Thèse Année : 2024

Human-Machine Cooperation for the deployment of automated trains : Driver assistance in a remote authority transfer situation

Coopération Humain-Machine pour le déploiement du train autonome : Assistance à la conduite dans une situation de transfert d’autorité

Résumé

Rail transport has historically been a pioneer in terms of autonomous transport, notably with the deployment of automated metro systems. However, extending automation to open main lines still seems complicated. Although the activity and technologies will inevitably evolve in the direction of the "autonomous train", human expertise is still necessary and will likely remain so during and after this evolution. To answer the current limits of automation and to deal with various exceptional situations, telecontrol is seen as a means of recovery, allowing a human operator to interact with the train and take part in the activity without being on board. In this context, teleoperation is considered as a potential means of ensuring this transition towards automation, while retaining the possibility of relying on human expertise when necessary. Naturally, the authority and responsibility of a human operator differs considerably between manual driving in teleoperation and autonomous driving, with little to no responsibility in the latter case and changes of authority between two driving modes can prove difficult. Thus, this study focuses on the specific phase of transferring authority between the autonomous train and a remote driver from. Specifically, the thesis focuses on the needs of the human operator during transfers, when they are deprived of most of the information that is essential for driving, compared with the activity within the train cab. This loss of information is accentuated when taking over a process that is already underway and where the remote driver was unaware of most of the process and the mission before being assigned to it.A general objective of the thesis is therefore to understand this authority transfer phase which characterises the recovery of the driving activity, by observing and focusing the study on the activity of future remote drivers and their needs in order to suggest potential interface solutions and adapted assistance systems . To this end, a model of human-machine cooperation and a model of the transfer process, defined by the interactions between the agents, have been proposed, along with initial suggestions for interfaces. These interfaces have been implemented and evaluated through two experimental campaigns aiming to test their usability and relevance in the context of the extracted drivers’ needs. Although there are still many barriers to be overcome, these experiments provide a perspective for future studies to contribute to the transformation of the train driving activity and that of technical systems centred around human factors. The aim is for the designers of these future driving systems to continue to integrate the presence and needs of human beings to create an effective and appropriate cooperative environment. Thus, if teleoperation proves to be a viable mode of recovery for autonomous trains, which is the current hypothesis, this study will serve as an initial source of information and recommendations to contribute to the design of a collaborative environment, laying down the fundamentals for remote recovery.
Dans le milieu ferroviaire, qui a été un des précurseurs des transports autonomes, notamment grâce au déploiement du métro automatisé, l'extension de l’automatisation à des grandes lignes ouvertes semble encore compliquée. Bien que les technologies et l’activité évoluent inévitablement en direction du « train autonome », l'expertise humaine est toujours nécessaire et le restera durant et après cette évolution. Pour compenser les limites actuelles d’exploitation de l’autonomie et faire face à diverses situations exceptionnelles, la téléconduite est considérée comme un possible moyen de reprise, permettant à un opérateur humain d’interagir avec le train et participer à l’activité sans être à bord de celui-ci. Dans ce contexte, la téléconduite est considérée comme un moyen d'assurer cette transition tout en gardant la possibilité de faire appel à une expertise humaine quand nécessaire. Naturellement, l'autorité et la responsabilité de l’humain diffèrent considérablement entre la conduite manuelle en téléopération et la conduite autonome, celle-ci étant très réduite ou nulle dans le dernier cas. L'étude se concentre sur la phase spécifique du transfert d'autorité entre le train autonome et un conducteur à distance depuis un poste de téléconduite. Plus précisément, la thèse s’intéresse aux besoins de l’opérateur humain lors de transferts alors que celui-ci est privé de la plupart des informations primordiales pour la conduite par rapport à une activité en cabine. Cette perte d’information est accentuée lors la prise en main d’un processus déjà en cours, pour lequel le téléconducteur ignore potentiellement l’essentiel du contexte du processus et de la mission avant d’y être assigné, en raison de la distance entre qui les sépare.L’objectif général de la thèse est donc de comprendre cette phase de transfert d’autorité qui caractérise la reprise de la conduite, que ce soit par le téléconducteur ou par le système technique, en observant et centrant l’étude sur l’activité du futur téléconducteur et de ses besoins pour proposer de potentielles solutions d’interfaces et de systèmes d’aide adaptés. Pour cela, un modèle de coopération humain-machine et un modèle du processus de transfert définit par les interactions entre les agents sont proposés et des premières suggestions d’interfaces. Elles ont été développées et évaluées à travers deux campagnes expérimentales qui visent à tester leur utilisabilité et pertinence, tout en recueillant des avis d’experts de la conduite de train autour des thèmes du sujet de thèse et de l’évolution potentielle du métier de conducteur de train pour la téléconduite. Bien que de nombreuses barrières restent encore à franchir, ces expérimentations visent à offrir des perspectives d’étude pour renforcer une évolution de ces métiers et systèmes techniques autour de l’humain. L’objectif est que les concepteurs de ces futurs systèmes de conduite continuent d’intégrer la présence et les besoins de l’humain pour créer un environnement coopératif efficace et adapté. Ainsi, si la téléconduite s’avère être un mode de reprise, même dégradé, viable du train autonome, ce qui est l’hypothèse actuelle, cette étude servira de première source d’information et de recommandations pour contribuer à la conception d’un tel environnement collaboratif en posant les fondamentaux autour de cette problématique de reprise à distance.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04891513 , version 1 (16-01-2025)

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  • HAL Id : tel-04891513 , version 1

Citer

Quentin Gadmer. Human-Machine Cooperation for the deployment of automated trains : Driver assistance in a remote authority transfer situation. Human-Computer Interaction [cs.HC]. Université Polytechnique Hauts-de-France, 2024. English. ⟨NNT : 2024UPHF0030⟩. ⟨tel-04891513⟩
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