ISBN 978-3-8439-5038-1

978-3-8439-5038-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Felix Heilemann
Skalierbare Delegation und adaptive Planungsassistenz zur Führung bemannt-unbemannter Teams: Konzept, Implementierung und Evaluation

209 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2022), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wird ein System für die Führung mehrerer unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) aus einem einsitzigen bemannten Hochleistungsflugzeug der Zukunft entwickelt und in einem Human-in-the-Loop-Experiment mit Piloten der deutschen Luftwaffe evaluiert.

Der Aufgabenbereich der bemannten Plattform wird hierzu um das Missionsmanagement und die Auftragsdelegation der UAVs erweitert. Anhand von Human-Autonomy Teaming Entwurfsmustern wird eine Systemarchitektur mit einem Planer-Agenten geschaffen, die eine hierarchische Führung und eine Kooperation der UAV mit dem Piloten ermöglicht. Das Führungskonzept ermöglicht es, unterschiedlich komplexe Aufträge auf skalierbaren Delegationsstufen an einzelne UAVs, Teams oder Schwärme anhand einer taktischen Karte und einer Zeitleiste zu delegieren. Aus diesem Konzept werden die benötigten Missionsplanungsfunktionen und das Verhalten des Planer-Agenten abgeleitet. Neben der Zielsetzung, die Aufträge in minimaler Zeit anzuordnen, liegt ein besonderes Augenmerk bei der Planerstellung auf der resultierenden mentalen Beanspruchung des Piloten bei der Plandurchführung. Die Kooperation ermöglicht es Fehler und Verbesserungen im Missionsplan zu erkennen, entsprechende Maßnahmen zur Beseitigung zu identifiziert und situationsspezifisch zu intervenieren.

Die Evaluation des Systems in einer Experimentalkampagne zeigte: 1) Die Delegation von Aufträgen mit dem Planer-Agent ist signifikant schneller und reduziert das Fehlerpotenzial gegenüber einer rein manuellen Planung. 2) Die skalierbaren Delegationsstufen ermöglichen eine piloten- und situationsspezifische Auftragsdelegation. 3) In (zeit-) kritischen Situationen wird Assistenz benötigt. 4) Die Assistenz reduzierte die Delegationszeit und die mentale Beanspruchung des Piloten. 5) Die Piloten wünschen sich mehr Assistenz als sie benötigen.6) Piloten können sich gut vorstellen, solche Systeme in Zukunft zu verwenden.