Dissertationsprojekte im Überblick

Auf dieser Seite erhalten Sie einen Überblick über die Dissertationsprojekte des Graduiertenkollegs KRITIS.

Dissertationsprojekte der Ersten Kohorte

The operational quality of railway systems during a disruption can be achieved through the implementation of pre-structured or predefined programs. The implementation of these predetermined action plans, namely „Disruption Programs“ (DRPs), establish previously tested measures for handling diverse situations in an attempt to manage and overcome the hindered capacity of the network’s disrupted segments. This research focuses on increasing the overall preparedness of regional railway networks through the development of two logical procedures to be embedded within the DRPs of German commuter rail lines (“S-Bahn”). Initially, it puts forward an algorithm that allows the DRPs to assess the actual operating conditions (i.e. residual capacity) of existing public transport means throughout the most populated German cities, as a result, enabling a sound intermodal exchange of passengers during a disruption. Then, it proposes a second algorithm that would secure the efficient operational management of rail based vehicles in the interlude between the moment a network disruption takes place and the specific disruption program reaches a stable operation (during the “chaotic phase”).

Unter der Berücksichtigung des Notfallsektors als kritische Infrastruktur und unter Bezugnahme auf die Konzepte der Preparedness & Prevention sowie der Kritikalität wird im Rahmen der Dissertation untersucht, inwieweit Software-Anwendungen zur Unterstützung der Übung im Bevölkerungsschutz eingesetzt werden können. Hierbei wird ein netzwerktheoretischer Ansatz verfolgt und der Versuch unternommen, Szenario-basierte Übungen als dynamische Netzwerke verschiedener Arten von Beziehungen zu modellieren und zu untersuchen. Die Arbeit geht dabei auch auf die besondere Doppelrolle des Notfallsektors im System der Infrastrukturen ein und thematisiert die Bedeutung der Übung für den Sektor.

Das Ziel der Arbeit ist die Untersuchung des Potenzials der sozialen Netzwerkanalyse für die Planung und Auswertung von Übungen und eine Betrachtung der sich daraus ergebenden Anforderungen für Softwaresysteme und die Organisationen in der Praxis. Dafür wird in der Arbeit ein Konzept für eine netzwerkbasierte Unterstützungssoftware entworfen, implementiert und in verschiedenen Katastrophenschutzübungen getestet.

In unserem modernen Alltag sind ‚Infrastrukturen‘ allgegenwärtig, aber was ist diese ominöse ‚Infrastruktur‘ eigentlich? Gerade im Arbeitsgebiet der Mediävistik ist bisher noch nicht abschließend geklärt, ob dieser Begriff für den Zeitraum des Mittelalters überhaupt anwendbar ist und ob es eine ‚mittelalterliche Infrastrukturgeschichte‘ als eigenständige Forschungsrichtung geben kann. Daher versucht dieses Dissertationsprojekt diesen Fragen nachzugehen und unter der Voraussetzung eines dynamischen Kritikalitätsverständnisses einen theoretischen Unterbau zu einer möglichen ISG des Mittelalters zu entwerfen. Anschließend soll das Rhein-Main-Flusssystem als ein Netzwerk präsentiert werden, welches durch ‚Knoten‘ im Netz (Städte) charakterisiert wird. Durch das Werkzeug der ‚Kritikalitätszumessung‘ sollen die spezifischen Schnittstellen innerhalb der Knoten ermittelt und in ihrer Bedeutung erfasst werden.

Im Stromsektor ergibt sich aufgrund der Energiewende eine Vielzahl an neuen soziotechnischen Herausforderungen. Auf technologischer Seite muss Strom aus oft dezentralen und volatilen erneuerbaren Energieträgern in das bestehende System integriert werden. Diesen Herausforderungen wird durch den verstärkten Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) begegnet (z.B. in Smart Grids), wobei allerdings zusätzliche Interdependenzen zwischen den kritischen Infrastrukturen Energie und IKT entstehen. Neben technologischen ergeben sich auch gesellschaftliche Veränderungen, da sich bspw. die Rolle von Akteuren wandelt (so werden Nutzer zu Prosumern). Als Knotenpunkt von Infrastruktursystemen zeigen sich in Städten die genannten Veränderungen und Interdependenzen besonders prominent. Innerhalb des Dissertationsprojektes wird daher untersucht, inwiefern sich Vulnerabilität und Resilienz von Städten und urbanen Verteilnetzen im Zuge der Energiewende und der damit einhergehenden soziotechnischen Entwicklungen verändern.

