Navigation und Service

VASA soll die Prozessüberwachung und die schnelle Fehlerbehebung bei Krisenprävention und -management optimieren

Das Forschungsprojekt „Visual Analytics for Security Applications (VASA)“ will herausfinden, wie man bei der Erstellung eines Lagebildes alle relevanten Informationen schnell erfassen, adäquat visuell darstellen und durch die Entscheider schneller analysieren kann. An dem deutsch-amerikanischen Forschungsprojekt ist auch das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) beteiligt.

VASA soll auch ermöglichen, Informationen aus Social Media, wie beispielsweise Twitter-Nachrichten, in dem Lagebild darstellen zu lassen. Eine adäquate Darstellung der Lage ist auch bei den Kritischen Infrastrukturen erforderlich. Insbesondere das Strom- und Kommunikationsnetz ist immer stärker miteinander verknüpft und wird dadurch zunehmend komplexer. Hier besteht Bedarf an neuen Methoden zur Überwachung und Fehlerbehebung.

Visual Analytics for Security Applications Visual Analytics for Security Applications, VASA-Projekt (Vergrösserung öffnet sich im neuen Fenster)Vi­su­al Ana­ly­tics for Se­cu­ri­ty Ap­p­li­ca­ti­ons Quelle: VA­SA

Das BMBF-geförderte VASA-Projekt ist interdisziplinär: Forscher an den Universitäten Konstanz und Stuttgart sowie an den Fraunhofer Instituten IAIS St. Augustin und IGD Darmstadt arbeiten an der Simulation und Visualisierung. Am Ende dieser Arbeiten steht ein Prototyp, der von den Endnutzern, zu denen neben dem BBK die Siemens AG und EnBW zählen, evaluiert wird. Begleitet wird das Projekt durch Juristen der Uni Kassel, die sich um datenschutzrechtliche Fragen kümmern und sicherstellen, dass der Prototyp geltendem deutschen Recht entspricht.

Amerikanischerseits sind das Center of Excellence on Visual Analytics for Command, Control and Interoperability Environments in West Lafayette IN, das National Visual Analytics Center in Richland WA, das National Center for Food Protection and Defense der University of Minnesota und die University of North Carolina in Charlotte an dem Projekt beiteligt.

Hinter dem Begriff „Visual Analytics“ verbirgt sich eine Methode, um Daten – insbesondere große und heterogene Datenmengen – mithilfe von interaktiven und visuellen Schnittstellen zu analysieren. Dabei werden die Stärken von Mensch und Computer kombiniert: Die Daten werden durch den Rechner aufbereitet und in eine anschauliche Form gebracht. Der Mensch analysiert diese Daten und trifft anhand dessen seine Entscheidungen. Auch Handlungsalternativen können frühzeitig aufgezeigt werden.

Bei VASA soll nun versucht werden, dies für den Bevölkerungsschutz und das Krisenmanagement sowie für die Katastrophenprävention nutzbar zu machen. Das Augenmerk liegt hier besonders auf Kritischen Infrastrukturen: Diese sind zunehmend miteinander verflochten, wodurch gegenseitige Abhängigkeiten verstärkt und das Risiko für Kaskadeneffekte vergrößert wird. Diese Entwicklungen führen zu einem Bedarf nach neuen und adäquateren Möglichkeiten zur Überwachung und schnellen Fehlerbehebung.

Das Szenario, mit dem das Projekt arbeitet, spielt in der Zukunft. Das Stromnetz wurde zum „Smart Grid“, dem so genannten „Intelligenten Stromnetz“ weiterentwickelt: Nicht mehr nur einzelne große Kraftwerke speisen ins Netz ein, sondern auch zusätzlich dezentrale Erzeuger, wie Photovoltaikanlagen oder Windräder. Jeder Verbraucher verfügt über einen intelligenten Stromzähler, ein Smart Meter. Dieser kann den Verbrauch messen und entsprechend anpassen; so können Zeiten mit niedrigen Strompreisen genutzt werden, um Wäsche zu waschen oder das Geschirr zu spülen. Da diese Stromzähler mit dem Kommunikationsnetz verbunden sein müssen, kommt es zu immer engeren Verflechtungen insbesondere zwischen Elektrizitäts- und Kommunikationsnetz.

Nun werden verschiedene Ereignisse simuliert, die das Stromnetz aus dem Gleichgewicht bringen können und die Gefahr für Stromausfälle steigen lassen: Durch eine Massenerkrankung wird signifikant weniger Strom abgenommen als üblich – viele Menschen können nicht zur Arbeit gehen, Geschäfte bleiben geschlossen, es wird weniger produziert. Es kommt an einigen Stellen im Netz zu Spannungsspitzen, wodurch einzelne Elemente ausfallen. Dadurch kommt es zu Stromausfällen an kritischen Einrichtungen wie einem Krankenhaus und einem großen Kühlhaus sowie an Tankstellen.

