- en riskidentifiering på mikro- och makronivå Ett projekt i tillämpad kognitionsvetenskap Per Chaikiat, Per Christofferson Frida Linghammar, Linda Magnusson, Ann-Sofi Skula och Daniel Sonnerfjord Linköpings universitet Linköping 2004-06-11
Sammanfattning I EGOA-projektet, som är riktat mot privat luftfart, utvärderas ett modernt system för övervakning av flygtrafik. Systemet som används i EGOA-projektet har bland annat utökade möjligheter att överföra information jämfört med idag använda trafikövervakningssystem. En del i projektet är att impleme ntera och utprova en CDTI (Cockpit Display of Traffic Information). Detta arbete är en del av EGOA-projektet, där en tidig utvärdering av CDTI:n har utförts ge nom empiriska och analytiska metoder. En riskidentifiering genom uppgiftsanalys ligger till grund för den utförda utvärderingen av CDTI:n. Möjliga negativa effekter vid införandet av denna utvärderas ur två perspektiv. Dels ur ett mikroperspektiv där displayen analyseras utifrån olika designprinciper och testas empiriskt. Dels ur ett makroperspektiv där pilotens situationsmedvetenhet med avseende på annan trafik undersöks empiriskt genom flygsimulatorexperiment. Utvärderingen på mikronivå pekade mot att den största risken med CDTI:n är dess lilla format vilket kan försvåra informationsinhämtning i en cockpitmiljö. Resultaten av experimentet på makronivå gav inga indikationer på att situationsmedvetenheten hos piloter försämras vid användandet av CDTI:n. 2
Förord Den första idén till detta arbete tillkom under senhösten 2003 då en av de flygande medlemmarna i projektgruppen deltog i en segelflygkonferens på Billingehus i Västergötland. I samband med denna konferens hölls ett föredrag om EGOA-projektet och en fråga ställdes till föredragshållaren om det var möjligt att i ett tidigt stadium få utvärdera hela eller delar av EGOA-projektet ur ett kognitionsvetenskapligt perspektiv. Efter att ha blivit hänvisad till EGOA-projektledningen på Luftfartsverket i Norrköping erhölls ett positivt besked och det första steget mot ett projekt var taget. Dagarna före jul 2003 sattes projektgruppen slutgiltigt samman och enades om att driva idén vidare till något som kunde accepteras av såväl alla i projektgruppen, Arne Jönsson (programstudierektor vid det kognitionsvetenskapliga utbildningsprogrammet), vid tidpunkten ej ännu utsedda handledare samt Luftfartsverket. Ett digert arbete med möten, funderande och skissande på olika frågeställningar, med utgångspunkt från de önskemål som framkommit vid våra kontakter med LFV, följde. Så småningom hade en frågeställning växt fram, vilken kunde accepteras av alla inblandade parter. I samband med att rapporten nu slutgiltigt färdigställts vill vi i projektgruppen tacka alla de som ställt upp och utan vars hjälp och stöd detta arbete aldrig hade blivit verklighet. Vi vill särskilt tacka följande personer: Roger Li, Luftfartsverket, för hans outtröttliga tålamod och den hjälpsamhet han visat i samband med alla frågor vi ställt. Per Wilhelmsson, Luftfartsverket, för hans idéer om möjliga risker att undersöka i projektet med ett flygledarperspektiv. Erik Hollnagel, handledare Linköpings Universitet, för hans förmåga att få oss att tänka kritiskt samt idéer rörande våra simulatorexperiment. Linda Lidman, handledare Linköpings Universitet, för hennes ovärderliga stöd vid grävande efter teori och utformningen av våra experiment rörande displayutformning. Anders Wellin samt övrig personal vid flygtrafikledningen för ett värdefullt studiebesök vid Östgöta kontrollcentral och flygledartornet i Norrköping. Personal och klubbmedlemmar vid Linköpings flygklubb för deras tillmötesgående vid utförandet av våra experiment i deras klubblokaler. 3
Alla försökspersoner i Linköping och Norrköping för deras medverkan i våra experiment. Magnus Merkel, Linköpings Universitet för hans värdefulla tips i samband med rapportskrivningen. Jonathan Borgvall, FOI, för hans medverkan till att leta upp värdefulla teoriavsnitt. ABB, Linköping för hjälp med färgutskrifter. Per Chaikiat perch060@student.liu.se Frida Linghammar frili566@student.liu.se Ann-Sofi Skula annsk552@student.liu.se Per Christoffersson perch885@student.liu.se Linda Magnusson linma686@student.liu.se Daniel Sonnerfjord danso393@student.liu.se 4
Innehållsförteckning 1 INLEDNING... 8 1.1 SYFTE MED RAPPORTEN...10 1.2 PROBLEMFORMULERING...10 1.3 FÖRUTSÄTTNINGAR...10 1.4 AVGRÄNSNINGAR...11 1.5 METOD...11 1.6 STRUKTUR...12 2 RISKIDENTIFIERING...13 2.1 UPPGIFTSBESKRIVNING A V EN TYPISK FLYGNING...14 2.1.1 Förutsättningar...14 2.1.2 Flygningen...14 2.1.3 Sammanfattande risktänkande...18 2.2 SITUATIONSMEDVETENHET...19 2.2.1 SA Nivå 1: Perception - VAD?...21 2.2.2 SA Nivå 2: Förståelse av situationen - VARFÖR?...21 2.2.3 SA Nivå 3: Förmåga att förutse framtida situationer - HÄRNÄST?...21 2.2.4 Beslutsfattande...21 2.2.5 Handling...22 2.2.6 Mänskliga egenskaper som påverkar SA...22 2.2.7 Omgivningens och systemens påverkan på SA...24 2.2.8 Uppmärksamhet...26 2.3 DESIGNRIKTLINJER FÖR DISPLAYER...33 2.3.1 Flygpsykologiska designprinciper...33 2.3.2 Human factors - designprinciper...35 2.3.3 Norman s designprinciper...36 2.3.4 Färgprinciper...38 2.4 SPECIFICERAD