In der Dissertation soll die diskursive und materielle Konstruktion des medizinischen und technischen Rettungswesens in Deutschland und den USA zwischen 1860 und 1990 untersucht werden. Die Arbeit beleuchtet den Themenkomplex aus drei Perspektiven. Aus Sicht einer Kultur- und Sozialgeschichte der Technik und Medizin ist es Ziel des Autors, die Einschreibung von Machtstrukturen in die Infrastruktur des Rettungswesens aufzuarbeiten. Es soll ebenfalls gefragt werden, wann und inwiefern der Mensch den erstarkenden Rettungsdiensten eine hohe Kritikalität zumaß. Durch Anwendung von race, class and gender als historische Analysekategorien können Fragen zur Ex- und Inklusion im Bereich des Rettungswesens beantwortet werden und als mögliche Anschlusspunkte für zukünftige Experten auf diesem Gebiet wirken. Eine transnationale und vergleichende Herangehensweise soll ermöglichen Unterschiede, Ähnlichkeiten und Verflechtungen der deutschen und us-amerikanischen Geschichte des Rettungswesens aufzudecken. Ein Großteil der Arbeit wird sich der Methoden der Diskursgeschichte bedienen. Letztlich wird im Hinblick auf Forschungen zu Kritischen Infrastrukturen und zum Katastrophenmanagement die Frage aufgeworfen, inwiefern das Rettungswesen als Infrastruktur zweiter Ordnung abhängig von kritischen Infrastrukturen ist. Daran anschließend werden historische Konzepte von Prevention und Preparedness untersucht.

Der Schutz und die Resilienz kritischer Infrastrukturen sind nach wie vor häufig sektoral geprägt und abstrakt gehalten. Zudem vernachlässigen sie häufig die städtische Ebene. Unter dem Label von ‚urbaner Resilienz‘ setzen sich Städte jedoch häufig sehr aktiv mit der Restrukturierung ihrer Infrastruktursysteme auseinander. Das Forschungsvorhaben analysiert zwei Städte (Christchurch in Neuseeland und Rotterdam in den Niederlanden) in ihren Bestrebungen um Rückschlüsse auf Chancen und Risiken urbaner Politikgestaltung und -implementierung zum Schutz kritischer Infrastrukturen zu schließen.

Moderne Gesellschaften sind im hohem Maße abhängig von einer funktionierenden Versorgung mit Strom. Ein breitflächiger, langandauernder Stromausfall hätte schwerwiegende Folgen für die Bevölkerung. Die Energieversorgung wird daher als Kritische Infrastruktur eingestuft. Wird die Stromversorgung unterbrochen, hat dies in kurzer Zeit schwere Auswirkungen auf andere Kritische Infrastrukturen, wie z.B. auf das Telekommunikationssystem, das Verkehrsnetz oder die Wasserversorgung. Die Abhängigkeit des modernen Lebens von Strom ist in den letzten Jahrzehnten durch eine fortschreitende Technologisierung der modernen Lebenswelt noch weiter gestiegen, gleichzeitig erscheinen die internen und externen Gefahren, die ihr Funktionieren bedrohen könnten, vielfältig. Zu diesen gehören nicht zu Letzt die gestiegene Wahrscheinlichkeit für Extremwetterereignisse im Zuge des Klimawandels. Städte sind Knotenpunkte infrastruktureller Vernetzung. Ein Ausfall trifft sie besonders stark. Neben dieser hohen Vulnerabilität könnte in Städten aber auch einer der wichtigsten Ansatzpunkte für einen besseren Schutz und eine erhöhte Resilienz der Stromversorgung liegen. In der vergleichsweisen kleinen politischen Einheit könnte das Aushandeln von Lösungen zwischen den verschiedenen Stakeholdern unter Berücksichtigung lokaler Besonderheiten leichter gelingen als auf höherer Ebene. Im deutschen System des Katastrophenschutzes sind in kreisfreien Städten und Landkreisen die unteren Katastrophenschutzbehörden in der Regel bei den Feuerwehren angesiedelt. Diese leisten wichtige Arbeit im Bereich des vorsorgenden und abwehrenden Katastrophenschutzes. Ihre Rolle beim Schutz Kritische Infrastrukturen, wie sie die Stromversorgung darstellt, wurde dabei noch nie systematisch untersucht. Im Forschungsprojekt soll daher für (kreisfreie) Großstädte in Deutschland erhoben werden, welche Maßnahmen zur Vorbereitung auf einen Stromausfall auf Ebene der unteren Katastrophenschutzbehörde ergriffen werden. Kommunale Handlungsmöglichkeiten können so systematisch zusammengestellt und förderliche Rahmenbedingungen für ein hohes Aktivitätslevel im Politikfeld identifiziert werden. Als Einflussfaktoren werden unter anderem die Einbindung in Städtenetzwerken oder Forschungsprojekten, die Erfahrung der Stadt mit Störfällen und die Existenz politischer Entrepreneure berücksichtigt.

The availability of safe, clean drinking water in a developing country like India is limited. Metropolitan cities like Pune and their hinterlands are solely dependent on the state provided networked water supply system. Population growth, urban sprawl and rapid increase in city boundaries exert tremendous pressure on the networked water supply system to meet the water requirement of the entire population. Not only is the current water supply system inefficient with regards to water loss due to its leaking pipes, but also in terms of ensuring equity of water usage by different people. To avoid this phenomenon, many water experts propose of reviving back the traditional decentralized water management practices, the traces of which can still be found in the city. This research attempts to gain a deeper understanding of these traditional water management principles in terms of their planning, community practices of maintaining them, and practices of maintaining communal harmony in case of water supply failure.

