FGAN FORSCHUNGSINSTITUT FÜR KOMMUNIKATION, INFORMATIONSVERARBEITUNG UND ERGONOMIE
KIE
IST043/RWS006:Visualisation and the Common Operational Picture (COP)
14-17 September 2004
Visualisation Conceptfor Operational Parameter Settings
of Dependent Processes on Naval Vessels
Visualisation Concept for Naval Combat Systems
Annette Kaster and Oliver Witt
Research Establishment for Applied Science (FGAN)
Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics (FKIE)
Ergonomics and Information Systems Department (EFS)
Neuenahrer Strasse 20, 53343 Wachtberg-Werthhoven, Germany
Email: [email protected], [email protected]
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Content
Introduction including problem definition
Visualisation concept
Prototypical human machine interface (HMI) for naval
operator support
Summary and outlook
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Problem Definition
System flexibility through parameterization
New demands to the user through shift of control functionality and responsibility
System automation is restricted in many cases, because
– situations cannot be described or predicted
– optimal adjustments cannot be determined
– the dynamic system is subject to permanent changes
=> Interaction of automated and manual adjustments is necessary!
Clear representation of parameter values and the status of planning and support
components
=> Presentation and prediction of short-term behavioral tendencies!
Exemplary system: Combat Direction System (CDS) of the frigate class 124 (F124) of
the German Navy
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sensor control
sensor data fusion
identification/classification
threat analysis
engagement preparation
engagement execution
kill assessment
Function chain of the combat direction system of the frigate class 124 of the German Navy
engagement planning
1
Processes of the CDS of the F124
conditioned by approx. 760 operational parameter
mission planner
doctrinesdoctrineeditor
2
Doctrine control:Automatic parameter settings
via doctrines
operator
userinterface
3
Direct control:Manual parameter settings
via direct operator input
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Current implementation of the combat direction system of the frigate 124
• automation-centered
• component-based with restricted
graphics
• according to the technical
realization and implementation
• Sequential information
representation
=> important system
adjustments are hidden
=> complex chain of single
operations
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Visualisation Concept
Indicator determination
sensor control
sensor data
fusion
threat analysis #9
engagementpreparation #6
engagement planning #4
engagement execution #2
kill assessment
airspacecontrol
means #7
kinematicbehaviour #13
kinematicbehaviour #8
kinematicbehaviour #11
identification/classification #4
amplifiedclassification
3. 4. 5.
indicatortable3.6.
identitydetermination
#33.7.
3.1.3.2. 3.3. 3.4. 3.5.
6. 7. 8.2.
1.
User concern is the qualitative comprehension of the state and behavior of the system.
User should visualise, e.g., which ID a track might have or must not have.
Operational Parameter (Ops) are assigned to the elements of the function chain.
– task oriented user guidance and acceptance
The function chain represents the first level of the hierarchical structure of the OP (OPs
affecting the automation)
– second level: OPs controlling specific track data
... web-based implementation
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MMI for the naval operator support (1)
Symbols/Colours used in the MMI:
Red: Blocked; Green: Continuous
automatic/manual, not modifiable in the GUI
automatic/manual, not modifiable at this place of the GUI
continuous/bBlocked -not modifiable at this place of the GUI
automatic/manual, modifiable at this place of the GUI
generally continuous / blocked
semi-automatic
time-out
throttle
....
navigation area
content area
Operator has to be aware of• general situation• current state of the system• automation level• interdependencies of the processes• risk disposition• considerateness• rules of engagement (ROE)
A M
A M
A M
0
1.000
100
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MMI for the naval operator support (2)
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MMI for the naval operator support (3)
12 3
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MMI for the naval operator support (4)
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Summary and outlook (1)
Main focus has been on the identification/classification process.
The so far designed prototype has been presented to the German Navy and has been rated positively.
This prototype is currently implemented.
