Geri Dön

Simulator-based evaluation of human response in emergencies

Acil durumlarda ınsan faktörünün simülatör ortamında değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 837077
  2. Yazar: ESMA UFLAZ
  3. Danışmanlar: Prof. Dr. ÖZCAN ARSLAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Denizcilik, Marine
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 215

Özet

Endüstriyel faaliyetlerin tüm aşamalarında insan faktörü kazalarda önemli bir faktördür. Endüstriyel kazalarla ilgili 20. yüzyıl istatistiklerine göre, insan faktörü havacılık ve nükleer enerji de dahil olmak üzere birçok sektördeki kazaların en az %66'sını ve %90'ından fazlasını oluşturmaktadır (Stellman, 1998). İnsan hatası, Three Mile Island'daki nükleer kaza, uzay mekiği Challenger'ın patlaması ve Çernobil nükleer kazası da dahil olmak üzere bir dizi önemli felakette bir faktör olarak gösterilmiştir (Azadeh ve Zarrin, 2016). Buna ek olarak, Kale ve diğerleri (2023) rapor edilen uçak kazalarının %80'inin karar verme sürecindeki insan hatalarından kaynaklandığını tahmin etmektedir. Deniz kazalarını araştıran çok sayıda akademisyene göre, deniz kazalarının yaklaşık yüzde sekseni insan hatasından kaynaklanmaktadır (Graziano vd., 2016, Turan vd., 2016, Navas de Maya vd., 2018). Denizcilik sektörü uzun zamandır güvenlik konusuyla ilgilenmektedir. Günümüzde deniz taşımacılığı, kanalların tıkanmasına, önemli mali kayıplara, insan ölümlerine ve deniz kirliliğine neden olan deniz kazalarına yol açabilecek karmaşık ve tehlikeli bir ortamda gerçekleşmektedir (Zhang ve Thai, 2016; Öztürk ve Çiçek, 2019). Titanik faciasından sonra SOLAS'ın (Denizde Can Güvenliği Uluslararası Sözleşmesi) geliştirilmesi gibi çok sayıda düzenleme, standart ve uygulamanın hayata geçirilmesine rağmen, deniz güvenliği standartlarının ve gemideki operasyonların büyük bir kısmı resmi kuruluşlar ve denizcilik otoriteleri tarafından kontrol edilmektedir (Callis Oliver, 2018), benzer şekilde, STCW Sözleşmesi (Gemi adamlarının Eğitim, Belgelendirme ve Vardiya Standartları Hakkında Uluslararası Sözleşme), Herald of Free Enterprise felaketinden sonra ISM (Uluslararası Güvenlik Yönetimi Kodu) (Goulielmos ve Goulielmos, 2005) ve COLREG (Uluslararası Denizde Çatışmayı Önleme Tüzüğü) (Fan vd., 2019; Lan vd., 2022) ortaya çıkmıştır. İnsan faktörleriyle ilgili kaygılar uzun zamandır deniz kazalarına önemli bir katkıda bulunan unsur olarak kabul edilmektedir ve diğer yazarlar da deniz kazaları konusunda aynı noktaya değinmiştir (Coraddu vd., 2020; Pietrzykowski vd., 2017; Salihoğlu ve Besikci, 2021). Avrupa Deniz Güvenliği Ajansı (EMSA), deniz kazaları ve olaylarına ilişkin yıllık istatistikler yayınlamakta ve 2011-2018 yılları arasında kaydedilen 21173 kaza ve olayın %81,1'inin insan hatasından kaynaklandığını ortaya koymaktadır (EMSA, 2022). Temas/çatışma, patlama, yangın, su baskını, karaya oturma, denize adam düşmesi, tehlikeli madde kaynaklı arıza, tekne bütünlüğünün kaybı, makine arızası gibi tipik acil durumlar, son on yılda denizcilik sektöründe sık sık meydana gelmiş ve can kaybı, yük kaybı ve ciddi çevresel hasarla sonuçlanmıştır. Bu tür acil durumların etki ve sonuçlarının azaltılmasında insan faktörü (personel) ve insan müdahalesi en büyük öneme sahiptir. Deniz kazası incelemelerinde İnsan Faktörü, son birkaç on yılda yapılan birçok araştırmaya rağmen hala bir dizi zorluk arz etmektedir. Bununla birlikte, tasarım ve güvenlik değerlendirme aşamaları boyunca insan faktörlerinin deniz kazalarına katkısını belirlemeye yönelik veri ve yaklaşım eksikliği bulunmaktadır. Çoğu zaman, insan faktörünün katkısına ilişkin bilgiler sistematik olarak araştırılmamakta veya örüntülerin ve karşılaştırmaların çıkarılmasına olanak tanıyacak şekilde sunulmamaktadır (Stroeve vd., 2023). Kaza analizine yönelik çeşitli yaklaşımlar ve çeşitli araştırma metodolojileri nedeniyle, deniz kazalarının nedenlerinin nicel analizi konusunda bir fikir birliği bulunmamaktadır (Fan vd., 2020; Stroeve vd., 2023).“İnsan faktörleri”terimi genellikle iş yerindeki fiziksel ve çevresel koşullar, süreçler, teknoloji, eğitim, organizasyon yapısı, yönetim ve personel (örn. yorgunluk, iş yükü, zihinsel durum vb.) gibi diğer ilgili unsurları da dikkate alan bir kavramı ifade etmek için kullanılır (Psarros, 2015). Organizasyonel ve insani değişkenlerin gemi kazaları üzerindeki etkisi literatürde birçok araştırmacı tarafından araştırılmıştır (Chauvin vd., 2013; Chen vd., 2013; Xi vd., 2017). Kazaların büyük çoğunluğu; yorgunluk, aşırı iş yükü, stres, fiziksel yoksunluk, bilgi eksikliği, durumsal farkındalık eksikliği vb. faktörlerden birinin veya bunların bir kombinasyonunun sonucu olarak meydana gelmektedir (Fan vd., 2020). Psikolojik faktörler gibi teknik olmayan yetenekler, acil durum sırasında deniz güvenliğini etkileyen karar verme süreçlerinde önemlidir. Literatürde, bu faktörlerin deniz kazaları üzerindeki