Ob Straßenlaternen, Wasserzähler, Gebäude oder Parkanlagen: Immer mehr technische Komponenten in Städten sind intelligent vernetzt. Mülleimer funken ihren Füllstand an städtische Abfallunternehmen, intelligente Wände alarmieren das Ordnungsamt bei Vandalismus und Bewegungssensoren in der Fertigungshalle überwachen den Weg der Produkte. All diese Szenarien der Smart City sind technisch schon heute möglich. Weltweit nutzen Metropolen das Internet of Things (IoT), um ihren Bürgerservice, die Lebensqualität und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern sowie Energie einzusparen – auch in Deutschland.
2030 – so schätzen die Vereinten Nationen – werden rund 60 Prozent der Weltbevölkerung in Metropolen leben. Auch in deutschen Städten zeigt sich diese Entwicklung: 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 die Herausforderungen: Versorgung mit Lebensmitteln und Trinkwasser, Müllentsorgung, Überlastung der Infrastruktur, Luftverschmutzung, Energieverbrauch. Ein Schlüssel zur Lösung vieler dieser Herausforderungen kann die sogenannte Smart City sein.
Was genau kann die Smart City der Zukunft leisten und wie werden Städte eigentlich intelligent?
Was ist eine Smart City?
Der Begriff Smart City (übersetzt: „schlaue Stadt”) bezeichnet die Vernetzung von verschiedenen Geräten und Diensten im urbanen Raum. 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 (englisch: Internet of Things, kurz: IoT) macht unsere Städte intelligent. 5G- oder Schmalband-Übertragungstechnik (Narrowband-IoT) vernetzen dabei auch entlegene und schwer zugängliche Bereiche.
Egal ob intelligente Stromnetze, vernetzte Parkscheinautomaten oder smarte Mülltonnen: Kommunen können das Internet of Things gerade im öffentlichen Raum gewinnbringend einsetzen. Der Umstieg auf Public-IoT-Lösungen steigert die Effizienz von Personaleinsatz und verringert den regelmäßigen Wartungsaufwand.
Merkmale (Dimensionen) von Smart Cities
Eine intelligente Stadt ist nachhaltig, ressourcenschonend und bietet eine höhere Lebensqualität unter anderem durch besondere Sicherheitsmaßnahmen. Vor allem intelligente Lösungen für die öffentliche Sicherheit spielen für eine Smart City eine zentrale Rolle. Denn eine effizientere Reduzierung der Kriminalitätsrate erhöht in jeder Stadt den Wohlfühlfaktor für ihre Bewohner:innen.
Neben intelligenten Parklösungen, die die Autofahrer:innen über freie Parkplätze informieren, gehören auch smarte Beleuchtungssysteme zu einer intelligenten Stadt: Sensoren erfassen Daten zu Lichtverhältnissen und -intensitäten. Cloud-basierte Software vergleicht und wertet diese Daten aus. So wird die öffentliche Beleuchtung perfekt auf äußere Faktoren wie zum Beispiel Jahreszeiten abgestimmt – die Reduzierung von Energieverbrauch und -kosten ist eine weitere positive Folge.
Aber es gibt noch mehr Dimensionen, in denen sich die Smart City abhebt. Die wichtigsten stellen wir Ihnen im folgenden Abschnitt vor:
Smart Economy
Smart Economy beschreibt alle Maßnahmen, die darauf abzielen, die Wirtschaft einer Kommune mithilfe moderner Technologie zu verändern und zu stärken. Die Verbesserung des allgemeinen Geschäftsklimas, die Attraktivität einer Stadt für Start-ups, Investoren, Unternehmen und neue Talente sowie ein innovatives und nachhaltiges Wirtschaftswachstum zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit sind die wichtigsten Ziele.
Der Einsatz von unter anderem IoT-Technologie soll zu wirtschaftlichem Wohlstand führen, der wiederum stabile und günstige Bedingungen für alle Beteiligten schafft. Aus staatlicher Sicht ist eine smarte Wirtschaftsentwicklung ein wichtiges Instrument, um Unternehmen die Möglichkeit zum Aufbau von Arbeitsplätzen zu geben.
