DA von M. Schreitmüller, 2003

Titel

Methoden der Vulnerabilityanalyse kritischer Strukturen

(DA: D-UMNW)

Betreuung

Prof. Flühler (Institut für Terrestrische Ökologie),
Prof. W. Kröger, Dr. R. Mock. J. Birchmeier

Abgabe

Januar 2003

Abstract

Verletzlichkeitsanalysen vernetzter technischer Systemen sind ein aktuelles Forschungsthema in der Risikoanalytik und des -managements. Dabei ist offensichtlich, dass der stabile Zusammenhalt eines Netzsystems einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit der von ihm abhängenden Elemente darstellt.

Anhand einer Literaturübersicht zum Stand der Forschung im Bereich der "Vulnerabilityanalytik" wird eine Arbeitsdefinition des Begriffes Vulnerability ("Verletzlichkeit") abgeleitet und für das Infrastruktursystem "Verkehrswege" angepasst: "Ein vernetztes Strassensystem ist verletzlich, wenn durch eine einfache Störung der Knoten(-punkte) oder Verbindungen (Kanten), der Grad seiner Vernetztheit verringert wird.", d.h. wenn ein Netz nach Unterbruch von Verbindungen in Teilnetze zerfällt. Im Rahmen dieser Definition zeigt sich bereits der starke Bezug zu graphentheoretischen Modellierungsansätzen. Die Aufgabe besteht darin, aus einem realen Strassennetz einen Graphen zu erstellen und diesen zu analysieren.

Die zufällige und sukzessive Entfernung einer, zweier und mehrerer Kanten im Graph resultiert in eine Anzahl getrennter Subgraphen, was als Vulnerability-Indikator gilt. Die Umsetzung der Graphen in Erreichbarkeitsmatrizen und deren Berechnung und Analyse mit Hilfe eines in der Arbeit erstellten MATLAB-Programmes ergibt Verletzlichkeitskennzahlen.Der gezeigte Fall zeigt schon beim Ausfall einer Strassenverbindung einen grossen Wert. Zwei Ausfälle bewirken bei ca. 75% der entstehenden Graphen eine vollständige Trennung. Drei Strassenausfälle ergeben fast sicher eine Abspaltung einzelner oder mehrerer Knoten

Mit Hilfe der in der Arbeit entwickelten Vorgehensweise und Programmen lassen sich Verkehrssysteme (und andere Systeme, die sich als Graphen darstellen lassen) hinsichtlich ihrer Verletzlichkeitsstruktur miteinander vergleichen. Isolierte Netzen bedeuten auch die (direkte) und unerwünschte Unerreichbarkeit von Orten bei Unfällen und Katastrophen. Die Arbeit leistet hier bei der Optimierung regionaler Strassennetzwerke (Infrastruktur) eine Hilfestellung.