PROBLEMFORMULERING...40 3 MIKROPERSPEKTIV...41 3.1 ANALYTISK UTVÄRDERING AV CDTI...41 3.1.1 Programvarans utseende och funktioner...41 3.1.2 Analys utifrån flygpsykologiska designprinciper...45 3.1.3 Analys utifrån human factors - principer...49 3.1.4 Analys från Donald Norman s principer...50 3.1.5 Analys utifrån färgprinciper...53 3.1.6 Sammanfattning - mikroanalyser...54 3.2 EXPERIMENT...56 3.2.1 Syfte med experimentet...56 3.2.2 Teori bakom experimentmetod...56 3.2.3 Motivering av metod...57 3.2.4 Modifikationer och tolkningar av teori...57 3.2.5 Val av symboler som testades...57 3.2.6 Metod...58 3.2.7 Förändringar efter pilottest...61 3.3 RESULTAT...62 3.3.1 Sammanställda resultat ID-experiment 1:...62 3.3.2 Sammanställda resultat Match-experiment 1...64 3.3.3 Sammanställda resultat ID-experiment 2...65 3.3.4 Sammanställda resultat Match-experiment 2...68 3.3.5 Sammanställning av Preferenser och Åsikter...70 3.3.6 Sammanfattning av experiment...71 5
3.3.7 Allmänt...72 3.4 SAMMANFATTANDE DISKUSSION AV MIKROPERSPEKTIV...73 3.4.1 Format...73 3.4.2 Symboler...73 3.4.3 Färg...73 4 MAKROPERSPEKTIV...74 4.1 EXPERIMENTET...74 4.1.1 Syfte med experimentet...74 4.1.2 SAGAT-metoden...74 4.1.3 Motivering av metod att mäta SA...75 4.1.4 Modifiering av SAGAT-metoden...75 4.1.5 Metod...75 4.1.6 Förändringar efter pilottest...79 4.2 RESULTAT...80 4.2.1 SAGAT-enkäter...80 4.2.2 Resultat från observationsprotokoll...84 4.2.3 Resultat från efterenkät...84 4.2.4 Sammanfattning...84 5 DISKUSSION...88 6 REFERENSER...91 7 ORDLISTA...93 8 APPENDIX...95 Appendix 1: Objectives-tree för EGOA-Projektet 95 Appendix 2: Bakgrundsformulär för försökspersoner.96 Appendix 3: Muntliga instruktioner som gavs till försökspersonerna under mikroexperimenten..97 Appendix 4: Instruktioner som gavs digitalt till försökspersonerna under mikroexperimenten.98 Appendix 5: Bilder som visades under experimentbatteri 1 mikrotest 100 Appendix 6: Bilder som visades under experimentbatteri 2 mikrotest 102 Appendix 7: Svarsalternativ för Match-experiment 1 105 Appendix 8: Svarsalternativ för matchexperiment.106 Appendix 9: Korrekta svarsalternativ till Matchexperiment 1 och 2. 108 Appendix 10: Intervjufrågor till försökspersoner i mikroexperiment. 109 Appendix 11: Rådata till mikroexperiment.. 110 Appendix 12: Beskrivning av CDTI:ns uppbyggnad..119 Appendix 13: Screenshots från frysningar i SAGAT-experiment.121 Appendix 14: Skriftliga instruktioner vid SAGAT-experiment.123 Appendix 15: Beskrivning av radiomeddelanden under SAGAT-experiment....127 Appendix 16: SAGAT-enkät....129 Appendix 17:Frågeformulär för SAGAT-experiment... t....130 Appendix 18:SAGAT-kartor.. t....132 6
Figurförteckning Figur 1: Illustration av huvuddelarna i ADS-B 9 Figur 2: Illustration av projektmetod 12 Figur 3: Modell av SA en dynamisk miljö 20 Figur 4: Mentala modeller 23 Figur 5: Input till SA via ett system 24 Figur 6: PRF-kurva, där kurva A är resursbegränsad och kurva B databegränsad 29 Figur 7: Bra respektive dåliga regioner i PRF-kurvan 30 Figur 8: Nyckelkomponenter i displaydesign 33 Figur 9: Initial bild i CDTI:n 41 Figur 10: Meny i CDTI:n 42 Figur 11: Headingindikering 42 Figur 12: Skrivfunktion i CDTI:n 43 Figur 13: Fliken track under menyalternativ options 44 Figur 14: Fliken map under menyalternativ options 44 Figur 15: Fliken color under menyalternativ options 44 Figur 16: Dold meny i CDTI:n 45 Figur 17: Menyalternativ Edit fpl 45 Figur 18: Feedback från systemet 45 Figur 19: Tänkt placering av CDTI i motorflygplan av typen PA28 47 Figur 20: Mappning mellan fysisk knapp och ikon 51 Figur 21: Återkoppling i CDTI:n 51 Figur 22: Menyrad i CDTI:n 52 Figur 23: Inkonsekvent markering 53 Figur 24: Exempel på symbolformer som användes i experimentet vilka inte förekommer i den AIP-standard som används på flygkartor 60 Figur 25: Förändringar av svarsalternativ efter pilottest 62 Figur 26: Experimentsituationens uppbyggnad 76 Figur 27: Karta över Linköpingsscenario 78 Figur 28: Karta över Norrköpingsscenario 79 Figur 29: Illustration av flygplan befintligt i CDTI:n och trafik som befinner sig i aktuellt luftrum men inte syns i CDTI:n 85 7
1 Inledning Flygbranschen expanderar oavbrutet med några procent per år och flyget ser även i framtiden ut att växa och bli allt större, trots tidvis stagnation i samband med tragedier likt terrordåden i USA den 11:e september. Samtidigt som trafiken tätnar, i synnerhet i kontrollerat luftrum och över tätbefolkade områden där den kommersiella luftfarten gör större anspråk på luftrummet, ökar kraven på en effektiv trafikledning för att inte förseningar och kostnader ska skjuta i höjden. För att råda bot på situationen och möjliggöra fortsatt expansion krävs ny och bättre teknik som ersätter det uråldriga markbaserade radarsystemet. Ny teknik som dessutom centreras kring att maximera fördelarna för användarna. För att även privatflyget ska kunna fortsätta existera och utnyttja det kontrollerade luftrummet krävs att utvecklingen följs även här. I samband med att ny teknik införs ökar också kraven på piloterna då dessa förväntas ta ett större ansvar för separation än tidigare, samtidigt som marginalerna för att göra fel minskar. För privatflyget är kostnaderna ett