Framtida tågtrafikstyrning Forskningen - lösningarna Människa-datorinteraktion (MDI) Inst för informationsteknologi Uppsala universitet Arne W Andersson och Bengt Sandblad http://www.it.uu.se/research/project/ftts Visionen - En samordnad, välplanerad trafikprocess All kapacitet utnyttjas på ett effektivt sätt, oavsett störningar Grunden är en ständigt uppdaterad optimal trafikplan Planen är känd av alla Alla aktörer samverkar mot ett gemensamt operativt mål Problemen idag En gemensam aktuell trafikplan saknas Det är svårt att samordna planer inom och mellan driftledningscentraler Det är svårt att kommunicera planer mellan DLC och trafikbolagen Alla jobbar hårt för att optimera sin del, vilket leder till suboptimering Varje aktörs åtgärd kan påverka andras på ett negativt sätt Varje aktör saknar information, med noggrannhet och precision Det är svårt att informera om planer som inte finns Helheten blir instabil Man kan inte samverka så att helheten fungerar optimalt. Alla blir lidande av detta! Kunder * Resande Gods Järnvägsföretag Ledningscentral Aktuell Plan Tågförare Tågpersonal Driftledningscentral Aktuell Plan Aktuell trafikplan Omvärlden Aktuell Plan Informatör Samordnare Trafikledare Samordnas mellan trafikledare, ledningscentraler och järnvägsföretag, även över nationsgränser Beslutas i ledningscentralen Uppdateras i realtid Har hög precision Är känd av samtliga aktörer Trafikledare, informatörer, tågpersonal, järnvägsföretag Verkställs av trafikledare som även planerar i den korta tidsskalan
Järnvägsföretag Aktuell Plan Tågförare Känner gällande plan Kommunicerar med berörda intressenter Fastställer täll nya förutsättningar för omplanering Prioriterar bland egna resurser Uppdaterar egna planer Ordnar ersättningstrafik Informerar kunder Känner planen Förstår planen Kör enligt plan Timar målpunkter med hög precision Informerar trafikledare om ändrade d förutsättningar Förseningar Störningar på eller kring spåret Driftproblem som lokskada etc. Aktuell Plan Tågpersonal Får information om resenärernas anslutningar Kan skicka personliga meddelande till resenärer E-biljett Gävle Uppsala Stockholm Idag, februari 06; 08:0 08:7 (planerad:08:9) Beräknad ankomst : 08:9 Byte till spår, 08:5 Trafikstörning! Väntetid: 5 min. 09: (planerad: 09:) Anslutning i Uppsala Boka anslutning i Stockholm Passagerare Har en digital biljett med ständigt uppdaterad färdinformation, som: uppdaterar aktuellt position samt avgångs- och ankomsttider Ger aktuell trafikinformation Kan rekommendera anslutningar etc. Aktuell Plan Vad ger visionen? Alla samverkar kring samma plan Alla kan agera optimalt utan att det stör andra Kapacitet och resurser kan utnyttjas fullt ut Bästa möjliga information är alltid tillgänglig för alla Bakgrunden - historiken Vad kommer idéerna ifrån? Vilka vetenskapliga grunder står vi på? Ni i Boden är en viktig del av utvecklingen! FTTS Framtida tågtrafikstyrning
Tågtrafikstyrning Kärnkraftverk Människor operatörer ska: Hantera/styra en komplex och dynamisk process Med höga prestationskrav, ofta under tidspress och stress Med kvalitet, effektivitet, säkerhet Samverka med en komplex omgivning Samt ha ett bra och hållbart arbete FTTS Bakgrunden Morgondagens trafik fordrar nya principer och nya tekniker för trafikstyrning fokus på trafik, inte teknik Människans roll måste beaktas för att skapa effektiva och säkra system samt en god arbetsmiljö Skapa en god kunskapsgrund för framtida utveckling FTTS Projektarbetet Kunskapsbas kartläggningar Beskrivning och analys av arbetet med att styra tågtrafik Visionsseminarier framtidsbilder Prototyper till nya användargränssnitt m.m. Aktiva arbetsgrupper Tester och utvärderingar Operativt system > STEG-projektet Kunskapsbasen Kognitiva processer Kognition Automatiserade processer Människans minne Mönsterigenkänning Den mänskliga faktorn, felagerande och olyckor Barriärer Mänskligt beslutsfattande Situation ti awareness Automationsproblem Larm och larmproblematik Operatörsarbete inom process-, trafik- och fordonsstyrning Gränssnittsutformning för processoperatörer Arbetsorganisation och ledarskap Arbetsmiljöproblem Utvärderingsmetoder Användarcentrerad utveckling