The relation between human needs and desires on one hand, and the structures that give rise to both human possibilities and constraints to tackle these needs and desires on the other, is a rather intriguing one. This intriguing relation is particularly evident in the large scale provision of infrastructure services in urban spaces. Urban infrastructures represent structured constellations of people, material things, norms, regulations, and practices among others, that enable societies to tackle some of their basic and even more complex needs and desires in the long run. Because of this inherent connection to societal needs and desires, infrastructures seem to be inherently needful themselves – in the full ambiguity of the term. On the one hand, infrastructures are full of demands, technical requirements, and practical constraints, which means that these structures need constant maintenance to ensure their proper functionality. On the other hand, infrastructures are also rendered necessary by virtue of the essential services they provide to society.

Although urban infrastructures are exceptional examples of inherently needful structures, this particular form of needfulness seems to pervade all organizational forms of human sociality. My work takes a philosophical perspective on human action and technology to explore the close relationship between human needs and desires, the demands and requirements of the built world, and the forms of organization that hold both humans and the built world together. It does so by drawing on the philosophical works of Jean-Paul Sartre and his theoretical thoughts on practical ensembles.

In his later work Critique of Dialectical Reason, Sartre concerns himself with the situation of historical individuals and the claim that these individuals are both products and (re-)producers of their socio-culturally and materially structured situation. He combines considerations about goal-directed human action with thoughts about the way in which said action inscribes itself into the material world in the form of technological things and structures. Sartre claims that the thusly materialized action acts back on humans whenever they interact with technological things and structures. Based on his thoughts about the intricate relation between action and technology, Sartre concludes that history itself must be understood as a material process in which individuals form larger constellations with other humans but also with non-human things and structures in order to tackle their needs, desires, demands, and requirements. These constellations are what Sartre refers to as practical ensembles. Sartre makes some assumptions about the formation, reinforcement, transformation, persistence, and disruption of these practical ensembles.

By exploring Sartre‘s practical ensemble framework, my work provides insight into the underlying structures of societal constellations, as well as the possibilities and constraints that result from the relation between human action and technology. In applying the practical ensemble framework to urban mobility, my work uncovers various forms of structured interactions between humans, things, and built structures that all interplay in order to contribute to a larger form of organization.

Mein Promotionsvorhaben hat das Eisenbahn-, Straßen- und Telegraphenwesen sowie die Häfen als kritische Infrastrukturen der deutschen Schutzgebiete in Afrika im Zeitraum von 1880 bis 1920 zum Gegenstand. Im Zentrum der als interdisziplinäre Studie angelegten Untersuchung steht die Frage, ob das Ineinandergreifen und die damit einhergehenden Abhängigkeiten der genannten Infrastrukturen einerseits und die mangelnden Präventions- und Preparednessstrategien anderseits, nicht mit einer hohen Vulnerabilität des gesamten Verbundsystems von Infrastrukturen einhergingen. Es soll dabei aufgezeigt werden, dass Bau, Betrieb, Management, Verwaltung und Instandhaltung der kritischen Primärinfrastrukturen von Eisenbahnen, Straßen- und Telegraphennetze auf dem afrikanischen Kontinent die Entwicklung spezifische Lösungen und Praktiken erforderten. Diese konnten aber wiederum unter den diffizilen Bedingungen Afrikas selbst nicht funktionieren und bedürften einer Überarbeitung. Die dabei im Lauf der Zeit entwickelte Technik und das hierfür geschulte Personal stellte ihrerseits eine Sekundärinfrastruktur von hoher Kritikalität und Vulnerabilität dar.

Let’s say we want to see how the nuclear meltdown in Fukushima in 2011 and Chernobyl 1986 affected the political argumentation around nuclear energy and the following decisions. We might start by reading all political debates around the events, but that will only give us the immediate vicinity of the event and not the long term opinions and arguments and it is time and labour intensive. Extracting the arguments automatically seems to be a great idea, but there are no pretrained models for argument extraction on political texts available. This is where my PhD project starts. My goal is to take a machine learning model which has been trained to extract arguments from, say essays to let an exert user interactively improve this model so that it fits the experts purpose. Of course, I cannot assume the expert to have any knowledge about machine learning, hence I need to allow the human to teach in a way that humans find natural and machines can understand.

Infrastruktursysteme sind Bedrohungen ausgesetzt, die durch menschliches/technisches Versagen, kriminelle/terroristische Absichten oder durch natürliche Vorkommnisse erzeugt werden können. Unter den natürlichen Ereignissen sind vor allem Hochwasser interessant, da sie zwar zyklisch auftreten, und somit ein vermeintlich kalkulierbares Ereignis darstellen, jedoch zugleich durch sozio-technische Eingriffe beeinflusst werden. Die so aufkommenden Hochwasser können sich zu critical events entwickeln und dadurch zur (drohenden) Funktionskrise im Infrastruktursystem führen.