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Summary and outlook (2)
Evaluation by ascenario includingseveral simulatedsituations likedifferent exercisetypes as well asreal conflicts
Operator support in monitoring/controlling/affecting the processestrack detection ->... -> engagement execution ->... -> kill assessment
General applicability for military exercises/missions implying parameter settings in peace and conflict situation
transit
No IFF
exercise
exercise
operation
operation
realconflict
tension
severeweapon
applicationsimulatedweapon
application
3
peace
4
2
1
5
suddenturn away
diving highdiver air way
suspectmanoeuvre
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Spannungs-situation
EchterKonflikt
Operation Operation
.
.
.SUSPECT
.
.
.HOSTILESUSPECT
1 2 3 4 5
manuell:
Legende
Zulässige IDs(für alle Phasen):PENDINGUNKNOWNFRIENDASSUMED FRIENDNEUTRAL ...
Szenario - Phase
Waffeneinsatz
Operational Settings
Aktivierung
Friedensfall
per Doktrin:
Transit
.
.
.
• Tendenz aller 45 Indikatoren auf „none“, „neutral_tendency“ bzw. „friend_tendency“
• Operational Settings auf „Default“-Wert
ID-Threshold hostile_determinationauf „Default-Wert“
SimulierterWaffeneinsatz
ScharferWaffeneinsatz
Übung Übung
.
.
.FAKERJOKER
.
.
.HOSTILESUSPECT
Tendenz folgender Indikatoren auf „faker_tendency“:
•mode1_incorrect_reply•mode3_incorrect_reply•all_iff_modes_no_reply•WFZ•ISR•hostile_origin•Alle KIN- und AMPL-Indikatoren außer:
• friendly_platform• neutral_platform• friendly_emitter
Tendenz folgender Indikatoren auf „hostile_tendency“:
•mode1_incorrect_reply•mode3_incorrect_reply•all_iff_modes_no_reply•WFZ•ISR•hostile_origin•Alle KIN- und AMPL-Indikatoren außer:
• friendly_platform• neutral_platform• friendly_emitter
per Doktrin: per Doktrin:
ID-Threshold hostile_determinationauf „Maximal“-Wert
• Tendenz aller 45 Indikatoren auf „none“, „neutral_tendency“ bzw. „friend_tendency“
• Operational Settings auf „Default“-Wert
Tendenz folgender Indikatoren auf „hostile_tendency“:
•mode1_incorrect_reply•mode3_incorrect_reply•all_iff_modes_no_reply•WFZ•ISR•hostile_origin•Alle KIN- und AMPL-Indikatoren außer:
• friendly_platform• neutral_platform• friendly_emitter
per Doktrin:
Die hier aufgeführten Indikatoren werden alle gesetzt, sind aber nicht alle aktiv.
Die aktivierten Indikatoren sind in einer Tabelle mit ihrer Gewichtung gesondert aufgeführt.
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Transit
Kein IFF
Übung
Übung
Operation
Operation
EchterKonflikt
Spannungs-situation
ScharferWaffeneinsatz
SimulierterWaffeneinsatz
3
Friedensfall
4
2
1
5
suddenturn away
diving highdiver
Luftstraße
suspectmanoeuvre
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Vorgehensweise
1. Literaturrecherche
2. ..
3. Entwurf Benutzungsschnittstelle in (PPT und HTML)
AP 1 AP 2 AP 3
AP 4
AP 5
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I. Anforderungen: relevante Fragestellungen für den Bediener
1. In welchem Automationsgrad befindet sich der Prozess? Bekomme ich ID's als Vorschlag präsentiert oder werden ID's sofort automatisch umgesetzt. Wie viel Zeit wird mir als Bediener gegeben, um eingreifen zu können (timeout)? Ist der Prozess evtl. so konditioniert, dass die Automatik quasi ausgeschaltet ist und manuelle Tätigkeiten zwingend erforderlich sind?
2. Welche ID's lässt der ID-Prozess überhaupt zu? (z.B. ist das Ergebnis HOSTILE ausgeschlossen?). Hier möchte ich noch einmal auf meinen "Ersten Input zu DAKOS" hinweisen: Je nach "Rahmen-Situation"(Transit/Übung/Operation) ist es erforderlich, dass bestimmte ID's entweder gar nicht oder sehr wohl im Lagebild vorkommen.
