Blog stories

Sunday 15 June 2014

De functionele visuele veldgrootte als een indicator voor de werklast tijdens het rijden



Dit is een ongepubliceerd artikel dat gepresenteerd is op een Ergonomie congres in 1999.

Samenvatting. Er wordt een methode beschreven voor het meten van werklast tijdens het rijden en van kort durende pieken in de werklast. De methode is gebaseerd op het idee dat het functionele visuele veld inkrimpt wanneer de werklast toeneemt. De methode is getoetst in een experiment in een rijsimulator. Hierin is de toename in werklast als gevolg van spraak-gegenereerde boodschappen en tactiele boodschappen door een bestuurdersondersteuningssysteem gemeten.

INLEIDING

In-voertuig systemen kunnen een negatief effect hebben op de veiligheid wanneer ze de werklast verhogen of de bestuurder afleiden (Verwey, Brookhuis & Janssen, 1996). De toegenomen werklast ten gevolge van de interactie van de bestuurder met het in-voertuig systeem kan in sommige omstandigheden leiden tot overbelasting. Daardoor kan de bestuurder niet alle voor de rijtaak relevante informatie verwerken en dit kan leiden tot een toename in het aantal fouten en late detectie van andere verkeersdeelnemers (Rumar, 1990). Daarbij valt bijvoorbeeld te denken aan de effecten van mobiele telefoons, navigatiesystemen en RDS-TMC. Er is inmiddels veel onderzoek verricht naar de effecten van dergelijke in-voertuig systemen op het rijgedrag en de veiligheid maar de resultaten zijn vaak niet eenduidig. Een toename van de werklast zal voornamelijk plaatsvinden tijdens de interacties van de bestuurder met het in-voertuig systeem. Het gaat dan om kortdurende pieken in de werklast die met de gebruikelijke methoden voor het meten van werklast moeilijk te detecteren zijn. Het zijn vooral de plotselinge pieken in de werklast die potentieel een negatief effect hebben op de veiligheid. Immers, wanneer de werklast voor de bestuurder voorspelbaar is zal deze proberen de werklast te regelen door waar mogelijk het gedrag op de primaire rijtaak aan te passen. Zo vond Harms (1991) dat een grotere werklast als gevolg van het rijden in een complexe omgeving leidt tot een lagere snelheidskeuze. Dergelijke gedragsaanpassingen zijn ook gerapporteerd als reactie op voorspelbare toenames in werklast door in-voertuig systemen. Wierwille (1993a) vond dat wanneer de complexiteit van de primair rijtaak toeneemt, bijvoorbeeld omdat de omgeving complexer wordt, de verkeersdrukte toeneemt of wanneer er meer zijwind is, de bestuurder minder vaak en korter naar het in-voertuig display van een navigatiesysteem kijkt. Deze onderzoeken geven aan dat de bestuurder op en aktieve wijze probeert de werklast te reguleren, waarbij het autorijden zelf een hogere prioriteit heeft dan andere taken. Bij het presenteren van informatie middels visuele displays heeft de bestuurder doorgaans de keuze om aandacht aan de gepresenteerde informatie te geven. De automobilist zal deze keuze in het ideale geval laten afhangen van de momentane werklast als gevolg van de primaire rijtaak. Wanneer er een plotselinge toename is van de werklast, bijvoorbeeld doordat een voorligger plotseling remt, zal er doorgaans voor gekozen worden om even geen aandacht te geven aan het visuele display. Wanneer er echter een incident optreedt tijdens het kijken naar een display kan de bestuurder alsnog te laat reageren. Vandaar dat er ten aanzien van de visuele werklast door in-voertuig displays voor wordt gepleit om richtlijnen op te stellen voor de vereiste kijkduur (Average Glance Duration, AGD) en het aantal keren dat er naar het display gekeken moet worden om de informatie op te pikken (Mean Number of Glances, MNG). Door het meten van de AGD en de MNG kan de visuele werklast t.g.v. een in-voertuig display vastgesteld worden. De gedacht bij het time-sharing model van Wierwille (1993a, 1993b), waarin het meten van de AGD en MNG een belangrijke rol speelt, is dat het visuale input kanaal strict ‘single channel’ is en werkt volgens het alles of niets principe. Dat betekent dat je maar naar één ding tegelijk kunt kijken, ofwel naar het in-voertuig display, of naar buiten door de voorruit of naar iets anders.

