The use of semi-autonomous Unmanned Aerial Vehicles (UAVs or drones) to support emergency response scenarios, such as fire surveillance and search-and-rescue, has the potential for huge societal benefits. Onboard sensors and artificial intelligence (AI) allow these UAVs to operate autonomously in the environment. However, human intelligence and domain expertise are crucial in planning and guiding UAVs to accomplish the mission. Therefore, humans and multiple UAVs need to collaborate as a team to conduct a time-critical mission successfully. We propose a meta-model to describe interactions among the human operators and the autonomous swarm of UAVs. The meta-model also provides a language to describe the roles of UAVs and humans and the autonomous decisions. We complement the meta-model with a template of requirements elicitation questions to derive models for specific missions. We also identify common scenarios where humans should collaborate with UAVs to augment the autonomy of the UAVs. We introduce the meta-model and the requirements elicitation process with examples drawn from a search-and-rescue mission in which multiple UAVs collaborate with humans to respond to the emergency. We then apply it to a second scenario in which UAVs support first responders in fighting a structural fire. Our results show that the meta-model and the template of questions support the modeling of the human-on-the-loop human interactions for these complex missions, suggesting that it is a useful tool for modeling the human-on-the-loop interactions for multi-UAVs missions.

中文翻译：

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人在环多无人机任务的模型驱动需求

使用半自主无人机（UAV 或无人机）支持紧急响应场景，例如火灾监视和搜救，具有巨大的社会效益潜力。机载传感器和人工智能 (AI) 使这些无人机能够在环境中自主运行。然而，人类智能和领域专业知识对于规划和指导无人机完成任务至关重要。因此，人类和多架无人机需要作为一个团队协作才能成功执行时间紧迫的任务。我们提出了一个元模型来描述人类操作员和无人机自主群之间的交互。元模型还提供了一种语言来描述无人机和人类的角色以及自主决策。我们用需求引出问题的模板补充元模型，以推导出特定任务的模型。我们还确定了人类应该与无人机合作以增强无人机自主性的常见场景。我们通过从搜索和救援任务中提取的示例介绍了元模型和需求获取过程，在该任务中，多架无人机与人类协作以应对紧急情况。然后，我们将其应用于第二种场景，在这种场景中，无人机支持急救人员扑灭结构性火灾。我们的结果表明，元模型和问题模板支持对这些复杂任务的人机交互建模，这表明它是对人机交互建模的有用工具用于多无人机任务。我们还确定了人类应该与无人机合作以增强无人机自主性的常见场景。我们通过从搜索和救援任务中提取的示例来介绍元模型和需求获取过程，在该任务中，多架无人机与人类协作以应对紧急情况。然后，我们将其应用于第二种场景，在这种场景中，无人机支持急救人员扑灭结构性火灾。我们的结果表明，元模型和问题模板支持对这些复杂任务的人机交互建模，这表明它是对人机交互建模的有用工具用于多无人机任务。我们还确定了人类应该与无人机合作以增强无人机自主性的常见场景。我们通过从搜索和救援任务中提取的示例来介绍元模型和需求获取过程，在该任务中，多架无人机与人类协作以应对紧急情况。然后，我们将其应用于第二种场景，在这种场景中，无人机支持急救人员扑灭结构性火灾。我们的结果表明，元模型和问题模板支持对这些复杂任务的人机交互建模，这表明它是对人机交互建模的有用工具用于多无人机任务。我们通过从搜索和救援任务中提取的示例来介绍元模型和需求获取过程，在该任务中，多架无人机与人类协作以应对紧急情况。然后，我们将其应用于第二种场景，在这种场景中，无人机支持急救人员扑灭结构性火灾。我们的结果表明，元模型和问题模板支持对这些复杂任务的人机交互建模，这表明它是对人机交互建模的有用工具用于多无人机任务。我们通过从搜索和救援任务中提取的示例来介绍元模型和需求获取过程，在该任务中，多架无人机与人类协作以应对紧急情况。然后，我们将其应用于第二种场景，在这种场景中，无人机支持急救人员扑灭结构性火灾。我们的结果表明，元模型和问题模板支持对这些复杂任务的人机交互建模，这表明它是对人机交互建模的有用工具用于多无人机任务。