Als Untersuchungsraum eignet sich insbesondere die Stadt, da hier zum einen Verdichtung sozio-technischer Systeme zum anderen jedoch auch geographischer Knotenpunkt im Infrastrukturnetz gegeben sind, zeigen sich (drohende) Funktionskrisen und ihre Bedingungen sichtbarer. Um eine synchrone Untersuchung zu ermöglichen, wird angestrebt je eine Fallstadt aus Ost- und Westdeutschland mit ähnlichen Hochwasserereignissen zu betrachten. Die Studie erstreckt sich über das 20. Jahrhundert, da in diesem Zeitraum nicht nur die Ausweitung der Infrastruktur(netze) und die zunehmende Verschränkung der Sphären Mensch – Umwelt – Technik zu bemerken sind, sondern auch verschiedene politische und wirtschaftliche Systeme, wie auch gesellschaftliche und politische Konflikte vorzufinden sind. Für beide Städte werden über diese Zeitspanne hinweg folgende Fragen gestellt:

Welche Vorstellungen von Kritikalität in Bezug auf die Infrastruktursysteme äußerten sich?

Welche kurz- und mittelfristigen Maßnahmen wurden getroffen um die zeitgenössisch festgestellte Vulnerabilität der städtischen Infrastruktur zu verringern oder ihre angestrebte Resilienz zu erhöhen?

Welche Erinnerungs- und Lernprozesse sind das Jahrhundert hindurch zu erkennen?

Das Projekt behandelt die infrastrukturellen Anstrengungen der „Tempelgesellschaft“ aus dem damaligen Königreich Württemberg, welche ab 1868 nach Palästina übersiedelte und dort Kolonien gründete. Die Templer entstammten der pietistischen Bewegung und kamen im Zuge der Abspaltung von der Landeskirche zur Überzeugung, das „Heilige Land“ für die Rückkehr Christi wieder kultivieren und vorbereiten zu müssen. Im Zuge dieses Projektes legte die Religionsgemeinschaft dort Siedlungen an, verbesserte den Zugang zu den dortigen Pilgerstätten, richtete erfolgreich Fuhrgesellschaften ein und mischte sich stark in Infrastrukturprojekte im damaligen Palästina ein. Das dabei aufgebaute infrastrukturelle Netzwerk legte einen wichtigen Grundstein für die weitere Entwicklung Palästinas und Israels und wirkt bis in die heutige Zeit nach.

Die Arbeit konzentriert sich hierbei auf die beiden wichtigsten damaligen Knotenpunkte Jaffa und Haifa. Vor allem in Haifa trugen die Templer maßgeblich dazu bei, die vormals unbekannte Stadt zu einem wichtigen Verkehrsknotenpunkt im damaligen Palästina auszubauen. Auch die Anstrengungen der Templer, eine verlässliche Verkehrsverbindung von Jaffa nach Jerusalem zu etablieren werden durch das Projekt beleuchtet.

Es soll im Zuge der Arbeit zudem untersucht werden, wie diese „religiös motivierte Infrastruktur“ legitimiert wurde, unter welchen Bedingungen deren Konstruktion stattfand und ob wirtschaftliche Motive (Kutschendienste, Pensionen, etc.) die eventuell idealistischen Gründe für den Ausbau sukzessiv verdrängten. Hierfür soll auch unter dem Konzept der Kritikalität und Vulnerabilität der Stellenwert der Infrastrukturen im Heiligen Land für die Tempelgesellschaft beleuchtet werden.

Ebenso berücksichtigt werden die Verkehrsinfrastruktur begleitende Infrastrukturen, wie zum Beispiel die Etablierung von relevanten Gewerben (Wagnereien, Baugesellschaften, etc.), Handelsstrukturen (Holzhandel zum Bau der Fuhrwerke) und ähnliches.

Dissertationsprojekte der Zweiten Kohorte

Poster

Given the growth of online mass communication (e.g. social media) in modern society, we can observe public discourse about the functionality of critical infrastructures.

Especially the occurrence of outages or restricted uses of those infrastructures can be observed almost in real-time in this kind of data. With the recent advancements in natural language processing through the use of deep learning techniques, we can develop models to foster the understanding of human-generated text and analyze this data on a large-scale.

The focus of my PhD project is the development and application of computational models for the detection and analysis of public discourse. First, given the vast amount of available data, I want to explore how to aggregate this information into redundant-free and meaningful summaries. Further, I am interested in analyzing the temporal evolution of public discourse on critical infrastructures.

Mit ihrer Lage zwischen dem Hinterland und der Küste entwickelt sich São Paulo in der Mitte des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts zum Wirtschaftszentrum Brasiliens. Die Expansion der Stadt ist eng mit der Industrialisierung des Landes verbunden. Durch die bereits existierende Handelskultur mit Fleisch, zeigte sich die Stadt als Knoten- und Handelspunkt für die Ausbreitung der nordamerikanischen Meat-Packer Industrien. Mit der importierten Technologie von Kühlsystemen, innerhalb eines nationalen Konzepts der Fleischproduktion, wuchs São Paulo zu einem Zentrum der Produktion gefrorenen und gekühlten Fleischs innerhalb von Brasilien an.