etkileri, özellikle uzman görüşüne veya istatistiksel verilere dayanan birçok öznel metodoloji ve sistematik yaklaşımla ölçülmüştür. Ancak, psikolojik ölçümler ve objektif veriler gerçek zamanlı olarak toplanabilir ve iş yükü, stres seviyesi, yorgunluk, durumsal farkındalık ve görsel farkındalık gibi temel insan faktörlerini ölçerek nicel ve doğru verilerin elde edilmesini sağlar. Ancak operasyonel düzeyde, kaza incelemesi açısından, insan faktörüne dayalı incelemelerin nasıl tanımlanacağı ve ölçüleceğine ilişkin rehberlik yetersizdir. İnsan faktörünü gerçek zamanlı olarak öznel bir şekilde ölçmezsek, emniyet ve güvenilirliği benimsemek için nasıl tavsiyelerde bulunabilir veya sistematik kurallar belirleyebiliriz? Bu öznel önyargılara dayalı analiz yöntemlerinin emniyet tavsiyeleri oluşturmak için yetersiz olduğu, oysa nesnel verilerin daha doğru ve güvenilir bilgi sağladığı iyi bilinmektedir. Bu bağlamda, bu tez, bir göz-izleyici kullanarak acil durumlarda insan tepkisini araştırmayı amaçlamaktadır. Bunu gerçekleştirmek için, yoğun trafik alanlarında çatışmaya yol açan insanla ilgili en yaygın görevler belirlenmiş; daha sonra bu görevler tam donanımlı köprü üstü simülatöründe yapılan bir deneyde değişken olarak kullanılmıştır. Bu tez, uygulamalı çalışmada insan hatalarını ölçmek için kanıta dayalı muhakeme (ER) ve standartlaştırılmış tesis analizi risk-insan güvenilirliği analizi (SPAR-H) yöntemini entegre etmek için kavramsal bir çerçeve sunmaktadır. Riski tahmin etmek için hata ağacı analizi (FTA) kullanılmaktadır. Önerilen yöntemi uygulamak için yoğun deniz alanlarında çatışma riski senaryosu seçilmiş ve çatışma riskinin detaylı bir analizinin nasıl elde edilebileceği gösterilmiştir. Çalışmanın bulguları,“tek gözcülük nedeniyle yetersiz vardiya tutma”,“uygun olmayan RADAR izleme”ve“COLREG ile ilgili eylemlerin etkin bir şekilde yürütülmemesinin”yoğun deniz alanlarında gemilerin çatışma riskine katkıda bulunan en önemli insan hataları olduğunu göstermektedir. Sıkışık sularda gemi çatışması için yapılan kapsamlı risk analizine göre, meydana gelme olasılığı yüksek risk olarak kabul edilerek, 3.75E-01 olarak bulunmuştur. Bununla birlikte, yeterli gözcülüğün sağlanması, etkin RADAR izlemesinin sağlanması ve uygun COLREG eylemlerinin yürütülmesi durumunda, sıkışık sularda gemi çarpışma riskinin gerçekleşme olasılığı 2.55E-01'e düşürülebilir. Ardından, deneysel çalışmada gözcülüğün çatışma riski üzerindeki etkisini objektif olarak araştırmak için deneysel bir çalışma planlanmıştır. Bu nedenle, iki deney seti ile, denizcilerin bilişsel yeteneklerini ve/veya sınırlamalarını belirlemek için tam donanımlı köprü üstü simülatöründeki bilişsel süreci değerlendirme amaçlanmıştır. Bu tezde, göz takip cihazı kullanılarak iki deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. İlk deneysel çalışmada, belirlenen kaza senaryosu tam donanımlı köprü üstü simülatörüne uyarlanmış ve katılımcıların Dover Boğazı'ndan“tek gözcü”olarak geçmeleri planlanmıştır. Öte yandan, ikinci deneysel çalışmada aynı kaza senaryosuna görevleri tanımlanmış bir gözcü eklenmiştir. Araştırmanın amacı, gözcünün köprü simülatörü ortamında yoğun seyir alanlarında çatışma riski üzerindeki etkisini anlamayı amaçlamaktadır. Ayrıca, araştırmanın amacı objektif (göz takip cihazı) ve subjektif yöntemler (anketler) kullanarak acil bir durum sırasında insan tepkisini araştırmaktadır. Her iki senaryoda da farklı katılımcılar çağrılmış ve köprüdeki gözcünün (senaryoda iyi tanımlanmış görevleri olan eğitimli bir gözcü) varlığının, yoğun seyir alanlarında çok sayıda hedefle karşılaşan katılımcıların iş yükü, görsel dikkat ve çatışma riskleri üzerindeki etkisinin incelenmesi planlanmıştır. Köprü üstünde görevli personel sayısının artmasıyla birlikte, gözcü müdahalesi çatışma olasılığını %61,5 oranında azaltmıştır Tobii Gözlük 3'ten (göz takip cihazı) alınan ham veriler Tobii Pro Lab yazılımı kullanılarak işlenmiştir. Yazılım, aralarından beş göz izleme ölçümünün seçildiği çeşitli çıktılar sunmaktadır: Gözbebeği Boyutu Değişimi, Göz kırpma oranı, Bekleme Süresi, Sabitleme oranı ve Sakkad oranı/89+6. Göz takip cihazı sonuçlarına göre, Literatürden iş yükü ve görsel dikkat ile ilgili göz takip metrikleri belirlendikten sonra sonuçlar istatistiksel olarak analiz edilmiştir. Bazı metriklerin sonuçlarında istatistiksel olarak anlamlı bir ilişki bulunmasa da sonuçların açıklamaları çalışmanın sonucunu destekler niteliktedir. Ayrıca, deneyin tasarım aşamasında belirlenen AOI'lerin 1st deneyinde ve 2nd deneyinde normalize edilmiş isabet sayısı (fiksasyon sayısı) özellikleri arasında anlamlı bir ilişki olduğu görülmüştür; bu AOI'ler görüntü ekranı, üst kontrol ekranı ve dış görseller'dir. Katılımcıların görsel dikkatleri karşılaştırılmış ve istatistiksel analizlere göre toplam fiksasyon sayısı ile görsel dikkat arasında anlamlı bir ilişki olduğu görülmüştür (görüntü ekranı; p =

