상황인지 효율증대를 위한 무인항공기 GCS Interface 설계
Design of U.A.V(Unmanned Aerial Vehicle) GCS(Ground Control System) Interface to Increase Situational Awareness Efficiency
초록/요약
The unmanned aerial vehicle, which has been gaining interest in the 4th industrial revolution due to technological development, is being continuously studied for commercialization in accordance with various environments and purposes. As the purpose and use of the unmanned aerial vehicle expands, the required capability of the operator for the operation of the unmanned aerial vehicle is increasing. The GCS (Ground Control System) interface, which controls the unmanned aerial vehicle and provides information and commands for operation to the operator, varies depending on the purpose of the use of the unmanned aerial vehicle and the development company, so the operator can You must be familiar with the different GCS (Ground Control System) UI (User Interface). In fact, it is not easy to understand and familiarize yourself with all the different GCS interface configurations. As a result, the operator may operate through an unfamiliar interface, resulting in a mission load or an accident due to inexperienced operation. In the unmanned aerial vehicle industry, not only research on unmanned aerial vehicles, but also related technologies must be continuously researched and developed. For this purpose, the information intended to be transmitted by the GCS interface can be recognized accurately, clearly, and quickly through human-friendly design so that the operator can easily and familiarly recognize the situation information, thereby reducing the operator's task load and operating inexperienced The purpose of this study was to design an unmanned aerial vehicle GCS interface that can be operated more intuitively to prevent accidents. In order to increase the efficiency of situational awareness by acquiring information from the interface when performing the mission of the unmanned aerial vehicle, 'user requirements' are analyzed through aviation-related workers, and based on this, 'initial design requirements' are used to determine the essential requirements of the GCS interface. The components were classified and the GCS interface was designed to meet the requirements through the ergonomic standards and guidelines requirements. A survey was conducted to verify the effectiveness of the designed GCS interface, and IPA analysis was performed through this. Also, based on the designed GCS interface, an experiment was performed to analyze the situational awareness efficiency according to the screen layout by changing the location of the components constituting the interface. In the experiment, Gaze Points were collected using Eye Tracker to extract the user's gaze path for each screen arrangement through the simulation environment, and then the Gaze Path was extracted and analyzed to figure out the most optimal component screen arrangement method. Through this, it is expected that it can be used in the design of interfaces from a human-friendly point of view for controlling various domains such as unmanned vehicles and unmanned watercraft as well as GCS interfaces for controlling unmanned aerial vehicles.
