Havacılıkta HITL, HOTL ve HOOTL Kavramları

Havacılıkta HITL, HOTL ve HOOTL Kavramları 

ATM ve ATC operasyonlarında "döngü" (loop) metaforu, köklerini klasik kontrol teorisi ve sibernetikten almaktadır. Dinamik ve belirsizliklerle dolu bir sistemin güvenli bir spektrumda tutulabilmesi; çevresel verilerin algılanması, mevcut durumun hedeflenen durumla karşılaştırılması, operasyonel sapmaları düzeltecek kararların alınması ve uygulanan eylemin sonuçlarının geri bildirim (feedback) kanallarıyla yeniden izlenmesini içeren kapalı devre bir kontrol döngüsünü (closed-loop control) temel alır. Bu döngüde kontrolü elinde tutan aktör literatürde "düzenleyici" (regulator) olarak tanımlanır. Sibernetik biliminin kurucularından W. Ross Ashby’nin "Gerekli Çeşitlilik Yasası"na (Law of Requisite Variety) göre, bir sistemin kararlılığını koruyabilmesi için düzenleyicinin sahip olduğu tepki çeşitliliğinin, sistemin maruz kaldığı çevresel bozulma çeşitliliğinden az olmaması gerekir. Teknik olarak düzenleyici bir kurum ya da kuruluş olabilirken, kokpitte bir pilot, radar ekranı başındaki bir ATCO gibi operasyonel bağlamda front-line çalışan personeller de düzenleyici rolünü üstlenebilir.

Hava Trafik Yönetimi (Air Traffic Management - ATM) ve onun taktiksel uygulama kolu olan Hava Trafik Kontrolü (Air Traffic Control - ATC), emniyet kritik bir alan olmanın yanı sıra tipik sosyo-teknik sistemlere de örnek teşkil etmektedir. Küresel hava trafiği hacmindeki yükseliş ve hava sahası kullanıcı sayısındaki üssel artış, konvansiyonel ATM mimarisini ileri düzey otomasyon ve yapay zeka (AI) destekli otonom sistemlere doğru zorunlu bir paradigma değişimine uğratmaktadır. Bu teknolojik dönüşümün merkezinde, insan operatörün karar alma ve kontrol mekanizmalarındaki konumunu tanımlayan üç temel sibernetik kavram yer almaktadır: Döngü İçinde İnsan (Human-in-the-Loop - HITL/HIL), Döngü Üzerinde İnsan (Human-on-the-Loop - HOTL/HOL) ve Döngü Dışında İnsan (Human-out-of-the-Loop - HOOTL/OOTL).

Havacılık insan faktörleri ve sistem mühendisliği literatürü açısından ele alındığında bu üç kavram, sadece birer operasyonel tercih değil; aynı zamanda durumsal farkındalık (Situation Awareness - SA), zihinsel iş yükü (mental workload), otomasyon rehaveti (complacency), beceri körelmesi (skill degradation) ve hatta hukuki sorumluluk sınırlarını belirleyen kritik parametreler olarak da ele alınabilir. Özellikle "döngü dışında kalma" (Out-of-the-Loop) kavramı, literatürde iki farklı düzlemde irdelenir:

i) Sistemin insan müdahalesi olmaksızın tam otonom çalışacak şekilde tasarlandığı mimari mod (HOOTL)

ii) Döngü içinde veya üzerinde bulunması gereken insan operatörün, yüksek otomasyonun yan etkileri sonucunda sistemin güncel durumuna dair zihinsel resmini (mental picture) kaybettiği ve acil durumlarda kontrolü devralamadığı senaryo (Out-of-the-Loop Performance Problem - OOTLP) olmak üzere.

Üç Temel Kavram: Kontrolör Döngünün Neresinde?

