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DOI: https://doi.org/10.7451/CBE.2025.67.2.1
Description: Autonomous agricultural machines improve farming efficiency but still require human oversight for safety and performance, especially when field conditions demand operator intervention. Human-machine interfaces (HMIs) must support situation awareness (SA), particularly comprehension (Level 2 SA) and projection (Level 3 SA) of system status. Unimodal warnings—visual, auditory, or tactile—typically relay critical information, though their effectiveness varies by modality, user interpretation, and environment. This study examines how unimodal warnings influence SA in remote supervision of an autonomous agricultural sprayer. Two experiments evaluated visual, auditory, and tactile cues on response accuracy, urgency perception, and response time under field-like conditions. We also collected subjective ratings of user preference. Results showed visual warnings were most effective, with the highest comprehension accuracy, urgency projection, shortest response times, and strongest user preference (84%). Auditory cues had moderate performance, and tactile cues were least effective. These findings support existing SA theory, emphasizing that warning modality should match task demands. This research informs the design of user-centred HMIs in agricultural automation and demonstrates how aligning modality with SA levels can enhance operator performance, particularly in time-critical supervision scenarios.

Keywords: Unimodal warning cues; comprehension; projection; human-machine interaction; autonomous agricultural systems.
Résumé: L'utilisation de machines agricoles autonomes améliore l'efficacité des exploitations agricoles, mais nécessite toujours une supervision humaine pour garantir la sécurité et la performance, notamment en raison des conditions de terrain qui exigent une intervention de l’opérateur. Les interfaces homme-machine (IHM) doivent soutenir la conscience de la situation (CS), en particulier la compréhension (CS de niveau 2) et la projection (CS de niveau 3) de l’état du système. Des avertissements unimodaux — visuels, auditifs ou tactiles — sont généralement utilisés pour transmettre des informations critiques, bien que leur efficacité varie selon la modalité sensorielle, l’interprétation de l’utilisateur et l’environnement. Cette étude examine l’impact des avertissements unimodaux sur la CS lors de la supervision à distance d’un pulvérisateur agricole autonome. Deux expériences ont évalué les signaux visuels, auditifs et tactiles en termes de précision des réponses, de perception de l’urgence et de temps de réaction dans des conditions proches du terrain. Les préférences subjectives des utilisateurs ont également été recueillies. Les résultats montrent que les avertissements visuels sont les plus efficaces, avec la meilleure précision de compréhension, la meilleure projection de l’urgence, les temps de réaction les plus courts et la plus forte préférence des utilisateurs (84 %). Les signaux auditifs sont moyennement efficaces, et les signaux tactiles sont les moins performants. Ces résultats confirment la théorie CS existante, soulignant l’importance d’aligner la modalité d’avertissement avec les exigences de la tâche. Cette recherche contribue à la conception d’IHM centrée sur l’utilisateur en automatisation agricole et montre comment l’adaptation des modalités aux niveaux de CS peut améliorer la performance des opérateurs, notamment en contexte de supervision critique.
Mots-clés: Signaux d’alerte unimodaux; compréhension; projection; interaction homme-machine; systèmes agricoles autonomes.
Citation: Ezeagba, A.C., C.M. Glazebrook and D.D. Mann. 2025. Modality-specific support for comprehension and projection of system status during remote supervision of autonomous agricultural machines. Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada 67: 2.1-2.12. https://doi.org/10.7451/CBE.2025.67.2.1
Volume: 67
Issue: 1
Pages 2.1 - 2.12
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: September 2, 2026
Technical field: Machinery Systems Engineering
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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