3. Wie sind die ID-Indikatoren gewichtet? (Fließt IFF z.B. mit einem starken Gewicht ein - auch im Vergleich zu anderen Indikatoren?). WENN z.B. IFF stark gewichtet ist, steht IFF überhaupt zur Verfügung oder ist die Anlage evtl. defekt? WENN z.B. der Indikator WFZ (Weapon Free Zone) stark gewichtet ist, stellt sich die Frage ob überhaupt eine WFZ im System vorhanden ist.
4. Harmoniert der Zustand der Konditionierung im Identifizierungs-/Klassifizierungsprozess mit den vorgeschalteten und nachgeschalteten Prozessen?
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I. Anforderungen an Visualisierung für ID/Klassifizierung
Welche ID’s stehen zur Auswahl (und welche nicht) ?
Welche ID’s sind erreichbar (und welche nicht) ?– Verfügbare Indikatoren
– Vgl. mit Schwellwerte friend_determination, hostile_determination, faker_determination
– Vgl. mit Schwellwert threshold_unknown
Welche Indikatoren stehen zur Verfügung (und welche nicht) ?– Anlage (IFF, SMART L, APAR, FL 1800) ausgefallen: liefert keine Ergebnisse
– Anlage defekt: liefert falsche Ergebnisse
– Vorgelagerter Prozess (SDF) funktioniert nicht korrekt
– Keine geographischen Bereiche definiert
– Nicht erreichbar (wg. Kriterien)
Welche Indikatoren sind erreichbar (und welche nicht) ?– Kriterien nicht erreichbar
Wie sind die verfügbaren Indikatoren gewichtet ?
Welche Kriterien sind erfüllbar (und welche nicht) ?
Wie sind die verfügbaren Kriterien gewichtet ?
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Konzeptionelle und Visualisierungsaspekte
– Aufgabenorientierte Darstellung
– Darstellung von Abhängigkeiten
- im Gegensatz zur aktuellen Darstellung
– Hierarchische Darstellung
- Vielzahl an Parameter
– Interaktive Darstellung
- Einstellmöglichkeit der Operational Parameter-> Direktsteuerung
– Erweiterbare Darstellung
- Betrachtung eines Auszugs der gesamten Prozesskette
– Ergonomisch gestaltete Darstellung
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– Zweite Ebene
- Dritte Ebene
• Vierte Ebene
Fünfte Ebene
DAKOS 19/13
Forschungsinstitut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie
Ergonomie und Führungssysteme KIE
doctrines
situationdata
operparam
sensorcontrol sensordatafusion identification threatanalysis combatanalysis killassessmentcombatexecution overview
sensorcontrol
sensorcontrol
sensordata fusion
sensordata fusion identification/
classification
identification/classification
threatanalysis
threatanalysis
combatplanningcombatplanning
combatpreparation
combatpreparation
combatexecutioncombat
executionkill
assessmentkill
assessment
combatanalysiscombatanalysis
operparam
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overview indicatortableindicatordeterm
sensorcontrol sensordatafusion identification threatanalysis combatanalysis killassessmentcombatexecution overview
indicatordetermination
identities
Friend
AssFriend
Hostile
Suspect
Neutral
Faker
Joker
Unknown
indicator table
IFFIFF
ACMACM
KINKIN
AMPLAMPL
DOMDOM
SFPASFPAAMPLAMPL
KINKIN
ACMACM autom. identitydetermination
identitydeterm automation
doctrines
situationdata
operparamoperparam
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– Zweite Ebene
- Dritte Ebene
• Vierte Ebene
Fünfte Ebene
DAKOS 21/13
Forschungsinstitut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie
Ergonomie und Führungssysteme KIE
diving_altitude_rate
min_diving_angle
max_diving_angle
min_diving_altitude
Criteria 1
Criteria 2
Criteria 3
Criteria 4
Criteria 5
diving_altitude_rate
diving_angle
min_diving_altitude
sensor_classification
impact_point
thr_high
thr_low
thr_medium
ApplyApply ResetReset QuitQuit
overview indicatortable thresholdsclassop automation
acm kin ampl
sensorcontrol sensordatafusion identification threatanalysis combatanalysis killassessmentcombatexecution overview