Dieses Szenario kann noch weiter zugespitzt werden: Es ist ein heißer Sommer, vergleichbar dem im Jahr 2003. Schon damals mussten bereits Kraftwerke zum Teil abgeschaltet werden, da das Kühlwasser knapp wurde. Die sowieso schon angespannte Situation wird von einer Hackergruppe ausgenutzt, indem die Kommunikationsinfrastruktur angegriffen wird und die Messungen, die von den Smart Metern gemeldet werden, verfälscht werden. Dadurch werden falsche Daten über Stromverbrauch und –produktion gemeldet – so wird beispielsweise steigende Produktion durch Photovoltaikanlagen gemeldet, obwohl die Sonneneinstrahlung zurückgeht. Wenn aufgrund dieser Meldungen falsche Entscheidungen bei den Stromanbietern getroffen werden, kann es ebenfalls zu Störungen und Ausfällen im Netz kommen.

Mit „Visual Analytics“ könnte es nun möglich sein, zusätzlich zu den aktuellen Daten der Smart Meter auch Wetterdaten wie Sonneneinstrahlung und Windstärke anzuzeigen, um eventuelle Unstimmigkeiten schnell zu erkennen und deutlich zu machen, beispielsweise durch bestimmte Symbole oder Farbcodes. Dies ist nur eine Möglichkeit – die Oberfläche kann nach Bedarf beliebig angepasst werden. Darüber hinaus ist es außerdem möglich, sich weitere Informationen wie die Netzspannung, die von Störungen betroffenen Gebiete sowie mögliche Schwachstellen anzeigen zu lassen.

Graphik - Schadensereignis Graphik - Schadensereignis, VASA-Projekt (Vergrösserung öffnet sich im neuen Fenster)Gra­phik - Ein La­ge­bild mit ein­be­zo­ge­nen Twit­ter­nach­rich­ten zum Scha­den­ser­eig­nis Quelle: VA­SA

Stichwort „Social Media“: Wo liegen hier die Chancen und Herausforderungen für das Krisenmanagement?

Während außergewöhnlicher Ereignisse jeglicher Art tun die Menschen heute eines: Sie schreiben Nachrichten darüber in sozialen Netzwerken, teilen Fotos und geben Statusmeldungen weiter. Eine enorme Menge an Informationen wird hier ständig generiert. Gleichzeitig verfügen Krisenstäbe in der Regel über zu wenige Informationen, die im Zweifel auch noch veraltet sind. Gibt es Wege, die Informationen aus Social Media sinnvoll zu nutzen?

Mit einer entsprechenden Visualisierung könnte man sich so ein genaueres Bild über die Lage vor Ort schaffen: Wo „twittern“ die Menschen verstärkt über bestimmte Themen, sei es Wetterereignisse, Krankheitssymptome oder Unfälle? Gibt es Stadtviertel oder Straßenzüge, die besonders von diesen Ereignissen oder Vorgängen betroffen sind? Kann man so Hilfsaktivitäten genauer und schneller organisieren?

Im VASA-Szenario werden simulierte Twitter-Nachrichten mit Bezug zu Krankheitssymptomen visualisiert. Durch eine Kartendarstellung ist es möglich, die Ausbreitung der Krankheit nachzuvollziehen und entsprechende Planungen vorzunehmen.

Benötigt werden dafür natürlich öffentlich verfügbare Nachrichten, die zusätzlich mit einem so genannten „Geotag“ versehen sind – also der genauen Informationen, von wo diese Nachricht versendet wurde. Nicht alle Nutzer versehen ihre Nachrichten mit diesen Geotags und nicht alle machen ihre Informationen frei zugänglich. Noch dazu sind selbstverständlich datenschutzrechtliche Bestimmungen zu beachten.

Beim Forschungsprojekt „VASA“ laufen aktuell die Arbeiten am ersten Prototyp. Dieser soll im Frühjahr des kommenden Jahres fertig sein und kann dann in einem ersten Durchlauf von den Endanwendern, unter anderem vom BBK, evaluiert werden. Ab Herbst 2013 kann voraussichtlich der erste Demonstrator vorgestellt werden.

Bei Rückfragen zum Projekt besteht die Möglichkeit zur Kontaktaufnahme bei:

Julia Zisgen
BBK-AKNZ
Ramersbacherstr. 95
53474 Bad Neuenahr-Ahrweiler

Telefon: 022899-550-5206

E-Mail: julia.zisgen@bbk.bund.de