Overview of all PhD Projects

On this page you will get an overview of the PhD Projects of the Research Training Group KRITIS.

PhD Projects of the first cohort

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 models to be embedded within their DRP's operational and passenger transport related frameworks. Initially, it puts forward an algorithm that assesses the actual operating conditions (i.e. residual capacity) of existing public transport means, as a result, enabling a sound intermodal exchange of passengers during a disruption. Then, it proposes a second algorithm that would secure a dynamic operational management of specific 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”).

Considering the emergency sector as critical infrastructure and with reference to the concepts of preparedness & prevention as well as criticality, the dissertation examines to what extent software applications can be used to support exercises in civil protection and disaster response. A social network theory approach is followed and the attempt is made to model and investigate scenario-based exercises as dynamic networks of different types of relationships. The work also addresses the dual role of the emergency sector in the system of infrastructures and the importance of the exercise for the sector.

The aim of the dissertation is to examine the potential of social network analysis for the planning and evaluation of exercises and to consider the resulting requirements for software systems and organizations in practice.For this purpose, a concept for a network-based support software is designed, implemented and tested in different disaster control exercises.

In our modern everyday life, 'infrastructures' are ubiquitous, but what is this omnipresent 'infrastructure'? Especially in the field of medieval studies, it has not yet been conclusively defined whether this term is at all suitable for the period of the Middle Ages. And whether there can be a 'medieval history of infrastructure' as an independent field of research. Therefore, this dissertation project tries to investigate these questions and to design a theoretical framework for a possible infrastructure history of the Middle Ages under the condition of a dynamic understanding of criticality. Subsequently, the Rhine-Main river system will be presented as a network characterized by 'nodes' in the network (cities). the criticality Measurement' tool is used to determine the specific interfaces within the nodes and to record their significance.

The energy transition brings about a multiplicity of socio-technical challenges, especially within the electricity sector. On the technological side electricity by often decentral and volatile renewable energy carriers needs to be integrated into the existing electricity infrastructure. System operators generally approach these technological challenges through an increasing implementation of information and communication technology (ICT) applications (e.g. in Smart Grids), however, creating new interdependencies between the critical infrastructures of energy and ICT. Besides the technological challenges also social changes occur due to the changing role of stakeholders (e.g. consumers becoming prosumers) and the organisational fragmentation of stakeholder responsibilities. The mentioned interdependencies can especially be seen in cities. Therefore, the dissertation project aims at analysing in how far the vulnerability and resilience of cities and urban distribution grids change in the course of the energy transition due to the inherent socio-technical changes.

Urban energy systems are currently challenged not only due to decarbonisation agendas but also by an increasing coupling of infrastructure sectors in the course of smart city or smart energy visions. This ongoing transition of urban energy systems leads to technological substitutions on the one hand, but on the other hand also to severe social changes (e.g. the organisational, institutional and economic structure of the energy sector). The temporal and spatial dynamics and alignment challenges which these socio-technical changes bring about, have not been investigated thoroughly yet. Therefore, this PhD project investigates temporal and spatial relations in urban energy systems due to an increasing intersectoral coupling with a socio-technical perspective. Additionally, the impact these changes have on the vulnerability and resilience of urban energy systems are analysed.

The dissertation project researches the discursive and material construction of medical and technical emergency services in the U.S. and Germany between 1860 and 1990. The study analyzes the topic from three perspectives. First, from the viewpoint of cultural and social history, it is the author’s goal to investigate the structures of power that were inscribed into this infrastructure. By examining the historical character of emergency services, exclusion based on categories such as race, class or gender could be confronted in future preparedness plans. In addition, the project poses the question of how people came to perceive emergency services as “critical.” Had the criticality of death been different in times when emergency services did not exist? Have technologization, medicalization and the modern trust in the infallibility of humans constructed the need to be rescued? Or did emergency services finally offer a solution to an “old” problem: the anthropological crisis of death? Second, the study aims at depicting differences, similarities and interconnections of knowledge and practices between Germany and the U.S. This approach is crucial in order to analyze how the political, social and cultural context shaped the development of emergency services. Lastly, from the perspective of critical infrastructure studies and disaster management, the dissertation examines how emergency services became interdependent with other infrastructures. Similarly, it seeks to portray historical concepts of prevention and preparedness.

