Wissenschaftlicher Ansatz des Instituts

Verkehr ist eine höchst komplexe Ausdrucksform von mobilen Gesellschaften, die primär menschliche, technische, wirtschaftliche, politische, umweltrelevante und wissenschaftliche Aspekte umfasst, wie es Bild 1 schematisiert.

Bild 1 Aspekte und Umfeld des Verkehrs

Bild 2 und Bild 3 zeigen schematische Strukturierungen der Bereiche Verkehr und Sicherheit.

Bild 2 Schematische Darstellung des Verkehrssystems

Bild 3 Sicherheit als emergente Eigenschaft

Die Schwierigkeit, für die Thematik "Verkehrssicherheit" einen wissenschaftlichen Gesamtansatz zu finden, besteht in der begrifflichen Unschärfe des außerordentlich hohen begrifflichen Umfangs der Bereiche (Domänen) Verkehr und Sicherheit und der daraus resultierenden kombinatorischen Komplexität der diversen Einzelaspekte.

Als wissenschaftliches Konzept stehen zwei verschiedene Grundideen zur Verfügung, die auf gemeinsamen strukturellen wie methodischen Ansätzen beruhen.

Hinsichtlich des zeitlichen Betrachtungskonzepts kann unter der Devise "Lernen für die Zukunft aus vergangenen Ereignissen", unterschieden werden:

• Analytisch-retrospektiv:
  Wissenschaftliche Bestandsaufnahmen und Fallstudien sicherheitsrelevanter Belange zum Zwecke der Klassifizierung und Häufigkeitsanalyse. Resultierende Sicherheitsmaßnahmen sind in der Regel Ursachen- oder Symptomvermeidung, Regularien oder häufig passive Schutzeinrichtungen. Diese Sicherheitsmaßnahmen werden zur passiven Sicherheit gerechnet.

• Synthetisch/Konstruktiv-prospektiv:
  Notwendige Transportfunktionen werden bereits sicherheitsgerichtet bzw. -orientiert konstruiert. Mit Hilfe zukünftig immer leistungsfähigerer Informationsverarbeitung kann das sichere Verkehrsgeschehen darüber hinaus aktiv geplant und gesteuert werden.

Die Sicherheit kann einerseits in individuelle und in kollektive Ansätze andererseits unterschieden werden.

• Individuell-autonom:
  Verkehrssicherheit wird durch fahrzeugseitige Einrichtungen realisiert. Ausgehend von den Erfolgen passiver Maßnahmen mechanisch energieverzehrender Fahrzeugkonstruktion werden zunehmend aktive Maßnahmen( Fahrerassistenzsysteme) immer höheren Automatisierungsgrades verwirklicht, wobei allerdings die Autonomie des Einzelfahrzeugs naturgemäß immer im Vordergrund steht.

• Kollektiv-kooperativ:
  Kollektive Ansätze zur Verkehrssicherheit waren bislang off-line juristischregelbasiert und on-line durch aktive Signalanlagen fahrwegseitig installiert. Die einzige Art online kollektiver, rückgekoppelter Verantwortung geschieht durch den Menschen mit seiner hochkomplexen Sensorik und intelligenten Informationsverantwortung in Verbindung mit der Fahrzeugaktorik. Allerdings erweist sich der Mensch im Zuge der Verkehrsentwicklung zunehmend als sicherheitskritisches Element. Einerseits kann man daher konstruktiv durch technisch hochredundante Multisensorik und Informationsverarbeitung das Risiko fahrzeugseitig verringern. Andererseits sind durch dezentrale Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Fahrzeugen und Austausch von lokalen, fahrzeugseitig ermittelten Verkehrszustandsinformationen ganz neue Formen der Verkehrsorganisation denkbar, die biologischen Vorbildern der Systemorganisation entsprechen.

Hinsichtlich der Weiterentwicklung des skizzierten konzeptionellen Ansatzes sind geeignete Modelle erforderlich, welche mit den Stichworten Zustandsmodelle, selbstorganisierte, strukturell veränderbare Regelsysteme, dezentrale Strukturen, und Agentenkonzepte umschrieben werden können. Methodisch bieten fortgeschrittene Konzepte der Regelungstechnik und der künstlichen Intelligenz hierfür eine gute Grundlage.

Ein klassischer Ansatz zum Verständnis technischer und auch anderer Systeme ist die Systemtheorie. In ihrer aktuellen Entwicklung erfährt die Systemtheorie gegenwärtig entscheidende Erweiterungen:

• zur analytisch-formalen Behandlung komplexer Dynamiken einerseits (kontinuierlich-diskretes Verhalten, stochastisches und nichtlinear-chaotisches Verhalten),

• zur Integration begrifflich-pragmatischer Eigenschaften (z. B. das die Sicherheit einschließende Begriffskonzept der Verlässlichkeit),

• zur strukturellen Organisation durch die Objektorientierung mit ihren Formalismen,

• was mit einer attraktiven Entwicklung adäquater Beschreibungsmittel und rechnergestützter Werkzeuge im akademischen und industriellen Bereich einhergeht.