Kontrol döngüsü (Control Loop); bilginin algılanması, yorumlanması, karar verilmesi ve eyleme dökülerek geri bildirim alınması sürecidir. ATM sistemlerinde kontrolörün bu döngüdeki yeri üçe ayrılır:

Kavram	Kontrolörün Rolü	ATM / ATC Karşılığı	Temel Risk Faktörü
In-the-Loop (Döngünün İçinde)	Aktif uygulayıcı ve karar verici	Taktiksel kontrol. Tipik vektör verme, hız/irtifa tahsisi, aktif çatışma çözümü vs.	Yoğun trafik sekanslarında bilişsel darboğazlardan ötürü aşırı iş yükü.
On-the-Loop (Döngünün Üzerinde)	Gözetleyici ve yönetici (Supervisor rolü)	İleri seviye otomasyon kullanımı.	Pasif izleme yorgunluğu, dikkat dağınıklığı ve düşük iş yükü.
Out-of-the-Loop (Döngünün Dışında)	Sistemden kopuk, pasif seyirci.	Otomasyona aşırı güven sonucu zihinsel resmin tamamen kaybolması.	Sistem çöktüğünde veya beklenmedik bir durumda “Startle Effect” (irkilme/donakalma) fenomeninin ortaya çıkışı ve yavaş reaksiyon.

In-the-Loop (Döngünün İçinde Olmak)

Tipik taktiksel olarak çalışan kontrolörün rolünü refere eder. Kontrolör burada aktiftir. Kararı kendisi üretir, talimatı verir ve monitör ederek döngüyü tamamlar. Zihinsel resim sürekli günceldir çünkü o resmi bizzat kontrolörün anlık olarak yenilemektedir.

Bu aşamada sistemler (örneğin STCA - Short Term Conflict Alert veya MSAW - Minimum Safe Altitude Warning) yalnızca ham veriyi işleyerek uyarı üretir; ancak çatışmanın (conflict) tespiti, çözümü ve uygulanması tamamen insan operatörün bilişsel kapasitesine dayanır.

On-the-Loop (Döngünün Üzerinde Olmak)

Sheridan’ın (1992) “Supervisory Control” (Gözetimsel Kontrol) olarak tanımladığı bu aşamada kontrolör artık “işi yapan” değil, “işi yapan sistemi denetleyen” konumundadır. Modern ATM mimarisinin çıkış noktasını On-the-Loop kavrayışı belirler.

Kontrolör burada taktiksel talimatlar yağdırmak yerine sistemin ürettiği çözümleri izler, parametreleri ayarlar ve sadece bir anormallik olduğunda müdahale eder. Teknik olarak bilişsel darboğazlara sahip olan insan operatörlerden, otomasyon sayesinde tekrarlayan ve rutin görevleri devralmak operatörün iş yükünü dengeleyen bir mekanizma olarak görülür. Ancak insan beyni saatlerce bir ekranı pasif olarak izlemek (monitoring) için evrimleşmediğinden ötürü monotonluk ve rehavetle birleşen senaryolar bilişsel tuzaklar hazırlayabilir.

Out-of-the-Loop (Döngünün Dışına Düşmek – OOTL)

Operatörün On-the-Loop (izleyici) konumunda uzun süre kalması sonucunda durumsal farkındalığını (Situational Awareness) kaybetmesi fenomenidir. Otomasyona aşırı güven fikriyle birleştiğinde daha önce "Otomasyon ve Yapay Zeka İronileri: Bainbridge Paradoksu" yazısında da sözünü ettiğimiz yapısal problemler ortaya çıkabilir. Otomasyon ne kadar gelişirse, onu yöneten insanın katkısı o kadar kritik hale gelir; ancak otomasyon geliştiği için insanın o kritik katkıyı yapacak pratiği ve manuel becerisi körelir. Ansızın otomasyon çöktüğünde veya sistem sınırlarına ulaştığında ise manuel kontrolü devralabilmek çok daha zorlu ve riskli hale gelir.

