Engineer-Computer Interaction for Structural Monitoring

An increased availability of information technology (IT) is currently influencing decisions to monitor structures more frequently. IT is invariably used to interpret structural behaviour from monitoring data. However, engineers remain frustrated with IT results. Engineers work with incomplete knowledge, problem specific characteristics, and context dependency. Although such conditions require interactivity and multiple solutions, most structural monitoring software provides automatic data-analysis with one interpretation.

The aim of this thesis is to determine appropriate computer support for engineers to consider multiple-interpretations so that they can converge upon better explanations of current structural behaviour. This is done through the presentation of an interactive space of solutions to which engineers can add contextual information and delete irrelevant knowledge as necessary. In order to do this successfully, compatible human-computer interaction (HCI) for engineers is needed with suitable visualisations of data and behavioural interpretations.

The main contribution of this thesis is Engineer-Computer Interaction (ECI) which is a new sub-domain of HCI specifically tailored to engineers. ECI provides a generic blueprint which i) uses an information classification schema, ii) integrates standard engineer characteristics and working procedures into the software, and iii) provides a modular approach to task decomposition; for the development of software.

A software toolkit for structural monitoring – Structural Monitoring Tool Kit (SMTK) – has been developed according to the ECI blueprint in order to illustrate ECI utility. SMTK was empirically evaluated through standard HCI techniques to illustrate its compatibility with engineers when performing structural monitoring data interpretation.

Results show that engineers prefer software which has been developed following ECI than existing software because ECI software is tailored to their needs. A second prototype is suggested for in-service prediction to illustrate ECI generality. Finally, areas for future work have been highlighted. In conclusion, ECI is useful for the design and development of software for structural monitoring and has the potential to be applied to other engineering tasks. The ECI extensible foundation leads to revealing comparison between structural monitoring and other tasks such as analysis.

[Resumé]

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Engineer-Computer Interaction for Structural Monitoring

L’accroissement important du nombre d’outils informatiques disponibles influence actuellement les décisions concernant les auscultations des ouvrages. Invariablement, l’informatique est utilisée pour interpréter les données qui proviennent de la surveillance d’une structure, dans le but d’èxpliquer son comportement. Cependant, les ingénieurs en génie civil restent souvent frustrés par les résultats des outils informatiques traditionnels. En effet, les ingénieurs disposent en général d’une connaissance incomplète du problème, de caractéristiques qui sont spécifiques au problème et dépendent du contexte de la situation. Ces conditions rendent indispensable l’utilisation de traitements interactifs proposant des solutions multiples. Néanmoins, la plupart des logiciels pour l’interprétation de données de surveillance fournissent un analyse des données automatique aboutissant à une seule interprétation. L’objectif de cette thèse est d’apporter une aide informatique appropriée aux ingénieurs pendant la phase d’analyse d’interprétations multiples permettant de converger vers de meilleures explications du comportement effectif des structures. L’approche proposée ici est la présentation d’un espace interactif des solutions que les ingénieurs peuvent modifier par l’ajout d’informations contextuelles o`u la suppression de connaissances inadéquates. Cette approche nécessite une interaction homme-machine qui soit compatible avec les spécificités des ingénieurs, et qui offre des fonctionnalités de visualisation et des interprétations multiples. La contribution majeure de cette thèse est l’introduction de la notion d’interaction ingénieurmachine – Engineer Computer Interaction (ECI) – qui est un nouveau sous-domaine de l’interaction homme-machine con¸cu spécifiquement pour des ingénieurs. ECI fournit un modèle générique qui i) utilise une classification des différentes informations et des différents tâches, ii) intègre des caractéristiques standard des ingénieurs et de leurs procédures de travail, iii) fournit une approche modulaire pour la décomposition des tâches et pour le développement du logiciel. Pour illustrer l’utilité de la méthodologie ECI, une boˆ?te à outils – Structural Monitoring ToolKit (SMTK) – a été devéloppée pour l’interprétation des données provenant de la surveillance des structures. Cette boˆ?te à outils a été évaluée empiriquement en utilisant des techniques standard de l’interaction homme-machine afin de valider la compatibilité de ECI aux ingénieurs. Les résultats montrent que la plupart des ingénieurs préfèrent l’approche de ECI aux possibilités d’interaction offertes par les logiciels existants parce que ECI est spécifiquement con¸cue pour être adaptée à leurs besoins et à leurs exigences. Un deuxième prototype est présenté pour la prévoyance in-situ, ce qui met en évidence la nature générique de ECI. Finalement, des perspectives d’application de ECI à d’autres domaines sont envisagées. En conclusion, la notion spécifique de ECI est utile à la conception et au devéloppement de logiciels pour l’interprétation des données provenant de l’ascultation des ouvrages. La méthodologie ECI peut également être appliquée aux autres tâches du génie civil. Egalement, ECI permet une comparaison pertinente entre la maintenance des structures et d’autres tâches telles que l’analyse des structures.

Abstract

Full PhD, 2000

Semiotics: It’s a sign!

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A structural engineer once told me that he would always win pictionary if he was teamed with another engineer. Structural engineers have a symbolic language of their own and use it, normally in the workplace, to communicate more accurately. To the onlooker it is all triangles, little circles and arrows. But to the trained eye they represent bridge spans with fixed supports under uniform loads. Similarly, electrical engineers use seemingly incomprehensible symbols to describe apparatus layout. Continue reading “Semiotics: It’s a sign!”

Function-behaviour-structure for website design

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So, you have decided to create your own website. You have read all the latest articles, bought a domain name, and now you are staring at your holding page wondering what your website is for and what you should put on it.

Never fear, function-behaviour-structure (FBS) theory can help. FBS is a popular artificial intelligence design theory and like all good fairy godmothers, it will answer your three questions:

  1. Function: What is the purpose of your website?
  2. Behaviour: What will your website do?
  3. Structure: What structure will your website take? Continue reading “Function-behaviour-structure for website design”

Digital Web: Anyone for a game of cards?

Card sorts are an easy way to see if the current architecture of a website is working. They encourage users to volunteer all sorts of information that wouldn’t necessary come out in a standard one-on-one interviewing session. Card sorts can also be used to illustrate to stakeholders how their opinions, terminology, and politics impact site usability.

The full article was published Digital Web Magazine, which no longer exists. So find it here, on this site and an accompanying card sort analysis using a spreadsheet at http://www.ruthstalkerfirth.com/card-sort-analysis-using-a-spreadsheet