betydligt större problem än för den kommersiella luftfarten och därmed sätter de nya förestående kraven om mode-s transponder käppar i hjulen för privatflygets existens inom de kontrollerade luftrummen. Detta eftersom mode S-systemet medför stora kostnader. Likaså blir detta system snabbt föråldrat då även detta bygger på ett markbaserat radarsystem. Ett mer avancerat och mer kostnadsbesparande system är ADS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) som är under utveckling världen över och är ett sattelitbaserat system istället för markbaserat. ADS-B är initialt tänkt ett fungera som ett trafikinformationssystem men ger utrymme för fler tillämpningar i förlängningen. Principen är att alla, såväl flygplan som markfordon, sänder ut sin egen position via en datalänk. Alla andra luftfartyg i området samt flygtrafikledningen, kan sedan presentera informationen på displayer. Informationen kan nå fler och är mer exakt än dagens radarinformation (http://www.egoa.se). ADS-B sänder via datalänk ut en signal som innehåller information om identitet, hastighet, riktning och position med mera, till luftfartyg och markbaserade system inom räckvidd. Positionsinformationen hämtas från ett Global Navigation System ombord, vanligen en GPS. ADS-B består alltså huvudsakligen av ett Global Navigation System och ett system för mottagning och sändning av meddelanden. Vid länkning av information mellan flygplan och markbundna enheter finns tre typer av datalänkar, mode- S, Universal Access Transceiver samt VDL mode 4 (VHF DataLink mode 4). I Europa har VDL mode 4, även benämnt STDMA, utvecklats. Inom EGOA-projektet används denna typ av datalänk. 8
Positionsinformation ADS-B CDTI Global Navigation System Transponder Svarssignal Frågesignal Figur 1: Illustration av huvuddelarna i ADS-B. EGOA-projektet (Enhanced General Aviation Operations by ADS-B): EGOA-projektet ser till de olika behov som kan finnas för privatflyget i framtiden, och ger även denna del av flygbranschen en chans att vara med och utveckla de instrument som kommer att sitta i varje flygplan i framtiden. I Appendix 1 ses en kortare sammanfattning av EGOA-projektets mål och hur de ska uppnås beskrivs i ett så kallat objectives tree. Förhoppningen med EGOA-projektet är att installation av bland annat VDL-mode 4 transpondrar kommer att leda till att privatflyget även i framtiden har tillgång till kontrollerad luft. Eftersom tekniken idag till stor del är anpassad till det kommersiella flyget anser EGOA-projektet att det är viktigt att vara med från början i denna utveckling istället för att bara ta emot ett nytt system som inte är anpassat till privatflygarens behov. (http://www.egoa.se) I figur 1 kan ses att ett av huv udsyftena med EGOA-projektet är att höja säkerheten inom flyget. Detta uppnås bl.a. genom att piloten själv får tillgång till information som tidigare gått genom flygledare. Denna information kommer till piloten via en CDTI (Cockpit Display of Traffic Information ) som placeras i cockpit. En viktig skillnad är således att informationen nu kommer att ges visuellt via ett nytt instrument. Detta medför bl.a. två mycket viktiga konsekvenser, nämligen ett modalitetsbyte för piloten samt en omformning av ett väl etablerat system, vilka båda dessa får konsekvenser för hela 9
flygsituationen. Självklart anser LFV (Luftfartsverket) att flygsituationen kommer att förbättras men mycket testning kommer att utföras innan systemet släpps till den allmänna flygmarknaden. Denna rapport är resultatet av en förfrågan om en tidig utvärdering av CDTI:n och dess användningsområden. Projektdeltagarna fick av Roger Li på LFV en lista med olika förslag på vad som skulle vara intressant att undersöka och fick sedan fria händer att utforma utvärderingen. 1.1 Syfte med rapporten Syftet med arbetet som beskrivs i rapporten har varit att på ett tidigt stadium utvärdera valda delar av den CDTI som tagits fram inom ramen för EGOA projektet. Vi har försökt identifiera hur ett vanligt användande av CDTI:n kan se ut och med utgångspunkt från detta valt att testa och utvärdera två perspektiv. Det första perspektivet ser till själva användandet av artefakten i en typisk flygsituation. Det andra perspektivet behandlar handdatorns design med betoning på det grafiska gränssnittets utformning samt hur användandet kan påverkas av dess placering i cockpit och yttre faktorer såsom varierande ljusförhållanden. Tonvikten ligger på den information som tidigare inte varit tillgänglig för allmänflygaren d.v.s. den trafik som nu kan presenteras visuellt på en display som har många likheter med en traditionell GPS. en förväntas kunna ge tidiga indikationer på risker i användandet och brister i designutformningen. Användandet har studerats utifrån ett situationsmedvetenhetsperspektiv. CDTI:n införs i tron att den ska öka pilotens situationsmedvetenhet. Men för att få en bra situationsmedvetenhet krävs mer än bara den faktiska informationen. Hur och när den presenteras är av största vikt liksom storlek och placering av instrumentet, vilket har undersökts analytiskt. 