Zivilgesellschaft: Smart People
Adam Greenfield ist US-amerikanischer Autor und Experte für städtische Wohnkonzepte. 2013 kritisierte er in seinem Buch „Against the Smart City“ (übersetzt: Gegen die schlaue Stadt), dass bei aller Fokussierung auf smarte Technik die Bewohner:innen der Städte selbst ignoriert würden.
Dabei bedeute Smart City doch vor allem, mit schlauer und vernetzter Technologie das Leben für alle Bewohner:innen einer Stadt so angenehm und sicher wie möglich machen. Es gehe darum, menschliche Bedürfnisse in den Vordergrund zu rücken.
Moderne Technik sei hierbei der Schlüssel: Mehr Sicherheit und ein auf Nachhaltigkeit zielendes Leben in Städten entstehe durch engagierte Bürger:innen (englisch: „Smart People”) und den Einsatz schlauer Technik. So hätten zum Beispiel viele Menschen großes Interesse daran, Lebensmittelverschwendung in Restaurants oder Supermärkten zu reduzieren. Durch vernetzte Betriebe kann dies gelingen, die beispielsweise überschüssige Nahrungsmittel in einer App verschenken oder günstig verkaufen.
Smart Metering und Smart Grid: Zählerauslesung aus der Ferne und intelligente Stromnetze
Großes Potenzial birgt das Fernmanagement durch IoT-Technologie auch für Versorgungs- und Energieunternehmen. Intelligente Strom-, Gas- und Wasserzähler (Smart Meter) können ihre Werte direkt an die Zentralen der städtischen Versorger senden. Wie das funktioniert, zeigen Vodafone und der Energiedienstleister techem mit einer stationären Funklösung. Via Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) ermöglichen Wikon und Vodafone auch Wasserversorgern die drahtlose Fernüberwachung von Rohrnetzen und Leitungen. Selbst unter schwierigen Bedingungen – beispielsweise in Kellern von Smart Buildings, in unterirdischen Kanälen und hinter Betonwänden – können Nutzer:innen und Anbieter die vernetzten Zähler über das Maschinennetz auslesen.
In der Smart City sorgen nicht nur vernetzte Sensoren, IoT-Geräte und intelligente Gebäude für mehr Energieeffizienz, sondern auch die Stromnetze. Mit einer Fotovoltaikanlage auf dem Dach oder einem Blockheizkraftwerk im Keller produzieren immer mehr Privathaushalte und Unternehmen eigenen Strom aus erneuerbaren Energien. Bei dieser dezentralen Erzeugung werden sie zu aktiven Teilnehmern im Smart Grid, dem intelligenten Stromnetz.
Dieses koordiniert den Stromfluss zwischen den Energieerzeugern und Verbraucher:innen. Sensoren an den Kleinanlagen erkennen zum Beispiel, wenn die maximale Aufnahmekapazität der lokalen Speichersysteme erreicht ist, und leiten überschüssige Energie in das öffentliche Netz. Diesen eingespeisten Strom verteilt das Smart Grid wiederum automatisch dorthin, wo er gerade benötigt wird.
Smarte Waste: Schlaue Müllentsorgung in Darmstadt
Die Stadt Darmstadt hat die Müllentsorgung mithilfe schlauer Sensorik optimiert: Mit Sensoren ausgestatte Müllbehälter melden ihre Füllstände und müssen von der Stadtreinigung daher nur bei Bedarf geleert werden. Das hilft, Treibstoff zu sparen und schont die Umwelt.
Über das LoRaWAN-Netzwerk informieren die Sensoren die Mitarbeiteenden, wenn die Behälter voll sind. Nur dann fahren die Fahrzeuge der Stadtreinigung die Behälter auch an. Das System erkennt zum einen, welche Mülltonnen wie gefüllt sind und empfiehlt auf Basis dieser Erkenntnis zum anderen die Routen für die Leerungstour.
Smart Lights: Intelligente Straßenlaternen sparen Energie
In Zusammenarbeit mit dem Berliner Start-up ICE Gateway GmbH hat Vodafone eine stromsparende, multifunktionale IoT-Lösung für Städte entwickelt. Intelligente Straßenleuchten passen ihre Lichtintensität automatisch der Umgebungshelligkeit an und reduzieren den Energieverbrauch so um bis zu 80 Prozent.
