Bessere Resilienz kritischer Infrastrukturen durch großräumige Digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge vereinfachen eine nahtlose Verortung von Objekten, Systemen und Infrastrukturen im dreidimensionalen Georaum. Sie können verschiedenste Datenräume miteinander in Beziehung bringen und Abhängigkeiten aufdecken. Dieser Vortrag widmet sich der Analyse des raum-zeitlichen IST-Zustands, der Vorausplanung in Was-Wäre-Wenn-Szenarien und dem Monitoring von Echtzeitinformationen kritischer Infrastrukturen. Dabei werden insbesondere die folgenden Aspekte adressiert: (i) realitätsnahe Darstellung komplexer Informationen, (ii) erfahrbare Kommunikation von Simulationen an Personen ohne Fachbezug und (iii) Interaktion in Mixed-Reaity Darstellungen.

Der Vortrag bietet einen Überblick über den aktuellen Stand sowie die strategische Ausrichtung zur Umsetzung digitaler Zwillinge für Brücken aus Sicht der Bundesanstalt für Straßen- und Verkehrswesen (BASt). Dabei werden auch die Zielsetzungen und Vorstellungen des Bundesministeriums für Verkehr (BMV) mit einbezogen. Der Stand von Forschung und Praxis wird anhand ausgewählter Beispielprojekte veranschaulicht. Abschließend werden zentrale Herausforderungen aus der Umsetzungspraxis thematisiert und potenzielle Lösungsansätze aufgezeigt.

Ab 2025 reguliert das KRITIS-Dachgesetz die Resilienz und die physische Sicherheit kritischer Infrastrukturen.

In Verbindung mit der EU-Richtlinie über Maßnahmen für ein gemeinsames Cybersicherheitsniveau in der Europäischen Union (NIS-2-Richtlinie) und ergänzt um branchenspezifische Sicherheitsstandards (z.B. des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs) steigen nun für die Betreiber kritischer Anlagen die Anforderungen an deren Monitoring.

Digitaler Zwillinge bieten hervorragende Eigenschaften, um sie in die Verfahren zur Bewertung kritischer Infrastrukturen zu integrieren. Als Spiegelbild realer Hardwarekomponenten (z.B. Gebäudeinformationen aus BIM, Kenndaten von Maschinen) und Umweltereignisse (Pegelstände, Wetterphänomene, etc.) übertragen die Sensordaten der digitalen Zwillinge ihre Messwerte und Beobachtungen in manuelle, teil- oder auch vollautomatische Begehungsprozesse.

Der Vortrag beschreibt diese mithilfe digitaler Zwillinge umzusetzende Integration von Informationstechnologie und operationelle Technologie (IT/OT Konvergenz) und bezieht sich dabei für die KRITIS-Assessments auf die entsprechenden Maßnahmenkataloge des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnologie).

Die Geodäsie im Allgemeinen und die Geoinformationsverwaltungen im Besonderen müssen auf die Anforderungen aus den gesellschaftlichen Veränderungen reagieren. Dabei geht es insbesondere darum, die Schlüsselposition im Hinblick auf die digitale Transformation zu stärken. Vorhandene Organisationsstrukturen, Geschäftsmodelle, Prozesse und die Formen der Bund-Länder-Zusammenarbeit sind zu überdenken und zu transformieren. Die amtliche Geoinformationsverwaltung muss mehr als bisher aktiv zu praxisorientierten Lösungen beitragen. Gefragt sind neue Ideen, Visionen und Mut, um das Vermessungs- und Geoinformationswesen in Deutschland mit weiterem Innovationsantrieb auszustatten und die Vernetzung weiter voranzutreiben.

Die Megatrends in der Geoinformationstechnologie wie Cloud, open source und mobile devices führen dazu, dass die Anbieter dieser Technologien ihre Geschäftsmodelle und Produkte fortentwickeln, bis hin zu strategischen Partnerschaften und Firmenübernahmen. Der Betrieb von GIS-Plattformen in der Cloud ermöglicht neue Formen der Partnerschaft mit Partnern und Kunden mit vielen Vorteilen für alle. Die Produktion und Bereitstellung der Geobasisdaten in der Cloud bietet neue Wertschöpfungsketten und unterstützt die Bestrebungen der öffentlichen Verwaltungen zur Haushaltskonsolidierung.

