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Visualisation Concept Indicator determination sensor control sensor data fusion threat analysis #9 engagement preparation #6 engagement planning #4 engagement execution #2 kill assessment airspace control means #7 kinematic behaviour #13 kinematic behaviour #8 kinematic behaviour #11 identification/ classification #4 amplified classification indicator table 3.6. identity determination # User concern is the qualitative comprehension of the state and behavior of the system. User should visualise, e.g., which ID a track might have or must not have. Operational Parameter (Ops) are assigned to the elements of the function chain. –task oriented user guidance and acceptance The function chain represents the first level of the hierarchical structure of the OP (OPs affecting the automation) –second level: OPs controlling specific track data... web-based implementation

7 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics MMI for the naval operator support (1) Symbols/Colours used in the MMI: Red: Blocked; Green: Continuous automatic/manual, not modifiable in the GUI automatic/manual, not modifiable at this place of the GUI continuous/bBlocked -not modifiable at this place of the GUI automatic/manual, modifiable at this place of the GUI generally continuous / blocked semi-automatic time-out throttle.... navigation area content area Operator has to be aware of general situation current state of the system automation level interdependencies of the processes risk disposition considerateness rules of engagement (ROE) A M A M AM

8 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics MMI for the naval operator support (2)

9 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics MMI for the naval operator support (3) 1 23

10 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics MMI for the naval operator support (4)

11 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Summary and outlook (1) Main focus has been on the identification/classification process. The so far designed prototype has been presented to the German Navy and has been rated positively. This prototype is currently implemented.

12 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Summary and outlook (2) Evaluation by a scenario including several simulated situations like different exercise types as well as real conflicts Operator support in monitoring/controlling/affecting the processes track detection ->... -> engagement execution ->... -> kill assessment General applicability for military exercises/missions implying parameter settings in peace and conflict situation

13 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Spannungs- situation Echter Konflikt Operation. SUSPECT. HOSTILE SUSPECT manuell: Legende Zulässige IDs (für alle Phasen): PENDING UNKNOWN FRIEND ASSUMED FRIEND NEUTRAL... Szenario - Phase Waffeneinsatz Operational Settings Aktivierung Friedensfall per Doktrin: Transit Tendenz aller 45 Indikatoren auf none, neutral_tendency bzw. friend_tendency Operational Settings auf Default-Wert ID-Threshold hostile_determination auf Default-Wert Simulierter Waffeneinsatz Scharfer Waffeneinsatz Übung. FAKER JOKER. HOSTILE SUSPECT Tendenz folgender Indikatoren auf faker_tendency: mode1_incorrect_reply mode3_incorrect_reply all_iff_modes_no_reply WFZ ISR hostile_origin Alle KIN- und AMPL- Indikatoren außer: friendly_platform neutral_platform friendly_emitter Tendenz folgender Indikatoren auf hostile_tendency: mode1_incorrect_reply mode3_incorrect_reply all_iff_modes_no_reply WFZ ISR hostile_origin Alle KIN- und AMPL- Indikatoren außer: friendly_platform neutral_platform friendly_emitter per Doktrin: ID-Threshold hostile_determination auf Maximal-Wert Tendenz aller 45 Indikatoren auf none, neutral_tendency bzw. friend_tendency Operational Settings auf Default-Wert Tendenz folgender Indikatoren auf hostile_tendency: mode1_incorrect_reply mode3_incorrect_reply all_iff_modes_no_reply WFZ ISR hostile_origin Alle KIN- und AMPL- Indikatoren außer: friendly_platform neutral_platform friendly_emitter per Doktrin: Die hier aufgeführten Indikatoren werden alle gesetzt, sind aber nicht alle aktiv. Die aktivierten Indikatoren sind in einer Tabelle mit ihrer Gewichtung gesondert aufgeführt.

