Digitale Zwillinge im Spannungsfeld zwischen der Klimaveränderung und dem Monitoring kritischer Infrastrukturen.
Es ist unstrittig – die Veränderung unseres Klimas und die Sicherung unserer Lebensgrundlagen werden die Handlungsfelder der nächsten Dekaden bestimmen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurden im Jahr 2024 mit dem bundesweiten Klimaanpassungsgesetz und dem KRITIS-Dachgesetz die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Per Definition positionieren sich Digitale Zwillinge optimal in diesem Spannungsfeld. Sie bilden reale Sachverhalte mit einer beliebigen Detaillierung ab, integrieren entsprechende Verhaltensmuster, und sind im Idealfall von Ihren Daten und Datenstrukturen her kompatibel zu spezialisierten Assessment- und Simulationssystemen. Am Ende visualisieren sie neben den Ausgangssituationen idealerweise auch die unterschiedlichen Bewertungsergebnisse.
Es ist unabdingbar, dass für die Umsetzung dieser Anforderungen maximal flexible IT-Systeme aufgebaut und zum Einsatz gebracht werden müssen. Wie das funktioniert, illustrieren zwei konkrete Anwendungen: die dynamische Ableitung von Klimakarten und die Bewertung von Objekten der kritischen Infrastruktur.
Quelle: Kreis Recklinghausen, Fachdienst 62 – Kataster und Geoinformation.
Den Ausgangspunkt für die Ableitung von Klimakarten bilden die LoRaWAN-Sensornetzwerke öffentlicher Institutionen. Das Ziel: das Ableiten von Temperaturverteilungskarten on Demand (oben illustriert anhand der Messdaten des Kreises Recklinghausen) für deren Anwender. Um eine größere Flächendeckung zu erreichen, werden die Messpunkte des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und den Wetterinformationen von OpenWeatherMap herangezogen.
In die Auswertung mit einbezogen werden dann die Temperaturdaten dieser Messpunkte, die sich für eine erste Simulation auch manuell verändern lassen. Zusätzlich können eigene Messpunkte mit angenommenen Temperaturdaten digitalisiert werden, um damit die klimatischen Effekte von lokalen Veränderungen abzubilden; z.B. die Umsetzung baulicher Maßnahmen, die Entoder Versiegelung von Flächen oder das gezielte Anlegen einer Vegetation.
Sicherheit und Digitaler Zwilling
AR-GUS-Entrance: Check der Sicherheitseinrichtung der Zufahrt eines Standorts.
Der Digitale Zwilling der CPA (www.3d-digital-twin.com) erlaubt die rasche Integration derartiger Veränderungen. Architekturentwürfe lassen sich georeferenziert einbetten, Geländemodelle können angepasst oder Themenkarten per Webdienst für die Texturierung der Geländeoberfläche integriert werden. Auf dieser Plattform entsteht als Produkt die gesuchte Temperaturverteilungskarte, das zusammen mit den verwendeten Messpunkten und ihren Daten für eine spätere Verwendung gespeichert wird. Auch steht ein Zeitplandienst zur Verfügung, der kontinuierlich zu bestimmten Zeiten Messdaten herunterlädt. Fragen nach der Temperaturverteilung in der Vergangenheit werden darüber auf einfachste Art und Weise vergleichend beantwortet. Für Externe erfolgt die Bereitstellung der Temperaturverteilungskarten als georeferenzierte Bildinformation oder als OGC-konformer Kartendienst.
Während die Temperaturverteilungskarten das Ergebnis einer Interpolation von Messdaten mit einer unregelmäßigen räumlichen Verteilung sind, trifft das Monitoring der kritischen Infrastruktur auf konkrete Objekte mit einem entsprechenden Detaillierungsgrad. Beispielsweise auf die Sicherheitseinrichtungen von Industrieanlagen oder auf einzelne Gebäudebestandteile wie die Komponenten von Versorgungsnetzwerken (Verkehrsleitrechner, Transformatoren, Pumpwerke, etc.). Hier muss der Digitale Zwilling nicht nur die zu bewertenden Objekte visualisieren, sondern zugleich den Zusammenhang zu ganz unterschiedlichen Prüfkatalogen herstellen.
CPA hat diese Aufgabe gelöst, indem die Digitalen Zwillinge über Lagepläne, gescannte Punktwolken, BIM-Objekte oder virtuelle Stadt- und Landschaftsmodelle beschrieben und als Inventarobjekte dem von der CPA entwickelten Audit- und Assessmenttool AR-GUS (www.ar-gus.com) zugeführt werden. Dort referenzieren sie beispielsweise die Regelwerke des IT-Grundschutz-Kompendium des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) oder den branchenspezifischen Sicherheitsstandard Wasser/Abwasser des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs e.V. Dazu sind in AR-GUS die Bewertungskriterien frei definierbar, die Datengewinnung erfolgt (mit KI-Unterstützung) mobil oder stationär auf Smartphones, Tablets und Desktop-Rechnern und es gibt eine komplette Verfolgung der Mängelbeseitigung.
Die beiden Anwendungen zeigen auf ganz unterschiedliche Art die Möglichkeiten zur Erweiterung Digitaler Zwillinge um leistungsstarke Algorithmen und Services. Sie verdeutlichen damit die Leistungsfähigkeit des von CPA gewählten Ansatzes zur Anpassung Digitaler Zwillinge an zukünftige Aufgabenstellungen.