C7 Utvärdering av gränssnittsmoduler

C7 Utvärdering av gränssnittsmoduler En rapport från CATD-projektet Ett forskningsprojekt i samverkan mellan MDI, inst. för informationsteknologi, Uppsala universitet Högskolan Dalarna Banverket Rapportnamn Utvärdering av gränssnittsmoduler Rapportnummer C7 Revisionsdatum 2003-05-02 Status Remissversion

Förord Denna rapport är en delrapport inom projektet: CATD Framtida tågtrafikstyrning. Beslutsstöd och användargränssnitt Banverkets FoU, dnr S00-3165/08 För ytterligare information om projekten hänvisas till projektplanerna samt till information på adressen http://www.hci.uu.se/projects/ Projektrapporterna tas fram med olika status: arbetsmaterial, remissversion resp. slutrapport. Samverkan har skett med projektet TOPSim, Simulering inom planering, utbildning och drift Banverkets FoU, dnr S00-3164/08 Denna rapport, C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, från CATD-projektet, beskriver det arbete som hittills genomförts, men även i viss mån det som kommer att genomföras för att utvärdera de gränssnittsprototyper och den experimentmiljö som tagits fram inom CATDprojektet under projektperioden 2001-01-01 till 2002-12-31. I CATD projektet har följande personer deltagit MDI, Uppsala universitet Bengt Sandblad, projektledare Arne W Andersson Arvid Kauppi Johan Wikström Högskolan Dalarna Thomas Kvist Banverket projektering Peter Hellström Banverket Jan Byström (kontaktperson CATD) Magnus Wahlborg (kontaktperson TOPSim) C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 1

Rapport C7 Utvärdering av gränssnittsmoduler C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 2

Innehållsförteckning 1. INLEDNING...4 2. SIMSON...4 3. EXPERIMENTMILJÖ...5 4. EXPERIMENTPLAN...7 4.1 OMPLANERING I STATISK DATORBASERAD GRAF + OMPLANERING I TRADITIONELL PAPPERSGRAF...7 4.2 STYRA GENOM ATT PLANERA...8 4.3 STYRA GENOM ATT PLANERA OCH DELVIS SAMTIDIGT EXEKVERA...8 5. RESULTAT OCH SLUTSATER...8 7. RAPPORTFÖRTECKNING - ÖVERSIKT...10 C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 3

1. Inledning CATD-projektet har vidareutvecklat de prototyper som tidigare tagits fram inom andra projekt, implementerat dessa i en form som tillåter tester i en simulerad miljö samt påbörjat tester och utvärderingar av prototypernas användbarhet i praktisk tågtrafikstyrning. SIMSON är en av tre komponenter i TOPSim systemet och utgör där det grafiska gränssnittet mot vilket operatörer/tågtrafikledare arbetar för att styra den simulerade tågtrafiken. De andra två komponenterna är simuleringskärnan TTS och applikationsservern TOPSim-server. SIMSON är helt och hållet utvecklat av Institutionen för Människa-Dator Interaktion vid Uppsala universitet. Syftet är att möjliggöra utvärdering av nya styrprinciper, koncept och användargränssnitt genom simulering. Då utvecklingen sker iterativt kan olika versioner av SIMSON skilja sig något åt i utseende och funktion. Den version som i skrivandets stund används har utvecklats så att det nu även finns möjlighet att göra enklare omplanering i den datorbaserade tidtabellsgrafen. 2. Simson Gränssnittsmodulen SIMSON är idag så pass färdigställd att den kan användas tillsammans med simulatorn för att genomföra enklare experiment. Inga externa experiment i vilka både Simson och TOPSim-servern använts har idag genomförts utan försök har endast skett med personer inom arbetsgruppen. Vart och ett av dessa har i mynnat ut i ett antal nya förslag och synpunkter till hur gränssnittet skulle kunna förändras. Dessa har beaktats och lett fram till delvis ny utveckling och nya krav på gränssnittet. Den uppsjö av idéer som finns när det gäller SIMSON har diskuterats så pass ingående att ett förslag för framtida utveckling kunnat tas fram. Arbetsgruppen är enig om att värdefulla experiment kan genomföras då denna utveckling gjorts. När det gäller utveckling som skett av SIMSON så handlar det i det flesta fallen om enklare modifieringar. Styrkan med en bra prototyp är att det ska vara enkelt att införa sådana ändringar. SIMSON är i detta avseende inte optimal, men inte heller undermålig. Valet av Java som språk för implementering gör att mindre ändringar oftast är enkla att göra. Detta bygger naturligtvis på att man har grundstrukturen klar för sig och att man låser vissa delar av system för ändringar. Idag har användaren möjlighet att reservera och återta tågväg, göra enklare omplanering i grafen samt få olika typer av information såsom planerad spåranvändning och tåginformation. Under senare tid har utvecklingsarbetet i huvudsak riktats in på att lägga till funktioner i tidtabellgrafen vilket i sin tur lett till att nya funktioner från simulatorn efterfrågats. Dessa nya funktioner har implementerats i simulatorn tillsammans med ett nytt protokoll för kommunikation mellan simulator och SIMSON. Detta protokoll följs idag av SIMSON och leder till en rakare och mindre krånglig kommunikation utan det mellanlager som tidigare fanns. De förändringar som står närmast på tur när det gäller vidarutvecklingen av SIMSON är en sk tågvägsexekverare (tågvägsslav) samt en detaljerad spårplan. Inför dörren står också ett reviderat och förbättrat protokoll för kommunikationen att vänta vilket förhoppningsvis leder till en ökad stabilitet hos systemet. De nya delar som implementerats har gjorts mer lättförståliga genom att extra arbete lagts på noggrann kommentering. Målet är att all kod C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 4