1.2 Problemformulering Införandet av en ny artefakt i ett fungerande komplext system leder med största sannolikhet till förändringar, positiva, negativa eller både och. Då felhandlingar i en sådan miljö kan få förödande konsekvenser är det av största vikt att identifiera eventuella negativa effekter av artefakten, för att om möjligt kunna förhindra dessa. En del i EGOAprojektet är att implementera ett visuellt trafikinformationssystem i en flygplanscockpit, vilket förväntas förändra flygsituationen. Vårt syfte är att utvärdera systemet genom att identifiera risker förknippade med artefakten på mikro- och makronivå. Mikronivån innefattar designaspekter av artefakten och makronivån behandlar artefaktens verkan på pilotens flygsituation. Då felhandlingar orsakade av brister på mikronivå ger konsekvenser på makronivå, genomförs utvärderingen ur dessa perspektiv. 1.3 Förutsättningar Då detta projekt utfördes på en produkt under utveckling, fick planeringen och även syftet vid ett flertal tillfällen ändras på grund av förseningar inom EGOA-projektet. Arbetet med utvärderingen har således vid många tillfällen fått anpassats till den programvara som funnits tillgänglig. 10
1.4 Avgränsningar Då uppdaterade versioner av CDTI:n kontinuerligt utvecklades bestämdes vid en tidpunkt att den aktuella versionen av programvaran hädanefter skulle användas. Detta då det var viktigt att genom hela projektet använda sig av samma version för att få jämförbara och sammanhängande resultat. Detta medför dock att den programvara som finns tillgänglig i dagsläget troligen är av en nyare version än den som utvärderats i arbetet som beskrivs i denna rapport. Projektet avsåg utvärdera en CDTI och utvärderingen avgränsades att enbart gälla undersökning av eventuella risker. Den utvalda risken var att situationsmedvetenheten skulle försämras. Denna risk valdes då en anledning till införandet av CDTI:n, enligt EGOA-projektet, var att förbättra pilotens situationsmedvetenhet. Risken undersöktes på ett mikroperspektiv där begränsning skedde genom att endast displayens utseende och placering granskades, och på ett makroperspektiv undersöktes hur systemet används i en simulatormiljö. Båda delarna utfördes med en kvalitativ inriktning och således inte med statistiska resultat. Vidare avgränsades projektet genom att vara en 10-poängs kurs inom det kognitionsvetenskapliga programmet och således fanns vissa riktlinjer och tidsgränser som skulle följas. 1.5 Metod Arbetet började med relativt omfattande litteraturstudier då fyra av projektdeltagarna inte hade haft kontakt med flygbranschen tidigare. Fokus låg på flygpsykologi och allmän kunskap om flyget. På ett tidigt stadium utformades en detaljerad uppgiftsbeskrivning. Vidare utfördes en första identifiering av risker med införandet av CDTI:n, via samarbete med piloter både inom motor- och segelflyget. Gruppen delades sedan in i undergrupper som vardera var ansvariga för litteraturstudier inom olika relevanta områden. Vidare valdes en risk ut för undersökning. Sedan utformades två experiment som utfördes och analyserades kvalitativt. Dessutom utfördes analytiska utvärderingar. Resultaten utmynnade i identifiering av vissa faktorer som kunde medföra risk inom det valda området och eventuella förbättringar föreslogs där dessa gick att finna. Projektet avslutades med en allmän diskussion om CDTI:n och dess konsekvenser för privatflyget. För en schematisk bild av projektupplägget se figur 2. 11
Figur 2: Illustration av projektmetod 1.6 Struktur Rapporten är uppbyggd på så sätt att läsaren först introduceras för risktänkandet som genomsyrar hela rapporten genom en allmän diskussion om flygsituationen och det viktiga begreppet head-down-tid, följt av en detaljerad uppgiftsbeskrivning av en prototypisk flygni ng. Vidare följer teoriavsnitt om situationsmedvetenhet samt displaydesign vilka leder läsaren fram till den slutgiltiga problemformuleringen. Sedan följer två experiment- och analysdelar som redogör för utförda tester och resultat. Först kommer det som kallas mikroexperimentet vilket tar upp designmässiga faktorer gällande den CDTI som utvärderas. Detta följs av en makrodel vilken riktar sig mot användningen av artefakten i den aktuella flygsituationen. Rapporten avslutas med en diskussion där resultaten av de två delarnas analyser åter vävs samman för att ge svar på problemformuleringen. Till stöd för läsaren finns i kapitel 7 en ordlista som närmare förklarar de flygrelaterade termer som nämns i arbetet. 12
2 Riskidentifiering För en pilot är det under flygning ytterst viktigt att instrumenten i cockpit är utformade med tanke på människans kognitiva och perceptuella begränsningar. Instrumenten måste vara designade så att dessa stöder piloten i dennes uppgift, och med andra ord även bidrar till en god situationsmedvetenhet. Följaktligen leder detta till att beslut om införande av nya instrument i en flygplanscockpit måste vara väl underbyggda. EGOA-projektets CDTI skall införas i privatflygplan med syftet att underlätta pilotens navigering och uppsikt över andra fordon. Frågan är huruvida detta kommer att ske? Man kan lätt förledas, och tro att mer tillgänglig information automatiskt medför förbättrad omvärldsuppfattning, vilket tyvärr inte alltid är fallet. Människans begränsade förmåga till parallell bearbetning kan, om informationsmängden blir för stor, leda