more초록/요약
기술 발전으로 인해 4차 산업혁명으로 관심이 고조 되었던 무인항공기는 상용화를 위해 다양한 환경, 목적에 맞게 지속적인 연구가 진행되고 있다. 무인항공기를 사용하는 목적과 활용방안이 넓어질수록 무인항공기의 운용을 위한 운용자의 요구 능력은 높아지고 있다. 무인항공기를 제어하고 운용자에게 운용을 위한 정보와 커맨드를 제공하는 GCS(Ground Control System) Interface는 무인항공기 사용목적에 따라, 개발 회사에 따라 모두 다르기 때문에 운용자는 무인항공기의 운용 목적, 활용 방법 등에 따라 각기 다른 GCS(Ground Control System) UI(User Interface)를 숙지하고 있어야 한다. 사실상 각기 다른 GCS 인터페이스 구성을 모두 파악하고 익숙하게 운용하기 쉽지 않다. 그로 인해 운용자는 익숙치 않은 인터페이스를 통해 운용을 하게 되어 임무 부하가 발생하거나, 운용 미숙으로 사고가 발생할 수 있다. 무인항공기 산업은 무인항공기에 대한 연구뿐만 아니라 그와 함께 연관된 기술들도 함께 지속적으로 연구 개발 되어야 한다. 이를 위해 운용자에게 친숙하고 쉽게 상황 정보를 인지할 수 있도록 인간친화적 설계를 통해 GCS 인터페이스가 전달하고자 하는 정보를 정확하고 명확하며, 신속하게 인지할 수 있으며, 그로 인해 운용자의 임무 부하를 낮추고, 운용미숙으로 인한 사고를 방지할 수 있는 보다 직관적인 운용이 가능한 무인항공기 GCS 인터페이스를 설계하고자 하였다. 무인항공기의 임무 수행 시 인터페이스로부터 정보를 습득하여 상황인지의 효율을 증대하기 위해서 항공관련 종사자를 통해 ‘사용자의 요구사항’을 분석한 후, 이를 토대로 ‘초기설계 요구사항’을 통해 GCS 인터페이스의 필수적인 구성요소를 분류하고, 인간공학적 표준 및 지침 요구사항을 통해 요구사항을 충족하는 GCS 인터페이스의 설계하였다. 설계한 GCS 인터페이스의 효율성 검증을 위해 설문조사 시행하였으며, 이를 통해 IPA 분석을 수행하였다. 또한 설계한 GCS 인터페이스를 바탕으로 인터페이스를 이루는 구성요소의 위치를 변경하여 화면 배치에 따른 상황인지 효율성을 분석하기 위한 실험을 수행하였다. 실험은 시뮬레이션 환경을 통해 각각의 화면 배치별 사용자의 시선경로를 추출하기 위해 Eye Tracker를 사용하여 Gaze Point를 수집한 후 이를 통해 Gaze Path를 추출 및 분석하여 가장 최적의 구성요소 화면 배치방법을 파악하였다. 이를 통해 추후 무인항공기 제어를 위한 GCS 인터페이스 뿐 아니라 무인자동차, 무인수상정등 다양한 도메인의 제어를 위한 인간친화적 관점에서의 인터페이스 설계에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
more목차
Ⅰ. 서 론 1
A. 연구 배경 1
B. 연구 내용 5
1. 논문의 구성 5
2. 인터페이스 설계프로세스 5
Ⅱ. 인터페이스 설계 관련 연구 7
A. 인간공학적 인터페이스 인지 향상 기술 7
1. 색상에 따른 정보의 해석 경향성 연구 7
2. 색상에 따른 식별성 향상 연구 8
3. 색상 및 위치에 따른 인지성 연구 9
4. 구성요소 크기에 따른 인지성 연구 9
5. 아이콘을 활용한 인지성 향상 연구 10
Ⅲ. GCS Interface 11
A. 사용자 도메인 11
1. Unmanned Aerial Vehicle 11
2. 지상 통제 시스템(GCS : Ground Control System) 13
B. GCS Interface 설계 요구사항 17
1. 사용자 요구사항 17
2. 초기설계 요구사항 19
(A) 상용 GCS 인터페이스 분석 19
(B) 운용을 통한 GCS 인터페이스 분석 23
(C) 초기설계 요구사항 추출 28
3. 인간공학적 표준 지침 30
(A) 정보의 시각화 30
(B) 정보의 인지화 33
(C) 인간공학적 인터페이스 설계 34
Ⅳ. GCS Interface 설계 37
A. 화면 비율 설정 37
B. 인터페이스 구성요소 38
C. 인터페이스 설계 41
1. Main Display 구성요소 설계 44
(A) Direction Indicator / Primary Flight Display 44
(B) Flight Panel Button 45
(C) Convenience Panel Button 46
(D) Way-Point Command 47
(E) Camera Screen 49
(F) Mission Map 49
2. Flight Panel 구성요소 설계 53
(A) Flight Information Panel 53
(B) Motor Power Information Panel 54
(C) Way-point Setting Panel 56
(D) Basic Information 57
3. Convenience Panel 구성요소 설계 58
(A) Behavior Command 58
(B) Joystick 60
D. GCS Interface 최종 설계 62
1. GCS Interface 기본 형태 62
2. 구성요소의 화면배치 설계 66
(A) Layout – 1 66
(B) Layout – 2 67
(C) Layout – 3 68
(D) Layout – 4 68
3. 요구사항 충족여부 70
Ⅴ. 시스템 구현 및 검증 71
A. 검증을 위한 GCS 인터페이스 환경 구성 71
B. 인터페이스 설계 검증(정성적 분석) 74
1. 인터페이스 검증을 위한 설문조사 74
2. IPA(Important-Performance Analysis) 분석 76
(A) 인터페이스 가시성 분석 77
(B) 인터페이스 일관성 분석 78
(C) 인터페이스 명확성 분석 79
(D) 인터페이스 효율성 분석 80
(E) 인터페이스 종합 분석 결과 81
C. 인터페이스 설계 검증(정량적 분석) 82
1. Gaze Point 추출 82
2. Gaze Path 분석 85
Ⅵ. 결론 및 향후 과제 91
A. 결 론 91
B. 향후 연구 방향 92
참 고 문 헌 93
Abstract 96