Özet (Çeviri)

In all phases of industrial activity, the human factor is essential. According to statistics from the 20th century on industrial accidents, the human factor accounts for at least 66% and in many industries, including aviation and nuclear power, more than 90% of incidents (Stellman, 1998). Several significant disasters such as the Three Mile Island nuclear accident, the explosion of the Challenger space shuttle, and the Chernobyl nuclear disaster have been attributed to human error (Azadeh and Zarrin, 2016). Decision-making errors by humans are responsible for as many as 80% of aircraft accidents, as stated by Kale et al. (2023). Similarly, studies on maritime accidents by Graziano et al. (2016), Turan et al. (2016), and Navas de Maya et al. (2018) have shown that approximately 80% of them are caused by human error. The maritime industry has long been concerned with safety. Presently, maritime transportation is frequently conducted in complex and dangerous environments, leading to accidents that result in channel blockage, significant financial losses, human fatalities, and marine pollution (Zhang and Thai, 2016; Ozturk and Cicek, 2019). Despite the implementation of various regulations, standards, and best practices such as SOLAS (International Convention for the Safety of Life at Sea) developed after the Titanic disaster (Callis Oliver, 2018), STCW Convention (International Convention on Standards of Training, Certification, and Watchkeeping for Seafarers), ISM (International Safety Management Code) after the Herald of Free Enterprise catastrophic event (Goulielmos and Goulielmos, 2005), and COLREG (International Regulations for Preventing Collisions at Sea) (Fan et al., 2019; Lan et al., 2022), the majority of maritime safety standards and onboard operations should be controlled by organizations and marine authorities. Human factors have long been recognized as a significant contributor to maritime accidents, as indicated by other authors studying marine accidents (Coraddu et al., 2020; Pietrzykowski et al., 2017; Salihoglu and Besikci, 2021). The European Maritime Safety Agency (EMSA) publishes annual statistics on maritime accidents and incidents, revealing that 81.1% of the 21,173 accidents and incidents registered between 2011 and 2018 were due to human error (EMSA, 2022). In the maritime industry, emergency situations such as collisions, explosions, fires, flooding, grounding or stranding, man overboard, hazardous substance-related failures, loss of hull integrity, and machinery failures have been occurring frequently over the past decade, resulting in loss of life, cargo, and severe environmental damage. To minimize the impact and consequences of such emergencies, the human factor (personnel) and human response are crucial. Despite the research conducted over the previous few decades, investigating human factors in marine accident investigations still presents several challenges. There is a lack of data and approaches for identifying the contribution of human factors to marine accidents throughout the design and safety evaluation phases. Information on human contributors is often not systematically investigated or provided in a way that allows the extraction of patterns and comparisons (Stroeve et al., 2023). Due to various approaches to accident analysis and research methodologies, there is no consensus on the quantitative analysis of the causes of marine accidents (Fan et al., 2020; Stroeve et al., 2023). The term“human factors”often encompasses other relevant elements such as physical and environmental conditions at work, processes, technology, training, organizational structure, management, and personnel (e.g., fatigue, task load, mental state, etc.) (Psarros, 2015). The impact of organizational and human variables on ship accidents has been researched by several scholars in the literature (Chauvin et al., 2013; Chen et al., 2013; Xi et al., 2017). The majority of accidents occur due to one or a combination of factors such as fatigue, excessive workload, stress, physical deprivation, lack of knowledge, and lack of situational awareness (Fan et al., 2020). Non-technical capabilities such as psychological factors are essential for collaborative decision-making during emergencies, which have an impact on maritime safety. In the literature, the effects of these factors on marine accidents have been quantified through subjective methodologies and systematic approaches, particularly based on expert opinions or statistical data. However, psychological measurements and objective data can be collected in real-time, allowing for quantitative and accurate data on major human factors such as workload, stress level, fatigue, situational awareness, and visual awareness. However, at an operational level, guidance on how to define and measure human factors-based investigations in accident investigation is scarce, and recommendations on how to address human factor issues are insufficient. Without subjectively measuring the human factor in real-time, it becomes challenging to provide advice or establish systematic rules to enhance safety and reliability. Analysis methods based on subjective biases are inadequate for establishing safety recommendations, while objective data provides more accurate and reliable information. In this context, this thesis aims to investigate human response in emergencies using an eye-tracker. To achieve this, the most common human-related tasks that lead to collisions in congested water were identified, and these