Tijdens het rijden is de werklast een optelling van de door de primaire rijtaak veroorzaakte werklast en door allerlei andere zaken veroorzaakte werklast, waaronder in-voertuig systemen. Variaties in werklast ontstaan door al die elementen tezamen. Hoewel er verschillende methoden bestaan voor het meten van de werklast ontbreekt een goede methode voor het meten van variaties in de totale werklast. Het standaardarsenaal aan algemene methoden voor het meten van de totale werklast bestaat uit (De Waard, 1994)
1)     Zelf-rapportage maten, zoals de NASA-TLX en de BSMI.
2)     Maten voor taakverrichting, voor de primaire taak en voor secondaire taken.
3)     Fysiologische maten, zoals de 0.10 Hz component van de hartslagvariabiliteit    
Met name de zelf-rapportage en de fysiologische maten zijn voornameljk geschikt voor het meten van de werklast over een lange periode, terwijl ze minder geschikt zijn vor het meten van kortdurende pieken in de werklast. Secondaire taken worden voornamelijk toegepast ofwel om de ‘rest capaciteit’ te meten (bijv. Brown & Poulton, 1961) ofwel in het kader van de multiple-resource theorie (Wickens, 1984). In beide gevallen gaat het vaak om secondaire taken die gecontroleerde aandacht vragen en daardoor kunnen interferen met de uitvoering van de primaire rijtaak. In het eerste geval wordt er uitgegaan van een ongedifferentiëerde resource-pool waaruit zowel de primaire als de secondaire taak putten. Als de secondaire taak een bepaalde minimaal vereiste complexiteit heeft zal de taakprestatie daarop afnemen wanneer de grenzen van de informatieverwerkingscapaciteit bereikt worden. In het tweede geval, d.w.z. volgens de multiple-resource theorie, treedt er verslechtering op van de secondaire taakprestatie wanneer zowel de primaire als de secondaire taak gebruik maken van dezelfde resource. In dit model wordt ervan uitgegaan dat er verschillende onafhankelijke resources zijn, zoals visueel, auditief en manueel. Verwey (1991) vond in een experiment waarin dit model werd toegeast dat een auditieve secondaire taak niet gevoelig was voor het meten van verschillen in werkbelasting ten gevolge van de rij-situatie (rijden op een snelweg, rotonde, op een oprit/afrit etc.), terwijl zowel een visuele detectie als een visuele optel-taak dat wel waren. Een van de conclusies was dat de verkeerssituatie een belangrijke determinant is van visuele werklast, en dat daarom  informatie niet visueel gepresenteerd dient te worden.

In de tot dusver besproken benaderingen wordt ervan uitgegaan dat je tijdens het rijden niet gedurende langere tijd naar iets anders dan de weg kunt kijken en dat vooral visuele secondaire taken of visuele in-voertuig systemen in tijd concurreren met de primaire rijtaak. Daardoor neemt m.n. op visuele secondaire taken de taakprestatie af naarmate de noodzaak om naar buiten te kijken toeneemt, of anders gezegd, wanneer de visuele werklast t.g.v. de primaire taakcomplexiteit toeneemt.

Een andere mogelijk interessante benadering stelt dat bij toenemende werklast de grootte van het functionele visuele veld afneemt. In dat geval wordt er niet visueel aandacht besteedt volgens een alles-of-niets principe, maar kan de veldgrootte waarin wordt waargenomen groeien of krimpen al naar gelang de momentane werklast. Miura (1986) presenteerde tijdens een wegexperiment lichtvlekken op de voorruit onder verschillende hoeken ten opzichte van de bestuurder. De reactietijd voor het detecteren van deze lichtvlekken werd gemeten. Het bleek dat tijdens het rijden in complexere situaties met een grotere verkeersintensiteit het functionele visuele veld kleiner werd, wat bleek uit een grotere reactietijd. De reactietijd nam toe naarmate het functionele visuele veld kleiner werd. Soortgelijke effecten zijn door Williams  gerapporteerd (bijv. Williams, 1985, 1995). Volgens Williams treedt er bij een toenemende visuele (foveale) werklast een vorm van ‘tunnel visie’ op. Het vermogen om perifere informatie te detecteren zou afnemen naarmate de foveale visuele werklast toeneemt.