En beskrivningsmodell - MMSO För att styra ett dynamiskt system fordras: Mål (M) Modell ll(m) Styrbarhet (S) Observerbarhet (O) Mål Styra Process Modell Observera tid Mänskligt minne Korttidsminnet 5-8 saker åt gången Avklingningstid c:a 5 sek. Störningskänsligt g Slutsatser Tvinga inte operatören att minnas saker i realtid Samtidig informationsvisning Undvik bildväxlingar Undvik onödiga kognitiva störningar Automatiserade processer På hög kognitiv nivå Avancerade funktioner Bara en sak åt gången På låg kognitiv nivå Hög (!) parallellkapacitet llk t Automatiskt utförande Fordrar träning Slutsatser Stöd automatisering av allt utom arbetets kärna Stör inte problemlösningen Mönsterigenkänning Vi utnyttjar mönster och spatiala relationer för att orientera oss, identifiera objekt, tolka information m.m. Recall och recognition Gestaltlagarna. Närhet, likhet, symmetri, slutenhet, kontinuitet, rörelse, Mönsterigenkänning Slutsatser Människan kan överblicka och orientera sig i en obegränsad (?) informationsmängd i realtid och ha full koll på allt som sker om visualiseringen stödjer detta. Mycket små informationsmängder kan vara totalt oöverskådliga och svårtolkade i annat fall. Information vi inte ser kan vi inte hantera effektivt. Information overload uppstår genom för lite eller irrelevant information eller för dålig visualisering!!!!
gtrafikstyrning FTTS Framtida tåg Felagerande (human error) Mänskligt felagerande: Felgrepp (t ex fel handgrepp) Misstag (t ex feltolkning av information) Regelbrott (t ex medvetna fel ) Om det är möjligt att göra fel kommer det att ske förr eller senare!! Man kan/bör då inte skylla på den som gör felet. Barriärer Informationsmässig barriär Två olika principer: Förhindra operatörer att göra fel. Stöd operatörer att göra rätt. Tekniska (ATC) Informationsmässiga (Rätt info) Kompetensmässiga (Träning) Organisatoriska Regelverk, ansvar, säkerhetskultur Visar beslutsrelevant information Visar inte beslutsrelevant information Situation awareness Situationsmedvetenhet Situation awareness att alltid vara i full kontroll Tre delar: Perception (observation) Comprehension (tolka informationen i termer av systemtillstånd) Projection (prognos av utvecklingen) Två grundprinciper för styrning: Control by exception (undantag) Control by awareness (medvetenhet) Automationsproblem Människor ska ofta samverka med automater, autopiloter etc. Det kan lätt bli så att man istället motarbetar varandra. Automation surprises. The irony of automation. Gör automater transparanta (man ska se vad de gör) Tillåt operatörerna att skapa bra mentala modeller av automaterna 5
gtrafikstyrning FTTS Framtida tåg Arbetsmiljöproblem Fysisk Ergonomi Psykosocial Stöd Gruppen Ledning Kognitiv Stöd operatörernas arbete (förmågor) Skapa förutsättningar för ett effektivt arbete Vi måste förstå problemen Vi måste skapa förutsättningar för en bra arbetsmiljö för operatörerna...och reagerar med stress! Kraven är ofta höga Vi är till stor del samma varelse som grottmannen Ett bra och hälsosamt arbete Karasek & Theorell: Stöd starkt hög Kontroll Krav höga Ett bra arbete Ett dåligt och farligt arbete Stöd Kontroll låg svagt Krav höga Risk för ohälsa Operatörsarbete Management by exception. Management by awareness, ha koll på läget. Indirekt styrning via ett styrsystem med ett gränssnitt. Att bygga upp effektiva mentala modeller. Man vill kunna planera sitt arbete så att det inte blir kritiskt. Komplexa mål (säkert, optimalt, effektivt ). 6
