„iAssyst“ – Den Flugschüler im Blick

Wohin Piloten während eines Manövers schauen, lässt darauf schließen, wie weit erforderliche Abläufe im Cockpit verinnerlicht sind. Für eine großangelegte Studie initiiert von Swiss entwickelte David Rudi von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich ein System, das die Blickrichtung von Flugschülern im Simulator exakt erfasst und wiedergibt. Aus der Analyse der Daten zog die Fluggesellschaft erste Schlüsse für das Training.
„Eigentlich wissen wir weder von erfahrenen Piloten noch von Anfängern, wo im Cockpit sie genau hinschauen.“ Mit dieser Erkenntnis legte Pilot Christoph Amman, seinerzeit Trainingschef der Swiss, 2017 den Grundstein für eine großangelegte Studie mit der Fragestellung: „Wohin schaut der Pilot im Cockpit und können wir dies trainieren?“ Unter Federführung der Schweizer Fluggesellschaft forschten Wissenschaftler der Professur für Geoinformations-Engineering der ETH Zürich unter Leitung von Prof. Martin Raubal, der Nasa und der University of Oregon. Das Schweizer Bundesamt für Zivilluftfahrt, BAZL, beteiligte sich mit 40 Prozent an den Kosten.

Während des Flugs erfassen, bewerten und verarbeiten Pilotinnen und Piloten eine Flut an visuellen, akustischen und räumlichen Informationen. Die Instrumente in der richtigen Reihenfolge zu beobachten und zu bedienen, trainieren sie bei Manövern im Flugsimulator. Ob der Flugschüler im Cockpit gezielt in die richtige Richtung schaut und den Ablauf damit tatsächlich verinnerlicht hat, wissen selbst erfahrene Fluginstruktoren nicht. Während sie den Flugschüler trainieren und beobachten, betreuen sie im Hintergrund das Trainingsprogramm und bedienen den Simulator. Dabei sitzen sie ohne Blickkontakt hinter ihm. „Sie können zwar die Richtung der Kopfbewegung erfassen, nicht aber, auf welches der nur ein bis zwei Zentimeter großen Bedienfelder der Flugschüler tatsächlich schaut“, konstatiert David Rudi von der ETH Zürich. Rudi widmete sich in seiner Doktorarbeit der Entwicklung einer Software, die Instruktoren präzise Daten über die Blickrichtung ihrer Flugschüler liefert.

In enger Abstimmung mit den Instruktoren der Swiss und der Lufthansa Aviation Training GmbH, die die Studie mit ihrem A320-Flugsimulator in Zürich unterstützte,
erprobte er unterschiedliche Aufnahmestrukturen. Eye-Tracking-Brillen eigneten sich nicht, da sie die Flugschüler irritierten. Stattdessen wählte das Team ein Equipment aus vier Kameras und zwei Infrarotsensoren. Sie positionierten die Geräte so, dass sie die Piloten nicht störten, aber dennoch qualitativ hochwertige Aufnahmen ermöglichten und sich schnell wieder ausbauen ließen. Für die Auswertung der Daten entwickelte Rudi eine an den Erfordernissen der Instruktoren ausgerichtete Software, während die Instruktoren der Swiss zusammen mit den Forschern der NASA und University of Oregon ein Trainingsprogramm für das Manöver ausarbeiteten.

Um die Daten des Eye Trackings optimal darstellen zu können, programmierte er viele neue Komponenten für seine Software „Instructor Assistant System“ (iAssyst). Diese verknüpft Video-, Audio- und Simulator-Aufnahmen und stellt durch messbare Daten eindeutig das genaue Blickmuster der Flugschüler dar. Einzelne Flugparameter des Simulators gibt die Software als Text wieder, andere als Film, beispielsweise Flugdaten- und Navigation-Displays. Eine Kamera erfasst das Setting im Simulator. Sieben aktive Swiss-Instruktoren evaluierten das neue Programm. Das Feedback war durchweg positiv. „iAssyst erweitert die Kapazität des Instruktors und präzisiert seine Beobachtungen“, sagt Swiss-Pilot Amman.

„Mit iAssyst kann der Fluginstruktor seine Beobachtungen im Anschluss an die Trainingseinheit verifizieren und Beobachtungslücken, beispielsweise während er Notizen macht, füllen.“

Dr. David Rudi, Institut für Kartografie und Geoinformation der ETH Zürich, über seine Entwicklung

Eye Tracking von Piloten ist keine neue Erfindung. Erste Studien dazu gab es in den 1950er- Jahren. „Neu ist der Kontext. Erstmals haben wir jetzt in der kommerziellen Luftfahrt mit Piloten und Instruktoren im Flugsimulator an einem System für Instruktoren geforscht“, hebt Rudi hervor.

Die Anwendung des Eye-Tracking-Systems sieht er nicht in der Luftfahrt allein: „iAssyst lässt sich überall dort einsetzen, wo Menschen die Bedienung bestimmter Systeme erlernen: die Steuerung von Energietrassen an vielen Bildschirmen beispielsweise oder in der Medizinausbildung, wenn Ärzte mithilfe von Simulatoren chirurgische Eingriffe trainieren.“

Um die Frage „Lässt sich vorausschauendes Sehen im Cockpit trainieren?“ zu klären, absolvierten 43 Pilotinnen und Piloten je zwei Manöver im Flugsimulator. Luftfahrt-Psychologen der Nasa und der University of Oregon entwickelten einen entsprechenden Trainingsansatz und untersuchten dessen Effekt auf das Flugverhalten der Teilnehmer anhand der gesammelten Daten. Obwohl sich das zweite Manöver vom ersten unterschied, lies sich bei den Flugschülern, die das Training erhalten hatten, eine gewisse Verbesserung der Flugleistung ermitteln.

„Mit der Studie konnten wir unsere These nachweisen, dass sich mentale Modelle trainieren lassen.“

Christoph Ammann, Flugkapitän Swiss International Air Lines Ltd., über die Erkenntnisse der Eye-Tracking-Studie

Die in der Studie gewonnenen Erkenntnisse setzte Swiss bereits in einer neuen Richtlinie für die visuelle Überwachung der Flugautomatik um.
Text von Marion Frahm
Fotos und Video: © David Rudi, ETH Zürich
Send this to a friend