Smart Cities: Konzepte und Ideen für den vernetzten urbanen Raum

Digitale Vorreiter

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Datum 02.06.2021
Lesezeit 7 Min.

Smart Cities: Konzepte und Ideen für den vernetzten urbanen Raum

Weltweit wachsen die Megacities immer weiter: In der Metropolregion Tokio leben bereits mehr als 38 Millionen Menschen, im Großraum New York fast 20 Millionen, in Paris mehr als 12,5 Millionen. 2030 – so schätzen die Vereinten Nationen – werden rund 60 Prozent der Weltbevölkerung in Metropolen leben. 

Auch deutsche Städte bleiben von dieser Entwicklung nicht verschont: In der Metropolregion Berlin wohnen und arbeiten rund 6 Millionen Menschen, im Ballungsraum Hamburg mehr als 5 Millionen. Selbst kleinere Städte wachsen stetig. Und mit ihnen deren Herausforderungen: Versorgung mit Lebensmitteln und Trinkwasser, Müllentsorgung, Überlastung der Infrastruktur, Luftverschmutzung. Ein Schlüssel zur Lösung vieler dieser Herausforderungen kann die Smart City sein.

Was ist eine Smart City?

Von einer Smart City sprechen Experten, wenn sie die Vernetzung von verschiedenen Geräten und Diensten meinen. Dabei erfassen Sensoren an den Geräten in Echtzeit anfallende relevante Daten. Aus diesen Daten gewonnene Erkenntnisse steuern wiederum andere Geräte, beispielsweise Ampelanlagen, Schleusen oder Entladebrücken in Häfen. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) macht unsere Städte intelligent. Dank Schmalband-Kommunikation (Narrowband-IoT) können dabei auch entlegene und schwer zugängliche Bereiche vernetzt werden. Eine Smart City ist also gewissermaßen der „große Bruder” des Smart Home.

Egal, ob intelligente Aufzüge, vernetzte Parkscheinautomaten oder smarte Mülltonnen: Das Internet der Dinge kann gerade im öffentlichen Raum nutzbringend eingesetzt werden. In der Folge erhöht ein Umstieg auf Public-IoT-Lösungen die Effizienz von Personaleinsatz und Wartungsaufwand. Wir stellen hier einige Anregungen und konkrete Smart-City-Beispiele vor.

 

Berlin startet Smart-City-Strategie

Bereits seit 2015 arbeitet Berlin an einer Smart-City-Strategie. Dabei hat die Stadt sechs Handlungsfelder ausgemacht, die sie ab Januar 2022 umsetzen will:

  • Smarte Verwaltung und Stadtgesellschaft: Beschleunigte und vereinfachte Verwaltungsabläufe, sowie neuartige Dienstleistungen sollen für mehr Bürgerfreundlichkeit sorgen.
  • Smartes Wohnen: Bei der Entwicklung neuer Stadtquartiere sollen die Möglichkeiten ausgenutzt werden, die Smart Home, Gebäudeeffizienz und Gebäudesicherheit bieten.
  • Smarte Wirtschaft: Durch gezielte Förderpolitik sollen unterschiedliche Branchen und Unternehmen smart verknüpft werden, beispielsweise bei der Nutzung der Elektromobilität.
  • Smarte Mobilität: Mobilitätssicherung soll sozial gerecht, ökologisch sinnvoll und zukunftsorientiert entwickelt werden. Berlin möchte die Stadt der kurzen Wege werden, Sharing-Modelle ausbauen und verschiedene Mobilitätskonzepte intelligent verknüpfen.
  • Smarte Infrastrukturen: Die Stadt Berlin sieht in „intelligent ausgestalteten Versorgungsinfrastrukturen […] das Rückgrat der Smart City Berlin“. Nur so kann sie das Ziel der CO2-Neutralität 2050 erreichen. Investiert werden soll in übergreifende intelligente Lösungen, die die städtebaulichen Strukturen mit den Netzinfrastrukturen verknüpfen. Dazu gehören auch Smart Grids der Energieversorger.
  • Öffentliche Sicherheit: Der Berliner Senat sieht die Sicherheit als eine seiner Kernaufgaben. Schwerpunkte liegen dabei auf Datenintegrität, Datenauthentizität sowie die Verfügbarkeit von Daten auch in Krisenzeiten, beispielsweise bei Naturkatastrophen.

