SAFERWATER - MMI RWTH Aachen

Sicheres KI-Framework für verbesserte Wassereffizienz und Widerstandsfähigkeit

Die Wasserwirtschaft steht vor großen Herausforderungen: Klimawandel, Bevölkerungswachstum und zunehmende (Cyber-) Angriffe gegen kritische Infrastrukturen erfordern innovative und nachhaltige Lösungen zur Sicherung der Wasserversorgung. Gleichzeitig müssen Talsperren und Wasserversorgungssysteme modernisiert und an die veränderten Rahmenbedingungen angepasst werden. Die Digitalisierung liefert hierzu vielfältige Ansatzpunkte – verbunden allerdings mit neuen Risiken, Schwachstellen und Gefahrenpotenzialen durch Cyberangriffe oder Systemausfälle.

Im Vorhaben SAFERWATER sollen (1) resiliente Digitale Zwillinge (DZ) zum verbesserten Management bei hydro-meteorologischen sowie digitalen (Cyber-)Ereignissen und (2) ein Framework zur Durchführung digitaler Stresstests entwickelt werden. Wesentliche Komponenten der DZ sind neuartige KI-Algorithmen zur Niederschlags-Abflussvorhersage als auch zur Anomalieerkennung und Warnung vor Cyberangriffen und Systemausfall. Die notwendige Datengrundlage basiert auf Messsensorik sowie vernetzten DZ der Talsperren- und Wasseraufbereitungsanlage, die eine virtuelle Abbildung der Prozesse ermöglichen. Ein dezentrales Talsperrenverbundsystem wird so in eine dezentrale IT-Infrastruktur gespiegelt, die mithilfe von Datenraumkonzepten verteilte Analysen ermöglicht, um die KI unter Wahrung der Datensouveränität zu trainieren.

Die dezentrale IT-Infrastruktur bietet dadurch einzigartige Ansätze zur Sicherstellung der IT-Sicherheit. Hierzu wird für das verteilte SAFERWATER-System ein mehrstufiges Sicherheitskonzept entwickelt und unter Gesichtspunkten der IT-Sicherheit in digitalen Stresstests untersucht. Unter Berücksichtigung neuer EU-Richtlinien hat SAFERWATER das Ziel, neue Impulse für ein höheres Sicherheitsniveau und Resilienz gegenüber IT- und Cyber-Risiken zu setzen.

Der im Projekt entwickelte Ansatz wird dabei in der Projektlaufzeit als Demonstrator umgesetzt und pilothaft in der Umgebung des Projektpartners WAG sowie im Verbund stehenden Partnern implementiert.

Das MMI als Spezialist für Modellierung, Simulation und Analyse komplexer Systeme in ihrer Einsatzumgebung übernimmt neben der Projektkoordination die Konfiguration und prototypische Inbetriebnahme einer IoT-Infrastruktur auf Basis der Industrie 4.0-Verwaltungsschale (S3I-Instanz). Dabei soll die Architektur des IoT-Gesamtsystems so aufgebaut werden, dass Angriffe auf bzw. Ausfälle von Komponenten keine nennenswerten Auswirkungen auf andere Bereiche haben. Das Verhalten wird mithilfe einer Simulation validiert, wobei andere beteiligte Assets, Digitale Zwillinge, Software-Services und Benutzerschnittstellen sowie die Kommunikationsinfrastruktur insbesondere mit ihren IT-technischen Schnittstellen 1-zu-1 darin abgebildet werden.

Im Projekt SAFERWATER arbeitet das Institut für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) zusammen mit dem Lehrstuhl und Institut für Wasserbau und Wasserwirtschaft (IWW), dem Lehrstuhl Informatik 5 (DBIS), der FH Aachen, der STAWAG – Stadtwerke Aachen Aktiengesellschaft für die WAG, Wassergewinnungs- und -aufbereitungsgesellschaft Nordeifel mbH sowie der FloodWaive Predictive Intelligence Gmb.

Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) fördert das Verbundprojekt „SAFERWATER – Sicheres KI-Framework für verbesserte Wassereffizienz und Widerstandsfähigkeit“ zur Fördermaßnahme „Wasserversorgung der Zukunft (WaZ)“ im Rahmen des Bundesprogramms „Wasser: N“. Wasser: N ist Teil der BMFTR-Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit (FONA)“.

Sicheres KI-Framework für verbesserte Wassereffizienz und Widerstandsfähigkeit

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