Deze benadering biedt perspectieven voor het meten van momentane variaties in de werklast tijdens the autorijden, aangezien op elk moment de grootte van het functionele visuele veld gemeten kan worden. In het hierna besproken simulatorexperiment is een op deze benadering gebaseerde methode onderzocht voor het meten van de werklast tijdens het autorijden. In het experiment werden er tijdens het rijden waarschuwingen aan de bestuurder gegeven wanneer deze volgens een gesimuleerd bestuurders ondersteuningssysteem  onveilig gedrag vertoonde, d.w.z. te hard reed, te dicht volgde op een voorligger etc. Er werden twee modaliteiten getest, nl. spraak boodschappen en tactiele boodschappen. Beide doen volgens de multiple resource theorie niet een beroep op visuele resources en zouden dus een lagere werklast moeten genereren dan visuele boodschappen, hoewel het geven van aandacht aan de boodschappen nog steeds kan leiden tot een toename van de werklast. Daarnaast kan het geven van waarschuwingen leiden tot voorzichtiger gedrag van bestuurders waardoor er beter geanticipeerd wordt op gevaarlijke en dus meer belastende situaties. In dat geval zou het gebruik van het systeem op momenten waarop geen waarschuwing gegeven wordt tot een lagere werklast kunnen leiden.

METHODE

Apparatuur. Het experiment werd uitgevoerd in de moving-base rijsimulator van TNO-TM. Een gedetailleerde beschrijving van deze simulator is te vinden in ….

Proefpersonen. Aan het experiment deden 60 proefpersonen mee variërend in leeftijd van 24 tot 50 jaar. Alle deelnemers beschikten tenminste 5 jaar over het rijbewijs en reden minimaal 5000 km per jaar.

Condities. Iedereen voerde, na een oefenrit, twee ritten uit van elk een half uur. De ene rit was op een provinciale weg en de andere op een snelweg. De volgorde van wegtype werd gebalanceerd tussen proefpersonen. Een derde van de deelnemers voerde de controle ritten uit. Hierin werd er geen feedback (boodschappen) gegeven over het rijgedrag, terwijl het ondersteuningssysteem wel boodschappen genereerde. Deze werden echter gelogd in een bestand, maar niet aan de bestuurder aangeboden. Een tweede groep van 20 proefpersonen kreeg spraak boodschappen aangeboden. Bij deze waarschuwingen werd een ingesproken zin door de computer aangeboden, zoals ‘pas op, u rijdt te hard, maximum snelheid 80’. Een derde groep van 20 proefpersonen kreeg de waarschuwingen tactiel aangeboden. Daarbij waren er twee soorten te onderscheiden, nl. een trilling op het stuurwiel als waarschuwing om in de rijbaan te blijven, en een pulse op het gaspedaal als waarschuwing om de snelheid aan te passen, bijvoorbeeld omdat de snelheidslimiet overschreden werd of omdat een voorligger remde. Modaliteit was dus een tussen-proefpersoonsfactor en wegtype een binnenproefpersoonsfactor. Tegelijkertijd met de spraak en de tactiele boodschap werd de informatie ook op een display aangeboden. Deze visuele informatie bestond uit een relevant verkeersbord (bijv. een snelheidslimiet bord). Het display bood een extra uitleg waar de bestuurder naar kon kijken wanneer deze daaraan behoefte had. Het was echter niet nodig om naar het display te kijken.

Scenarios. Tijdens de ritten werden er verschillende scenarios opgeroepen die als functie hadden om systeem activaties en dus waarschuwingen uit te lokken. Iedereen kreeg de volgende scenarios aangeboden:

Provinciale weg:
-        Zes scherpe bochten.
-        Zes stopborden waarvoor een volledige stop moest worden gemaakt
-        Voorligger die onverwacht remt.
-        Langzaam rijdende voorligger die ingehaald moet worden
-        Snelheidslimiet van 50 km/u
-        Standaard was de snelheidslimiet 80 km/u, op een twee-baans weg met een rijstrookbreedte van 3.1 m en een hoge verkeersdichtheid van het tegemoetkomende verkeer.