till att kritiska stimuli missas, vilket i värsta fall kan få katastrofala följder (Wickens, Gordon & Liu, 1998). CDTI:n skall, som nämnts tidigare, införas i allmänflyget som till större delen flyger enligt VFR (visuella flygregler). VFR-flygning grundar sig på att piloten håller omgivningen under uppsikt genom att titta ut ur cockpit (till skillnad från IFR instrumentflygregler, vilka baserar uppsikten/flygningen på instrument). Det finns således redan många uppgifter som kräver visuell uppmärksamhet. Att införa ytterligare instrument som fordrar visuell uppmärksamhet, och som piloten tidigare klarat sig utan, kräver en stark motivering. Vidare har det visat sig, vid tidigare införanden av liknande instrument, att avsevärt mer s.k. head-down-tid har krävts för interaktion med systemet (Kevin, Williams, Yost, Holland, Tyler, 2002). Head-down-tid syftar till den tid piloten ägnar åt att övervaka och interagera med instrumenten, med andra ord den tid som piloten inte tittar ut ur cockpit. Ökad head-down-tid kan vid VFR-flygning orsaka försämrad omvärldsuppfattning, vad gäller kunskap om kringliggande fordon. Ökad head-down-tid kan accepteras om denna bidrar till mer effektiv head-up-tid. För EGOA-projektets CDTI skulle detta innebära att informationen från displayen förbättrar pilotens effektivitet i avsökningen av luftrummet. Vid flygningar med endast en pilot kan head-up-tiden beskrivas som den tid som blir över efter interaktionen med instrume nt. Det faktum att luftburna fordon idag kan ha en hastighet på över 500 knop medför att tiden för en kollisionsundvikande handling är liten. Trots optimal sikt (6 nautiska mil) så tar det vid dessa höga hastigheter, från det att piloten har möjlighet att upptäcka ett mötande flygplan, inte mer än 36 sekunder till kollision (Campbell & Bagshaw, 1991). Detta kan tyckas vara nog med tid för utförande av en kollisionsundvikande handling men dessvärre upptäcker piloter vanligtvis inte andra fordon precis i det ögonblick då det först är fysiskt möjligt. Studier har visat på att den verkliga tiden, som finns tillgänglig för kollisionsundvikande handlingar i detta fall ligger närmare 10 sekunder (ibid.). Med dessa fakta i beaktande är det uppenbart att en ny cockpitdisplay måste vara av lämplig design så att informationen kan tillgodogöras snabbt och korrekt. Detta för att minimera 13
krävd uppmärksamhet och frigöra resurser för aktiviteter som gynnar situationsmedvetenheten. Detta avsnitt syftade till att ge läsaren ett grundläggande risktänkande vilket sedan, underbyggt av efterföljande uppgiftsbeskrivning och teoriavsnitt, mynnar ut i en specificerad problemformulering med exakt identifierade risker på mikro och makronivå. 2.1 Uppgiftsbeskrivning av en typisk flygning Ett viktigt led i en riskidentifiering är att skapa sig en överblick över de situationer som är intressanta att undersöka. I detta projekt skapades denna överblick genom att framställa en uppgiftsanalys relaterad till flygning. Uppgiftsanalysen framställdes genom att två piloter med erfarenheter från motor- och segelflyg i ett antal sessioner träffades och framställde ett verklighetsbaserat flygscenario. Samtal har också förts med operativt verksamma flygledare för att få fram ytterligare aspekter på flygscenariot med ett annat perspektiv. Flygscenariot utformades på ett sådant sätt att det i möjligaste mån täckte in alla typer av situationer som var intressanta att undersöka inom ramen för projektet. 2.1.1 Förutsättningar Flygplanstyp: Cessna 172 Pilot: Erfaren, antal flygtimmar 600, c:a 40 timmar/år Passagerare: Nej Väder: Enligt TAF, väder startflygplats, väder målflygplats, väder på vägen Startflygplats: Kungsängens flygplats Mellanlandning: Finspångs flygfält Målflygplats: Örebro flygplats Luftrumstyp: CTR, TMA, G-luft Färdplan: Upprättad per telefon 2.1.2 Flygningen Flygningen påbörjas då flygplanet står på plattan utanför hangar för ilastning och varmkörning av motor. Färdplan är inlämnad tidigare per telefon. Efter varmkörning och genomgången checklista tas kontakt med flygledare via radio. Tillstånd att taxa till vändplats D medges. Flygplanet taxar till väntplats D och anmäler sin position. En start med en MD 80 och en landning med en Piper Cherokee genomförs på bana 27 (se Uppgift 1). Efter att Pipern landat och taxat förbi vändplats D medges tillstånd att taxa ut för start bana 27. Uppställning bana 27 anmäls. Transponderkod 5025 och lufttryck QNH 1014 ges av flygledaren och kvitteras. Klart starta erhålls och flygningen påbörjas mot Finspång (se Uppgift 2). Flygningen övergår till cruise-climb med en högersväng ut på nordvästlig kurs upp till höjden 2000 fot (se Uppgift 3). Flygledaren ber piloten skifta till Östgöta kontroll - ÖKC. Efter skiftad radiofrekvens anmäler piloten position och avsikt till ÖKC. Färdtillstånd mot Finspång erhålls. Piloten uppmanas att hålla utkik efter en helikopter klockan 10 (se Uppgift 4). Flygningen fortsätter och piloten sjunker under TMA (terminalområde) för landning i Finspång och anmäler detta till kontrollen. Han får 14