 

Hamburg schon jetzt die smarteste City Deutschlands

Während andere Städte noch planen, ist Hamburg schon einen Schritt weiter. Die Hansestadt beschäftigt sich schon länger mit Smart-City-Projekten und setzt sie auch um. Das reicht immerhin, um gleich in zwei Smart-City-Studien ganz vorn zu liegen. So führt Hamburg sowohl den Smart-City- Index des Digitalverbands Bitkom als auch das Smart City-Ranking der Unternehmensberatung Haselhorst Associates an.

So bietet Hamburg beispielsweise Smartphone-Nutzerinnen und -Nutzern mit der HVV-App Switch eine Möglichkeit, die schnellste Route aus allen zur Verfügung stehenden Verkehrsmitteln inklusive Sharing-Angeboten zu wählen und auch gleich die passenden Tickets zu buchen.

Ein weiteres Beispiel ist die Tiefenvermessung von Hafen und Elbe mit autonomen Messfahrzeugen, sowie das Livestream-Angebot der Bürgerschaftsdebatten. Hervorgehoben wird aber auch die digitale Vernetzung der Hamburger Akteure im Gesundheitswesen. Darüber hinaus erproben Unternehmen wie Volkswagen oder die Hamburger Hafen und Logistik AG (HHLA) autonom agierende Mini-Busse, automatisierte Parkhäuser und den Transport von Schiffscontainern per Drohne und Hyperloop.

 

Smart City Köln fördert gezielt kleinere IoT-Projekte

Auch Köln setzt bereits erfolgreich Smart-City-Projekte um. Im Smart City-Ranking der Unternehmensberatung Haselhorst Associates landet die Rhein-Metropole auf dem zweiten Platz. Im Fokus der Kölner steht dabei neben verschiedenen Großprojekten die Förderung von kleinen Ideen und Start-ups wie beispielsweise der Erprobung einer Gieß-App, mit deren Hilfe das Gießen von Bäumen während Dürreperioden koordiniert werden kann.

Der im Kölner Norden ansässige Autobauer Ford hat mit zehn Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen ein Geofencing-System ausprobiert, bei dem die Fahrzeuge automatisch von Verbrennungs- auf Elektromotor umgeschaltet haben, sobald sie in eine Umweltzone gefahren sind.

In Köln-Nippes wiederum testet die Stadt, ob ein intelligentes Parkleitsystem den Parksuchverkehr und damit auch die Schadstoffemissionen signifikant reduzieren kann. Das System erfasst rund 800 Stellplätze am Straßenrand.

 

Smart City Duisburg stellt Unternehmen Sensordaten zur Verfügung

Einen interessanten Ansatz für B2B-Kunden bietet die Stadt Duisburg. Die IoT-Plattform Rhinecloud IoT erfasst, speichert und verarbeitet Daten von in der Stadt verteilten IoT-Sensoren und stellt sie strukturiert zur Verfügung. Auf Basis dieser Daten können Unternehmen innovative Services entwickeln und anbieten. Dabei können interessierte Unternehmen je nach Businessmodell die Sensordaten „mieten“ und/oder eigene Sensoren einbinden.

Auch in anderen Feldern fördert Duisburg innovative Smart-City-Ideen wie eine autonome Kehrmaschine, die nach Betriebsschluss selbstständig den Betriebshof des Recyclingzentrums Nord in Duisburg-Röttgersbach reinigt.