skall kommenteras efter gängse standard och därefter användas för att generera en elektronisk dokumentation av SIMSON. Detta kommer markant att underlätta framtida utveckling och öka förståelsen för hur gränssnittet är uppbyggt. 3. Experimentmiljö Försöksarbetsplatsen har utformats enligt de riktlinjer som hittills tagits fram inom projektet och med de resurser som funnits till hands. Resultatet av detta har blivit en försöksarbetsplats där användaren sitter framför en stor duk på vilken gränssnittet projiceras med hjälp av två takmonterade projektorer. Försöksarbetsplatsen fungerar på det stora hela bra och gränssnittet upplevs som en sammanhängande bild där detaljer är enkla och tydliga att urskilja. Dock klarar projektorerna maximalt av att visa ungefär 15 stationer. Detta ställer krav på att experiment inte utförs på banor med fler stationer. Om sådana experiment ska göras måste ny hårdvara införskaffas som klarar av en högre upplösning. Intressant blir att se hur man ska lösa problemet med den detaljerade spårplan, som skall visas under tidtabellgrafen, då denna kommer att kräva betydligt högre upplösning än vad som idag finns tillgänglig. Arbetsplats Utformningen av den framtida arbetsplatsen är ett arbete som inte är slutfört inom projektet men för att kunna genomföra experiment och försök har ett labb på Institutionen för Människa-Dator Interaktion vid Uppsala Universitet byggts upp. I labbet har man tagit fasta på de idéer och tankar som hittills vuxit fram. Några av dessa tankar redovisas här varpå en beskrivning av hur labbet byggdes följer. I en framtida operativ miljö är det tänkt att ett antal individuella arbetsplatser tillsammans kommer att utgöra ett helt arbetsrum. För att få bra ergonomi och samtidigt utnyttja människans kapacitet, kan man ange följande grova riktlinjer, baserat på existerande råd och erfarenheter. Man bör inte överskrida en synvinkel horisontellt på 100-110 grader, dvs max +50 och -50 grader relativt frontallinjen. Annars behöver man vrida på huvudet för mycket för att kunna hålla fokus på de olika informationsmängderna. +22 0-44 Från sidan: + 22 till -44 grader vertikalt -22 Fig. 1. En tänkt arbetsplats sedd från sidan. Här tänker vi oss två bilddelar i höjdled projicerade på väggen på c:a 2 meters avstånd. Dessutom finns en bildskärm omedelbart bakom bordet på c:a 70 cm avstånd, placerad så att dess överkant kommer i linje med den projicerade bildens underkant. C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 5

