Schülerartikel

Antonio Schröer, Dorian Boiger, Leo Haslach | Emile Montessori-FOS | 12. Klasse | Neubiberg | 15.03.2017

Bedingte Krisenvorhersage

Stefan Pickl erforscht die kritische Infrastruktur Bahnnetz und versucht, terroristische Anschläge zu berechnen

h „Operations Research“ - hinter dieser Disziplin verbirgt sich die Entwicklung und der Einsatz von Modellen und Methoden, die helfen sollen, Entscheidungsprozesse zu unterstützen. Zum Beispiel in Krisensituationen. Professor Stefan Pickl, Leiter des Lehrstuhls für Operations Research an der Universität der Bundeswehr in München, und seine Mitarbeiter befassen sich in seinem aktuellen Forschungsprojekt „REHSTRAIN“ (Resilience of the Franco- German High Speed Train Network) speziell mit dem komplexen System des Hochgeschwindigkeitsnetzes der Bahn zwischen Deutschland und Frankreich. Ziel ist es, dieses gegenüber Anschlägen möglichst abzusichern, zumindest nach einem Anschlag weitgehend aufrecht zu erhalten, indem beispielsweise schnell alternative Routen berechnet werden. Eine komplizierte Thematik, bei der viel Informatik und Mathematik nötig ist. Schüler: Herr Professor Pickl, was macht ein System zu einem komplexen System? Pickl: Sie haben bestimmt den Begriff Komplexität schon oft im Alltag gehört. In der Regel sind dies Vorgänge, die nicht so schnell einsichtig sind. Man erkennt nicht einfach bestimmte Zusammenhänge -wobei dies alleine mit Sicherheit keine gute Definition wäre. Oft spricht man von Komplexität, wenn mehrere Variablen ein System beeinflussen und man oft nicht genau weiß, in welcher Form dies passiert oder in welcher Abhängigkeit diese selbst zu einander stehen. In unserem Fall besitzt das komplexe System eine gewisse Netzwerkstruktur mit Knoten und Kanten. Was haben Terroranschläge, wie zum Beispiel der vom 19.12.2016 in Berlin, mit komplexen Systemen zu tun? Unser Forschungsthema begann vor über zehn Jahren, also lange bevor Terroranschläge im Fokus standen. Mich leitete damals folgende Frage: Wie können bestimmte IT-basierte Infrastrukturen sicherer gemacht werden? Und wie kann man komplexe Simulationen und Vorhersagemethoden innovativ miteinander verbinden, um solche Systeme zu optimieren. Ich wollte dabei Methoden der modernen Entscheidungsunterstützung mit Methoden der statistischen Vorhersage und vor allem auch der Spieltheorie strategisch verknüpfen. Was meinen Sie damit? Statistische Vorhersage. Er gibt eine Wahrscheinlichkeit, mit der es morgen regnen wird oder wir in München Föhn haben werden. Vielleicht haben Sie auch schon von Kriminalbeamten gehört, die versuchen, mögliche Einbrüche oder Gebiete für Einbrüche „vorherzusagen“? Wenn Sie wissen, welche Gebiete gefährdeter sind, können Sie diese besser schützen. Ja, das kennen wir! Es war sogar schon im Fernsehen ... Jetzt denken Sie an das Spiel „Schiffe versenken“ – Sie versetzen sich in den anderen Spieler hinein und überlegen, wo Sie angreifen werden? Das stimmt! Und dann überlegen Sie, wo der andere Sie angreifen könnte und entwickeln daraus eine Gegenstrategie. Und was mache ich, wenn der andere genauso denkt? Dann sind Sie mitten in der Spieltheorie und dann wird es interessant. Beim Schiffe versenken haben Sie, so glaube ich, fünf Schiffe, die Sie betrachten. Wie viele Züge hat die deutsche Bahn? Wie viele Weihnachtsmärkte gibt es alleine in Berlin? Oder beim Elfmeter. Da blendet man die möglichen Bereiche ein. Der Torwart richtet sich danach. Aber der Schütze weiß, dass der Torwart das auch weiß. Und Sie wenden nun diese Erkenntnis auf ein Bahnnetz an? Wir haben die Deutsche Bahn gewählt, um kritische Infrastrukturen mit Methoden der Informatik besser zu verstehen. Und natürlich zu schützen. Wir dachten dabei noch gar nicht konkret an eine Gefährdung, sondern finden das Netz der Bahn einfach sehr interessant. Hängen kritische Infrastrukturen mit komplexen Systemen eng zusammen? Sehr gute Frage. Man hat das Gefühl, dass unsere kritischen Infrastrukturen immer wichtiger, aber auch verletzbarer werden. Das ist umso verwunderlicher, da die Ingenieure doch in Deutschland sehr gute Arbeit leisten. Allerdings kann bereits ein Bagger, der ein Stromkabel verletzt, schnell einmal einen ganzen Stadtteil oder Bahnhof lahmlegen. Wie behebt man dann den Schaden? Mit einem anderen Stromkreis? Das ist genau der Schlüssel zur Frage: Was wäre, wenn jemand eine Strecke verletzt; wie können dann möglichst schnell Ersatzstrecken oder Ausweichrouten gefunden werden? Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Resilienz eines Systems. Beim Hochgeschwindigkeitsnetz ist dies natürlich nicht ganz so einfach wie bei einem Eisenbahnnetz, da eben die Züge bestimmte Anforderungen brauchen. Aber wie kann ein Terroranschlag so etwas auslösen? Wenn ein Terrorist es schafft, einen Terroranschlag richtig zu platzieren und es ihm dabei gelingt, weite Teile der Infrastruktur außer Betrieb zu setzen, erreicht er einen hohen „Impact“ auf unsere Gesellschaft und damit vor allem Aufmerksamkeit. In diesem Zusammenhang haben wir in unserem REHSTRAIN-Projekt auch überlegt, welche Bahnhöfe besonders attraktiv für Anschläge sind, um dann im Umkehrschluss zu wissen, in welchen Bahnhöfen man die Sicherheitsvorkehrungen erhöhen sollte. Allein mit einem Schienennetz von über 40000Kilometernin Deutschland und einem von über 30000 in Frankreich, dazu die Bahnhöfe - ist dieses System nicht zu komplex, um es berechnen zu können? Jetzt haben Sie erfolgreich erkannt, dass es sich hierbei um ein komplexes System handelt und es schwierig ist, dieses zu verstehen. Es ist aber für uns weiterhin interessant, es zu erforschen. Wir werden es zwar nie ganz verstehen, aber wir probieren, es immer besser in den Griff zu bekommen. Wie bekommt man letztlich heraus, ob das Bahnsystem Angriffs- oder Schwachstellen aufweist? Es ist jedenfalls nicht offensichtlich und man muss eine gewisse Vorhersehbarkeit voraussetzen. Wenn ein Terrorist tatsächlich rational handelt, dann kann man voraussagen, dass er wahrscheinlich eine kleine Handvoll von Stationen angreift. Sobald ich diese Annahme fallen lassen muss, wird es schwierig. Je weiter man das Ganze für sogenannte Unschärfen eröffnet, desto komplexer wird das System. Aber irgendwo muss man Abstriche machen, denn irgendwann stößt man an die Grenzen von Berechenbarkeit. Inwiefern kann man das Handeln eines Menschen überhaupt berechnen? Eine spannende Frage, über die sich viele Leute sehr uneinig sind. Ich würde sagen, es kommt auf den situativen Kontext an. Je kontrollierter die Umgebung, desto einfacher ist es, Voraussagen zu machen. Je mehr unbekannte Einflussfaktoren, desto schwieriger. Wenn sich jemand, der streng rational handelt, in einem eng genug gefassten Szenario befindet, ist es sehr einfach für uns zu sehen, was er tun wird. Denn er wird das machen, was für ihn in diesem Moment optimal ist. Das kann man berechnen. Aber je mehr die Komplexität zunimmt ,desto umfangreicher die Berechnung und schwieriger die Vorhersage. Ließe sich ein Anschlag, wie er am 19.12.2016 in Berlin verübt wurde, durch Berechnung verhindern? Ich würde sagen: Nicht verhindern, sondern die Wahrscheinlichkeit dafür reduzieren. Es geht ja nicht nur darum, Betonkübel aufzustellen und den Weihnachtsmarkt damit etwas sicherer zu machen. Sondern das Problem ist, dass eine solche Person auch mehrere Ausweise hat. Die Frage lautet: Wie kann man im Vorfeld erkennen, dass bestehende Umstände kritisch sind oder sein können? Da muss man mehrere Umstände berücksichtigen. Welche Erfolge versprechen sie sich von Ihrer Forschung? Dass Sie in einem Jahr beruhigter in den Zug steigen und sich besser fühlen. Auf welche Widerstände sind Sie bis jetzt gestoßen? Es gibt derzeit eher ein großes Interesse daran und man muss aufpassen, dass man nicht zu viel verspricht oder nicht zu große Erwartungen weckt. Aber gut ist, dass man diesem jungen Forschungsteam bei mir sozusagen hohe Aufmerksamkeit schenkt. Einer meiner Mitarbeiter ist jetzt für drei Monate nach Stanford eingeladen, Maximilian Moll arbeitet eng mit dem Risk Center in Singapur zusammen. Von Widerständen würde ich nicht sprechen. Eher, dass man schnelle Erfolge sehen möchte, auf der anderen Seite sind dies auch Herausforderungen. Aber so schnell geht das leider nicht. Und wie gesagt: Als ich dieses Thema vor einigen Jahren entwickelte, interessierte sich fast niemand dafür. Nun habe ich gerade die neuesten Ergebnisse dem Risk Center in Singapur vorgestellt,



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