Gränssnittsutformning Designa för skickliga användare. Operatören vill ha "koll på läget, visa dynamisk information. Visa all beslutsrelevant information samtidigt. Visa (vid behov) mycket information!! Underlätta för operatören att förstå processen. Disposition av bildskärmsytan. Visa helhet och detalj samtidigt. Ge informationen en tydlig och genomtänkt form. Bra användning av färger. Använd bläddring för informationspresentation. Minimera behovet av inmatning. Anpassa pekfunktioner till arbetssituationen. m.m., m.m. Användarcentrerad utveckling Användarna är experter på sitt arbete. Samverkan mellan användare, utvecklare och användbarhets- experter. En iterativ process, med återkommande tester och utvärderingar av prototyper. Fokus på användbarhet från början till slut. FTTS-arbetet FTTS-projektet Ett forskningssamarbete mellan Ban/trafikverket och Uppsala universitet Kunskapsuppbyggnad Framtida styrprinciper Användargränssnitt En bra arbetsmiljö i arbetet Hur styrs trafik idag? Vilka är problemen? Arbetet är komplext och dynamiskt Man saknar helhetssyn på trafikprocessen Svårt att identifiera störningar och konflikter Dåligt integrerat och utformat informationsstöd Styrmöjligheter är begränsade Bristande noggrannhet i data Information kommer ofta för sent, är fördröjd Trafiksituationerna varierar mycket Stora störningar är svåra att hantera Man fokuserar på teknik i stället för trafik Dåligt stöd av automater (ibland) All kommunikation är svår och störande Dagens styrprinciper Tid-sträckagraf på papper Auto. Auto. Tågtrafikprocessen Tågledningssystem Fjärrtågklarerare Informations- Information system Systems Omgivning Lokförare Banarbetare Tågklarerare Tågledare Elledare Bandriftledning Informatörer Trafikutövare m fl Körplanebaserade automater 7
Behov av ny styrprincip Mål för en ny styrprincip Krav på ökad punktlighet och kapacitetsutnyttjande Styrningen ofta inte optimal Planering vs. exekvering Bättre stöd till den mänskliga operatören EU, ERMTMS etc. Nya tekniska möjligheter finns och kommer m.m. Styrning på trafiknivå Styra genom att planera Öka trafikprocessens förutsägbarhet, bl a genom bra prognoser Stödja operatörens beslutsfattande Praktiska beslutsstöd Effektiva användargränssnitt Visa all beslutsrelevant information Låt trafikledaren fokusera på problemlösning (omplanering) Omgivning Lokförare Banarb. Eldriftl. Bandriftl. Informatör Trafikutöv. Den nya styrprincipen Tågtrafikledare Planerare Exekverare Trafikledningssystem Automatisk exekvering Realtidsdatabas Trafikplan Process-status Tågtrafikprocess Beslutsstöd Operatörsgränssnitt Tid-sträckagraf Spårplan Vad innehåller förslaget till nya styrprinciper? Planera styra genom att planera Exekvera ev. manuell styrning Ett nytt arbetsinnehåll Beslutsstödjande funktioner Stödjande automatik Förbättrad information och kommunikation Samverkan inom trafikprocessen Att styra genom att planera Trafikledarna styr genom att se till att det alltid finns en fungerande trafikplan Tidtabell Spåranvändning Tågordning Mer optimala lösningar Snabb omplanering om så fordras Beslutstöd som kan användas även vid störningar visar planeringsförutsättningar identifierar risk för störningar och konflikter visar handlingsutrymme visar effekter av planerade och vidtagna åtgärder Automatiska funktioner Icke-autonom automat Utför planen (lägger tågväg) som en slav Ändrar aldrig i planen Ändrar inte tågordning eller spåranvändning Trafikledaren i full kontroll Förbereder tågväg i god tid Varnar om tågväg inte kan läggas 8