Vertikalt bör synvinkeln hållas mellan +20 och 40 grader relativt till ögats horisontella linje. Om man måste se högre eller lägre än detta tenderar man till att böja på nacken vilket kan leda till onödiga belastningar. Dessa belastningar kan på sikt ge allvarliga skador. En bildskärm med bra upplösning klarar idag av att visa 1600x1200 bildpunkter. Om man utgår från en 20 bildskärm och sätter användaren på ungefär 70cm avstånd får man de synvinklar som redovisas i fig. 1. Om man sedan tänker sig att man flyttar användaren till ett avstånd 2m från gränssnittet så måste man öka bildstorleken 3 gånger (70cm * 3 2 m). Detta leder till ett maximalt informationsinnehåll motsvarande cirka 6400 x 3600 bildpunkter, d.v.s. drygt 23 miljoner bildpunkter (ca 4x1600 horisontellt och 3x1200 vertikalt) med dagens teknik. Försöksarbetsplatsens utformning Som nämnt ovan är det två bildytor ovanför varandra som ska projiceras framför arbetsplatsen. Detta kan kompletteras med en bildskärm på ett bord framför operatören. Genom att visa ett begränsat antal stationer under försök och experiment kan man skära ner den horisontella bildytan till endast en bildyta. Detta gör det möjligt att skapa en miljö tillräcklig för en försöksarbetsplats med hjälp av två stycken projektorer och en skärm. När man sitter framför denna uppställning så behöver man vrida huvudet maximalt 15 grader år vardera hållet i horisontellt led för att fokusera på objekt längst ut i kanterna. Valet av projektorer begränsas naturligtvis av de resurser som finns tillgängliga. Projektorer som klarar 1600x1200 bildpunkters upplösning kostar alldeles för mycket för att vara intressanta, men ett bra resultat går att få även om man projicerar bilden i 2x1024x768 bildpunkter. Det finns många tillverkare av projektorer som klarar av denna upplösning men då avståndet från projektorn till duken är 2,5m och man vill få en så stor bildyta att den klarar de uträknade vinklarna smalnade antalet tänkbara projektorer markant. Förstahandsvalet föll på InFocus LP290 som skulle klara av att projicera gränssnittet på önskvärt sätt. Det visade dock efter tester med denna typ av projektor att det inte gick att få tillräckligt bra färgöverensstämmelse mellan de båda projektorerna. Detta beror enligt tillverkaren på den teknik som används i InFocus projektorn. Man använder här en teknik med en 0.7"- polysilicon LCD skärm och tydligen medför denna teknik att det är mycket svårt att få två olika projektorer att överensstämma i färg. För att lösa detta problem undersöktes vilken annan typ av teknik som fanns tillgänglig och om denna teknik skulle kunna möta de ställda kraven. Valet föll på en relativt ny teknik kallad DLP vilket står för Digital Light Processing. DLP är baserad på en teknik framtagen av Texas Instrument kallad DMD (Digital Micromirror Device). DLP-teknikens stora fördelar är mycket bra färger i klass med de mycket dyrare CRT projektorerna, extremt bra och djup svärta, samt väldigt hög kontrast. Den projektormodell som införskaffades heter ASK M3. Trots att de två ASK M3 projektorerna kom från samma tillverkningsserie och hade efterföljande tillverkningsnummer skilde sig färgerna markant åt då man projicerade en bild som delades mellan projektorerna. För att komma till rätta med detta åtog sig återförsäljaren att trimma in och kalibrera projektorerna. Detta gjorde dessvärre inte så stor skillnad och det var endast genom att testa en mängd olika inställningar som en tillräckligt god överensstämmelse mellan de båda gick att få. Projektorer är i nuläget inget bra alternativ för att visa gränssnitt i en operativ miljö. C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 6