tasks were employed as variables in an experiment conducted on a full-mission bridge simulator. This thesis presents a conceptual framework that integrates evidential reasoning (ER) and the standardized plant analysis risk‐human reliability analysis (SPAR-H) method to quantify human errors in practical studies. Fault tree analysis (FTA) is used to predict risk. The collision risk of ships in congested waters is selected as a case study to demonstrate the proposed method and show how a detailed analysis of collision risk can be obtained. The findings of the paper indicate that“inadequate watchkeeping due to sole lookout,”“improper RADAR monitoring,”and“ineffective execution of COLREG-related actions”are the most significant human errors contributing to ships' collision risk in congested water. The occurrence probability of the collision risk in congested waters was found to be 3.75E-01, which can be considered high risk. However, with sufficient lookout, efficient RADAR monitoring, and proper execution of COLREG actions, the occurrence probability of the collision risk in congested waters can be reduced to 2.55E-01. An experimental study was then planned to objectively explore the effect of the lookout on collision risk in congested water. Two sets of experiments were conducted to evaluate the cognitive process in a full-mission bridge simulator and determine seafarers' cognitive abilities and/or limitations. In the first experimental study, the determined accident scenario was adopted in the full-mission bridge simulator, and participants were tasked with passing through the Dover Strait under the condition of being the“sole lookout.”In the second experimental study, a lookout with defined duties was added to the same accident scenario. The objective of the experiments was to recognize the influence of the lookout on collision risk in congested water under the bridge simulator environment. Additionally, the study explores human response during an emergency situation using objective (eye tracker) and subjective methods (questionnaires). In both scenarios, different participants were involved, and the effect of the lookout's presence on the bridge (a trained lookout with well-defined tasks in the scenario) on the participants' workload, visual attention, and collision risks when encountering multiple targets in congested water was examined. With increased bridge manning, lookout intervention reduced collision probability by 61.5%. The results show that lookout intervention helps reduce collision risk with the increase in bridge manning. Raw data from the Tobii Glasses 3 (eye tracker) were processed using the Tobii Pro Lab software. The software offers several outputs, from which five eye-tracking measures were chosen: Pupil Size Variation, Blink rate, Dwell Time, Fixation rate, and Saccades rate/89+6. After determining the eye tracker metrics related to workload and visual attention from the literature, the results were statistically analyzed. Although some metrics did not show a statistically significant relationship, the explanations of the results support the study's findings. Furthermore, a significant relationship was observed between the number of hits (number of fixations) features that were normalized in the first and second experiments and the state of the AOIs (Areas of Interest) determined during the design phase of the experiment. These AOIs include the Display unit, Top display unit, and Visualizations. The participants' visual attention was compared, and according to the statistical analyses, there is a significant relationship between the total number of fixations, fixation frequency, and visual attention (Display unit: p < 0.001, top display unit: p = 0.05, visualizations: p < 0.001). The Mann-Whitney U test performed on the two distributions, i.e., the first set of experiments and the second experiment, did not reveal any statistical differences related to average pupil dilation between the two groups (p = 0.3) regarding mental workload decrease between the groups. The Mann-Whitney U test results show no significant differences between the two groups' NASA-TLX scores of 6 dimensions (mental demand p = 0.14). The design stages of experimental studies are essential in obtaining accurate results, and this study describes a detailed experimental study process in the maritime sector. The experimental design processes and metrics used in this study provide guidance for further experimental research related to other ship operations using eye trackers. Real-time eye tracking measurement of seafarers' eye movement would be useful, providing feedback to reduce human errors. Eye tracking technology, as one of the objective measurements, is a relatively new approach in the maritime sector. The results of the study demonstrate that an eye tracker is a valuable tool for exploring human response in the maritime context. This thesis takes an in-depth initial step towards assessing human response in emergencies (specifically, a collision case study) using objective (biosensor) data with an eye tracker and subjective measures. The study is expected to make original contributions to maritime stakeholders, such as governmental bodies, classification societies, ship operators, and maritime researchers, in terms of understanding human response during emergency situations. Moreover, the proposed approach bridges the gap between objective and subjective data accuracy, thereby enhancing safety onboard.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    220990

