FH-Kompetenz

IANF ("Institut für Angewandte Nachhaltigkeitsforschung", Arbeitstitel)

Präambel

Wir möchten

• fachbereichs- und disziplinenübergreifend die eigene Hochschule auf dem Weg in Richtung Nachhaltige Entwicklung (NE) weiterbringen;

• Forschungsergebnisse zur NE in die Lehre transferieren und Studierende in den Forschungsprozess einbinden;

• dass unsere Forschung und deren Forschungsergebnisse dazu beitragen, auch über die eigene Hochschule hinaus in Umwelt und Gesellschaft eine förderliche Wirkung für eine NE zu entfalten;

• Technologien, Ökonomien, Gesellschaftsmodelle und Lebensstile entwickeln, die umweltfreundlich und ökologieverträglich sowie menschgerecht und sozial sind;

• wertschätzend und respektvoll mit uns selbst, den anderen und der Erde umgehen (wie es auch im Leitbild unserer Hochschule steht);

• verantwortungsübernehmend sein und uns werteorientiert gemeinsam weiterentwickeln.

Nachhaltigkeitsbegriff

Mit unserer Forschung wollen wir dazu beitragen, Nachhaltigkeitsbewusstsein bei allen Beteiligten auf- und auszubauen. Dabei konzentrieren wir uns nicht nur auf das Schaffen von Wissen, sondern ganz stark auf das Anregen und Umsetzen von nachhaltigkeitsförderlichen Aktionen. Angestrebte Vision ist eine weltweite, integrative Nachhaltigkeit.

Dabei soll eine Gemeinschaft entwickelt werden, in der die guten Vorsätze und neue Umsetzungen immer wieder bekräftigt werden.

Arbeitsfelder des Instituts

• Nachhaltigkeitrelevantes Verhalten erfassen und nachhaltiges Handeln fördern
  • Individuelle Ebene
  • Gesellschaftliche Ebene
    • inkl. Gender-spezifische Sicht, s. u.
  • Umwelt-Ebene (Natur-Sicht)
  • Technische und infrastrukturelle Ebene

Erste Idee

Organisationsstruktur

Vorteile der gewählten Organisationsstruktur (In-Institut "IANF"):

• Förderung der Vernetzung innerhalb der Hochschule
• Aufbau einer Tradition der interdisziplinären Zusammenarbeit
• Vorteilhafte Außendarstellung/Außenwirkung.
  • Vereinfachung der gemeinsamen Projekt-Akquisition
• Integration der Ergebnisse in die Lehre
• Unterstützung unserer Forschungsinteressen und -arbeiten

Die mitwirkenden MitarbeiterInnen verbleiben dabei in ihren Fachbereichen (Idee des "virtuellen" Instituts).

Forschungsfragen (Research Agenda)

Themenkomplex 1: Interaktion von Umwelt und Gesellschaft

• Wie lassen sich die vielfältigen Wechselbeziehungen zwischen Umwelt und Gesellschaft (individuell/sozial/kulturell) mit dem Ziel der Vorhersage, Analyse (und Lenkung) des Gesamtsystems "Mensch - Gesellschaft - Natur - Technik" dynamisch modellieren ([FE2014], vgl. [Kates2011])?
• Wie beeinflussen langfristige ökologische und soziale Entwicklungen die Interaktion von Umwelt und Gesellschaft mit Bezug zu nh-relevanten Aspekten?
• Wie lässt sich transformativer Wandel in komplexen sozio-ökologischen Systemen beobachten und modellieren [FE2014]?
• Wie entstehen Gemeinschaften, die eine Nachhaltige Entwicklung fördern und wie "funktionieren" diese dauerhaft?

Kates, R., Clark, W., Corell, J., Hall, M., Jaeger, C., Lowe, I, McCarthy, J., Schellnhuber, H., Bert Bolin, B., Dickson, N., Faucheux, S., Gallopín, G., Gruebler, A., Huntley, B., Jäger, J., Jodha, N., Kasperson, R., Mabogunje, A., Matson, P., Mooney, H., Moore, B., O’Riordan, T. & Svedin, U. (2001). Sustainability Science. Science, 292, 641-662.

