[论文解读] Human-Centered Design and Evaluation of a Workplace for the Remote Assistance of Highly Automated Vehicles

Andreas Schrank, Fabian Walocha+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2023

Human-Automation Interaction and SafetyPsychology参考文献 34被引用 3

一句话总结

本文提出了一种面向高度自动化车辆（SAE Level 4）的远程协助工作场所的人本设计与评估，采用了一种创新的人机界面（HMI），并在34名专业技术人员监督员中进行了测试。该HMI在认知负荷下仍能保持高水平的情境意识与良好的可用性，证明了其在现实世界远程操作系统中的可行性与接受度。

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.

研究动机与目标

• 设计一种以用户为中心的远程协助工作场所，用于高度自动化车辆（SAE Level 4），以支持人类操作员在复杂城市环境中的操作。
• 评估HMI原型在支持远程操作员应对真实、模拟的协助场景时的有效性。
• 在不同认知负荷条件下，评估性能、情境意识、工作负荷与可用性。
• 通过识别人因工程因素与界面设计需求，为远程操作系统的迭代开发提供依据。
• 支持德国法规下将远程操作员作为技术监督员的法律与运营整合。

提出的方法

• 基于人本设计原则，开发了用于高度自动化车辆远程协助的概念原型工作场所。
• 设计了一种多模态HMI，整合视觉、听觉与触觉反馈，以支持情境意识与任务执行。
• 在34名符合德国技术监督员法定资格的参与者中开展受控模拟研究。
• 通过1-back与2-back n-back任务的双任务范式，在场景执行期间引入认知负荷。
• 测量了性能（任务完成时间、错误数）、情境意识（SART）、工作负荷（NASA-TLX）以及可用性（SUS、UEQ-S、接受度量表）。
• 采用被试内设计，设置三种场景类型（常规、复杂、新颖）与两种认知负荷水平，以评估交互效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 该HMI原型在常规、复杂与新颖的协助场景中，如何支持远程操作员维持情境意识？
• RQ2 诱发的认知负荷对远程协助任务中的性能、情境意识与工作负荷有何影响？
• RQ3 该HMI在专业技术人员监督员中的可用性与用户接受度表现如何？
• RQ4 认知负荷在多大程度上调节了场景复杂性与情境意识之间的关系？
• RQ5 该HMI在真实模拟环境中的关键可用性与接受度特征是什么？

主要发现

• 参与者在所有场景类型中均保持了高水平的情境意识（SART得分处于中等至偏高水平），即使在认知负荷增加的情况下亦然。
• 认知负荷对主观情境意识具有负面影响，尤其在常规任务中表现明显，表明高负荷下可能存在意识水平下降。
• n-back任务成功诱发了工作负荷，主观工作负荷从1-back到2-back条件显著上升，证实了操纵检查的有效性。
• HMI在所有三项可用性量表（SUS、UEQ-S、接受度量表）上均获得高于平均水平的评分，表明用户接受度高。
• 交互的享乐情感维度被评为中等至积极，表明尽管强调功能可靠性，用户仍体验到良好的使用感受。
• 技术经验丰富的参与者对HMI评价积极，接受度评分高，表明其具备被专业技术人员监督员采纳的潜力。