14 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics

15 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Vorgehensweise 1.Literaturrecherche Entwurf Benutzungsschnittstelle in (PPT und HTML) AP 1 AP 2 AP 3 AP 4 AP 5

16 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics I. Anforderungen: relevante Fragestellungen für den Bediener 1.In welchem Automationsgrad befindet sich der Prozess? Bekomme ich ID's als Vorschlag präsentiert oder werden ID's sofort automatisch umgesetzt. Wie viel Zeit wird mir als Bediener gegeben, um eingreifen zu können (timeout)? Ist der Prozess evtl. so konditioniert, dass die Automatik quasi ausgeschaltet ist und manuelle Tätigkeiten zwingend erforderlich sind? 2. Welche ID's lässt der ID-Prozess überhaupt zu? (z.B. ist das Ergebnis HOSTILE ausgeschlossen?). Hier möchte ich noch einmal auf meinen "Ersten Input zu DAKOS" hinweisen: Je nach "Rahmen-Situation"(Transit/Übung/Operation) ist es erforderlich, dass bestimmte ID's entweder gar nicht oder sehr wohl im Lagebild vorkommen. 3.Wie sind die ID-Indikatoren gewichtet? (Fließt IFF z.B. mit einem starken Gewicht ein - auch im Vergleich zu anderen Indikatoren?). WENN z.B. IFF stark gewichtet ist, steht IFF überhaupt zur Verfügung oder ist die Anlage evtl. defekt? WENN z.B. der Indikator WFZ (Weapon Free Zone) stark gewichtet ist, stellt sich die Frage ob überhaupt eine WFZ im System vorhanden ist. 4. Harmoniert der Zustand der Konditionierung im Identifizierungs-/Klassifizierungsprozess mit den vorgeschalteten und nachgeschalteten Prozessen?

17 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics I. Anforderungen an Visualisierung für ID/Klassifizierung Welche IDs stehen zur Auswahl (und welche nicht) ? Welche IDs sind erreichbar (und welche nicht) ? –Verfügbare Indikatoren –Vgl. mit Schwellwerte friend_determination, hostile_determination, faker_determination –Vgl. mit Schwellwert threshold_unknown Welche Indikatoren stehen zur Verfügung (und welche nicht) ? –Anlage (IFF, SMART L, APAR, FL 1800) ausgefallen: liefert keine Ergebnisse –Anlage defekt: liefert falsche Ergebnisse –Vorgelagerter Prozess (SDF) funktioniert nicht korrekt –Keine geographischen Bereiche definiert –Nicht erreichbar (wg. Kriterien) Welche Indikatoren sind erreichbar (und welche nicht) ? –Kriterien nicht erreichbar Wie sind die verfügbaren Indikatoren gewichtet ? Welche Kriterien sind erfüllbar (und welche nicht) ? Wie sind die verfügbaren Kriterien gewichtet ?

18 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Konzeptionelle und Visualisierungsaspekte –Aufgabenorientierte Darstellung –Darstellung von Abhängigkeiten -im Gegensatz zur aktuellen Darstellung –Hierarchische Darstellung -Vielzahl an Parameter –Interaktive Darstellung -Einstellmöglichkeit der Operational Parameter-> Direktsteuerung –Erweiterbare Darstellung -Betrachtung eines Auszugs der gesamten Prozesskette –Ergonomisch gestaltete Darstellung

19 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Klicken Sie, um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten –Zweite Ebene -Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene DAKOS 19/13 Forschungsinstitut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie Ergonomie und Führungssysteme KIE doctrines situationdata operparam II. Screenshot 1 Web-basierte Benutzungsschnittstelle sensorcontrolsensordatafusion identification threatanalysiscombatanalysiskillassessmentcombatexecutionoverview sensor control sensor data fusion identification/ classification threat analysis combat planning combat preparation combat execution kill assessment combat analysis operparam

20 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics II. Screenshot 2 Web-basierte Benutzungsschnittstelle overviewindicatortableindicatordeterm sensorcontrolsensordatafusion identification threatanalysiscombatanalysiskillassessmentcombatexecutionoverview indicator determination identities Friend AssFriend Hostile Suspect Neutral Faker Joker Unknown indicator table IFF ACM KIN AMPL DOM SFPA AMPL KIN ACM autom. identity determination identitydeterm automation doctrines situationdata operparam