Snelweg:
-        Naderen van een file tijdens het rijden in mist.
-        Twee keer een voorligger die onverwacht remt.
-        Een inhalende auto die te kort invoegt.
-        Een pakje dat van een vrachtwagen valt.
-        Snelheidslimiet van 100 km/u.
-        Standaard was de snelheidslimiet 120 km/u, de rijstrookbreedte was 3.6 m en er was een hoge dichtheid van het inhalende verkeer.

Perifere Detectie Taak (PDT). Tijdens het rijden werd er op het scherm voor de bestuurder telkens een klein rood vierkantje gedurende 1 s gepresenteerd. De proefpersoon diende hierop te reageren door een micro-switch in te drukken dat bevestigd was om de rechterwijsvinger. De reactietijd (RT) werd meten in ms. Wanneer er niet binnen 2 s een reactie kwam werd dit gecodeerd als een misser. Gemiddeld elke 4 seconden, met een random variatie tussen 3 en 5 s, werd deze stimulus aangeboden onder een horizontale hoek van 11 tot 23 graden links van de lijn tussen het hoofd van de bestuurder en de horizon, en 2 tot 4 graden boven de horizon. De taak vraagt weinig bewuste aandacht en kan worden uitgevoerd zonder het hoofd te bewegen.

Data analyse. De gemiddelde reactietijd (RT) en de fractie missers, d.w.z. het aantal gemiste signalen gedeeld door het aantal stimuli, werd berekend tijdens momenten waarop waarschuwingen gegeven werden en op momenten dat er geen waarschuwing door het systeem gegeven werd. Deze factor zal worden aangeduid met BOODSCHAP. Aangezien de spraak en de tactiele conditie een verschillende waarschuwingsduur kennen, werd de periode waarin een waarschuwing was gegeven gedefinieerd als het 10 s vanaf het moment dat de boodschap begint. Dit was omdat de boodschap op het visuele display gedurende 10 s werd aangeboden.


RESULTATEN

Figuur 1 geeft de resultaten op RT voor zowel de provinciale weg (links) als de snelweg (rechts).


Figuur 1. Reactietijd op de Perifere Detectie Taak als functie van wegtype, modaliteit en het moment (wel of geen waarschuwing).


De RT op de PDT werd tijdens de ritten op de provinciale weg significant beïnvloedt door feedback modaliteit (F=7.37, p<.01) en door of er wel of niet een waarschuwing werd gegeven: BOODSCHAP (F=45.27, p<.001). Daarnaast was de interactie van feedback modaliteit x BOODSCHAP statistisch significant (F=5.39, p<.01). Dit betekent dat het geven van waarschuwingen resulteert in een toename van de werklast, met name tijdens de waarschuwing zelf. Alleen het verschil tussen de controle conditie en de spraak conditie was significant. Het geven van spraak boodschappen resulteert dus in een hogere werklast. Tactiele waarschuwingen resulteren niet in een significante toename van de werklast. Het patroon van de resultaten is hetzelfde voor de snelweg. Ook hier werd de RT significant beïnvloedt door de feedback modaliteit (F=12.26, p<.001) en de aanwezigheid van een waarschuwing (F=132.87, p<.001). De interactie van feedback modaliteit x BOODSCHAP was ook hier weer significant (F=16.03, p<.001). Ook tijdens de ritten op de snelweg leidde het geven van een spraak boodschap dus tot een momentane toename van de werklast.

De fractie gemiste stimuli gaf een vergelijkbaar resultaat, zie figuur 2. De fractie missers werd tijdens de ritten op de provinciale weg significant beïnvloedt door feedback modaliteit (F=3.72, p<.05). Daarnaast was de fractie gemiste stimuli significant groter wanneer er een waarschuwing gegeven werd (F=45.27, p<.001). Evenals bij de RT was ook de interactie tussen modaliteit en BOODSCHAP significant (F=5.37, p<.01). De ritten op de snelweg geven hetzelfde beeld. De fractie gemiste stimuli werd significant beïnvloedt door feedback modaliteit (F=3.36, p<.05) en door de factor BOODSCHAP (F=129.58, p<.001). Daarnaast was de interactie feedback modaliteit x BOODSCHAP weer statistisch significant (F=3.56, p<.05). 