Framför arbetsplatsen monterades en ramspänd projektorduk med höjden 2,1 m och bredden 3,0m. Projektorerna monterades på en egenkonstruerad takmonterad upphängningsanordning 2,5m från duken. Upphängningsanordningen gör det möjligt att vrida vardera projektor i horisontell och vertikal riktning samt även att höja eller sänka projektorerna inbördes. För att få den projicerade bilden att se sammanhängande och skarvlös ut krävs en del fininställning av projektorerna, men slutresultatet blir bra. Att en ASK M3 projektor endast klarar av 1024*768 bildpunkter gör att detaljer i gränssnittet inte visas med någon högre kvalitet. Om man jämför gränssnittet då det projiceras med hur det ser ut på en vanlig datorskärm med 1280*1024 bildpunkters upplösning ser man att skillnaden är markant. Datorskärmen återger färger och kontrast på ett mycket bättre sätt och i 1600*1200 bildpunkters upplösning är skillnaden stor jämfört med projektorn. 4. Experimentplan För att beskriva experimentplanen i grova drag kan nämnas att mer fokuserade styrprincipstester (se 4.2) kan inledas så snart en s.k. tågvägsslav och funktionalitet kring denna implementerats. I ett längre perspektiv bör tester genomföras där man ser till hur det fungerar att styra genom att planera samtidigt som styrning och problemhantering delvis måste genomföras på manuell nivå. Problemhantering kan handla om t.ex. krånglande växlar etc. Dessa senare experiment (se 4.3) kräver även en detaljerad spårplan som ännu inte finns implementerad i SIMSON. 4.1 Omplanering i statisk datorbaserad graf + omplanering i traditionell pappersgraf. Dels omfattar experimentet försök med omplanering i pappersgraf och delvis omfattar det försök med en statisk version av Simsons datorbaserade tidtabellgraf, dvs grafen rullar inte. Ingen tågsimulator i bakgrunden krävs. Försöksmiljön kan göras portabel och försök utföras på plats ute hos fjärtågklarerare. Fler försök kan därigenom lättare utföras. Resultat från båda dessa delförsök ska användas som en referensnivå vid senare försök. Detta försök är tänkt att genomföras tillsammans med en operatör åt gången. En delmängd av operatörerna genomför omplanering i datorbaserad graf och lika många operatörer gör omplanering i traditionell pappersgraf. Vid försök med datorbaserad graf är det tänkt att en bärbar dator med stor skärm (15 flatscreen motsvarar ungefär en 17 vanlig skärm) skall användas. Med hjälp av mjukvara spelas gränsnittet och interaktion in tillsammans med ljud för att dokumentera försöket. Utöver detta kommer en enklare enkät och muntliga frågor att användas. Problemet som kommer att introduceras, dvs det problemscenario som kommer att användas, kommer att bestå av att en tillfällig lokskada inträffar på mötespår vid Hinsnoret (HNO). Det är tåg 410 har som får den tillfälliga lokskadan och kommer att stå ca 10 min vid Hinsnoret. Detta kommer att ske klockan 19.12. Övrig trafik körs enligt tidtabell T02.1 den 18 december 2002. För att ta fram och utvärdera giltigheten hos detta scenario har diskussion förts och tester gjorts inom arbetsgruppen. Det är höga krav på att det scenario som används är bra nog, dvs skapar problem med den svårighetsgrad vi önskar. Det vi vill få svar på genom att göra detta experiment är dels hur resultaten skiljer sig mellan operatörerna och dels hur arbetet skiljer sig mellan pappersgraf och datorgraf. Resultaten är tänkta att fungera som ett referensunderlag till framtida försök vilket förutsätter att man C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 7

fortsättningsvis använder sig av samma scenario och förutsättningar. När det gäller interaktionen i Simson vill vi ha svar på både tekniska frågor samt hur information upplevs. Bland tekniska frågor kan nämnas musklick, markering av linjer, drag av noder etc. Andra frågor som är av intresse är hur förseningsgardiner upplevs, återkoppling vid omplanering, information som saknas, övertydlighet etc. 4.2 Styra genom att planera I detta försök kommer operatören att styra genom planering, dvs omplanering sker i den datorbaserade grafen med en tågvägsexekverare (tågvägslav) som avvecklar trafiken enligt operatörens plan. Detta försök kommer att utföras i experimentmiljön vid Uppsala Universitet. Varje testtillfälle (inkluderat träning) kommer det sannolikt att ta en hel dag per testperson. Det som ska undersökas är i första hand hur väl det går att styra genom att planera om i en miljö där tågtrafik simuleras. Detta försök kommer alltså enbart att kräva interaktion med den datorbaserade grafen och inte manuellt exekverande av planen (dvs att reservera eller återta tågväg mm). Den typ av problemscenario som lämpar sig bäst för dessa tester är scenarier med problem som tillåter att man löser dem utan att behöva utföra någon manuell åtgärd (såsom återtagande av tågväg etc.). Försök dokumenteras genom att gränssnitt såväl som operatör och testledare spelas in med ljud (think aloud) och bild. Utöver det kommer lättare intervjuer göras och disskussioner att föras. Det är möjligt att utvärdera styrprincipen att styra genom att planera utan tågvägsexekverare men det kräver att testpersonen får mycket mer tid till träning. Genom att invänta tågvägsexekverarens färdigställande blir det möjligt att göra försök som blir mer fokuserade på den omplanerande delen av arbetet. 4.3 Styra genom att planera och delvis samtidigt exekvera I det här försöket kommer operatören att få styra genom att planera och exekvera, dvs hantera problem som ligger så nära i tiden att omplanering i grafen inte alltid är möjlig och i kombination med detta även sköta planering för att undvika följdeffekter. När det är möjligt att genomföra detta experiment bör vi vara mycket nära vad arbetet i verkligheten kommer att bestå av. Här krävs förutom tågvägsexekverare även en detaljerad spårplan. 5. Resultat och slutsater Under inledande förförsök under hösten 2002 har det framkommit att Simson med dagens funktionalitet har en alltför hög inlärningströskel och inte enbart låter operatören fokusera på omplaneringen. Detta gör att vi inte kan utvärdera det som vi verkligen vill veta nämligen fungerar och håller styrprincipen att styra genom att planera, som vi tänkt? Anledningen till att det i dagsläget är svårt att testa styrprincipen är att i SIMSON så måste man i nuläget både sköta jobbet med att planera i grafen samtidigt som man styr i spårplanen. Kognitiv belastning delas upp över både planering och manuell styrning och reservering av tågväg. Arbetet i spårplanen tar för mycket av fokuset från planeringen i tidsgrafen. För att kunna fokusera tester på den nya styrprincipen är det önskvärt att det i Simson implementeras en tågvägsslav. Med en fungerande tågvägsslav hamnar arbetets fokus på planering i tidtabellsgrafen. Vidare har det under höstens initiala försök framkommit att vad som visas i tidsgrafen i Simson troligtvis behöver revideras något. Idag visas prognos för hur tåget troligtvis kommer att köra och dess tidtabellslinje i original. Vi behöver visa prognos för tågets framfart, aktuell plan C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 8

