[논문 리뷰] Human-Centered Design and Evaluation of a Workplace for the Remote Assistance of Highly Automated Vehicles

Andreas Schrank, Fabian Walocha외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 08. 04.

Human-Automation Interaction and SafetyPsychology참고 문헌 34인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 고도로 자동화된 차량(SAE Level 4)을 위한 원격 지원 근무 환경에 인간 중심 설계 및 평가를 제안하며, 34명의 전문 기술 감독자들이 참여한 새로운 인간-기계 인터페이스(HMI)를 시험하였다. HMI는 인지 부하 조건에서도 높은 상황 인식 능력과 강한 사용성으로 작동하여 실제 원격 운영 시스템에 대한 타당성과 수용 가능성을 입증하였다.

ABSTRACT

Remotely operating vehicles utilizes the benefits of vehicle automation when fully automated driving is not yet possible. A human operator ensures safety and availability from afar and supports the vehicle automation when its capabilities are exceeded. The remote operator thus fulfills the legal requirements in Germany as a Technical Supervisor to operate highly automated vehicles at SAE 4. To integrate the remote operator into the automated driving system, a novel user-centered human-machine interface (HMI) for remote assistance workplaces was developed and initially evaluated. The insights gained in this process were incorporated into the design of a workplace prototype for remote assistance. This prototype was now tested in the study reported here by 34 participants meeting the professional background criteria for the role of Technical Supervisor according to the German law by using typical remote assistance scenarios created in a simulation environment. Even under elevated cognitive load induced by simultaneously engaging in a secondary task, participants were able to obtain sufficient situation awareness and quickly resolve the scenarios. The HMI also yielded favorable usability and acceptance ratings. The results of the study inform the iterative workplace development and further research on the remote assistance of highly automated vehicles.

연구 동기 및 목표

• 고도로 자동화된 차량(SAE Level 4)을 위한 사용자 중심 원격 지원 근무 환경을 설계하여 도심 복잡 환경에서 인간 운영자가 효과적으로 작동할 수 있도록 지원하는 것.
• 모의된 현실적인 지원 시나리오에서 HMI 프로토타입이 원격 운영자 지원에 얼마나 효과적인지 평가하는 것.
• 다양한 인지 부하 조건 하에서 성능, 상황 인식 능력, 부하 수준, 사용성 평가하는 것.
• 인간 요소 및 인터페이스 설계 요구사항을 도출하여 반복적 개발을 지원하는 것.
• 독일 규정에 따라 기술 감독자로서 원격 운영자 통합을 위한 법적 및 운영적 기반 마련

제안 방법

• 사용자 중심 설계 원칙을 활용해 고도로 자동화된 차량 원격 지원를 위한 개념적 프로토타입 근무 환경 개발.
• 시각적, 청각적, 촉각적 피드백을 통합한 다중 모odal HMI 설계로 상황 인식 능력 및 작업 수행 지원.
• 독일 기술 감독자 자격 기준을 충족하는 34명의 참가자로 제어된 시뮬레이션 연구 수행.
• 시나리오 실행 중 1-back 및 2-back n-back 작업을 활용한 双작업 파라디그마를 통한 인지 부하 유도.
• 성능(작업 완료 시간, 오류 수), 상황 인식(SART), 부하(NASA-TLX), 사용성(SUS, UEQ-S, 수용도 척도) 측정.
• 3종류의 시나리오 유형(일반, 복잡, 신규)과 2단계의 인지 부하 수준을 포함한 내측 설계를 통해 상호작용 효과 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HMI 프로토타입은 일반, 복잡, 신규 지원 시나리오에서 원격 운영자가 상황 인식 능력을 유지하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ2 유도된 인지 부하가 원격 지원 작업의 성능, 상황 인식 능력, 부하 수준에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ3 전문 기술 감독자들 사이에서 HMI의 사용성과 사용자 수용도는 어떻게 평가되는가?
• RQ4 인지 부하가 시나리오 복잡도와 상황 인식 능력 간의 관계를 어느 정도 조절하는가?
• RQ5 실제 시뮬레이션 환경에서 HMI의 주요 사용성 및 수용 특성은 무엇인가?

주요 결과

• 모든 시나리오 유형에서 참가자들은 높은 상황 인식 능력을 유지하였으며(SART 점수는 중간에서 상위 수준), 특히 인지 부하가 높은 조건에서도 마찬가지였다.
• 인지 부하가 상황 인식 능력에 부정적인 주 효과를 미쳤으며, 특히 일반 작업에서 두드러져 고부하 조건에서의 성능 저하 가능성을 시사했다.
• n-back 작업은 부하를 효과적으로 유도하였으며, 1-back에서 2-back 조건으로 이행할수록 인지 부하 수준이 유의미하게 증가하여 조작 확인이 성공적으로 이루어졌다.
• SUS, UEQ-S, 수용도 척도 등 세 가지 사용성 척도에서 HMI는 평균 이상의 사용성 평가를 받았으며, 강한 사용자 수용도를 나타냈다.
• 상호작용의 헤디닉-감정적 측면은 평균에서 양호 수준으로 평가되어, 주로 功能적 신뢰성에 초점을 맞추었음에도 불구하고 유저 경험은 긍정적이었다.
• 기술적 숙련도가 높은 참가자들 사이에서 HMI는 매우 잘 수용되었으며, 높은 수용도 점수를 기록하여 전문 기술 감독자들이 실제 도입할 가능성이 높다는 것을 시사했다.