Wird nun Verkehr modellhaft als komplexes dynamisches System mit einem hochdimensionalen Zustandsraum aufgefasst, kann Sicherheit als erwünschte oder auszuschließende Eigenschaft derart definiert werden, indem unerwünschte bzw. unzulässige Zustände ausgeschlossen werden. Der Ausschluss sicherheitsverletzender Zustände kann somit zum einen

• modelliert und

• auf dieser Basis analytisch untersucht werden

• sowie zum anderen durch

• Realisierung des Modells konstruktiv (passive Sicherheit),

• Realisierung von Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen (aktive Sicherheit) automatisiert und durch

• Konzeption und Realisierung neuer Verkehrsformen bzw. Produktionskonzepte unter Verwendung leittechnischer Einrichtungen betrieblich erreicht werden.

Die Basis dieser systemtheoretischen Modellierung bietet damit den Ansatz zu einer ganzheitlichen Erschließung der Verkehrssicherheit. Werden die bestehenden Einzelansätze geeignet modelliert, d. h. unter Verwendung eines integrations- oder transformationsfähigen Modellkonzepts, kann auf dieser Basis sogar eine Kombination erfolgen. Theoretische Ansätze sind bereits im Rahmen von DFG-Schwerpunktprogrammen (KONDISK, SPEZI) entwickelt worden, die jetzt eine Erfolg versprechende methodische Grundlage darstellen.

Gemäß dem Umfang von Aspekten der Verkehrssicherheit kann eine vollständige Durchdringung dieser Thematik nur von der begrifflich-thematischen Seite erfolgen; in der Praxis jedoch nur exemplarisch untersucht werden. Die begriffliche Strukturierung ist die Basis für Eignung und Auswahl der Modellkonzepte.

In der Skalierung vom Abstrakten zum Konkreten resultiert daher folgende Stufung:

• Begrifflich-thematische Erfassung und terminologische Strukturierung

• Entwicklung bzw. Auswahl von Modellkonzepten, Integration von Modellkonzepten

• Formalisierung der Modellkonzepte

• Entwicklung von theoretisch-formalen Modellen als Untersuchungsgegenstand und Entwicklung von Untersuchungsmethoden

• Untersuchung durch Simulation und Analysen

• Entwicklung von Simulatoren und Demonstratoren, Maßstabs- und Verhaltensmodellen, Virtual- Reality-Simulatoren, Human in the loop, Echtzeitdemonstratoren

• Entwicklung eines Untersuchungsinstrumentariums für Demonstratoren, Realexperimente und in- Situ-Untersuchungen (z. B. Messeinrichtungen und Messfahrzeuge).

Drei methodische Schwerpunkte sind dabei bemerkenswert:

Theoretische Untersuchungen. Theoretische Arbeiten zur Verkehrssicherheit auf der Basis formaler Techniken, d. h. formaler Beschreibungsmittel, Methoden und Werkzeuge (BMW-Konzept). Speziell hier wird die begriffliche und theoretische Integration der verschiedenen Ansätze möglich. Durch die Realisierung der Integration mit gekoppelten Modellen, kooperativen Rechnern und Werkzeugen, auch räumlich verteilt und über das Internet gekoppelt, entstehen völlig neuartige Möglichkeiten, komplexe Systeme im Bereich Verkehrssicherheit zu untersuchen. Diese Untersuchungsmethode ermöglicht darüber hinaus auch die Einbeziehung von Originalkomponenten oder -systemen bis zu menschlicher Verkehrsteilhabe in Echtzeit. Dadurch erschließen sich hochinteressante Untersuchungsfelder der Sicherheitsforschung in einer konzeptionell geschlossenen Linie von Modellanalysen und -simulationen über Realexperimente bis zur fiktiven und tatsächlichen Betriebseinbindung.

Terminologiemanagement. Im Zentrum dieses Schwerpunkts steht die Frage, wie die überbordende Vielfalt von untereinander vernetzten fachsprachlichen Termini modelliert und transparent gemacht werden kann. Ziel ist es, eine Software-Plattform zu schaffen, die als Basis der Modellierung verschiedenster Terminologien unterschiedlicher wissenschaftlicher Diskurse und Unternehmen dienen kann. Im Rahmen dessen wird daran gearbeitet, auf Basis eines neu entwickelten Zeichenmodells ein Terminologiemanagementsystem zu entwickeln, das in der Lage sein soll, Terminologien erheblich detaillierter und vernetzter abzubilden, als bisher möglich. Wir haben dabei besonders die Schwierigkeiten von Zeichenrelationen in den Blick genommen \u2013 z. B. Synonymie, Homonymie, Fachsprachenüberlappungen, Bedeutungsähnlichkeit, mehrere mögliche Übersetzungen etc. In intensiver Auseinandersetzung mit verschiedenen Zeichentheorien ist so ein neues Zeichen- und Zeichenrelationsmodell entstanden. Dieses wurde mit stets wachem Seitenblick auf Probleme der Praxis und Probleme bestehender Systeme stetig weiterentwickelt und schließlich der aktuell laufenden Softwareimplementierung zugrunde gelegt.