Kontrolörlerin döngü içinde kalabilmeleri için neler yapılmalı?

- Kusursuz Otomasyon Yerine "İnsan Merkezli" Otomasyon: Sistemler kontrolörü pasifize edecek şekilde değil, onunla etkileşime girecek şekilde (Joint Cognitive Systems) tasarlanmalıdır. Otomasyon her şeyi arka planda sessizce ve "kara kutu" (black-box) mantığıyla çözmek yerine, EASA’nın "Açıklanabilir Yapay Zeka" (Explainable AI - XAI) ilkelerine uygun olarak neden o kararı aldığını şeffaf biçimde göstermeli ve kontrolörün becerilerinin körelmesine izin vermeden işlevsel bir takım arkadaşı (teammate) olarak çalışmalıdır.

- Bilişsel Antrenman ve Aktif Tarama (Active Scanning): Trafik azaldığında veya otomasyon görevleri devraldığında, kontrolör zihinsel resminden uzak kalmamak için "What-if" (Ya şöyle olursa?) senaryoları üretmelidir. "Şu an A uçağı acil alçalma istese B uçağını nereye çeviririm?" sorusunu zihinde sormak, alternatifleri proaktif bir şekilde değerlendirmek, Out-of-the-Loop fenomenin ortaya çıkışını engelleyebilir.

- Kademeli Geçiş (Graceful Degradation): Bir ATM sistemi arızalandığında veya sınırlarına ulaştığında, sistem direkt olarak manuel kontrol modunda kontrolörün taktiksel rolüne geçmemelidir. Kontrolörün zihinsel resmi yeniden kurabilmesi için zamana ve özetlenmiş durumsal veriye ihtiyacı vardır.

- OOTL Senaryoları Erken Tespit Edilmeli: Otomatik sistemler yalnızca insan tarafından izlenmemeli, aynı zamanda insanı da izlemelidir. Kontrolörün bilişsel durumunu ve döngü dışına (OOTL) kayıp kaymadığını tespit etmek için elektroensefalografi (EEG), kalp atış hızı değişkenliği gibi nörofizyolojik ölçümleri ve gerçek zamanlı göz takibi (eye-tracking) teknolojilerini kullanılmaktadır. Örneğin göz bebeği çapındaki değişimler ve sabit bakış (gaze fixation) süreleri kontrolörün zihinsel olarak döngüden koptuğunu gösterdiğinde, uyarlanabilir otomasyon (Adaptive Automation) devreye girerek görev paylaşımını dinamik olarak değiştirebilir ve operatörü tekrar döngü içine çekebilir.

- Dikkat Mekanizmasının Yönetimi: İnsan faktörleri bağlamında kontrolör dikkat mekanizmasının etkin yönetimi, Christopher Wickens'in Çoklu Kaynak Teorisine (Multiple Resource Theory - MRT) göre ele alındığında, uyaran sistemlerin farklı modaliteleri (görsel, işitsel, dokunsal) destekleyecek şekilde tasarlanmaları faydalı olabilir. Bu konuda daha detaylı bilgi için “ATC Özelinde Kullanılan Otomatik Uyarı Sistemleri ve Çalışma Mantığı” başlıklı yazıya göz atabilirsiniz.

Kaynaklar:

- Hindsight 36, Published in December 2024, HindSight 36 focused on the theme of People In Control: Staying In The Loop

-Bainbridge, L. (1983). Ironies of Automation. Automatica, 19(6), 775-779.

-Sheridan, T. B. (1992). Telerobotics, Automation, and Human Supervisory Control. Cambridge, MA: MIT Press.

-Hollnagel, E., & Woods, D. D. (2005). Joint Cognitive Systems: Foundations of Cognitive Systems Engineering. Boca Raton, FL: CRC Press.

-Wickens, C. D. (2008). Multiple Resources and Mental Workload. Human Factors, 50(3), 449-455. (alert-passed)