tillstånd att lämna frekvensen och blir upplyst om pågående verksamhet på Finspångsfältet som också upprättat en sektor inne i TMA. Han fortsätter sjunka och kontaktar Finspång radio och anmäler sin avsikt samt landar (se Uppgift 5). Efter en timmes paus sker start återigen från Finspångs flygfält och kontakt upprättas med ÖKC i luften. Flygningen fortsätter på nord nordvästlig kurs i okontrollerad luft mot Örebro på 3000 fot och passerar därmed under restriktionsområde R208 Katrineholm som är upprättat (se Uppgift 6). Piloten uppmanas av ÖKC att skifta frekvens till Örebro kontroll. Färdtillstånd erhålls enligt färdplan att fortsätta mot Örebro via Kumla och sjunka till 2000 fot. Piloten anmäler passage i höjd med Kumla på 2000 fot, övergår till Örebrotornets frekvens och begär landningsinstruktioner. Han får tur två efter en PA 28 på inflygning mot bana 01. Han anmäler kontakt och följer PA 28 mot bana 01 (se Uppgift 7) På marken taxar han till tankanläggningen, tankar och taxar därefter till plattan utanför Örebro flygklubb (se Uppgift 8). Uppgift 1: Under uttaxning kan en karta över taxibansystemet vara praktiskt då det ibland kan vara svårt att hitta i taxibansystemet. I detta fall är det inga större svårigheter eftersom piloten är erfaren och känner till flygplatsen samtidigt som denna är förhållandevis liten. Risken med att köra fel är att man t.ex. av misstag kan riskera att hamna på en korsande bana där startande eller landande trafik förekommer. Detta har hänt på större flygplatser och kan få katastrofala följder som t.ex. Linateolyckan i Italien. I denna fiktiva flygning är vädret bra och det är inga problem för vare sig pilot eller flygledare att se banan, men skulle det vara dimmigt och man inte kan se banan så får man helt förlita sig på att annan trafik rapporterar rätt, t.ex. när de lämnar banan etc. Användning av CDTI: Förse piloten med en karta över taxibansystemet Förse piloten med något som kallas för Runway incursion, en varning om banan används av annan trafik. Uppgift 2: Flygplanet ligger i stigning. Sikt framåt begränsad. Pitchvinkel (nosläge upp) 8. Fart 80 knop. Uppmärksamhet riktad på hastighetsmätare, gasreglage, ut genom vindrutan. Vid c:a 500 fots höjd utförs t/o-checklist. Uppmärksamheten riktad på denna procedur c:a 10-15 sekunder. Efter detta övergång till cruise-climb. Då startfasen är ett kritiskt flygläge ligger mycket fokus på de procedurer som måste vidtas vid eventuellt motorbortfall eller andra tekniska problem. Användning av CDTI: Vi kan inte se någon användning för CDTI:n i denna situation då piloten har viktigare saker att koncentrera sig på. Uppgift 3: Flygplanet ligger i stigning. Sikt framåt begränsad. Pitchvinkel 6. Fart 90 knop. Uppmärksamhet i huvudsak riktad utåt med fokus på orientering och uppsikt på trafik. Flygningen i stort som under normal planflykt. 15
Användning av CDTI: Eftersom sikten framåt är något begränsad kan CDTI:n särskilt bidra som ett artificiellt hjälpmedel för att se och upptäcka trafik som förekommer där. Uppgift 4: Piloten närmar sig nu TMA-gränsen i planflykt (tillstånd då flygplanet befinner sig på konstant höjd och kurs). Han uppmanas att hålla utkik efter en helikopter. Vanligtvis brukar trafikledningen informera om konfliktande trafiks höjd och position med eventuell relativ bäring för att förenkla för piloten att upptäcka trafiken. Vid ett tillfälle som detta när man av trafikledningen upplyses om att man har annan trafik som kan medföra en konflikt brukar man försöka leta upp trafiken för att sedan meddela kontrollen om att man har kontakt respektive inte kontakt med trafiken. På så sätt vet inblandad trafik vem som ser vem samtidigt som kontrollen vet att man har kontakt eller inte. Om man inte har kontakt med varandra vet flygledaren detta och kan hjälpa till att separera trafiken även om detta är piloternas ansvar i VFR-sammanhang. Användning av CDTI: På level har piloten full sikt utåt men det är inte desto mindre viktigt att identifiera och veta vart annan trafik befinner sig. CDTI:n skulle i det här läget vara en förlängning av pilotens syn som gör det enklare att upptäcka helikoptern i det här fallet, för att sedan verifiera dess position i lufthavet. Uppgift 5: Piloten närmar sig nu den sektor som upprättats av Finspång för segelflygverksamhet. Som motorflygare är det extra viktigt att vara uppmärksam i dessa sammanhang av flera skäl. Dels därför att motordrivna farkoster har skyldighet att lämna företräde åt icke motordrivna farkoster, men också därför att man som regel har något sämre sikt i många av de kärror som är vanligast på motorklubbarna idag i jämförelse med segelflygplanen. Segelflygplan är dessutom mycket svårare att upptäcka p.g.a. av dess smäckra konstruktion. Segelflygarna nyttjar dessutom en annan radiokommunikation som ytterligare kan förvirra och leda till att uppgiften se och upptäcka försvåras. Ex flyger segelflyget inte på fot utan på meter. Det finns alltså flera skäl till att man som motorflygare gärna undviker att flyga i områden som är upprättade för segelflygverksamhet just därför att det ofta råder osäkerhet kring att upptäcka annan trafik. Även i trafikvarvet råder alltså företräde för segelflygplan vilket gör att det är väldigt viktigt att ha uppsikt utåt när man går in för landning. Precis som start är detta ett av de mer kritiska tillfällena under flygningen, det är under start och landning som större delen av alla olyckor inträffar, olyckor i luften är väldigt ovanliga. Precis som vid start har piloten några punkter på checklistan att gå igenom före landning samtidigt som denne ska göra sin inflygning. Detta gör att pilotens uppmärksamhet och koncentration ligger på inflygningsförfarandet. Hur mycket kapacitet detta tar från piloten är naturligtvis väldigt varierande. 16