Themenkomplex 2: Nachhaltigkeitsbewusstsein und -gewissen

• Wie lässt sich (integrativ-) nh-bewusstes Verhalten (datenmäßig) definieren und erfassen/erfragen und visualisieren?
• Wie lässt sich Nachhaltigkeitsbewusstsein "messen" [PSR?]?
• Wodurch werden sozial und ökologisch unnachhaltige Konsumpraktiken und Verhaltensweisen angetrieben [FE2014]?
• Wie lassen sich Akteure/Menschen zu nachhaltigem Handeln (bzw. einer nachhaltigen Lebensweise) motivieren [FE2014, PSR?]?
• Auf welche Art und Weise lässt sich (mit Blick auf das Nachhaltigkeitsthema) der direkte Zusammenhang von "Weltveränderung" und eigenem Handeln erkennbar machen?
• Wie lässt sich mit Blick auf eine Einheit von Mensch, Gesellschaft und Natur eine "fully-functioning society" realisieren (in welcher sich das Individuum zugehörig zu einer größeren Weltgemeinschaft empfindet)?
• Welche sozialen, kulturellen und politischen Bedingungen sind dort, wo ein hohes Nachhaltigkeitsbewusstsein vorherrscht, gegeben und welche Hinweise ergeben sich daraus, um derartige Bedingungen in andere Länder/Gesellschaftkreise zu "exportieren"?

Themenkomplex 3: Instrumente für den Übergang in nachhaltigere Gesellschaften (Interaktion Gesellschaft - Technik - Umwelt - Wirtschaft)

• Wie lassen sich die heutigen operationell eingesetzten Systeme zur Beobachtung von Umwelt- sowie gesellschaftlichen Zuständen dahingehend verbessern, als dass sich signifikant nachhaltigere Entwicklungsprozesse initiieren lassen?
• Wie lassen sich die bislang relativ isoliert durchgeführten Aktivitäten aus den Bereichen Umweltbeobachtung, Forschung und Entscheidungsunterstützung besser zusammenführen und in gesellschaftliche Lernprozesse integrieren?
• Wie lässt sich der Nachhaltigkeitsgrad von Handlungsalternativen umfassend bewerten [Kates2011]?
• Welche soziotechnischen Infrastrukturen werden benötigt, um die benötigten Instrumentarien zur Schaffung nachhaltiger Lebensweisen bereit zu stellen?
• Wie lassen sich Menschen aktiv in Erkenntnisprozesse zu nh-relevanten Themen einbinden?
• Welche Kommunikationswerkzeuge und Mensch-Technik-Schnittstellen unterstützen die kollaborative Entwicklung ganzheitlicher Lösungen für nh-relevante Aufgabenstellungen bzw. von Visionen zur Bewältigung der globalen Herausforderungen?
• Welche Kommunikationswege und -weisen, Kommunikationswerkzeuge und M-T-Schnittstellen unterstützen eine partizipative Entscheidungsunterstützung im Umfeld interdisziplinärer nh-relevanter Fragestellungen?
• Welche Geschäftsmodelle können aus ökonomischer Sicht den Übergang in nachhaltigere Systeme unterstützen?

Themenkomplex 4: Nachhaltigkeitsbildung/Nachhaltigkeitskommunikation

• Wie lässt sich das Verständnis komplexer Wirkungszusammenhänge im Umfeld nh-relevanter Fragestellungen fördern?
• Welche technischen Werkzeuge ermöglichen dem Menschen, sich über aktuelle nh-relevante Situationen zu informieren und mit Handlungsalternativen zu experimentieren?

Themenkomplex 5: Nachhaltigkeit, Gender und soziale Teilhabe

TODO: Wer bearbeitet das fundiert?

• Welche Beziehungen bestehen zwischen Gender-Gleichheit und nachhaltiger Entwicklung?
• Welche geschlechtsspezifischen Unterschiede bestehen bezüglich des Nachhaltigkeitswissens, -verhaltens und bewusstseins [UN2014]?
• Wie lassen sich mit Blick auf nh-relevante Belange geschlechtsspezifische Ausschlüsse und Zielkonflikte erkennen und "monitoren" [UN2014]?

TODO: Zum Thema "Gender" fällt euch sicherlich noch viel mehr ein!

TODO: Wer schreibt auch etwas zum Thema Diversity?

Konkrete Projekte

• Bem.: Projekte müssen maßgeblich zur Beantwortung der Leitfragen des IANF beitragen.