21 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics II. Screenshot 3 Web-basierte Benutzungsschnittstelle Klicken Sie, um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten –Zweite Ebene -Dritte Ebene Vierte Ebene Fünfte Ebene DAKOS 21/13 Forschungsinstitut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie Ergonomie und Führungssysteme KIE diving_altitude_rate min_diving_angle max_diving_angle min_diving_altitude Criteria 1 Criteria 2 Criteria 3 Criteria 4 Criteria 5 diving_altitude_rate diving_angle min_diving_altitude sensor_classification impact_point thr_high thr_low thr_medium ApplyResetQuit overviewindicatortablethresholdsclassopautomation acmkinampl sensorcontrolsensordatafusion identification threatanalysiscombatanalysiskillassessmentcombatexecutionoverview doctrines situationdata operparam

22 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics III. Diskussion Siehe Überarbeitungspunkte.doc

23 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics IV. Beispiele für kritische (widersprüchl.) Einstellungen

24 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics V. Beschreibung von Einsatzsituationen Siehe AllgemSitSzenarios.doc

25 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics VI. Automationskette diskutieren und erweitern Abhängigkeiten von Operational Parameter, FKpt Ehlers, WZ F 124 (Mai 2000) Ventildarstellung, FKpt Ehlers, WZ F 124

26 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics VII. Weiteres Vorgehen – Zeitplan Termin für 4. Arbeitsbesprechung in Wachtberg Zwischenbericht Demonstrator –Implementierung der Benutzungsoberfläche –Integration in UkENDo-Demonstrator Weitere Arbeitspakete

27 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Relevante Dokumente SRS Tactical Situation Analysis DaimlerChrysler Aerospace (Februar 1999) Abschlußbericht UAG "Doktrinen AAW/CDS F 124 " MUKdo Sys 21 Anlage 4 Simulationsprogramme - MS Excel (April 1998) Fregatte Klasse F124: Automatisierte Identifizierung und Klassifizierung von Luftzielen, FKpt Peter Wiemann WZ F124 (2003) Operational Parameter des CSCI TSA, FKpt Peter Wiemann, WZ F124 Word- Dokument (2001) Operational Parameter des CSCI TSA, FKpt Peter Wiemann, WZ F124 Access- Datei (2003) CSCI TSA-Subprozess CLID: Die Indicator Evaluation Table, WZ F 124 (2003) Entwurf Erster Input, FKpt Ehlers, WZ F 124 Word-Dokument (August 2003) Abhängigkeiten von Operational Parameter, FKpt Ehlers, WZ F 124 (Mai 2000)

28 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics sensor control sensor data fusion threat analysis #9 engagement preparation #6 engagement planning #4 engagement execution #2 kill assessment indicator table identity determination #3 airspace control means #7 kinematic behaviour #13 kinematic behaviour #8 kinematic behaviour #11 quick reaction identification/ classification #4 amplified classification engagement planning #

29 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics Content Introduction including problem definition –Morton presented –Tasks and goals for our study (picture: ) -Including: current implementation of the MMI of CDS F124 based on the hierarchical structure of the CDS /automation-centered/lack of ergonomics -Requirement: ergonomically designed MMI for future frigates Visualisation concept –Explanation function chain and dependencies of parameters /doctrines –Main concern of the operator: qualitative comprehension of state and behaviour of the system -Which IDs are allowed? –Alternative structure for MMI (function chain)/ fulfillment of ergonomic criteria / webbased MMI for the naval operator support –Requirements: Awareness of general situation, current state of the system, automation level, interdependencies of the processes as well as risk disposition and considerateness –Proposal: alternative structure / webbased –Pictures: -overview -first level (example: identification): main concern: OP that control automation level, thresholds, control of allowed IDs -Second level: parameters that control threat identification Summary and outlook

30 FGAN Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics IST043/RWS006: Visualisation and the Common Operational Picture (COP) September 2004 Visualisation Concept for Operational Parameter Settings of Dependent Processes on Naval Vessels Annette Kaster and Oliver Witt FGAN - Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics (FKIE) Ergonomics and Information Systems Department (EFS) Neuenahrer Strasse 20, Wachtberg-Werthhoven, Germany


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