Användning av CDTI: Precis som tidigare utgör CDTI:n här en förlängning av pilotens syn. T.ex. ett segelflygplan som är svårt att upptäcka i lufthavet blir betydligt enklare att urskilja på CDTI:n. Det är dock ingen garanti att piloten ens med hjälp av CDTI:n upptäcker segelflygplanet i lufthavet men då har han i alla fall tillgång till en artificiell representation av segelflygarens position och kan på så sätt ändå hålla ett säkert avstånd. Uppgift 6: Piloten flyger i okontrollerat luftrum. Här finns inget krav på färdtillstånd, vilket gör att i princip vem som helst kan operera här. I okontrollerat luftrum kan det finnas restriktionsområden som kan vara bra att känna till. Dels bli varnad om dessas existens, dels om de är aktiverade eller ej. I detta läge är flygningen ganska lugn, piloten behöver i princip bara orientera. Det kan dock vara bedrägligt då flygning här egentligen kräver större uppmärksamhet utåt än vid flygning i kontrollerad luft, p.g.a. att annan trafik kan dyka upp till synes obemärkt. I god tid innan nästa TMA-gräns skall piloten kontakta Örebro kontroll för inhämtande av färdtillstånd för flygningen in i TMA:t. Något som då och då inträffar är att TMA-gränser missas och att piloter otillåtet flyger in i kontrollerad luft. Användning av CDTI: Se andra flygplan på displayen. Förvarning om TMA-gräns så att passage ej sker utan färdtillstånd. Upplysning om eventuella restriktionsområden, på detta sätt skulle piloten få aktuell status på R 208 Katrineholm som han passerar på väg mot Örebro. Inhämtande av väderinfo för Örebro via FIS-B. Uppgift 7: Piloten flyger in i kontrollerad luft på 3000 fot. Han beträder i det här fallet ett luftrum som för honom är okänt. Detta kan påverka pilotens möjligheter att skapa sig en bra situationsmedvetenhet, eftersom grunden till en sådan delvis bygger på bra referenser och en koherent föreställning om omvärlden som i sin tur underlättas av tidigare erfarenheter. Som tidigare nämnts åligger det VFR-flygaren att se och undvika annan trafik, i det här fallet den Piper som kontrollen upplyser om. Piloten skapar en föreställning om vart den andra trafiken befinner sig och utifrån det skannar han sedan omgivning efter aktuell trafik samtidigt som han förbereder sitt inflygningsförfarande där han navigerar efter karta för att hitta fram till banan. En situation som är fullt normal för piloten men som snabbt kan förändras till en kaotisk situation om det visar sig att han navigerat fel och banan inte är där han trodde vilket då också innebär att andra saker i hans föreställning kan vara felaktiga. Användning av CDTI: Med hjälp av moving map skapa sig en korrekt bild av egen orientering. Se och upptäcka annan trafik. 17
Uppgift 8: Piloten landar på en flygplats som för honom är okänd. På samma sätt som i uppgift 1 aktualiseras frågan om att hitta på taxibansystemet samt att undvika kollision med trafik på marken oavsett om det är uttaxande, startande, landande eller markbunden trafik. Användning av CDTI: Förse piloten med en karta över taxibansystemet. Förse piloten med något som kallas för Runway incursion, en varning om banan används av annan trafik. 2.1.3 Sammanfattande risktänkande. Efter utförd uppgiftsbeskrivning kan flera återkommande användningsområden för CDTI:n ses. Bland dessa ses speciellt en som intressant - att upptäcka annan trafik - då denna information är det som tillkommer i flygsituationen i och med införandet av CDTI:n. Detta innebär att piloten får större tillgång till information som kan vara värdefull för flygningen. Piloten får en form av artificiell syn i och med att CDTI:n ger tillgång till en presentation av omvärlden och den trafik som förekommer där. Det finns således en möjlighet för piloten att upptäcka trafik i ett tidigare skede än vad som annars vore möjligt vilket torde öka flygsäkerheten gällande kollisionstillbud (se avsnitt 2). Dock innebär införandet och användandet av CDTI:n även att piloten måste ägna mer tid på att se ner på instrumentpanelen (head-down-tid). Som sagts tidigare kan ökning av denna faktor leda till försämrad omvärldsduppfattning. Ökad head-down-tid kan dock accepteras om head-up tiden effektiviseras (se avsnitt 2). För att kunna precisera riskerna med införandet av CDTI:n krävs mer än bara kunskap om hur flygsituationen ser ut. Det är inte bara behovet på information som styr effekterna av införandet av CDTI:n, hänsyn måste också tas till människans roll i systemet. Är ökad informationstillgång alltid positivt? Hur bör CDTI:n utformas för att förmedla information på ett effektivt sätt? Vad betyder egentligen förbättrad och försämrad omvärldsuppfattning? Människan är slutligen den beslutsfattande enheten i systemet och dess beslut bygger dels på den information som presenteras i CDTI:n. Därmed måste