Im wirtschaftlich wachsende São Paulos stieg die Fleischproduktion nicht nur durch die Nachfrage von außen. Mit der Industrialisierung wuchsen die Binnenmigration und die Einwanderung von Arbeitern aus dem Ausland stieg stetig an. Die wachsende urbane Bevölkerung musste ebenfalls versorgt werden, was den regionalen Fleischmarkt ankurbelte. Mit dem Einsatz von Kühlsystemen für die Fleischkonservierung und durch die Preissenkungen durch den Druck der großen Kühlhäuser auf die lokalen Agrarproduzenten, war Fleisch von Speisenplan der „Paulistas“ (Einwohner der Stadt São Paulo) nicht mehr wegzudenken.

Das Dissertationsprojekt beschäftigt sich mit der Frage nach der Kritikalität von Kühlsystemen bzw. Kühlketten im städtischen Kontext am Beispiel der Fleischversorgung in São Paulo. Dafür wird der Bereich der Fleischproduktion, des Transports sowie der Hygiene und der Lagerungsverfahren (z.B. Zeitmanagement) im Bezug zur Kritikalität für die Versorgung der Konsumenten untersucht. Berücksichtigt werden zudem auch die Verkehrs- und urbanen Infrastrukturen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Entwicklung und Etablierung von Kühlketten. Dabei setzt das Dissertationsprojekt einen Schwerpunkt auf das Konzept der symbolischen Kritikalität in Bezug auf der Zuschreibung von Kühlketten als kritisches System.

Poster

By its virtue of being a theme-in-action, resilience is expected to be the foundation of urban development now and in the future. In an urban setting, infrastructure forms the backbone of development and hence it is essential to identify and develop critical infrastructures to be resilient and prepared for emergency situations. With urbanization occurring rapidly and being an irreversible process, cities need to be the prime focus for intervention. The Smart City concept has attracted world interest and has been a topic of discussion of the current decade. With its association to ICT and the debate around its benefits and drawbacks, this thesis aims to study the evidence of social influence on technological infrastructures and vice versa through the Smart City initiatives in India and Singapore. It aims to study the role of contextual specificity in the formulation of their agendas and strategies along with testing the ‘digital readiness’ of the communities. A case-study based approach will be adopted to study and analyse the different approaches chosen by the two nations to achieve their social, economic and environmental goals. The results of the study aim to promote 'socially induced innovation' as a pillar to develop critical (technological) infrastructure.

Die Städte La Paz und El Alto bilden mit über 1,7 Millionen Einwohner*innen zusammen die größte urbane Agglomeration in Bolivien. Die wirtschaftliche und soziale Verwobenheit spiegelte sich jedoch lange Zeit nicht in der Verkehrsinfrastruktur wider. Dies liegt zum einen an den geografischen Bedingungen, die limitierend wirken, zum anderen an der spezifischen Organisation des urbanen Transports vor Ort. Seit 2014 sind die beiden Schwesternstädte nun erstmals durch ein öffentliches Nahverkehrssystem miteinander verbunden. Obgleich als Idee schon seit den 1970er Jahren wiederkehrend diskutiert, ist die urbane Seilbahn „Teleférico“ zu einem Prestigeprojekt der Regierung Evo Morales und mit dem Slogan „Uniendo nuestras vidas“ Symbol des neuen, plurinationalen Staates Bolivien geworden.

Das Dissertationsprojekt untersucht die Transformation des urbanen Transports in La Paz / El Alto von einem deregulierten, vorrangig auf privaten Kleinbusbetreibern basierenden, hin zu einem staatlich betriebenen, formalisierten System. Dabei soll die Entstehungsgeschichte und mit ihr Kritikalitätszuschreibungen und -Konstruktionen sowie die spezifischen Vulnerabilitäten der beiden Systeme und Anpassungsstrategien im Störfall beleuchtet werden.

Weiterhin ist die Frage nach den räumlich und zeitlich strukturierenden Effekte der Infrastrukturen, ihr Einfluss auf urbane Rhythmen, der Raumwahrnehmung und -Aneignung von Bedeutung für die Arbeit.

Poster

Eine Vielzahl von Faktoren beeinflussen unsere heutigen immer komplexer werdenden Infrastruktursysteme, sodass bereits eine kleine Störung schnell zum Ausfalle mehrerer ineinandergreifender Systeme führen kann. Neben zunehmender Extremwetterlagen (Sturm, Hochwasser, Hitzewellen), Bränden sowie menschlichen oder technischen Versagens können organisierte Kriminalität und Terrorismus zur Beeinträchtigung unserer Infrastruktur führen. Die Bewältigung solcher außerordentlichen Krisen hängt im hohen Grad von der vertrauensvollen und konstruktiven Zusammenarbeit von Behörden, Betreiber, Hilfsorganisationen, Polizei u.v.m. und den Erfahrungen und Fertigkeiten aller Beteiligten ab. Diese Kompetenzen und affektionierte Kollaboration kann nur durch regelmäßige Übungen erlangt und entwickelt werden.