Autonoma automater Kan inte användas vid störningar Operatörerna stänger av dem Tillför komplexitet i situationer där den behöver reduceras Svårt att förutse resultatet av automatiska funktioner Resultatet är tidsberoende Kombinationseffekter svåra att överblicka Minska komplexiteten Gör enkla robusta automater som är lätta att prediktera Skilj beslut från exekvering Visa i förväg i gränssnittet vad de kommer att göra Låt trafikledaren granska åtgärder före utförande Snäva ramar för vad automater tillåts ändra autonomt Tillåt inga tidsberoende ändringar Mål för användargränssnitt Kontinuerlig överblick Upptäcka problem i tid Avgöra vad som är rätt: huvuduppgift, strategi, ordningsföljd, tidpunkt Avvikelser från plan Undantag från det normala Effektiv omplanering forts. Tillgängliga resurser Trafikalternativ Omlopp: lok, förare, (vagnar) Anslutningar Banarbeten Angränsande trafikområden Effektiv kommunikation med: Förare, Banarbetare, Trafikledare i angränsande områden Beslutsstöd Verkställer inte autonomt Tillåts endast föreslå lösningar Alternativa lösningar Utifrån alternativa kriterier Kan föreslå lösningar utifrån variabla indata Funktioner och algoritmer kan tillåtas vara komplexa och svåra att genomskåda Lösningar kan utvärderas utan att man helt förstår bakgrunden till varför de kommit till Gränssnittet 9
Det nya gränssnittet fredag 9 Cst So Hel Sol Nvk Skby Nola Myn Eby Säy november Ke Udl Kmy Hgv R Upv Rs Mr Kn U 07. 560 07. -8 956 7909 8 7909 06.00.00 Mål: Presentera dynamiska trafikdata Trafikledaren ska alltid ha full koll Visa all beslutsrelevant information samtidigt Visa helhet och detalj samtidigt Stöd det planerande arbetet Stöd tidig upptäckt av avvikelser, störningar och konflikter Visa möjliga handlingsalternativ och lösningar Integrera informationsvisningen Skapa planerings- och handlingsutrymme Minimera onödig kognitiv belastning 70 7908 7808 7906 7806 - - 708-0 09 707 80 608 560 706-5 5 0 0.0 - - 607 705 705 70 607 609 607 7808 7906 7806 0 06.00.00 06. Sol 70 Hgv Cst Ke So Udl 70 60 705-70 70 Hel Sol Nvk Kmy Hgv R - - 60 607 Skby Upv Nola Rs 68 709-70 707 60 Mr 0 0 Myn 0 Kn 09 60 705 705-607 09 5 6 5 7 60 707 + 60 Eby 0 Säy 0 60 0 60 60 0 09 5 7 0 0 U -6.50.0.0.0.0 68 709 609 8 707 607 9-06.0 RST RC6-9 06.0 SS 6.9-5 0 + 60 0 -. 70.0-0 679 m 0 886 ton 0.70 m 09-06.08 RST RC6-06. -0 SS - 00 0 09-0 -. 70.0-0 56 m 0 80 ton 6.560 m Inkommande tåg ordningsföljd, typ, försening, egenskaper, avvikelse från plan och avvikelse från normalt Utvalda stationer detaljerad information Tid linjär skala Tid- sträckadiagram Fastställd aktuell plan: Tidtabell Spåranvändning Tåg i tidsordning Prognos Avvikelse Konfliktdetektering Verifiering av genomförbar plan Linjär skala för sträcka Visuellt kopplad grafik Förenklad spårplan linje, station, spår, tåg; spåranvändning, tågväg, testad väg aktuell position; banarbete; Inkommande tåg ordningsföljd, typ, försening, egenskaper, avvikelse från plan och avvikelse från normalt Utvalda tåg detaljerad information Cst Ke 07. 560 07. -0 09 707.0 607 So Udl Hel Sol Nvk Kmy Hgv R Skby Upv 609 7909 7808 7906-705 - 60.0 707 0 09 60 70 607 60 607 705 0 06.00.00 06. 70 60 60 0 705 09 Nola Rs 7806 Mr 68 709-70 Myn Tid- sträckadiagram, Grafen Kn Eby Säy U 0.50.0.0 60 0-6.0 fredag 9 Cst So Hel Sol Nvk Skby Nola Myn Eby Säy november Ke Udl Kmy Hgv R Upv Rs Mr Kn U 70 7908 7808 7906 7806-8 - - 07. 560 07. 956 708-0 09 707 80 608 560 706-5 5 0 0.0 - - 607 705 705 70 607 609 607 7909 7808 7906 7806 0 06.00.00 06. Sol 70 Hgv Cst Ke So Udl 70 60 705-70 70 Hel Sol Nvk Kmy Hgv R - - 60 607 Skby Upv Nola Rs 68 709-70 707 60 Mr 0 0 Myn 0 Kn 09 60 705 705-607 09 5 6 5 7 60 707 + 60 Eby 0 Säy 0 60 0 60 60 0 09 5 7 0 0 U -6.50.0.0.0.0 8 68 709 609 8 707 607 7909 9 06.00.00-06.0 RST RC6-9 06.0 SS 6.9-5 0 + 60 0 -. 70.0-0 679 m 0 886 ton 0.70 m 09-06.08 RST RC6-06. -0 SS - 00 0 09-0 -. 70.0-0 56 m 0 80 ton 6.560 m Omplanering i grafen Omplaneringen sker direkt i grafen Tillgängliga spår och planerad spåranvändning Planerad graf för markerat tåg Markerat tåg, t ex avgångstid och spåranvändning kan ändras här 0
