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