Deutsch

Einleitung: Die Ausbildungskosten für einen Hubschrauberpiloten betragen etwa EUR 2.3 Mio. Entsprechend sollte die Ausbildung so effizient wie möglich realisiert werden. Studien aus der internationalen Militärluftfahrt zeigen, dass Eye Tracking als Feedbacktool für Piloten den Ausbildungsfortschritt bereichern kann, indem Scanning Techniken als Indikatoren der kognitiven Informationsverarbeitung von erfahrenen Piloten analysiert, visualisiert und an unerfahrene Piloten vermittelt werden können. Für den Luftfahrtbereich liegen bislang wenige wissenschaftliche Erkenntnisse zu dieser Methode vor. Die Dissertation beschäftigt sich daher mit dem Potential der Eye Tracking Methode zur Analyse und Aufbereitung der Scanning Techniken von Hubschrauberpiloten. Methoden: Nach Reflektion der technischen, theoretischen und empirischen Hintergründe im Bereich Eye Tracking wurde ein mehrfaktorielles Untersuchungsdesign angelegt, innerhalb dessen der Einfluss von Flugerfahrung und visuellen Anforderungen einer Flugaufgabe auf Scanning Techniken von Piloten geprüft wurde. Nach Durchführung von A-Priori-Experteninterviews (N = 15) zu den Inhalten der Flugaufgaben und einem Machbarkeitsversuch nahmen an der Hauptuntersuchung 33 Hubschrauberpiloten (nFluglehrer = 17, nFlugschüler = 16) teil, die, ausgestattet mit dem Eye Tracking System Dikablis der Firma Ergoneers GmbH, jeweils zwei verschiedene Missionen in einem Hubschraubersimulator absolvierten. Neben der objektiven Messung von Blickparametern wurden auch die Workload sowie die subjektive Performance der Luftfahrzeugführer und eine Selbsteinschätzung zu deren Scanning Techniken erfasst. Darüber hinaus bearbeiteten alle Probanden einen Fragebogen zur ergonomischen Bewertung der Eye Tracking Methode als Feedbacktool. Bei der Aufbereitung der Daten wurde zur Operationalisierung von Scanning Techniken ein Indikator für Blickfixierungen (Target Fixations) gebildet, welcher für Blicke auf die Cockpitinstrumente auf Empfehlungen von Luftfahrtbehörden basierte und für Blicke in die Außenwelt statistisch aus der Stichprobe errechnet wurde. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass sich Scanning-bezogene Unterschiede zwischen Hubschrauberpiloten zu 54 % auf die Faktorkombination aus Expertise und visuellen Anforderungen zurückführen lassen (F = 4.88, p = .033; Target Fixations: η² = .12; mittelstarker Effekt). Bei der Gegenüberstellung stellte sich heraus, dass erfahrene Piloten ihr peripheres Sichtfeld je nach visuellen Anforderungen effektiver nutzten und je nach Flugphase andere Informationskanäle als Flugschüler zur Flugführung einsetzten. Beim Vergleich objektiver Eye Tracking Daten und subjektiver Einschätzungen fiel auf, dass sich nicht nur unerfahrene Piloten zum Teil verschätzten und ihnen ihr tatsächliches Scanning Verhalten nicht immer eindeutig bewusst war. Die Piloten überschätzten beispielsweise den Anteil ihrer Blicke nach außen (Flugschüler um 26 %, Fluglehrer um 10 %). In diesem Zusammenhang wurde eine statistische Beziehung zwischen der Korrektheit der Selbsteinschätzung der Scanning Techniken und der Performance beim Durchführen von Landemanövern gefunden (r = .31, p = .035). Die Piloten bewerteten die Eye Tracking Methode zu 83 % als nicht hinderlich für eine sichere Flugführung und konnten sich zu knapp zwei Dritteln vorstellen, das Verfahren regelmäßig einmal im Monat bei der Ausbildung als Feedbacktool einzusetzen. Diskussion: Die Ergebnisse implizieren, dass Eye Tracking den Kriterien einer wissenschaftlichen Methode zur Analyse der visuellen Informationsakquise von Hubschrauberpiloten weitestgehend gerecht wird: Zum einen lassen sich signifikante Unterschiede zwischen unterschiedlich erfahrenen Piloten abbilden und zum anderen lässt sich ein detailliertes Bild über den strategischen Einsatz der Scanning Techniken von Experten zeichnen. Somit eröffnet sich eine neue Möglichkeit dafür, das Ausbildungs- und Trainingssystem für Piloten aber auch ergonomische Forschungsanliegen innerhalb der Luftfahrt methodisch zu untermauern. Dennoch besteht hinsichtlich der technischen Systemkomponenten dahingehend Entwicklungsbedarf, dass durch Folgestudien der Einsatz von Eye Tracking im Realflug geprüft werden sollte. Entsprechende Ansatzpunkte werden aufgegriffen und diskutiert.