frågor likt dessa först besvaras för att kunna identifiera risker med införandet av CDTI:n. Pilotens beslut i en flygsituation bygger till stor del på den information som denne har att tillgå i en given situation. Informationen kommer piloten till del genom en komplex blandning av visuell och auditiv information från såväl yttervärlden som de instrument denne är omgiven av i sin flygmiljö. Ett samlande begrepp för att ha kontroll över en situation som denna är situationsmedvetenhet. Begreppet, som förklaras ingående i nästa stycke, har införlivats i detta arbete av framförallt två skäl. Det första och viktigaste skälet är att det är frekvent använt i flygsammanhang, bland annat för att bedöma piloters möjligheter att hantera komplexa situationer. Det andra skälet är att ett av EGOAprojektets syften är att undersöka om införandet av CDTI:n kan förbättra situationsmedvetenheten för att därigenom öka flygsäkerheten. 18
2.2 Situationsmedvetenhet Piloter, flygledare, processoperatörer och människor med liknande komplexa uppgifter utsätts för ett mycket stort informationsflöde. Informationsflödet varierar och kan snabbt ändras i fråga om datamängd, karaktär och komplexitet. Gemensamt för dessa personer är att de fungerar som operatörer av system, som i sin tur fungerar som en länk mellan operatören och den situation som skall kontrolleras. Dessa operatörer måste kunna urskilja, tolka och förstå vilken information som är relevant för att kunna omsätta denna till praktisk handling givet varje situation. Personerna i föregående stycke har en viktig sak gemensamt. De måste alla ha god kunskap om situationen de opererar i för att kunna agera korrekt. Denna situationsbundna omvärldskunskap kan med ett ord beskrivas som situationsmedvetenhet och det är denna term som kommer att användas i detta arbete. Uttrycket är en direkt översättning av det engelska uttrycket situation awareness, vanligen förkortat SA. Situationsmedvetenhet som begrepp är omgärdat av mycket forskning och används idag för att studera mänskligt beteende inom flera områden där SA anses ha stor betydelse. Exempel på sådana områden är övervakning av industriprocesser, bilkörning och inom operationssjukvård. Ett dominerande forskningsfält är dock studiet av olika typer av flygsituationer samt den påverkan dessa situationer har på piloter och flygledare (Endsley & Garland, 2000; Endsley, 1995). I sin enklaste form kan situationsmedvetenhet beskrivas som att inneha kunskap om och förstå vad som pågår i omvärlden. God situationsmedvetenhet kännetecknas av att ha tillgång till relevant information och att kunna utnyttja denna för att handla optimalt i varje specifik situation. Vilken situationsmedvetenhet som är nödvändig skiljer sig mellan olika domäner och varierar från situation till situation och olika delar av omgivningen får olika betydelser och vikt beroende på situation och mål. För en pilot som flyger ett flygplan är en viss typ av information om omvärlden intressant och för anestesiläkaren en helt annan. Gemensamt för dem båda är dock att de måste ha en tillräckligt hög grad av situationsmedvetenhet för att kunna lösa sina respektive uppgifter tillfredsställande. Termen SA används i många olika former med olika konsekvenser och arbetet som beskrivs i denna rapport bygger till största del på Mica R. Endsley s arbete inom detta område. Endsley (1995) hävdar att uppnå SA är en mycket mer komplicerad process än att bara bli medveten om och registrera inkommande information. SA är resultatet av ett komplext samspel mellan människa, system och omgivning där begränsningar och tillgångar drar åt olika håll. SA bör ses som ett tillstånd av just omvärldsuppfattning och inte blandas ihop med de olika processerna som skapar, uppehåller och påverkas av SA. Detta medför således att exempelvis uppmärksamhet, systemdesign, arbetsbelastning, etc. alla har effekt på hur SA ser ut, men de måste behandlas separat.(endsley, 1995) 19
En annan konsekvens av ovanstående definition av SA är att SA, beslutsfattande och handling ligger på helt olika nivåer och påverkas av olika faktorer. Även om en persons omvärldsuppfattning är mycket god kan fel beslut tas p.g.a. exempelvis bristande träning att följa en viss procedur. Omvänt så kan en person som har mycket god procedurell kunskap fatta fel beslut om dennes SA är bristande. Figur 3 illustrerar en schematisk bild över ovanstående definition av SA. (Endsley, 1995) Systemkapacitet Gränssnittsdesign Stress och arbetsbelastning Komplexitet Automatisering Uppgift/System faktorer Återkoppling SITUATIONSMEDVETENHET Tillstånd i omvärlden Perception av element i den aktuella situationen Nivå 1 Förståelse av aktuell situation Nivå 2 Förmåga att förutse framtida situationer Nivå 3 Beslut Handlingar Individuella faktorer Mål Förväntningar Informationsprocessningsmekanismer Långtidsminne Automatisering Förmågor Erfarenhet Träning Figur 3: Modell av SA en dynamisk miljö (fritt tolkat ur Endsley, 1995) Som synes i figur 3 är SA uppdelat i tre hierarkiska nivåer. Kraven på alla tre nivåerna måste vara uppfyllda för att en operatör i ett system skall kunna uppnå en fullgod situationsmedvetenhet. Således kan här en generell definition av SA formuleras: 20