    Eğitim kurumları için kurumsal performans ölçümüne yönelik bir model geliştirme çalışması

    A study on a model for improving performance evaulation in educational organizations

    TAHSİN YAZIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    İşletmeUludağ Üniversitesi

    İşletme Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BİLÇİN TAK

  2. Tez No

    75059

    Zihinsel ağırlıklı işler için bilişsel görev analizi yöntemi

    Başlık çevirisi yok

    NİLGÜN YAPICIOĞLU FIĞLALI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1998

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET F. ÖZOK

  3. Tez No

    866406

    Testing and evaluation of the deformation effects developed by landslides in the laboratory with image processing techniques

    Heyelanların yaratmış olduğu deformasyon etkilerinin görüntü işleme yöntemleriyle laboratuvarda test edilmesi ve değerlendirilmesi

    ABDULLAH ENES ÖZŞİMŞİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA KEREM KOÇKAR

  4. Tez No

    616280

    Autofly-aid: Flight deck automation support with dynamic 4d trajectory management for responsive and adaptive airborne collision avoidance

    Autofly-aıd: havada çarpışmadan kaçınma için esnek ve uyarlamalı 4 boyutlu dinamik rota yönetimi ile uçuş karar destek sistemi

    EMRE KOYUNCU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKHAN İNALHAN

  5. Tez No

    836740

    Reinforcement learning based resource allocation for initial disasterresponse

    Afetle mucadelede pekistirmeli ogrenme tabanli kaynak yonetimi

    ESAT TUNAHAN TUNA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ AKGÜN

Geri Dön