Experimentelle Untersuchungen. Untersuchungen mit Simulatoren, Demonstratoren und Versuchsträgern bzw. -fahrzeugen sowie systematische Auswertung von Schadensfällen bilden das praxisgerechte Komplement für wissenschaftliche Untersuchungen unter realen Bedingungen. Maßstäbliche Simulatoren des Straßen- und Schienenverkehrs unter Integration realer Leitsystemkomponenten ermöglichen die echtzeit- und betriebsgerechte Untersuchung sicherheitsrelevanter Eigenschaften unter gezielten und reproduzierbaren Bedingungen. Mit Hilfe von unabhängigen Messplattformen und Referenzzustandsgeneratoren können die Verkehrsmessgrößen im realen Verkehrsgeschehen erfasst werden. Dazu sind entsprechend ausgerüstete Messfahrzeuge zu konzipieren und auszurüsten, welche einerseits die Erfassung von Verkehrsmessdaten sogar im Verkehrsfluss selbst und andererseits die Erprobung von Sicherungsmaßnahmen, konzepten und -einrichtungen in natürlicher Umgebung ermöglichen. Die systemische Auswertung und Analyse von dokumentierten Schadensfällen im Verkehr bilden im Gegenzug eine hervorragende Basis zur Validation und Parametrisierung der theoretischen Modellbildung.

Neben dem Ausbau und der Adaption notwendiger systemischer bzw. theoretischer Grundlagen inklusive kooperativer Systeme sollen zukünftig folgende Problemfelder untersucht werden:

• Sicherheitseigenschaften, -potenziale und -risiken von Automatisierungs- und Assistenzsystemen im Landverkehr. Hier wird insbesondere die Wechselwirkung von lokalen und globalen Funktionen, sowie von technischen und menschlich ausgeführten Funktionen Gegenstand der Untersuchung sein.

• In den Zusammenhang der Sicherheitsrelevanz gehören auch wirtschaftliche und rechtliche Fragen, z. B. des Ausbaugrades, der Heterogenität, der Migration, der Verpflichtung und Überwachung sowie der Finanzierung, vor allem im Individual- und Kollektivbereich sowie der Lokalisierung der organisatorischen Verantwortung.

• Methodische Analyse und Qualifikation von Verkehrsleit- und -sicherungssystemen in Verbindung mit der Qualitätssicherung und ihrer Entwicklung. Hierzu zählt die Erforschung von praktikabler formaler Techniken zur Konstruktion und Nachweisführung zuverlässiger und sicherer Systeme in Verbindung mit der Entwicklung sicherheitsrelevanter Anforderungen. Das Ziel ist es, die Sicherheit bereits im Entwicklungsprozess zu generieren.

• In experimenteller Hinsicht können Einrichtungen zur Einhaltung der Verkehrssicherheit messtechnisch qualifiziert werden. Dazu sind sowohl ein theoretisch-methodisches Instrumentarium auf messtechnischer und messtheoretischer Grundlage als auch experimentell-versuchstechnische Voraussetzungen zu schaffen (Versuchsfahrzeug, Versuchsstrecke).

• Systematische Erfassung und Analyse von Unfallberichten aus den Domänen Eisenbahn und Straßenverkehr mit Methoden des Data-Mining. Ermittlung alternativer Quantifizierungsmerkmale, die auch unabhängig von ökonomischen Betrachtungen der Schadenshäufigkeit und des Schadensausmaßes, allgemeine Aussagekraft besitzen.

• Konkrete Beispiele für Einrichtungen der Verkehrssicherheit sind Abstandswarngeräte, Spurführungsassistenten, Stauwarnungen und -prognosen. Methodischer Ansatz für die Qualifikation ist die Neutralität eines Universitätsinstituts sowie die organisatorische Unabhängigkeit von Entwicklungs- und Qualifikationsinstitutionen.

• Wachsende Probleme mit der Terminologie der Automatisierungstechnik haben zu einer intensiven Auseinandersetzung mit terminologischen Grundsatzfragen geführt. Untersuchungsgegenstand ist, wie sich Ambiguitäten und Vagheiten in technischen Fachsprachen systematisch verringern lassen, um zu einer höheren Kommunikationsqualität und in der Folge zu einer geringeren Fehlerquote zu gelangen. Im Rahmen einer interdisziplinären Herangehensweise werden dabei linguistische, terminologische, informationstechnische, ingenieurswissenschaftliche, psychologische und medienwissenschaftliche Perspektiven einbezogen und so eine neue Perspektive auf Terminologiearbeit gewonnen.