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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]

FGAN Research Institutefor Communication, Information Processing and Ergonomics

KIE

Content

Introduction including problem definition

Visualisation concept

Prototypical human machine interface (HMI) for naval

operator support

Summary and outlook


KIE

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


KIE

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


KIE

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



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


KIE

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


KIE



KIE


12 3


KIE



KIE

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.


KIE

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“:



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“:



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.


KIE

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


KIE

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?


KIE

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 ?


KIE

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


KIE

Klicken Sie, um die Formate des Vorlagentextes zu bearbeiten

– 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


KIE

overview indicatortableindicatordeterm


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


KIE

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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


doctrines

situationdata

operparamoperparam


KIE

III. Diskussion

Siehe „Überarbeitungspunkte.doc“


KIE

IV. Beispiele für kritische (widersprüchl.) Einstellungen


KIE

V. Beschreibung von Einsatzsituationen

Siehe „AllgemSitSzenarios.doc“


KIE

VI. Automationskette diskutieren und erweitern

Abhängigkeiten von Operational Parameter, FKpt Ehlers, WZ F 124 (Mai 2000)

Ventildarstellung, FKpt Ehlers, WZ F 124


KIE

VII. Weiteres Vorgehen – Zeitplan

Termin für 4. Arbeitsbesprechung in Wachtberg

Zwischenbericht

Demonstrator

– Implementierung der Benutzungsoberfläche

– Integration in UkENDo-Demonstrator

Weitere Arbeitspakete


KIE

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)


KIE

sensor control

sensor data fusion

threat analysis #9

engagementpreparation #6


engagement execution #2

kill assessment

indicatortable

identitydetermination #3

airspacecontrol

means #7




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.


5.1.

6. 7. 8.


KIE

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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IST043/RWS006:Visualisation and the Common Operational Picture (COP)

14-17 September 2004

Visualisation Conceptfor Operational Parameter Settings

of Dependent Processes on Naval Vessels

Annette Kaster and Oliver Witt

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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