Zugleich können die Smart Lights proaktiv zur Vermeidung von Staus beitragen: Integrierte Sensoren analysieren den Verkehrsfluss und funken über das Maschinennetz von Vodafone kontinuierlich lokale Standortinformationen. Auf Grundlage dieser Daten können Städte Straßenführungen und Umleitungen zielgerichteter planen und den Verkehr so lenken, dass nicht zu viele Autos zur selben Zeit an derselben Kreuzung stehen.
Smart Buildings: Wenn das Gebäude mitdenkt
Smart Buildings erhöhen nicht nur die Sicherheit und den Komfort der Bewohner:innen, sondern schaffen für Versorgungsunternehmen, Immobilienbesitzer:innen und Städte optimale Bedingungen für ein effizientes und nachhaltiges Wirtschaften. Vom Heizsystem, der Lüftungs- und Klimatechnik über Sicherheits- und Alarmanlagen bis zur Beleuchtung kann die gesamte Haustechnik vernetzt, automatisiert und über mobile Endgeräte gesteuert werden.
Parallel funkt das Smart Building kontinuierlich Daten in ein cloudbasiertes System, sodass Betreiber der Gebäudetechnik alle relevanten Informationen jederzeit abrufen können. Nicht nur in Produktions- und Lagerhallen und am digitalen IT-Arbeitsplatz der Smart City wird die intelligente Gebäudetechnik Einzug halten, sondern auch in öffentlichen Einrichtungen wie Krankenhäusern, Schulen und Verwaltungsgebäuden.
Smart Transportation: Schlaue Beförderung in der Smart City
Mit automatisierten Transportmitteln und neuartigen Sharing-Services kann auch der Öffentliche Personennahverkehr (ÖPNV) in der Smart City modernen Mobilitätsbedürfnissen gerecht werden und noch effizienter werden. Die autonomen Roboter-Minibusse von EasyMile geben bereits in Toulouse, Denver, Melbourne, Singapur und Berlin einen Einblick in die Zukunft der fahrerlosen Personenbeförderung. Hier fahren in eigens dafür ausgewiesenen Bereichen sich selbst steuernde Busse.
Ein weiterer Trend in der Smart City heißt Mobility as a Service (MaaS): Während Stadtbewohner:innen für die multimodale Fortbewegung mit dem Mietfahrrad, E-Bike, Auto, Bus und Bahn bislang mehrere Apps nutzen müssen, kombiniert das MaaS-Prinzip verschiedene Verkehrsmittel für individuelle Routen in einem Dienst. Dafür werden wiederum Navigations- und Assistenzsysteme, Sharing-Apps und Fahrpläne des ÖPNV aufeinander abgestimmt und intelligent vernetzt.
In Nürnberg fahren die U-Bahn-Züge der Strecken U2 und U3 bereits seit 2008 automatisch. In den Antriebswagen der Züge steuern Computer das Anfahrts- und Bremsmanöver des Zuges und reagieren individuell auf Hindernisse auf den Strecken. Zwar überwachen Menschen aus der Ferne das Fahrverhalten der Züge, doch Eingriffe sind nur in Notfall erforderlich.
Smart Parking: Via Smartphone-App schnell und autonom einparken
Effektive Parkplatzsuche mittels IoT ist in Smart Cities bereits Thema mehrerer Pilotprojekte. In Kooperation mit dem Nürnberger Start-up Smart City System (SCS) hat Vodafone in Dresden rund um die Gläserne Manufaktur von Volkswagen alle Parkplätze mit einem Smart-Parking-System ausgestattet. Witterungsbeständige Sensoren erkennen, ob ein Stellplatz belegt oder frei ist und funken den Status in das cloudbasierte System. Autofahrer:innen können die Informationen dann auf dem Smartphone abrufen und sich per App zum nächstgelegenen freien Parkplatz lotsen lassen.
Aber wie wäre es, wenn Sie einfach am Eingang eines Parkhauses aussteigen, Ihr Fahrzeug per App auf Parkplatzsuche schicken und es nach den Erledigungen per Smartphone zurückrufen? Auch das könnte in der Smart City der Zukunft Alltag sein. Bei den Innovation Days 2017 zeigte Vodafone, wie das Auto ohne Fahrer:in selbstständig freie Stellplätze finden und völlig automatisch einparken kann.