Im Rahmen dieses Dissertationsprojekts soll deshalb eine Planungsapplikation für regionale, städtische Katastrophenschutzübungen auf Ebene der Technischen Einsatzleitung (TEL) entwickelt werden, die deren Planung erleichtert und zu einer höheren Qualität der Übungen selbst führt. Dabei soll eine dynamische Anpassung des Übungsablaufes während der Übung ohne den Verlust an Qualität ermöglicht werden, um Übungsziele besser erreichen zu können oder unvorhersehbare Ausfälle von Übenden und Übungsleitern zu kompensieren. Um die Fähigkeiten, Techniken und das Wissen der Einsatzkräfte nachhaltig zu festigen, werden die Übungskonzepte des Demonstrators aufbauend auf kompetenzorientierten Konzepten der Bevölkerungsschutzpädagogik entwickelt.

Forschungsfrage

Wie können durch den Einsatz digitaler Methoden und die Integration von Konzepten der Bevölkerungsschutzpädagogik (BSP) KatS-Übungen so gestaltet werden, dass

  • Fähigkeiten, Wissen und Techniken besser vermittelt und langfristig gefestigt werden und dabei
  • der Planungsaufwand reduziert wird?

Ziel der Dissertation

Entwicklung eines Demonstrators für Rahmenübungen mit simulierten Einspielern mit möglichst geringer Übungskünstlichkeit

Poster

Die Debatte um kritische Infrastrukturen wurde in den 1960er-Jahren von Militär- und Ingenieurwissenschaften eingeleitet und erlebte unter dem Einfluss von Sozialwissenschaften in den kommenden Jahrzehnten einen Aufschwung. Die Frage nach systemischen Zusammenhängen in und um vernetzte soziotechnische Anlagen konzentrieren sich allerdings bis heute auf das 19. und 20. Jahrhundert, während traditionellere Forschungsbereiche wie z. B. die Altwege-, Mühlen- oder Festungsbauforschung zwar schon vor der Antike ansetzen, sich aber allzu oft auf technische und künstlerische Aspekte beschränken. Am Beispiel der spätmittelalterlichen Stadt Freiburg i. Ü. am Übergang zur Neuzeit sollen Grundlagen für eine städtische Infrastrukturgeschichte der Vormoderne erarbeitet werden, indem die Anwendbarkeit und Nützlichkeit analytischer Systemkonzepte wie Transformation, Zirkulation, Vulnerabilität und Kritikalität getestet werden. Das Projekt nimmt sich vor, die kommunale Tätigkeit im Bereich Infrastrukturbau innerhalb der Stadtmauern genauer aufzuarbeiten. Es geht erstens darum, die raumzeitliche Entwicklung von Verteidigungsanlagen, Gassen und Plätzen, dem Wasserleitungsnetz, Flussbauten, Amtsgebäuden sowie Waffen- und Materiallagern nachzuzeichnen. Diese Entwicklungen sollen zweitens als Grundlage dazu dienen, räumliche Ordnungskonfigurationen und die Raumpolitik der Stadtregierung zu untersuchen. Vor diesem Hintergrund wird drittens die Rolle ermittelt, die solche Infrastrukturen bei ausgewählten Krisen wie Kriegsereignissen, Flusshochwassern, Bränden und Versorgungsengpässen eingenommen haben.

Poster

Insgesamt ist der Schutz Kritischer Infrastrukturen eine gemeinsame Aufgabe von Staat und Wirtschaft, wobei Unternehmen in die Verantwortung genommen werden, deren Kernkompetenz nicht im Bereich Sicherheit liegt. Denn weite Teile der Infrastrukturen Deutschlands werden von privatwirtschaftlichen Unternehmen betrieben. Dabei wird vielen dieser Infrastrukturen eine Schlüsselrolle im täglichen Leben zugeschrieben und ihr reibungsloses Funktionieren ist essentiell zur Aufrechterhaltung der gesellschaftlichen Ordnung. Dieses Relevanzzuschreibung ist das zentrale Argument vieler staatlicher Strategien und Konzepte zum Schutz Kritischer Infrastrukturen (KRITIS). Wenn es zu Differenzen zwischen staatlichen Vorgaben und betrieblicher Umsetzung kommt, kann von Sicherheitslücken (bzw. Implementationsdefiziten) gesprochen werden. Diese werden im Dissertationsprojekt am Beispiel einer Basisinfrastruktur des Sektors „Transport und Verkehr“ analysiert.

Die identifizierte Sicherheitslücke wird anhand von drei Erklärungsfektoren aufgearbeitet. Dazu gehören als erstes die Ausprägung der gemeinsamen Grundvoraussetzungen mit dem Fokus auf ein geteiltes Kritikalitätsverständnis und das Verantwortungsverständnis. Als zweites wird das Beziehungsverhältnis der Aktuere (Bund, Länder, Städte / Kommunen und KRITIS-Betreiber) analysiert. Als dritter Faktor wird die aktuelle Corona-Pandemie im Sinne einer externen Antriebskraft bei der Ausprägung der Sicherheitslücke in ihre Erklährung einbezogen.