Projekt 1: "ENE"

• Fortführung des bestehenden FH-Struktur-Projektes

Projekt 2: "Community-basierte, nachhaltige Mobilität"

TODO

• Entwicklung einer "Mitmach"-Community zur aktiven Förderung multimodaler Personen- und Kleingüter-Transporte in der Metropole Ruhr
  • als "Reallabor"
• Fokus: Personenbeförderung, Botengänge etc. per Fahrrad, ÖPNV und Individualverkehr mit ("Schwarm"-) intelligenten Übergabepunkten und Ortungs- und Kommunikationstechnik
  • Z. B. Gütertransporte, Mitfahrgelegenheiten, Einkäufe und Begleitung für pflegebedürftige Menschen, Berücksichtigung der Belange (oft erwerbstätiger) Menschen mit Betreuungsverantwortung, Stärkung der Mobilität auch in benachteiligten vorstädtischen/ländlichen Räumen, usw.
  • Randbedingung: Nicht nur ökologische Aspekte (z. B. CO2-Bilanz) beachten, sondern auch soziale Aspekte (z. B. Taxifahrern, Transportunternehmen etc. keine Arbeitsplätze wegnehmen, sondern diesen lukrative Mitmach-Möglichkeiten bieten).
• Ziel ist eine wahrnehmbare Reduzierung der (gesamt-bilanzierten) Umweltbelastung.
• Thesen:
  • Die Visualisierung der erzielten Resultate (z. B. aktuelle georäumliche Community-Aktivität, Carbon-Einsparung etc.) geht mit einer positiven Verstärkung der Aktivitäten einher.
  • Der Erfolg der Community wird maßgeblich durch die bereit gestellten Kommunikationswerkzeuge beeinflusst. Positive Effekte gehen insbesondere von Nutzer-zentriert entworfenen Werkzeugen aus, welche eine breite Partizipation und konstruktive Ideenentwicklung ermöglichen.
• Gender-Aspekte:
  • Untersuchung geschlechtsspezifischer Nutzungsmuster (Wahl der Transportmittel) durch eine explizite Gender-Analyse
    • Besteht ein Zusammenhang zwischen Mobilitätsverhalten und geschlechtsspezifischer Arbeitsteilung und sozialen Heterogenitäten?
• Beteiligte Akteure:
  • Städte Bochum, Essen, ...
  • metropolradruhr
  • RVR
  • VRR, Bogestra, ... ?
  • RUB?

TODO: Bitte ggf. ergänzen

Gender-Aspekte

• Mögliche Kriterien (Checkliste):
  • Unterstützt das Projekt die Einbringung der Fähigkeiten weiblicher Akteure und werden deren Rechte umfassend berücksichtigt?
  • Führt das Projekt zu Gender-relevanten Nachteilen?
  • Führt das Projekt zu einer Reduzierung schlechter entlohnter oder unbezahlter Arbeit weiblicher Beteiligter?
  • Unterstützt das Projekt die maßgebliche Partizipation von Frauen als Akteure und Entscheidungsträgerinnen?

Geplante Promotionen

Vorhaben 1: Entstehung nachhaltiger Gemeinschaften in der Lokalität und im Internet

Grundlegende Fragestellung

• Wie entstehen Gemeinschaften, die auf eine nachhaltige Lebensweise und Umgangsform aufbauen im Sinne einer friedlichen und kooperativen Kommunikationsstruktur?
• Welche grundlegenden Regeln und Anforderungen helfen der Entwicklung dieser Gemeinschaften?
• Welche Aspekte behindern die Entwicklung von echter Kooperation und Nachhaltigkeit?

These/Forschungsfrage

• Wir gehen davon aus, dass sich eine Gemeinschaft entwickeln lässt, die einen friedlichen und nachhaltigkeitsfördernden Umgang miteinander pflegt und aufrecht erhält.
• Wie kommt dies zustande? Welche grundlegenden Aspekte müssen dafür berücksichtigt werden?

Methodisches Vorgehen

• Analysiert wird eine Gemeinschaft, die bereits seit einiger Zeit besteht.
• Angeregt wird die Bildung weiterer Gemeinschaften, die lokal verankert und per Internet vernetzt werden.
• Untersucht werden die Kommunikationsprotokolle (die bereits transkribiert im Internet vorliegen).