 

Die Vorteile einer Smart City: Intelligente Gerätevernetzung im öffentlichen Raum

Das Internet der Dinge (IoT) findet immer mehr Einsatzfelder, auch im öffentlichen Leben. Vor allem diese Bereiche profitieren von intelligenter Vernetzung:

  • Smart MeteringVerbrauchsdaten und Messwerte lassen sich quasi über beliebige Entfernungen erfassen. Gerade Energieversorger profitieren von sinkenden Ablesekosten und ständiger Überwachung der Entnahmestellen sowohl im Strom- als auch im Gasbereich.
  • Public IoT – Die Einsatzmöglichkeiten für das Internet der Dinge reichen vom intelligenten Parkleitsystem über smarte Lichtanlagen bis hin zu intelligenten Abfallsystemen und U-Bahnen.
  • Smart BuildingsIntelligente Gebäudevernetzung kann Hausnotruf, Zugangskontrollen und Alarmsysteme einschließen, aber auch Beleuchtung und Klimatisierung. So können Gebäude besser überwacht und gesteuert werden.
  • Smart Properties – Entlegene Liegenschaften wie Kraftwerke oder Talsperren profitieren ebenfalls von intelligenter Überwachung und Messdatenerfassung aus der Ferne.

Dank geringer Stückkosten lohnt der Einsatz von IoT-Technologie auch bei vergleichsweise „einfachen” Geräten. Hierzu zählen beispielsweise Thermostate oder Türschließanlagen, deren Vernetzung bislang wegen hoher Installationskosten als unwirtschaftlich galt. Diese müssen nur noch ans Mobilfunknetz angebunden werden und übertragen dann ganz von allein ihre Zustands- und Messdaten an eine zentrale Stelle.

Die moderne Narrowband-IoT-Technologie über das bestehende LTE-Mobilfunknetz von Vodafone geht sogar noch einen Schritt weiter: Sie vernetzt Standorte auch dort, wo dies bislang nicht oder nur mit großem Aufwand möglich war.

Standorte ohne eigene Stromversorgung können so problemlos in die Vernetzung eingebunden werden. Möglich machen dies die besonderen Eigenschaften von Narrowband: Denn die wichtigsten Vorteile gegenüber herkömmlichen IoT-Lösungen liegen in der optimalen Mobilfunknetz-Ausnutzung, langen Akkulaufzeiten bei Batteriebetrieb und sicherer Datenübertragung.

 

IoT in der Energiewirtschaft: Das Beispiel techem

Das Dienstleistungsunternehmen techem GmbH aus Eschborn in Südhessen ist als Dienstleister an der Schnittstelle zwischen Energieversorgern und Immobilienwirtschaft tätig. Das Unternehmen hat die Vorteile von Smart Metering für sich entdeckt und wickelt die Überwachung von Zählerständen über das Internet der Dinge ab. So kann techem dank Narrowband-Anbindung auch in schwer erreichbaren Umgebungen wie Kellern oder hinter dicken Stahltüren jederzeit zuverlässige Ablesungen sicherstellen.

Ablese- und Wartungskosten an den Entnahmestellen machen in der Energieversorgung einen großen Teil der laufenden Kosten aus, sodass eine Automatisierung für die beteiligten Unternehmen attraktiv ist. Und damit nicht genug: Das Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende schreibt für neu zu installierende Zählersysteme vor, dass die Geräte Smart-Metering-fähig sein müssen.

Grundsätzlich können Sie mit IoT-Technologie jegliche Arten von Zählern problemlos an das Internet anbinden und sparen so die turnusmäßige Ablesung durch einen Beauftragten Ihres Unternehmens. Auch ungewöhnliche Verbrauchsdaten und mögliche Defekte lassen sich so schneller erkennen. So können Sie reagieren, bevor unnötige Kosten entstehen.

