Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1818
Main Title: Evaluation von Situational Risk Assessment Systemen - Entwicklung eines Rahmenkonzepts und Demonstration seiner Anwendbarkeit im Bereich der Schiffsführung
Translated Title: Evaluation of Situational Risk Assessment Systems - Development of a Framework and Demonstration of its Applicability in the Domain of Ship Navigation
Author(s): Gauss, Boris
Advisor(s): Rötting, Matthias
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Gegenstand der Arbeit ist die Evaluation von Situational Risk Assessment (SRA) Systemen. Zur Untersuchung der Fragestellung, wie SRA-Systeme aus einer benutzerorientierten Sicht zu bewerten sind, wird ein Rahmenkonzept zur entwicklungsbegleitenden Evaluation erarbeitet und am Beispiel eines SRA-Systems für die nautische Schiffsführung exemplarisch angewendet. Als theoretischer Ausgangspunkt wird die Unterscheidung zwischen generellen und situativen Risiken eingeführt. Während sich generelle Risiken nur relativ langsam verändern und für statische Entscheidungen relevant sind, beziehen sich situative Risiken auf dynamische Entscheidungen und sind einer ständigen Veränderung unterworfen. Entsprechend dieser Differenzierung ist auch zwischen dem generellen, statischen Risikobewusstsein von Menschen und ihrem Bewusstsein situativer Risiken, für das in der vorliegenden Arbeit der Begriff Situational Risk Awareness vorgeschlagen wird, zu unterscheiden. Die Situational Risk Awareness ist ein Teilbereich der Situation Awareness und beeinflusst sowohl die Aufmerksamkeitssteuerung als auch die Bewertung von Handlungsoptionen im dynamischen Entscheidungsprozess. SRA-Systeme sind Assistenzsysteme, deren Hauptfunktion in der Unterstützung der Situational Risk Awareness der Operateure in Mensch-Maschine-Systemen besteht, indem sie mögliche Diskrepanzen zwischen dem subjektiven situativen Risiko der Operateure und dem objektiven situativen Risiko verringern. Ein SRA-System besteht aus zwei wesentlichen Komponenten: (1) Risikoberechnung und (2) Risikoübermittlung. Mit dem Rahmenkonzept werden die relevanten Fragestellungen und Kriterien sowie geeignete methodische Ansätze zur formativen Evaluation von SRA-Systemen im Rahmen eines parallel-iterativen Entwicklungsprozesses zusammengefasst. Das Rahmenkonzept unterscheidet vier übergeordnete Kriterienbereiche, die bei der Evaluation eines SRA-Systems zu überprüfen sind: (1) Güte der Risikoberechnungen, (2) Gestaltung der Benutzungsschnittstelle, (3) Akzeptanz des SRA-Systems, (4) Effektivität der SRA-Assistenz. Den Kriterienbereichen werden jeweils mehrere Evaluationskriterien sowie Vorschläge zu ihrer Operationalisierung zugeordnet. Die Praktikabilität und Nützlichkeit des Rahmenkonzepts werden mit zwei empirischen Evaluationsstudien des Navigational Risk Detection and Assessment Systems (NARIDAS) demonstriert. NARIDAS ist ein neuartiges SRA-System für die nautische Schiffsführung, das mittels Fuzzy Logik acht situative Teilrisiken (z.B. Kollision, Grundberührung) berechnet. Zusammengefasst kann mit den empirischen Studien gezeigt werden, dass das Rahmenkonzept eine umfassende Bewertung von SRA-Systemen und das Aufdecken von Optimierungsansätzen während des Systementwicklungsprozesses ermöglicht. Damit bildet es als integrierendes Technikgestaltungskonzept eine wichtige Grundlage zur Erreichung einer benutzerorientierten Gestaltung, um das Potenzial von SRA-Systemen zur Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion voll ausschöpfen zu können. Mit dem Rahmenkonzept wird zudem die Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten zur Bewertung und Gestaltung von Situational Risk Assessment Systemen geschaffen. Die vorliegende Arbeit strukturiert durch die Differenzierung zwischen generellen und situativen Risiken, die Einführung des theoretischen Konstrukts der Situational Risk Awareness und die begriffliche Abgrenzung von SRA-Systemen einen neuen Themenbereich der Mensch-Maschine-Systemtechnik, der eine Vielfalt an interessanten Forschungsperspektiven bietet.
The main question of this thesis is how Situational Risk Assessment (SRA) systems can be evaluated from a user-centred point of view. Therefore, a framework for the evaluation of SRA systems during the development process is proposed, and its applicability is demonstrated by the example of a SRA system for ship navigation. As a theoretical basis, the distinction between general and situational risk is introduced. While general risks change rather slowly and are relevant for static decisions, situational risks are related to dynamic decisions and are constantly changing. With to this distinction, it is also possible to differentiate between general, static risk awareness of human operators in human-machine systems on the one hand, and their situational risk awareness on the other hand. Situational risk awareness is a component of operators’ situation awareness, and influences their attention allocation as well as their evaluation of options for actions in the dynamic decision process. SRA systems are technological assistance systems. Their main function is supporting operators’ situational risk awareness in human-machine systems by reducing potential discrepancies between their subjective situational risk and the objective situational risk. A SRA system includes two main sub-systems: (1) risk calculation and (2) risk transmission. The framework resumes the relevant questions and criteria, as well as the appropriate methodological approaches for the formative evaluation of SRA systems during the development process. The framework comprises four main categories of evaluation criteria: (1) goodness of risk calculations, (2) design of human-machine interface, (3) acceptance of the SRA system, (4) effectiveness of SRA assistance. For each of these categories, the relevant evaluation criteria are identified, and methods for their operationalisation are proposed. Practicability and usefulness of the framework are demonstrated by two empirical evaluation studies of the Navigational Risk Detection and Assessment System (NARDIAS). NARIDAS is a novel SRA system for ship navigation, which calculates eight situational risks (e.g., collision, grounding) by means of fuzzy logic. To sum up, the empirical studies show that the framework enables a comprehensive evaluation of SRA systems. It makes possible to gather important information on how to optimise the system during the development process. So it provides the basis for user-centred system design, to exploit the full potential of SRA systems for improving human-machine interaction. In addition, the framework lays the foundation for future research on the design and evaluation of SRA systems. By the theoretical distinction between general and situational risk, the introduction of the concept of situational risk awareness, and the characterization of SRA systems, this thesis defines a new research area for human-machine systems engineering, with a multitude of promising research perspectives.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-18180
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2115
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1818
Exam Date: 14-Mar-2008
Issue Date: 11-Apr-2008
Date Available: 11-Apr-2008
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Assistenzsysteme
Evaluation
Mensch-Maschine-Systeme
Risiko
Schiffsführung
Assistance systems
Evaluation
Human-machine systems
Risk
Ship navigation
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