Smart Washing: Wie Axel Springer SE die Zukunft der Autowaschanlagen mitgestalten will
Das Dilemma: Wenn die Schlange vor der Waschstraße zu lang ist, fahren Autofahrer:innen einfach weiter und entscheiden sich, entweder später oder gar nicht zu waschen. Dieses Thema hat Nicolas Meibohm, Head of Connected Car bei Axel Springer SE, aufgegriffen und will Autowäsche digitalisieren.
Mit einer App können Autofahrer:innen nicht nur die nächstgelegene Waschanlage finden, sondern direkt einen eigenen Timeslot buchen und via Handy bezahlen. So vermeiden sie konsequent Wartezeiten, den Kauf einer Waschkarte im Shop und Zettelwirtschaft.
Smart Health
Datenerhebungen durch smarte Sensorik in Krankenhäusern und Arztpraxen helfen beim Monitoring von Patient:innen und steigern die Effizienz von Behandlungsverfahren. Heilungschancen und das Wohl der Patient:innen verbessern sich, weil Ärzt:innen auf Basis von immer besseren Modellrechnungenbessere Vorhersagen zu bestimmten Behandlungsverfahren oder Wirkstoffen geben können.
Smart Cities in Deutschland
Viele Smart-City-Dimensionen finden bereits heute Anwendung – auch in deutschen Städten. Im Folgenden lesen Sie vier Beispiele für eine erfolgreiche Umsetzung „schlauer“ Konzepte für mehr Service und Lebensqualität in Großstädten.
Smart City Hamburg
Während andere Städte noch planen, ist Hamburg schon einen Schritt weiter. Die Hansestadt beschäftigt sich schon länger mit Smart-City-Projekten und setzt sie unter dem Slogan mySMARTlife auch um. Auch im Jahr 2022 führt Hamburg wieder den Smart-City-Index des Digitalverbands Bitkom an.
Dabei punktet die Metropole an der Elbe besonders im Bereich Mobility: Hamburg bietet beispielsweise Smartphone-Nutzer:innen 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 zudem jüngst die digitale Vernetzung der Hamburger Akteur:innen im Gesundheitswesen.
Hochwasser-Risikobewertung online: Smart City Köln
Auch Köln setzt bereits erfolgreich Smart-City-Projekte um. Im Fokus der Kölner steht dabei neben verschiedenen Großprojekten die Förderung von kleinen Ideen und Start-ups. Unter dem Projektnamen „SmartCity Cologne“ bietet die Rheinmetropole Ihren Bürger:innen zahlreiche Serviceangebote im Bereich Smart City. Seit Ende 2021 können Bürger:innen zum Beispiel mit dem Tool „Wasser-Risiko-Check“ online ihren Wohnort dahingehend bewerten lassen, ob und in welchem Ausmaß er von Starkregen, Hochwasser oder Grundhochwasser bedroht ist.
Versuchsprojekt im Bereich Smart Grid: Smart City Dresden
Die Abteilung „Smart City“ der Stadt Dresden organisiert mit Projektpartnern aus Dresdens Wirtschaft und Wissenschaft Projekte. Ein Ziel dieser Kampagne ist es, den Standort für Investoren im Bereich nachhaltiger Wirtschaft und IoT-gestützter Projekte attraktiv zu gestalten. Zum Beispiel sind im Projekt WindNODE aktuell 45 Partner unter anderem aus der Energiebranche involviert. Das Smart-Grid-Projekt will die Integration von erneuerbaren Energien auf allen Ebenen des elektrischen Energiesystems erproben. Dies betrifft insbesondere die Verbindung der Bereiche Wärme und Elektromobilität mit dem Stromnetz.
Für mehr Nachhaltigkeit: Smart City München
Smart Cities können dazu beitragen, nachhaltiges Leben auch im Alltag aller Stadtbewohner:innen zu unterstützen und zu fördern. Die Europäische Union (EU) hat im Zuge des Projekts „Smarter Together“ die Städte München, Lyon und Wien zu sogenannten Leuchtturmstädten auserkoren, die im Bereich Smart Cities eng miteinander zusammenarbeiten sollen.