Das Promotionsvorhaben nutzt eine qualitative-methodische Herangehensweise (in Form von Extert*Innen-Interviews und Inhaltsanalysen relevanter Textdokumente) und verwendet eine kritische Perspektive auf Security Governance als konzeptionelle Basis.

Poster

Among the key sites of societal vulnerability are seaports, which are nodes that have become highly critical for modern society. They represent the major nodes of material exchanges at global, regional, and national scale, while also embedded in local and regional areas. At the same time, those critical infrastructures have emerged as a place of insecurity given their vulnerability to systemic, complex human-induced and technical risks and their dependency on the smooth operation of multiple interconnected infrastructure systems that sustain their functioning. This PhD project analyses the way governance of systematic risks is coordinated between institutions in complex institutional arrangements in the Port of Rotterdam, one of the largest ports worldwide, supplying a European hinterland with 40 million users. Specifically, the aim of this research is to understand how seaports are and should be more effectively governed to prepare for, prevent, mitigate and manage infrastructure failures due to complex risks. As a result, this PhD project contributes to academic discourse on complex governance arrangements and on the resilience of interdependent infrastructure systems.

Poster

Die Rohrpost ist ein System, das mithilfe von Druckluft Schriftstücke in kleinen Büchsen durch ein unterirdisches Rohrsystem transportiert. Das System ermöglichte einen beschleunigten, sicheren Nachrichtentransport innerhalb der Städte. Es entstand im Zusammenhang der Urbanisierung Mitte des 19. Jahrhunderts, wurde teilweise in Form komplexer städtischer Rohrpostnetze (z. B. Berlin) der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und wird heute noch mit weiterentwickelter Technologie im internen Bereich genutzt (wie z. B. in Krankenhäusern oder im Kanzleramt).

In der Zeit zwischen ca. 1850 und 1980 hatten Rohrpostsysteme einen Status als Kritische Infrastrukturen in modernen Metropolen. Einerseits wiesen die Planungen und Visionen der Betreiber der Rohrpost diese Rolle zu. Auch die systemische Gestaltung der Netze als Indikator für Kritikalität bildet für die Dissertation einen wichtigen Untersuchungsaspekt. Dazu sollen die unterschiedlichen Netzstrukturen beschrieben werden. Besonders interessant für das Projekt ist die Analyse der Verwobenheit der Rohrpost, z.T. auch Abhängigkeit, von anderen Infrastruktursystemen als System of Systems.

Die Forschungsarbeit wird sich mit der Frage beschäftigen, inwieweit sich die Rohrpost als eine Transportinfrastruktur innerhalb der Verkehrs- und Kommunikationsgeschichte begreifen lässt.

Es wird die Untersuchung der Entkritikalisierungsprozesse dieses Systems angestrebt und dabei der gesamte historische Entwicklungsprozess sowie die Frage nach der Strukturierung des städtischen Raums durch diese Infrastruktur beleuchtet. Eine Analyse der Vulnerabilität des Systems soll zudem Aufschluss über Gründe für die Abkehr von städtischen Rohrpostsystemen liefern. Rohrpostsysteme werden in diesem Untersuchungsrahmen als dynamische Infrastrukturen verstanden, wobei die Arbeit auf die Phänomene Transformation und Zirkulation fokussiert.

Poster

Artificial Intelligence (AI) has returned with a vengeance. Countries around the world are scrambling to take advantage of a technology that is estimated boost the economy and change fundamentally both industrial production and the way city infrastructure functions. Rather than being programmed by hand like the AI systems of the last century, contemporary AI consists of deep and elaborate artificial neural networks that are trained on very large datasets to automatically find optimal solutions for complex problems. While the resulting AI models match or even surpass human capability, the inherent complexity of these “black boxes” make them difficult to understand, which is a major stumbling block to the broader application of AI in sectors such as critical infrastructure, healthcare and defence.

This dissertation is a contribution from philosophy to the emerging research field of “Explainable Artificial Intelligence” (XAI), which is tasked with “opening” the black box by developing new technical methods and (re-)establishing theories, definitions and desiderata for AI explainability. Whereas XAI is an interdisciplinary enterprise that involves computer science, the social sciences and the humanities, philosophy has, but a few notable exceptions, yet refrained from engaging with XAI. There is much work to do, especially regarding clarifying explainability as a concept and explicating what constitutes appropriate application of AI in critical sectors.