 

Moderne Telematik und Smart Waste: Die Stadtverwaltung Schmalkalden

Die Schmalkalden Stadtreinigung GmbH hat schon vor längerer Zeit die Fahrzeuge der Stadtverwaltung intelligent via IoT-Technologie vernetzt. An der Umsetzung war neben Vodafone auch der Logistik- und Telematikspezialist DAKO beteiligt. Die Betriebsdaten der insgesamt 62 Fahrzeuge der dortigen Stadtverwaltung werden seitdem nicht mehr von Hand ausgelesen, um etwa Ruhe- oder Lenkzeiten zu überwachen. Die Fahrzeugflotte wurde via GPS-Ortung und eingebauter SIM-Karten intelligent an eine zentrale Plattform angebunden. Das bietet gleich mehrere Vorteile:

  • Das aufwändige manuelle Auslesen der Betriebsdaten und damit verbundene Standzeiten entfallen.
  • Nicht nur Lenk- und Ruhezeiten, sondern auch Kraftstofffüllstand, Kilometerstand und Wartungsintervalle werden erfasst und an zentraler Stelle angezeigt.
  • Der jeweilige Standort der Fahrzeuge und die gefahrenen Routen sind stets bekannt. So lassen sich mögliche Beschwerden über nicht durchgeführte Anfahrten gegebenenfalls entkräften oder im Sinne der Kunden bearbeiten.
  • Auch im Falle möglicher Verkehrsvergehen kann ein solches System als Nachweis dienen, ob ein bestimmtes Fahrzeug zum fraglichen Zeitpunkt überhaupt vor Ort war.

In Schmalkalden steht als Nächstes das Thema „Smart Waste” an: Mülltonnen sollen demnächst „melden”, wenn sie so gut wie voll sind – damit werden dann unnötige Abholfahrten sowie überquellende Tonnen vermieden.

Ähnlich wie bei der sogenannten Just-in-time-Logistik, bei der Güter genau zum richtigen Zeitpunkt und in genau der benötigten Menge eintreffen, wird auch hier nur dann abgeholt, wenn es wirklich nötig ist. So werden unnötige Wege vermieden: Das spart Sprit-, Personal- und letztlich Wartungskosten bei den beteiligten Fahrzeugen.

Die Stadt Schmalkalden im Luftbild

Auch und gerade kleinere Städte wie Schmalkalden profitieren von intelligenter IoT-Telematik

 

Smarte Personenbeförderung: IoT bei Aufzügen, U-Bahnen und Fahrsystemen

Aufzüge, Fahrtreppen und ganze U-Bahn-Strecken können mithilfe von IoT-Technologie überwacht werden. So bekommt die Überwachungszentrale jederzeit mit, welchen Betriebszustand die jeweiligen Komponenten aufweisen, und kann rechtzeitig eingreifen – im Idealfall, bevor es zu einem Ausfall oder Stillstand kommt.


In Zusammenarbeit mit der ThyssenKrupp Elevator AG hat Vodafone vor einiger Zeit Aufzüge mit smarter IoT-Technologie ausgerüstet. Mehr als 100.000 Vodafone SIM-Karten helfen dabei, die wichtigsten Maschinendaten der Aufzugsanlagen zu erfassen und an zentraler Stelle in der Cloud zu speichern. Auf diese Weise werden Wartungskosten minimiert und Ausfälle gehören dank Predictive-Maintenance-Verfahren weitgehend der Vergangenheit an.

Doch auch in anderen Bereichen wie Fahrtreppen, U-Bahnen und Seilbahnen kann diese Technologie helfen, die wichtigsten Betriebsparameter zentral zu erfassen und anstehenden Wartungsaufwand oder Betriebsstörungen rechtzeitig zu melden.

Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld ist die intelligente Verkehrssteuerung: Smarte Ampeln erkennen automatisch, wie viel Verkehr in welche Richtung fließt, und verständigen sich sogar untereinander. Gleiches gilt für Parkleitsysteme, die Autofahrer dank IoT-Parkraumüberwachung dorthin lotsen, wo noch genügend Stellplätze zur Verfügung stehen.