och plan i original. Där aktuell plan är den avgörande faktorn för hur en tågvägsslav ska agera. Kontinuerligt under utvecklingen av gränssnittsprototypen SIMSON och tågtrafiksimulatorn SIMON har det bedrivits tester och försök för att utvärdera och upptäcka möjliga förbättringar. I huvudsak har dessa tester genomförts av de som arbetar inom projekten FTTS, CATD och TOPSIM. Speciellt värdefulla är de förförsök som gjorts med medlemmar från arbetsgruppen som har en bakgrund inom tågtrafikledningen. Vanligtvis har dessa tillfällen utmynnat i listor med kommentarer och förslag på eventuella förändringar av större eller mindre betydelse. Dessa förslag rör i huvudsak Simson men har även påverkat eller kommer att påverka experimentmiljöns utformning och i en förlängning leda till nya krav på TTS. Arbetsgruppen har även använts i syfte att stämma av realismen i potentiella problemsituationer som sedan kan komma att introduceras i framtida experiment. Flera av förslagen har utvärderats noggrannare, diskuterats och implementerats vilket lett fram till ett betydligt bättre system. Bland de ändringar som gjorts kan nämnas förflyttningen av historiken. Denna flyttades från sin position i direkt anslutning till grafen till att placeras under spårplanen. Detta gör att gränssnittet i vertikalt led speglar tiden på ett tydligare sätt. Framtiden blir det som visas i grafen, nutiden det som visas i spårplanen och dåtid det som visas i historiken. C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 9

7. Rapportförteckning - översikt CATD C1. Kravspecifikation CATD, steg 1 C2. Kravspecifikation CATD, steg 2 C3. Kravspecifikation TOPSim, steg 1 C4. Systemdokumentation för beslutsstöd, DSS C5. Utvärdering av DSS-moduler C6. Systemdokumentation av gränssnittsmoduler C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler C8. Kravspecifikation TOPSim, steg 2 C9. Kravbeskrivning för utbildnings- och träningssimulator C10. Seminariedokumentation C11. Prel. sammanfattande slutrapport från CATD-projektet C12. Sammanfattande slutrapport från CATD-projektet (dec. 2002) TOPSim T1. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 0 T2. Utvecklingsspecifikation av simulatorprototyp, steg 1 T3. Systemspecifikation av simulatorprototyp, steg 1 T4. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 1 T5. Utvecklingsspecifikation av simulatorprototyp, steg 2 T6. Systemspecifikation av simulatorprototyp, steg 2 T7. Testdokumentation av simulatorprototyp, steg 2 T8. Seminariedokumentation (Se CATD rapport C10) T9. Simulatorsystem inom tågtrafikstyrning, en kunskapsdokumentation T10. Prel. sammanfattande slutrapport från TOPSim-projektet T11. Sammanfattande slutrapport från TOPSim-projektet (dec. 2002) Gemensamma rapporter CT1. Studiebesök vid Railned, Utrecht, april 2002. C7. Utvärdering av gränssnittsmoduler, CATD 10