Trafikledarnas samverkan med omgivningen Samverkar med olika aktörer: Lokförare måste känna till den aktuella planen och den omgivande trafiken. Info Ban- och eldriftledning Banarbetare Trafikutövare M fl. Samverkan med lokförare Om inte lokföraren känner den nya planen kommer han/hon att köra på ett sätt som motverkar planen. En lokförare kan köra väldigt optimalt om förutsättningarna (planen) är kända. Dvs: planen och förståelse för trafiksituationen måste överföras till lokföraren Vår försöksarbetsplats (SIMSON) Projicerat gränssnitt ( projektorer) m Tangentbord, mus m Försöksperson STEG Styrning av Tågtrafik via Elektronisk Graf Prototyp för drift i skarp miljö Pilotsträcka - Norrköping En-användarsystem Lång testperiod Utförlig utvärdering STEG i Norrköping gtrafikstyrning FTTS Framtida tåg
Att arbeta med STEG gtrafikstyrning FTTS Framtida tåg Planera för andra Synkronisera planen Lös konflikter Exekvera automatiskt Planera för andra... Synkronisera planen Trafikledare på angränsande områden Trafikinformatörer Tågledare Tågförare Tillsynings- män Övriga i tågtrafikprocessen...med senast uppmätta tågposition Använd Historia/Utfall för att bedöma hur tåg kommer att köras Projektera för tätare positionering Använd GPS:en i godsloken Hämta position från CATO Lös konflikter Planera spåranvändning noggrant Se till att spåranvändning är rätt planerad i TrainPlan Gör robusta planer som tål mindre avvikelser Se till att förarna kör enligt planen Testa att planera som när PEF/AEF används PEF: Planstyrd ExekveringsFunktion AEF: Automatisk ExekveringsFunktion
Våra frågor: Några kompletterande delar Hur tänker ni om CATO och förarnas målpunkter? Hur kan ni använda minsta gångtid g (mingångtidslinjen)? Vad kan göras för att den ursprungliga planen bättre skall överensstämma med hur tågen körs? Komplexa spårområden fordrar andra stödsystem, resursgrafer gtrafikstyrning FTTS Framtida tåg Bildskärmars egenskaper Synergonomi, synvinklar och läsbarhet Bildpunktens storlek Antal bildpunkter (upplösning) Skärmens storlek Antal bildskärmar Kontrast, ljushet, skärpa och jämnhet Betraktningsavstånd +5 och -55 grader är rek. gränser för att visa ofta använd (primär) information (alt. +0 och -0 grader) Teckenhöjd: ca bågminuter 5 cm 95 cm 9 grad 95 cm - grad 70 cm Bord +0 cm 75 cm höjd 7 cm x cm 7" +9 grad 7" w = 60 x cm 080X90 bildpunkt 0, matris 0x teckenhöjd, mm avstånd 95 cm (6 grader) höjd 05 cm - grad 7" w = 60 x cm 080X90 bildpunkt 0, matris 0x teckenhöjd, mm avstånd 95 cm (6 grader) - grad -55 grad
x 7" w Administrativa skärmar x 7" w EBICOS-skärmar per arbetsplats och operatör ca m + service ca m 5 0 grad Betraktningsvinkel + - 5 grader (+ - 5 grader) Teckenhöjd ca bågminuter 5 x: 7" 0,8 m (service) 95 cm x: 7" 95 cm 0,8 m (bord + 0cm) -5 Bakom bordet ca,0 m -5 0 grad En arbetsplats kräver ca m plus service 7" w = 60 x cm 080X90 bildpunkt 0, matris 0x teckenhöjd, mm avstånd 95 cm ca m ca,5 m Ljushetskontrast och läsbarhet Skillnad i ljushet mellan bakgrund och förgrund är avgörande, inte färgton Ljus eller mörk bakgrund Teckenstorlek, matris och font Betraktningsavstånd Färganvändning och färgtrimning Inställning måste göras på målsystemet i rätt arbetsmiljö EBICOS-bilder Trafikbilder/Spårplansbilder Hur mycket måste man se? Vad vill man se för att arbeta effektivt? Lakan: disposition av bildyta Linjära flöden eller frekvens och fokus Trafiköversikt: vilken information behövs? Primär och sekundär information Bilder från angränsande DLC:er Trafikinformatörernas arbetsmiljö Anpassade lakan av trafikbilder Trafiköversiktsbilder / TÖ-bilder Övriga systems användargränssnitt