Narrowband-IoT: Zuverlässige Vernetzung auch in abgelegenen Bereichen

Mit dem flächendeckenden Rollout der NB-IoT-Funktechnologie entstehen Vernetzungsmöglichkeiten, die es zuvor nicht gab. Wie der Name bereits nahelegt, kann die Schmalbandvernetzung auch dort eingesetzt werden, wo wenig Bandbreite zur Verfügung steht. NB-IoT-Module bestechen durch niedrigen Energieverbrauch und hohe Zuverlässigkeit. Mit dieser LTE-basierten Funktechnik können Geräte über weite Strecken und auch unter schwierigen Bedingungen vernetzt werden.

Rund 90 Prozent des bestehenden Vodafone LTE-Netzes sind für Narrowband geeignet. Derzeit können etwa 50.000 Geräte pro Funkzelle mit NB-IoT versorgt werden. Wenn Sie mehr über die Vorteile und möglichen Gründe für den Einsatz von NB-IoT erfahren wollen, sollten Sie sich einmal unseren separaten Ratgeber zu diesem Thema ansehen.

Gebäude und Liegenschaften intelligent überwachen: Jederzeit alles im Blick

Die regelmäßige Kontrolle von dezentralen Liegenschaften bindet häufig wertvolle Ressourcen – auch wenn vor Ort dann gar kein Handlungsbedarf besteht. Binden Sie einfach wichtige Parameter solch einer dezentralen Infrastruktur an ein zentrales System an und schicken Sie nur dann Mitarbeiter zum Einsatzort, wenn dies wirklich erforderlich ist. Vernetzen Sie alle wichtigen Zustandsmeldungen intelligent via Cloud und lassen Sie sich benachrichtigen, noch bevor etwas passiert.
Beispiele für eine solche Überwachung sind:

  • Gewässertemperatur und -füllstand: Steigt die Temperatur eines Badesees oder der Pegel an einer Talsperre über einen bestimmten Wert, kann dies Auswirkungen auf das dortige Ökosystem haben, Gesundheits- oder sonstige Gefahren bergen. Die Messwerte müssen nicht mehr von Hand in bestimmten Intervallen zusammengetragen werden, sondern werden deutlich häufiger und dafür ohne manuellen Aufwand erfasst. Das System schlägt dann bei Erreichen bestimmter Schwellenwerte rechtzeitig Alarm.
  • Überwachung von Kraft- und Umspannwerken: Auch hier kann IoT-Technologie helfen, die wichtigsten Betriebsparameter ohne Einsatz vor Ort zu erfassen und rechtzeitig Alarm zu schlagen. Neben der visuellen Kontrolle durch Überwachungskameras lassen sich so an neuralgischen Punkten Sensordaten auslesen, die Aufschluss über anstehenden Wartungsbedarf oder bevorstehende Probleme geben. Teures Gerät lässt sich so möglicherweise austauschen oder kontrolliert herunterfahren, ohne dass es zu Beschädigungen oder gar Stromausfällen kommen muss.
  • Gebäudecheck: Mithilfe von IoT lassen sich nicht nur intelligente Einbruchmeldesysteme realisieren – auch ausgefallene Lampen, Zutrittskontrollsysteme oder Heizungen und Klimaanlagen können auf diese Art zentral verwaltet werden. Mit der Unterstützung durch IoT-Anbindung kann der einwandfreie Zustand von öffentlichen Einrichtungen gewährleistet werden.



Video: YouTube / Vodafone Malta

 

Hat Ihre Stadt auch schon IoT-Projekte umgesetzt und damit den Weg zu einer Smart City betreten? Oder arbeitet Ihr Unternehmen an IoT-Technologien, mit deren Hilfe Städte smart werden? Wir freuen uns auf Ihren Kommentar.

 

 

 


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