English

Introduction: The training costs for a single helicopter pilot amount to approximately 2.3 million EUR. It is thus preferable to implement training as efficiently as possible. Studies in international military aviation show that eye tracking as a feedback tool for pilots can enhance the progress of training when analyze and visualize scanning techniques of experienced pilots as indicators of cognitive information processing and passing them on to inexperienced pilots. However, to date scientific findings on this method are rare with regard to aviation. Therefore, the dissertation addresses the potential of the eye tracking method with respect to the analysis and processing of helicopter pilot scanning techniques. Methods: After a critical reflection on the technical, theoretical and empirical background of eye tracking a multifactor experimental design was established to verify the impact of flight experience and the visual demands of a flight task on pilot scanning techniques. Following a priori expert interviews (N = 15) on the contents of the flight tasks and a feasibility test 33 helicopter pilots participated in the main experiment (ninstructor pilots = 17, nstudent pilots = 16) and performed two different missions in a helicopter simulator using the Dikablis eye tracking system by Ergoneers GmbH. In addition to the objective measurement of gaze parameters workload as well as subjective pilot performance and a self-assessment of their scanning techniques were considered in the investigation. Furthermore, all subjects completed a questionnaire on the ergonomic evaluation of the eye tracking method as a feedback tool. To operationalize scanning techniques, an indicator for target fixations was generated during the processing of eye tracking data; this indicator was based on recommendations by aviation authorities with respect to gazes at the flight instruments and statistically calculated on the basis of the sample with regard to gazes at the outside world. Results: The results show that 54 % of scanning-related variance between helicopter pilots can be attributed to the factor combination of expertise and visual demands (F = 4.88, p = .033; target fixations: η² = .12; medium effect size). A comparison revealed that experienced pilots utilize their peripheral field of view more effectively depending on visual demands and strategically use other information channels (flight instruments vs. external reference points) than student pilots depending on the individual flight phases. The comparison of objective eye tracking data and subjective assessments showed that judgment errors are not only made by inexperienced pilots and that they are not always clearly aware of their actual scanning techniques. For example, the proportion of scans in the outside world was overestimated on average (student pilots around 26 %, instructor pilots around 10 %). In this context, a statistical relation between the correctness of the self-assessment of scanning techniques and the pilots' performance when conducting landing maneuvers was found (r = .31, p = .035). 83 % of the pilots did not regard the eye tracking method as a limitation to flight safety and nearly two thirds could imagine using this method as a feedback tool for training once a month on a regular basis. Discussion: The results imply that eye tracking largely fulfills the criteria of a scientific method for the analysis of visual information acquisition by pilots: On the one hand, significant differences between pilots with varying degrees of experience can be described, and on the other hand a detailed picture of the strategical use of scanning techniques by experts can be provided. This offers a new option of methodically substantiating the pilot training system and also ergonomic research interests. Nevertheless, there is a development requirement for technical system components to the effect that the use of eye tracking in real flights should be verified in follow-up studies. Appropriate approaches are being addressed and discussed.