Poster

Störungen in Eisenbahnsystemen gehen mit einer Abweichung des Betriebs vom zugrundeliegenden Fahrplan einher. Können diese Abweichungen durch vorhandene Fahrplanreserven in vertretbarer Zeit nicht ausgeglichen werden oder ist ein Befolgen des Fahrplans auf Grund von Infrastrukturbeeinträchtigungen nicht möglich, sind dispositive Eingriffe für eine Aufrechterhaltung des Betriebs nötig. In hochbelasteten Systemen erfordert dies von den Disponenten eine Vielzahl von betrieblichen Entscheidungen und die Kommunikation dieser in kürzester Zeit. Zur Unterstützung der Disponenten im Störfall dient die Aufstellung von sogenannten Störfallprogrammen (SFP). Diese im Voraus konzipierten Handlungskonzepte auf Linienebene stellen für einen konkreten Störfall ein realisierbares Betriebskonzept und einen optimierten Ressourceneinsatz sicher. Der Einsatz von SFP dienen nicht nur als Instrument des Betreibers auf Störfälle vorbereitet zu sein, sondern ermöglichen auch den Nutzer die Ausbildung individueller Strategien für wiederkehrende Störfälle.

Zur Verbesserung der Vorbereitung auf infrastrukturelle Funktionskrisen soll die Adaption von SFP an die vorherrschende Infrastruktursituation durch Algorithmen unterstützt werden. Zum Einsatz kommen die Algorithmen bei der Störfalloffenbarung. Die Algorithmen erkenn Probleme bei der Umsetzung des geplanten SFP und ermitteln, bewerten und wählen betriebliche Anpassungen aus. Mit der betrieblichen Anpassung des SFP muss auch das Verkehrskonzept überprüft und ggf. angepasst werden. Durch die Anpassung der SFP an die vorherrschende Infrastruktur wird sichergestellt, dass bei einem Störfall ein stabiles Betriebsprogramm mit einer optimierten Ressourcennutzung zum Einsatz kommt.

Weitere Dissertationsprojekte

Poster

Die in den letzten Jahren gestiegene Nachfrage im Bereich des Hochseekreuzfahrttourismus führt zu einer Ausweitung des Angebots in diesem Sektor. Die Folge ist der Bau von Kreuzfahrtschiffen, die höhere Passagierzahlen aufnehmen können, sowie die zeitgleiche Abfertigung mehrerer Schiffe in den Häfen. Dies führt dazu, dass Hafenstädte, die kreuzfahrttouristische Ziele darstellen, einer erhöhten Belastung ausgesetzt sind. Zum einen kommt es durch die Liegezeiten der Schiffe in den Häfen sowie durch die Lage der touristischen Ziele in den Städten zu einer zeitlichen und räumlichen Konzentration der Kreuzfahrttouristen. Zum anderen muss eine Versorgung und Be- und Entladung der Kreuzfahrtschiffe, z.B. mit Frischwasser, erfolgen.

In beiden Fällen werden damit durch den Kreuzfahrttourismus städtische Infrastruktursysteme, bspw. des Transports oder der Wasserversorgung, in Anspruch genommen. Dieses Dissertationsprojekt beschäftigt sich unter Berücksichtigung des Konzepts der Kritikalität mit der Frage, welchen Einfluss der Hochseekreuzfahrttourismus auf die technischen, netzgebundenen Infrastruktursysteme von Hafenstädte hat. Die Fallstudie wird in Dubrovnik, Kroatien, durchgeführt.

As in many African cities, the provision of critical infrastructure services in Accra (Ghana) and Dar es Salaam (Tanzania) has often been characterized by regular interruptions, breakdowns and failures of centralized networks. This research seeks to examine how various stakeholders improvise and develop creative responses in co-providing, supplementing, retrofitting and backing up unreliable power supply by centralized public systems. It seeks to create an understanding of the nature of vulnerability and the meaning of resilience in African cities while examining the role of urban and infrastructure planning and governance mechanisms in creating resilience in electricity service delivery.

Poster

The connection between modern cities and networked infrastructures have become „tightly-coupled“ in recnt years, due primarily, to adavanement in technology. However, it is a fact that all functional infrastructures are inherently prone to disruptions and failures as part of their existence. Also, due to complex interdependencies, failures of one system could results in massive cascading disruptions in other networks in cities. Despite these, infrastructures tend to become invisibel and taken-for-granted at least, when they work perfectly. They only become visible when they breakdown and can no longer perform the usual functions. It is only within this period of breakdown and restoration that repairs and maintenance becomes central and crtical. This research seek to deepen our understanding of how disregards for maintenance and repairs among water utilities companies could affect water services in Accra and Dar salaam cities. The research primarily seek to examine water infrastrucures‘ repairs policies of the utilities companies, how repairs/maintenance is being funded, the coping strategies of residents to disruptions, and the spaitial vulnerability of infrastructures in the face of growing complexities in the 21st century.

The project examines interplay between social, political, technical and ideological forces which causes collapse of electric infrastructure in Tanzania. It uses historical perspective to unearth dynamics of blackout resilience strategies in the colonial and post-colonial Tanzania.

The research seeks to provide a comprehensive assessment on transport infrastructure integration between the EAC and the Lagos metropolis, based on theoretical analysis in the context of the critical infrastructure paradigm; anchored on social sustainability debate.

Das Graduiertenkolleg KRITIS wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.