Die Stadt München stellte in diesem Zusammenhang smarte Lichtmasten auf, die gleichzeitig als Stützpunkte und Ladestation für E-Bikes und Lastenräder dienten. Über eine App konnten die Bürger:innen immer sehen, wo für sie ein fahrbereites Rad bereitsteht. Das Ziel: unnötige Autofahrten innerhalb des Stadtgebietes vermeiden.
Vorteile einer Smart City
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. An das an Mobilfunknetz angebunden, übertragen sie dann ganz von allein ihre Zustands- und Messdaten an eine zentrale Stelle.
5G oder Narrowband-IoT-Technologie über das bestehende LTE-Mobilfunknetz von Vodafone gehen sogar noch einen Schritt weiter: Sie vernetzen Standorte auch dort, wo dies bislang nicht oder nur mit großem Aufwand möglich war – zum Beispiel aufgrund fehlender Stromversorgung
Möglich machen dies die besonderen Eigenschaften von 5G und Narrowband: Denn die wichtigsten Vorteile gegenüber herkömmlichen IoT-Lösungen liegen in der optimalen Mobilfunknetzausnutzung, langen Akkulaufzeiten und sicherer Datenübertragung.
Weitere Vorteile der Smart City sind:
- eine geringere Pendelzeit durch bessere Lösungen bei Mobilität und Verkehrsführung
- eine Entlastung des Gesundheitssystems durch mehr Telemedizin
- erhöhtes Sicherheitsgefühl durch datengestützt Vorhersage von Kriminalitätsschwerpunkten
- eine effizientere Entsorgungswirtschaft
- mehr statistisches Datenmaterial, das zur Lösung von Infrastrukturproblemen beitragen kann.
- Vermeidung unnötiger Emissionen durch smarte Fahrzeugführung
- Einbindung erneuerbaren Energien in das Smart Grid
Herausforderungen von Smart Cities
Entscheidende Vorteile einer modernen und intelligenten Stadt sind zum Beispiel intelligente Parklösungen und Beleuchtung, eine erhöhte öffentliche Sicherheit und ein umweltfreundlicheres Abfall- und Verkehrsmanagement. Damit smarte Technologien im Internet of Things (IoT) effektiv sein können, sind innovative Systeme notwendig, die eine Reihe von Voraussetzungen erfüllen müssen.
In einer intelligenten Stadt sind tausende Geräte und Sensoren gleichzeitig miteinander vernetzt und müssen zuverlässig und in Echtzeit kommunizieren. Leistungsfähiges Internet mit Höchstgeschwindigkeit und geringer Latenz ist Grundvoraussetzung für eine unbegrenzte Konnektivität. 5G macht genau das möglich – das Netz der neuesten Generation bietet eine Geschwindigkeit von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde und muss für eine Smart City voll ausgebaut sein.
Mit Narrowband IoT und Glasfaser-Power zur Smart City von morgen
Bei der Vielzahl neuer M2M-Verbindungen in der Smart City avancieren Telekommunikationskonzerne und Netzausrüster zu wichtigen Partnern für Gewerbetreibende, Kommunen und Städte. Damit der intelligente Verkehr und smarte Mobilitätskonzepte in Deutschland flächendeckend Realität werden können, baut Vodafone sein Maschinennetz in Rekordgeschwindigkeit aus. Mit dem optimierten LTE-Standard Narrowband IoT und Glasfaser-Technologie können Milliarden einzelne Komponenten der urbanen Landschaft in die umfassende Digitalisierungsstrategie eingebunden werden.
Smart City: das Wichtigste in Kürze
- In Smart Cities sind verschiedene Dienste und Geräte miteinander vernetzt.
- Dazu zählen unter anderem Ampeln, Verkehrsleitsysteme, Stromnetze und smarte Gebäude.
- In der Smart City ermöglichen automatisierte Transportmittel neue Formen des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV).
- Eine intelligente Stadt ist nachhaltig, ressourcenschonend und bietet eine höhere Lebensqualität durch besondere Sicherheitsmaßnahmen.
- Dank 5G- oder Narrowband-Übertragungstechnik können Kommunen IoT-Technologie auch bei kleineren Geräten wirtschaftlich einsetzen – zum Beispiel bei Thermostaten oder Türschließanlagen.
Quelle:
https://www.vodafone.de/business/featured/digitale-vorreiter/public-iot-das-internet-der-dinge-im-oeffentlichen-sektor/