Under the label of urban resilience (UR), cities start to prepare for a diverse range of risks deriving among others from climate change and natural hazards. This goes along with a growing interest of cities to restructure their networked infrastructure systems. However, it is argued that there is an implementation gap at urban scale when it comes to policies of critical infrastructure resilience (CIR). The proposed research project aims to identify potentials and barriers for policy design and implementation in the field of urban CIR by analysing pros and cons of the policy mix in two cities (Christchurch, New Zealand and Rotterdam, the Netherlands).

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?

The project wants to take a look at the infrastructural efforts by the german „Temple Society“, from the then Kingdom of Württemberg, which colonized Palestine since 1868. The Templers were a pietistic group, which split themselves off the Lutheran Church in Württemberg and became convinced, that their salvation would be found in recultivating and preparing the „Holy Land“ for the second coming of Christ. For this purpose they founded settlements, improved access to holy sites in the region, established successfully carriage services and became very engaged in infrastructural projects in then Palestine. The network they helped to build was an important foundation for the further development of Palestine and Israel.

The work focusses especially on the both most important network junctions Jaffa and Haifa. In Haifa, the Templers helped through infrastructural projects to raise the former little town into one of the most important traffic junctions in Ottoman Palestine. But also the efforts to create a reliable connection from Jaffa to Jerusalem are highlighted by the project.

In the course of the project, I also want to take a look at how this „religious motivated infrastructure“ was legitimated, under which circumstances it was constructed and whether economical motives (carriage services, guesthouses, etc.) gradually replaced the eventual idealistic reasons for the development of the infrastructures. Furthermore I plan on examining the status which the infrastructure took place in the mindset and the plans the Templers through the concepts of Criticality and Vulnerability.

As well, I want to consider accompanying infrastructures, such as businesses and workshops (e.g. wagon building ventures, building companies,…), trading structures (trading wood for building the carriages) and similar aspects.

PhD Projects of the second cohort

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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.

With over 1,7 million inhabitants, the two cities of La Paz and El Alto form the largest urban agglomeration in Bolivia. Due to limiting geographical conditions and the specific organization of the local urban transport system, the economic and social intertwinedness was not reflected in the cities’ transport infrastructure for a long time. It is only since 2014 that the two sibling cities are connected by a public urban transport system. Though reaching back to the 1970ies, the idea of implementing an aerial cable car system to solve major deficits in public urban transport is now above all connected with the government of Evo Morales, for whom the Teleférico of La Paz-El Alto became the most important and prestigious project of his legislation. With the slogan „Uniendo nuestras vidas“ it equally became a symbol of the new, plurinational state of Bolivia.

The PhD-Project looks at the transformation of the local urban transport that evolved from a deregulated system relying on private Minivan enterprises, to a publicly owned one that is run by the government. Focus lies on the genesis of the system, the allocations and construction of criticality, as well as the specific vulnerabilities of the informal / formal system and their coping strategies in case of interruption.

Furthermore the question of spatial and temporal structuring effects of the infrastructures, their impact on urban rhythms, perception and appropriation of space are relevant within this research project.

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.

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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.

Further PhD Projects

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Urban technical infrastructure systems are essential for the functioning and development of tourism. Moreover, these systems are essential for the functioning of cities as their failure can cause great damage to the local community. Consequently, these large networked technical systems are regarded as critical infrastructures. This research is set to link infrastructure and tourism research by investigating the impact of cruise tourism on urban technical infrastructure systems, with a focus on the criticality of these systems. Cruise tourism is a fast-growing tourism sector; the temporal and spatial concentration of cruise passengers in seaports causes high pressure on cities, in particular on their technical infrastructure systems. Therefore, this research strives to answer the question of how the criticality of networked technical infrastructure systems is constructed in the case of cruise tourism and by whom. The case study is Dubrovnik, Croatia.

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.

The Research Training Group KRITIS is funded by the German Research Foundation.