Erwartete Arbeitsergebnisse

Wir gehen davon aus, dass Grundprinzipien erfüllt sein müssen, damit eine friedvolle Zusammenarbeit gelingt. Diese beziehen sich auf die Einhaltung und das Ausdrücken von gegenseitiger Wertschätzung und Respekt sowie der Übernahme von Verantwortung für gelungene Kommunikationsprozesse möglichst vieler an der Kommunikation Beteiligten.

Beitrag zur Research Agenda des Instituts

Die Beantwortung dieser Frage trägt dazu bei, den Themenkomplex 1 (wie entsteht eine Nachhaltige Gesellschaft) und den Themenkomplex 2 (wie entsteht eine gelingende Nachhaltigkeitskommunikation) zu bearbeiten.

Relevanz geschlechtsspezifischer Differenzierung sowie Diversität

TODO

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW): Duisburg-Essen mit Prof. Herrmann
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: Petra & Peter

Vorhaben 2: Erfassung und Bewertung nachhaltigkeitsrelevanten Handelns (vorläufiger Arbeitstitel)

Grundlegende Fragestellung

Die bewusste Entscheidung für integrativ-nachhaltiges Handeln setzt voraus, dass der Nachhaltigkeitsgrad verschiedener Handlungsoptionen bekannt ist, objektiv verglichen und potenziellen Kosten/Aufwänden gegenübergestellt werden kann. Es soll daher eine Metrik für integrative Nachhaltigkeit entwickelt werden, welche uns in die Lage versetzt, den Nachhaltigkeitsgrad von Handlungen und Handlungsoptionen zu bewerten und Akteure auf der individuellen, gesellschaftlichen und politischen Ebene unterstützt, integrativ-nachhaltig zu handeln. Die Betrachtung soll dabei über bestehende Ansätze wie z. B. die Stoffstromanalyse hinaus gehen und neben energetischen und materiellen Aspekten auch die soziale Dimension berücksichtigen.

These/Forschungsfrage

• Welche quantifizierbaren Indikatoren und Metriken für (integrativ-) nachhaltiges Verhalten lassen sich definieren?
• Wie lässt sich individuelles und gesellschaftliches (kollektives) nh-relevantes Verhalten quantitativ erfassen/messen?
• Wie lässt sich der Nachhaltigkeitsgrad von Handlungen/Handlungsalternativen bewerten?
• Wie lassen sich aktuelle persönliche Assistenzsysteme und operationell eingesetzte Systeme zur Beobachtung von Umwelt- sowie gesellschaftlichen Zuständen dahingehend verbessern, als dass sich signifikant nachhaltigere Entwicklungsprozesse initiieren lassen?

Methodisches Vorgehen

Domänenspezifische Vorgehensweise (z.B. Mobilität, wirtschaftliches Handeln); Analyse repräsentativer Handlungsszenarien im Raum; Modellbildung; Ableitung quantifizierbarer Nachhaltigkeitsindikatoren; Bestimmung einer Metrik / eines Maßes für integrative Nachhaltigkeit auf Basis der identifizierten Indikatoren (Hilfsmittel: z.B. multikriterielle Analysen); Entwicklung prototypischer Assistenzsysteme; Proof of Concept

Erwartete Arbeitsergebnisse

Indikatorenkatalog für (integrativ-) nachhaltiges Verhalten; Metrik/multikriterielle Bewertungsmethoden für integrative Nachhaltigkeit; Assistenzsysteme zur Entscheidungsunterstützung

Beitrag zur Research Agenda des Instituts

Das Vorhaben trägt primär zur Bearbeitung der Themenkomplexe 2 und 3 bei (siehe Forschungsfragen).

Relevanz geschlechtsspezifischer Differenzierung sowie Diversität

TODO

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW): tbd.
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: Andreas, N.N. (Vertreter des FB, welche die betrachtete Anwendungsdomäne repräsentiert)

Vorhaben 3: Interaktive Visualisierung und kollaborative Modellierung nachhaltigkeitsrelevanter Auswirkungen individuellen Handelns

Grundlegende Fragestellung

Die Auswirkungen individuellen Handelns hinsichtlich der Ziele einer (integrativ-) nachhaltigen Entwicklung bleiben oft undeutlich, unkonkret oder abstrakt. Im Rahmen des Promotionsvorhabens soll daher die Idee verfolgt werden, unser Handeln und dessen Auswirkungen visuell sichtbar, analysierbar und diskutierbar werden zu lassen. Unterstützt werden soll dabei insbesondere eine kollaborative Konstruktion primär kausaler Modelle durch Bereitstellung einer einfach nutzbaren und möglichst breit einsetzbaren visuellen Modellierungssprache (ein Arbeitstitel könnte lauten: "Sustainability Information Modelling Language") im Sinne einer "Lingua franca" zur Beschreibung handlungsorientierten Nachhaltigkeitswissens.