Figuur2. Fractie gemiste stimuli op de Perifere Detectie Taak als functie van wegtype, modaliteit en het moment (wel of geen waarschuwing).


DISCUSSIE

De Perifere Detectie Taak blijkt een gevoelig instrument voor het meten van kortdurende variaties in werklast en biedt een veelbelovende methode voor het evalueren van de werklast ten gevolge van in-voertuig systemen. Tactiele waarschuwingen verdienen de voorkeur boven gesproken boodschappen aangezien de laatste resulteren in relatief grote toename van de werklast. Waarschijnlijk wordt dit effect veroorzaakt doordat gesproken boodschappen de bestuurder sterker afleiden. Bovendien duren gesproken boodschappen langer dan tactiele boodschappen, waardoor de aandacht van de bestuurder gedurende langere tijd in beslag wordt genomen.

De hier gebruikte methode lijkt geschikt voor bredere toepassingen waarin het evalueren van de werklast een rol speelt. Daarvoor verdient het aanbeveling om de methode zodanig aan te passen dat deze niet  hardware afhankelijk is van de hier gebruikte testopzet. Tijdens het rijden in de simulator kijkt de bestuurder doorgaans recht vooruit zodat het presenteren van de stimuli in een vast gebied op het scherm geen problemen geeft. Voor praktijksituaties waarin de operator het hoofd draait verdient het de voorkeur om over een hoofdbewegings-onafhankelijke testinstrument te beschikken. De hier beschreven methode kan daarvoor geschikt worden gemaakt.


REFERENTIES

Brown, I.D. & Poulton, E.C. (1961). Measuring the spare ‘mental’ capacity of cardrivers by a subsidiary task. Ergonomics, 4, 35-40.
De Waard, D. (1996). The measurement of drivers’ mental workload. PhD Thesis, University of Groningen.
Harms, L. (1991). Experimental studies of variations in cognitive load and driving speed in traffic and in driving simulation. In A.G. Gale, I.D. Brown, C.M. Haslegrave, P. Smith & S. Taylor (eds.), Proceedings of Vision in Vehicles III, (pp. 71-78). Amsterdam: Elsevier, North Holland.
Miura, T. (1986). Coping with situational demands: A study of eye movements and peripheral vision performance. In A.G. Gale, I.D. Brown, C.M. Haslegrave, P. Smith & S. Taylor (eds.), Proceedings of Vision in Vehicles, (pp. 205-216). Amsterdam: Elsevier, North Holland.
Rumar, K. (1990). The basic driver error: late detection. Ergonomics, 33, 1281-1290.
Verwey, W.B. (1991). Towards guidelines for in-car information management: driver workload in specific driving situations. (Report IZF 1991 C13). Soesterberg, The Netherlands: TNO Institute for perception.
Verwey, W.B., Brookhuis, K.A. & Janssen, W.H. (1996). Safety effects of in-vehicle information systems (Report TM-96-C002). Soesterberg, The Netherlands: TNO Human Factors Research Institute.
Wickens, C.D. (1984). Processing resources in attention. In R. Parasuraman & D.R. Davis (eds.) Varieties in attention. (pp. 63-102). London: Academic Press.
Wierwille, W.W. (1993a). An initial model of visual sampling of in-car displays and controls. In A.G. Gale, I.D. Brown, C.M. Haslegrave, P. Smith & S. Taylor (eds.), Proceedings of Vision in Vehicles IV, (pp. 271-280). Amsterdam: Elsevier, North Holland.
Wierwille, W.W. (1993b). Visual and manual demands of in-car controls and displays. In B. Peacock & W. Karwowski (eds.), Automotive ergonomics (pp. 299-320). London: Taylor & Francis.
Williams, L.J. (1985). Tunnel vision induced by a foveal load manipulation. Human Factors, 27, 221-227.
Williams, L.J. (1995). Peripheral target recognition and visual field narrowing in aviators and nonaviators. The International Journal of Aviation Psychology, 5, 215-232.



   

No comments:

Post a Comment