Wie Städte mit Daten zu Smart Cities wachsen

Eine intelligente Stadt erleichtert das Leben ihrer Bewohner und Verwaltung. Ob Parkplatzsuche, Abfallentsorgung, Bewässerung oder Winterdienst – die Pioniergemeinde Herrenberg erledigt mithilfe von Daten viele ihrer Aufgaben cleverer und effizienter als früher. Der intelligente Winterdienst basiert auf Sensoren von Lufft.

Die Gegenwart kann ganz schön alt aussehen. Zumindest wenn es darum geht, wie intelligente Städte in einigen Jahren funktionieren könnten. Die schmucken Fachwerkhäuser der Herrenberger Innenstadt erinnern die Passanten eher an die Vergangenheit. Doch die 30.000-Einwohner-Gemeinde mit ihrer pittoresken Altstadt avanciert bundesweit zu einem Vorreiter für sogenannte Smart Cities.

Das Internet der Dinge

Mögliche Anwendungen in einer intelligenten Stadt gibt es viele, die meisten klingen ganz und gar nicht nach Science-Fiction, eher sehr praktisch. Dazu zählen zum Beispiel Parkplatzsensoren, die Autofahrern den Weg zu freien Lücken weisen, oder intelligente Müllcontainer, die ab einem gewissen Füllstand selbstständig ihre Leerung anfordern.

Damit Mülltonnen, Straßen, Blumenbeete und weitere Dinge über ihren Zustand Auskunft geben können, müssen sie mit Sensoren ausgestattet und an ein Funknetz angeschlossen sein. Die Kommunikation in diesem Internet der Dinge (IoT) erfolgt dabei über strahlungsarme Kommunikationsnetze, sogenannte Low Power Wide Area Networks (LPWAN). Im Gegensatz zum WLAN oder Mobilfunk ist die Leistung von LPWAN sehr niedrig, schließlich muss es nur geringe Datenmengen übertragen anstelle von Bildern oder Videos.

Lizenzfreie Frequenzen senken Investitionskosten

In Herrenberg erfolgt der Datentransfer über das Long Range Wide Area Network (LoRaWAN), eine für Smart-City-Anwendungen besonders gut geeignete Form des LPWAN. Weil es auf lizenzfreie Frequenzen im ISM-Band zurückgreift (Industrial, Scientific, and Medical Band – 863 bis 870 MHz), hat die Gemeinde mit sehr niedrigen Investitionskosten eine flächendeckende Daten-Architektur aufgebaut.

Diese besteht grundsätzlich aus zwei Teilstrecken. Sensoren und Datenempfänger, sogenannte Gateways, kommunizieren über LoRaWAN. Die Gateways sind über das Stadtgebiet an möglichst hohen Standorten verteilt, um eine gute Netzabdeckung zu garantieren. Eine Stadt wie Herrenberg mit 30.000 Einwohnern kommt dabei mit gut einem Dutzend Gateways aus, der Einstieg 2018 erfolgte mit lediglich zwei der Empfänger. Diese sind via Internet mit Servern verbunden, von denen Rechner sich die Daten für diverse Applikationen abholen.

Datenschatz für jedermann

Das Spannende an der ganzen Sache: Die Infrastruktur ist für alle offen, jeder kann sie nutzen – und bei Bedarf auch selbst erweitern. Dennoch werden die Daten verschlüsselt übertragen und sind nur für den jeweiligen Nutzer einsehbar. Das passt zum Geist der „Mitmachstadt“, zu der sich Herrenberg ausgerufen hat. Wir von mhascaro nutzen die übertragenen Daten der Sensoren und haben in Zusammenarbeit mit dem Amt für Umwelt, Technik, Grün eine Plattform entwickelt, mit dem deren Mitarbeiter nutzerfreundlich und anschaulich alle Sensoren überwachen und Messwerte sowie -historien ablesen können. Individuell lassen sich Alarm-Mails versenden, die zum Beispiel bei Erreichen eines bestimmten Füllstandes in das Postfach des Mitarbeiters flattern.

Ein vielversprechendes Pilotprojekt in Herrenberg ist der automatisierte Winterdienst. Fahrbahnsensoren und Wetterstationen liefern in Echtzeit Daten, sie sind quasi wie ein Fenster auf die Straße. Eine große Hilfe für die Mitarbeiter des Winterdienstes, die jede Saison ab November bis März enorm viel zu tun haben. Selbst in schneearmen Wintern wie dem vergangenen kann es immer zu Reifglätte oder Blitzeis kommen. Je mehr der Winterdienst also über den Zustand der Straßen weiß, desto besser – und sicherer.

Lernen aus der Vergangenheit

Derzeit sind zwei Lufft IRS31Pro  in die Herrenberger Straßen eingebaut, ein dritter folgt bald. Wetterstationen des Typs Lufft WS10, WS600  und WS800  geben Aufschluss über Temperatur, Luftfeuchte und Druck, Windgeschwindigkeit und -richtung, Sonnenstrahlung sowie den Niederschlag. Die Einbindung in das LoRaWAN Netz wurde von mhascaro in enger Zusammenarbeit mit Lufft entwickelt und ist seit Ende 2018 im Einsatz. Die Messinstrumente sagen uns etwas über den aktuellen Zustand, was gerade ist und was davor war. Doch wäre es nicht viel spannender zu wissen, was sein wird?

Die ebenerdig verbauten Sensoren IRS31Pro liefern präzise Daten zum Fahrbahnzustand.

Im Ernst, das geht ganz ohne Kristallkugel. Stattdessen kommt Künstliche Intelligenz ins Spiel. Historische Wetterdaten liefern zusammen mit den Räumprotokollen des Winterdienstes einen wertvollen Datenschatz, aus dem ein Algorithmus, also ein Computerprogramm, wiederkehrende Muster erkennt. Dies kann zum Beispiel ein Zusammenhang aus Luftfeuchtigkeit und Temperatur sein, denn auch ohne Niederschlag kann sich gefährliche Glätte bilden.

Sichere Fahrt auch im Winter

Wir haben bereits begonnen, den Algorithmus mit Informationen zu füttern, aber je grösser die Datenbasis ist, desto präziser und universeller geraten seine Vorhersagen. Daher ist das Ziel in Herrenberg, auch Gemeinden aus ganz Baden-Württemberg in das Projekt mit einzubeziehen. So können alle voneinander profitieren, den Winterdienst entlasten und den Verkehr in den nassen und kalten Monaten sicherer machen. Nicht nur in Herrenberg und Umgebung, sondern auch bereits in mehreren anderen Städten, die ihre Abläufe mithilfe von IoT und KI intelligenter gestalten wollen und zu Smart Cities werden.

Weiterführende Informationen

Die Fokusgruppe Intelligente Vernetzung des Digital-Gipfels hat auf ihrer Internetseite zahlreiche Publikationen über Smart-City-Projekte in deutschen Städten sowie weitere verwandte Themen veröffentlicht. Eine Übersicht finden Sie hier.

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