Wir gehen davon aus, dass derartige Visualisierungen dazu beitragen, den Zusammenhang von "Weltveränderung" und eigenem Handeln erkennbar und die Diskussion von Handlungsalternativen und Technikfolgen anzuregen. Zudem soll die Sichtbarmachung nachhaltiger Verhaltensweisen zum Mitmachen motivieren. Weitergehend vermögen die aufgebauten Modelle die mentale Konzeptualisierung nachhaltigkeitsrelevanter Sachverhalte (z. B. im Rahmen des Benutzerschnittstellen-Designs für "nachhaltige" Web-Communitys) zu unterstützen.

Die Arbeit setzt unmittelbar auf die im Rahmen des FH-Struktur-Projektes "Erlebnisraum Nachhaltige Entwicklung" (ENE) im Fachbereich G entwickelten Ergebnisse und Software-Artefakte auf.

Stand der Forschung

Im Umfeld der Nachhaltigkeits- und Umweltforschung werden zahlreiche Modellierungen zur Beschreibung nachhaltigkeitsrelevanter Aspekte eingesetzt, insbesondere:

• Einfache Wirkungsgefüge-Diagramme ("causal loop diagrams"), die jedoch nur sehr unpräzise und somit weder durch den Anwender unmissverständlich interpretierbar noch ohne Weiteres informationstechnisch verarbeitbar sind;
• Beschreibungen, bei denen zeitlich dynamische Aspekte im Vordergrund des Interesses stehen und die somit einer unterliegenden Ebene geringerer Abstraktion zuordenbar sind, wie z. B. die von Odum auf ökologische Fragestellungen angewandten Netzwerkmodelle oder Forresters prominenter System-Dynamics-Ansatz;
• die dem Software-Engineering-Umfeld entstammende UML-Modellierung, welche explizit die Beschreibung u. a. von Handlungen, Entscheidungen oder Handlungskonsequenzen erlaubt (vgl. konzeptuelle Definition von Aktoren, Aktivitäten, Nachbedingungen etc. innerhalb der UML), jedoch zu sehr auf die Beschreibung informationstechnischer Belange ausgelegt ist und im Sprachumfang überdies für die avisierte Zielgruppe zu komplex;
  • Abbildung: Unvollständiger Versuch einer an die Syntax der visuellen "Unified Modelling Language" (UML) angelehnten vereinfachten Beschreibung eines alltäglichen Fallbeispiels
• wissensbasierte Systeme, bei denen die mathematisch-logische Deduktion von Aussagen (Konsequenzen) im Vordergrund des Interesses steht, die jedoch ohne entsprechende Informatik- und Mathematik-Kenntnisse nicht nutzbar sind; oder
• Stoffstrom-Beschreibungen, in welchen soziale Aspekte nachhaltiger Entwicklung kaum Berücksichtigung finden und primär materielle und energetische Ströme betrachtet werden.

Verschiedene Elemente der vorgenannten Ansätze sind relevant für das avisierte Vorhaben und daher aufzugreifen, wobei folgende Aspekte im Vordergrund des Interesses stehen:

• Starke Fokussierung auf nachhaltigkeitsrelevante Aspekte im Sinne einer möglichst beit einsetzbaren, leicht erlernbaren fachdömänenspezifischen Sprache;
• Bereitstellung effektiver und expressiver visueller Darstellungen (explizite Sichtbarmachung der Auswirkungen individuellen Handens, z. B. bezogen auf die natürliche Umwelt, betroffene Personenkreise, Orte);
• Unterstützung der Diskutierbarkeit der hinterliegenden Modelle (z. B. innerhalb einer Web-Community);
• Möglichkeit der kollaborativen Weiterentwicklung der hinterliegenden Modelle.