Digitale Souveränität wird dabei zu einem zunehmend zentralen Gestaltungsfaktor – sowohl politisch als auch operativ. Daraus ergeben sich spezifische Anforderungen und Treiber, die über allgemeine IT-Souveränität hinausgehen, um die Kontrolle über Geodaten und Anwendungen zu behalten, die Abhängigkeit von proprietären GIS-Plattformen zu reduzieren, die langfristige Verfügbarkeit von IT-Fachverfahren zu sichern sowie souveräne Cloud- und Hostingstrategien zu entwickeln.

Unter dem Dach des Lenkungsausschuss Geobasis entwickeln die Landesvermessungs- und Geoinformationsverwaltungen der Bundesländer und des Bundes gegenwärtig Strategien zur Sicherstellung der digitalen Souveränität für die Geodaten in ihrem Verantwortungsbereich.

Digitale Souveränität umfasst mehr als den Einsatz quelloffener Software – sie beschreibt die Fähigkeit von Institutionen und Individuen, ihre digitalen Prozesse selbstständig, selbstbestimmt und sicher zu gestalten. Für Verwaltungen mit zentraler Verantwortung in der Führung und Bereitstellung von Geobasisdaten ist diese Fähigkeit essenziell.

Der Beitrag betrachtet digitale Souveränität aus technischer Perspektive. Im Fokus steht die Frage, wie IT-Systeme und ihre Spezifikationen so gestaltet werden können, dass sie langfristig wartbar, technologisch flexibel und interoperabel bleiben. Gleichzeitig sollten sie einfach zu bedienen und ressourcenschonend sein, um auch unter eingeschränkten personellen und finanziellen Bedingungen eigenverantwortlich betrieben werden zu können.

Auch auf der Nutzerseite ergeben sich Herausforderungen: Geobasisdaten sollten ohne Spezialwissen auffindbar, verständlich und in verschiedensten IT-Umgebungen und Werkzeugen nutzbar sein. Die technische Gestaltung der Datenbereitstellung wirkt sich somit direkt auf die digitale Souveränität von Verwaltung, Wirtschaft und Gesellschaft aus.

Anhand von Beispielen wird aufgezeigt, wie aktuelle Architekturen wie die der GeoInfoDok der AdV weiterentwickelt werden könnten, um die digitale Souveränität zu stärken.

Im Rahmen eines von der Bezirksregierung Köln, Abteilung 7 (Geobasis NRW) beauftragten Grobkonzepts wurde gemeinsam mit interactive instruments ein zweistufiger Ansatz zur Umsetzung einer neuen Datenhaltung für ATKIS-Basis-DLM- und ALKIS-Daten entworfen („AA-DHK“). Die Lösungsansätze bauen konsequent auf den Grundsätzen der digitalen Souveränität auf - sowohl aus Sicht der Vermessungs- und Katasterverwaltungen sowie auch aus Sicht der Nutzer.

Der Fokus liegt auf einer dauerhaft pflegbaren, zeitgemäßen und agilen Architektur. Um das zu erreichen, ist es wichtig, auf eine möglichst weitgehende Nutzung aktueller Standardtechnologien und offener Standards auf Basis bestehender Produkte und - Komponenten zu setzen sowie ausschließlich Open-Source-Software einzusetzen. In der GeoInfoDok spezifizierte Anforderungen, die sich nicht mit Standardtechnologien realisieren lassen, werden auf das Notwendige begrenzt und in separate Komponenten ausgelagert. Komplexe „Sonderlösungen“ sollen möglichst reduziert und die Prozesse modernisiert werden. 

In diesem Beitrag sollen die wesentlichen Komponenten der neuen AA-DHK vorgestellt und ein Ausblick auf die zweistufige Umsetzung gegeben werden.