doctrines
situationdata
operparamoperparam
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III. Diskussion
Siehe „Überarbeitungspunkte.doc“
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IV. Beispiele für kritische (widersprüchl.) Einstellungen
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V. Beschreibung von Einsatzsituationen
Siehe „AllgemSitSzenarios.doc“
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VI. Automationskette diskutieren und erweitern
Abhängigkeiten von Operational Parameter, FKpt Ehlers, WZ F 124 (Mai 2000)
Ventildarstellung, FKpt Ehlers, WZ F 124
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VII. Weiteres Vorgehen – Zeitplan
Termin für 4. Arbeitsbesprechung in Wachtberg
Zwischenbericht
Demonstrator
– Implementierung der Benutzungsoberfläche
– Integration in UkENDo-Demonstrator
Weitere Arbeitspakete
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Relevante Dokumente
SRS Tactical Situation Analysis DaimlerChrysler Aerospace (Februar 1999)
Abschlußbericht UAG "Doktrinen AAW/CDS F 124 " MUKdo Sys 21 Anlage 4 Simulationsprogramme - MS Excel (April 1998)
Fregatte Klasse F124: Automatisierte Identifizierung und Klassifizierung von Luftzielen, FKpt Peter Wiemann WZ F124 (2003)
Operational Parameter des CSCI TSA, FKpt Peter Wiemann, WZ F124 Word-Dokument (2001)
Operational Parameter des CSCI TSA, FKpt Peter Wiemann, WZ F124 Access-Datei (2003)
CSCI TSA-Subprozess CLID: Die Indicator Evaluation Table, WZ F 124 (2003) Entwurf
Erster Input, FKpt Ehlers, WZ F 124 Word-Dokument (August 2003)
Abhängigkeiten von Operational Parameter, FKpt Ehlers, WZ F 124 (Mai 2000)
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sensor control
sensor data fusion
threat analysis #9
engagementpreparation #6
engagement planning #4
engagement execution #2
kill assessment
indicatortable
identitydetermination #3
airspacecontrol
means #7
kinematicbehaviour #13
kinematicbehaviour #8
kinematicbehaviour #11
quickreaction
identification/classification #4
amplifiedclassification
1-2-3.
3. 4. 5.
3.6.
3.7.
.
3.1.3.2. 3.3. 3.4. 3.5.
3-4.
4.1.
engagement planning #4
5.1.
6. 7. 8.
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Content
Introduction including problem definition– Morton presented
– Tasks and goals for our study (picture: )
- Including: current implementation of the MMI of CDS F124 based on the hierarchical structure of the CDS /automation-centered/lack of ergonomics
- Requirement: ergonomically designed MMI for future frigates
Visualisation concept– Explanation function chain and dependencies of parameters /doctrines
– Main concern of the operator: qualitative comprehension of state and behaviour of the system
- Which IDs are allowed?
– Alternative structure for MMI (function chain)/ fulfillment of ergonomic criteria / webbased
MMI for the naval operator support– Requirements: Awareness of general situation, current state of the system, automation level, interdependencies
of the processes as well as risk disposition and considerateness
– Proposal: alternative structure / webbased
– Pictures:
- overview
- first level (example: identification): main concern: OP that control automation level, thresholds, control of allowed IDs
- Second level: parameters that control threat identification
Summary and outlook
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Visualisation Conceptfor Operational Parameter Settings
of Dependent Processes on Naval Vessels
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FGAN - Research Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics (FKIE)
Ergonomics and Information Systems Department (EFS)
Neuenahrer Strasse 20, 53343 Wachtberg-Werthhoven, Germany
Email: [email protected], [email protected]