These/Forschungsfrage

Die Forschungsfragen sind im Umfeld der Angewandten Informatik, Psychologie (Kognitionswissenschaft), Umweltsystemforschung und Sozialwissenschaften angesiedelt:

• Wie lassen sich die Auswirkungen formal beschreiben und repräsentieren? Im Vordergrund des Interesses stehen hierbei die zu Grunde liegene Konzeptualisierung unter Berücksichtigung semantischer Aspekte sowie eine Klassifizierung der relevanten
  • Entitäten (hier: menschliche, organisatorische und technische Aktoren; Umweltressourcen; soziale Aspekte) und
  • Entitätsrelationen wie z. B. <<affects>> oder deren Spezialisierungen <<harms>>, <<requires_transport>>, <<consumes_energy>>, <<contaminates>> usw.; soziale Interaktionen wie u. a. <<segregates>>, <<socially_deprives>>, <<motivates>>, <<participates>> oder <<encourages_female_actors>> und andere Gender-spezifische Relationen; weitergehend nicht-kausale Aspekte wie argumentative Beziehungen, z. B. <<conflicts>>, oder Kommunikationsrelationen wie <<locate_issue>>, <<comment_relation>> etc.
• Wie lassen sich die formalen Beschreibungen maschinell in auswertbare und editierbare Modelle und Visualisierungen transformieren?
• Welche domänenspezifischen sprachlichen Elemente und Interaktionswerkzeuge werden benötigt, um eine kollaborative (transdisziplinäre) Modellentwicklung (Modellsynthese) möglichst weitgehend zu unterstützen?

Rolle der Geovisualisierung

Der Mensch lebt und handelt im Raum; viele relevante Aspekte individuellen Handelns besitzen daher eine georäumliche Komponente. Insofern wird davon ausgegangen, dass geoinformatorische Modellierungen eine derartige Umgebung maßgeblich bereichern können. Diese These soll begleitend durch den Fachbereich G ebenso wie das Thema der "Spatialisierung" nicht-raumbezogener Aspekte zur Visualisierungskonstruktion weiter untersucht werden. Mit Blick auf die Arbeitsziele soll eine raumbezogene Darstellung als ergänzende Sicht bereitgestellt werden, so dass die Orte, an denen sich das Handeln auswirkt, sichtbar werden. Die Erfahrungen des aktuellen FH-Struktur-Projekts ENE zeigen darüber hinaus, dass raumbezogene Darstellungen als effektive Benutzerschnittstelle fungieren können und zur Förderung des Verständnisses der modellierten Sachverhalte beizutragen vermögen. Weitergehend lässt sich Geovisualisierung als Instrument der Erlebniskommunikation ("experiental communication") begreifen, wodurch sich bleibende Eindrücke vermitteln lassen und sich die geistige Auseinandersetzung der Rezipienten mit dem dargebotenen Inhalt anregen lässt (siehe Ansatz des ENE-Projekts).

Methodisches Vorgehen

Das methodische Vorgehen folgt folgenden Arbeitsschritten:

1. Beschreibung relevanten Handlungswissens auf der Grundlage repräsentativ ausgewählter Anwendungsszenarien (z. B. für die im Umfeld des ENE-Projektes identifizierten Nachhaltigkeits-"Gesten", welche im Sinne selbstverpflichtender Verhaltensweisen zu verstehen sind, und insbesondere auch für das Reallabor zur nachhaltigen urbanen Mobilität, das im Rahmen der beantragten FH-Kompetenz-Förderung aufgebaut werden soll);
2. Klassifizierung/Kategorisierung der Entitäten und Relationen;
3. Algebraische Spezifikation der Semantik der Entitäten und Relationen; damit einhergehend Aufbau einer domänenspezifischen Sprache (DSL) unter Einsatz von "Domain Engineering"-Methoden;
4. Entwicklung von Software-Werkzeugen zur Editierung und Prozessierung der Modelle;
5. Praxistests und Bewertung der praktischen Anwendbarkeit der Modellierung und der aufgebauten Mensch-Maschine-Schnittstelle, insb. am Beispiel des Reallabors zur nachhaltigen Mobilität.

Erwartete Arbeitsergebnisse

Das beabsichtige Promotionsvorhaben liefert folgende Ergebnisse:

• Taxonomie domänenspezifischer Entitäten und Relationen und zugehöriges Prozessierungs-"Wissen" (als wesentlicher Beitrag zu einer "Theorie der Nachhaltigkeitsinformation");
• maschinell verarbeitbare Modellierung unter Berücksichtigung quantitativer und insbesondere qualitativer Aspekte;
• Software-Werkzeuge zur Modell-Verarbeitung, -Visualisierung und interaktiven Synthese.

Diese Ergebnisse tragen unmittelbar zur Beantwortung von Teilaspekten der in der Research-Agenda formulierten Forschungsfrage des avisierten Instituts (IANF) bei; siehe folgenden Abschnitt.

Beitrag zur Research Agenda des Instituts

Die Arbeit trägt zur Beantwortung von Forschungsfragen insbesondere aus den Themenkomplexen 2 und 3 bei (Zusammenhang "Weltveränderung"/eigenes Handeln; Nachhaltigkeitsbewusstsein; Definition, Erfassung und Visualisierung nachhaltigkeitsbewussten Verhaltens; Instrumente für den Übergang in nachhaltigere Gesellschaften). Weitergehend werden aber auch Aspekte der Themenkomplexe 1 und 4 (Interaktion von Umwelt und Gesellschaft, Nachhaltigkeitskommunikation, Verständnis komplexer Wirkungszusammenhänge, Informationswerkzeuge) wesentlich berührt.

Relevanz geschlechtsspezifischer Differenzierung sowie Diversität

In der aufzubauenden Modellierung sollen Gender-Aspekte explizit Berücksichtigung finden. (So sind Gender-spezifische Faktoren z. B. im Rahmen der oben stehenden Beschreibung der Forschungsfrage bereits explizit als konkrete Entitätsrelationen benannt.) Zu den weiteren für das Promotionsvorhaben als relevant angesehenen sozialen Faktoren zählen z. B. Alter (Kinder, ältere Menschen), Behinderungen, Ethnie, Klassenzugehörigkeit, Lebensform etc.

Da das Promotionsvorhaben unmittelbar auf die Beschreibung der Relationen zwischen Aktoren und weiteren Entitäten abzielt (s. o.), wird ein methodisches Fundament zur Verfügung gestellt, dass insbesondere auch zur Beantwortung der Frage nach den bestehenden Beziehungen zwischen Gender-Gleichheit und nachhaltiger Entwicklung wesentlich beizutragen vermag.

Weitergehend wird eine technische und methodische Grundlage zur Aufzeichnung und Analyse individueller "Nachhaltigkeitsmodellierungen" geschaffen. Hieraus lassen sich möglicherweise Hinweise zur Beantwortung der Frage nach geschlechtsspezifischen Unterschieden bezüglich des Nachhaltigkeitsverhaltens (weitergehend auch des Nachhaltigkeitswissens und -bewusstseins sowie individueller Wertesysteme) gewinnen; siehe dazu auch [UN2014]. In begleitenden Forschungsarbeiten soll untersucht werden, inwieweit sich auf Basis der aufgebauten Modelle mit Blick auf nachhaltigkeitsrelevante Belange geschlechtsspezifische Ausschlüsse und Zielkonflikte erkennen lassen.

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW): offen (FernUni Hagen, Fak. für Math./Inform. Bereich Informationsvisualisierung oder RUB Geogr. Inst. Bereich Geovisualisierung)
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: Benno (Fb G), N.N.

Vorhaben 4: "Virtueller Fahrer"

Motivation

Die Entwicklung von Fahrzeugantrieben stellt aufgrund der hohen Komplexität eine große Herausforderung dar. Ein Werkzeug zur Konstruktion und Untersuchung der Systeme ist die Fahrzeugsimulation. Hier werden alle Komponenten durch physikalische Gleichungen beschrieben und ihr Verhalten in virtuellen Fahrsituationen berechnet. Klassischerweise folgt das Fahrzeugmodell einem vorgegeben Geschwindigkeitsprofil, ein Geschwindigkeitsregler sorgt durch die Betätigung von Fahr- und Bremspedal für die Einhaltung der Sollgeschwindigkeit. Charakteristische Merkmale des Fahrers, die den Fahrstil wiederspiegeln können auf diese Weise nicht untersucht werden.

In der Praxis zeigt sich, dass die Fahrweise maßgebliche Auswirkungen auf den Energiebedarf, Reichweite und Bauteilbelastung von elektrischen Antrieben hat. Wünschenswert ist demnach die Darstellung eines virtuellen Fahrers, der reale Fahrertypen abbilden kann, um Erkenntnisse über das Antriebsverhalten unter verschiedenen realitätsnahen Nutzungsprofilen zu erhalten.

Geleistete Vorarbeiten

Die am Institut entwickelte Fahrzeugsimulation erlaubt die Analyse von Bauteilbelastungen und Systemverhalten verschiedener elektrischer Antriebe. Durch die hohe Modularität lassen sich beliebige Elektroantriebe darstellen. Der bisher erfolgreiche Einsatz der Simulation in Forschungsprojekten reicht von der Fahrzeugentwicklung (BOmobil) bis zum Komponententest am Hardware-in-the-Loop-Prüfstand (SimTAWE).

Durch die Entwicklung eines speziellen Datenloggers für EVs ist die Aufzeichnung von Fahrzeug- und Fahrerdaten in den Elektrofahrzeugen des Instituts möglich. Diese Daten dienen zur Verifikation des Modells, der Bestimmung von Fahrzeugparametern und der Analyse des Fahrstils.

Systembeschreibung

Bei der Entwicklung eines virtuellen Fahrers wird die Funktionalität vom klassischen Geschwindigkeitsregler zur Einhaltung der Sollgeschwindigkeit erweitert. Grundlage sind Streckendaten, auf dessen Basis das Modell vorausschauend die optimale Geschwindigkeit bestimmt und das Modell realitätsnah durch den Fahrzyklus steuert.

Anhand verschiedener Optimierungskriterien können Fahrstile simuliert werden und so der Einfluss auf Effizienz und Performance analysiert werden. Durch eine Kombination von optimaler Regelung und dynamischer Programmierung kann so mit vertretbarem Rechenaufwand die optimale Fahrstrategie ermittelt werden. Durch kontinuierliche Berechnung ist es dem virtuellen Fahrer möglich, auf auftretende Ereignisse zu reagieren und die Strategie dynamisch anzupassen. Als Demonstrator wird ein Fahrassistenzsystem entwickelt, welches den Fahrer beim effizienten Fahren durch Signalisierung der aktuellen optimalen Geschwindigkeit und Beschleunigung unterstützt.

Projektablauf

Das Promotionsprojekt umfasst mehrere Arbeitspunkte, die im folgenden Gantt-Diagramm dargestellt sind. Die Meilensteine M1 bis M3 kennzeichnen wichtige Teilergebnisse, die sofort in Folgeprojekten weitere Verwendung finden.

TODO Gantt-Diagramm

Anwendung und Projektziele

Die Anwendung des beschriebenen virtuellen Fahrers ist vielseitig und berührt viele Stellen der nachhaltigen Mobilität. So kann das Modell innerhalb der Simulation früh in der Komponenten-Entwicklung eingesetzt werden, ebenso am im Hardware-Test zur Qualitätssicherung. Dies hat positive Auswirkung auf die Entwicklungs- und Produktionskosten von elektrischen Antrieben und fördert so indirekt die Verbreitung von Elektrofahrzeugen. Als Teil des Fahrtenmanagements für Elektrofahrzeuge kann die Ermittlung der Reichweite während der Fahrt genauer ermittelt werden und die Restreichweite am Zielort bereits vor Fahrtantritt bestimmt werden. Eine genaue Reichweitenprädiktion erhöht das Vertrauen des Fahrers und somit die Akzeptanz in Bezug auf elektrifizierte Mobilitätskonzepte mit beschränkter Reichweite, was sich ebenfalls positiv auf die Verbreitung auswirkt. Zudem kann der virtuelle Fahrer zur Fahrassistenz angewandt werden. Letzteres wird innerhalb der Promotion umgesetzt. So wird der Fahrer durch das System über die effizienteste Geschwindigkeit und Beschleunigung informiert und wird so beim Erlernen eines energiebewussten Fahrstils unterstützt. Der Energiebedarf wird auf diese Weise gesenkt und die Reichweite erhöht. Ein hohes Verständnis für effizientes Fahren wirkt sich nachhaltig auch bei der Nutzung anderer Fahrzeugen aus, sodass mit einer positiven Beeinflussung über die gesamte persönliche Mobilität zu rechnen ist.

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW):
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: Institut für Elektromobilität

Vorhaben 5; N.N.

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW):
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: ?? Fachbereich W (Marcus, Susanne) ?

Vorhaben 6; N.N.

Betreuung

• Betreuende Universität (NRW):
• BetreuerInnen an der Hochschule Bochum: ?? Fachbereich B (Sebastian, Iris, Christoph) ?