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Smart City Projekte und Technologien

Smart Cities leben von einer Vielzahl an Informationen, die von Menschen, Geräten und ­Sensoren übertragen werden. Je nach ­Anwendung kommen dafür ganz ­unterschiedliche Wireless-­Technologien zum Einsatz. Wir zeigen ein paar Smart City Projekte und die Technologien dahinter.

Der flächendeckende Einsatz digitaler Angebote kann die Lebensqualität in Städten spürbar steigern. In einer „Smart City“ sinken die tägliche Pendelzeit, die Kriminalitätsrate, das Müllaufkommen und steigt die Luftqualität. „Viele große Städte leiden unter den gleichen Problemen: tägliche Staus, knapper Wohnraum und steigende Umweltbelastung. Digitale Angebote können einen wichtigen Beitrag zur Lösung dieser Probleme leisten“, sagt Gernot Strube, Seniorpartner von McKinsey in München.


Studie

Für die Studie „Smart Cities: Digital solutions for a more liveable future” untersuchte das McKinsey Global Institute 60 Smart-City-Lösungen für Sicherheit, Gesundheit, Mobilität, Energie, Wasser und Abfall, Wohnen sowie lokales Engagement. Zudem wurden fast 20.000 Einwohner befragt. Um smarte Technologien erfolgreich auf- und auszubauen, müssen Städte nach den McKinsey-Analysen drei Voraussetzungen schaffen:

1. Eine technische Basis mit einer kritischen Masse an Sensoren, Smartphones, die über ein schnelles Mobilfunk- und Breitbandnetz verbunden sind und deren Daten auf offenen Plattformen („open data“) für Verwaltung, Bürger und Unternehmen zur Verfügung gestellt werden – wobei grundsätzlich der Schutz persönlicher Daten unter allen Umständen sichergestellt werden muss,

2. eine Vielzahl von Anwendungen, die Rohdaten in Mehrwert für die Bürger übersetzen, z.B. in Form von Echtzeit-Informationen, Warnungen und Handlungsempfehlungen sowie

3. eine breite und regelmäßige gesellschaftliche Nutzung von Smart-City-Lösungen, die zu einer echten Verhaltensänderung der Bürger führt.
 

Voraussetzung dafür ist aber ein umfassendes Netzwerk, wobei die kabellose Übertragung von Daten eine ganz wesentliche Rolle spielt, denn mit ihr lässt sich kostengünstig eine Vielzahl von Geräten vernetzen und auch mobile Anwendungen sind kein Problem. WiFi-Hotspots ermöglichen es Bürgern, per Smartphone oder Notebook die Services der Stadt zu nutzen. 5G-Anwendungen erlauben den schnellen Austausch auch großer Datenmengen, zum Beispiel bei der Video-Überwachung kritischer Verkehrsknotenpunkte. Daneben liefern eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren einen Informations-Background für Smart-City-Anwendungen. Diese Sensoren übertragen nur geringe Datenmengen, und das auch nicht kontinuierlich. Aufgrund der geringen Datenrate ist WiFi nicht notwendig und zu teuer für diese Anwendungen. Und weil die Sensoren mit Batterien betrieben werden, schließt das die Verwendung von Mobilfunk aus, da hiermit die Batterien oft innerhalb weniger Tage entladen wären. Deshalb sind Low-Power-Weitbereichsnetze (LPWAN) für viele Smart-City-Anwendungen die Technologie der Wahl.


Straßenlampen intelligenter steuern

So eine Low-Power-WAN-Infrastruktur wird beispielsweise im thüringischen Schimberg von Alpha-Omega Technology bereitgestellt: Das dabei genutzte LoRaWAN-Protokoll (Long Range Wide Area Network) bietet die Möglichkeit, Mess- und Sensordaten mit wenig Energie über sehr große Distanzen zu übertragen – bis zu 15 Kilometer in ländlichen Gebieten.


Mit seiner zweistufigen symmetrischen Verschlüsselung, bei der der Schlüssel niemals über Funk übertragen wird, ist das LoRaWAN-Protokoll eine solide und sichere Grundlage für die Datenübertragung.


Als ersten Schritt auf dem Weg zur Smart City rüstete Schimberg die gesamte Straßenbeleuchtung auf intelligente LED-Leuchten um: Integrierte Sensoren erkennen defekte Leuchten und informieren den Betreiber über eine App.
Bei Volksfesten zum Beispiel lässt sich zudem die Schaltzeit der Straßenleuchten abweichend von den normalen Betriebszeiten steuern. „Neben dem Service, den wir unseren Einwohnern und Besuchern von Veranstaltungen bieten wollen, steht natürlich der Sicherheitsaspekt im Vordergrund, um Unfälle zu vermeiden“, sagt Ortsteilbürgermeister Gerhard Stitz.
Für die nahe Zukunft ist bereits der Einsatz weiterer Sensoren angedacht. So ist geplant, den Füllstand der im Dorf vorhandenen öffentlichen Abfallbehälter zu überwachen.


Effektives Waste-Management

Eine derartige Waste-Management-Lösung ist bereits im irischen Dún Laoghaire in Betrieb: Die Abfallbehälter der Hafenstadt waren schneller voll, als sie geleert werden konnten. Um die Kosten für die Entsorgung nicht noch weiter steigen zu lassen – zum Beispiel durch zusätzliche Fahrzeuge oder weitere Mülleimer –, entschied sich die Gemeinde, die 530 konventionellen Abfallbehälter durch 420 smarte Müllstationen der Firma Bigbelly zu ersetzen. Diese Behälter verfügen über eine integrierte solarbetriebene Müllpresse und einen Sensor, der den Füllgrad misst. Sobald der Behälter geleert werden muss, schickt das System über eine Mobilfunkverbindung eine Information an eine cloudbasierte Management-Software beim Entsorger. Die Meldungen werden dort ausgewertet und jeden Morgen darauf basierend eine Abholliste mit den zu leerenden Behältern gedruckt.


Mit dem System konnte Dún Laoghaire die Zahl der täglich eingesetzten Lkw von vier auf einen reduzieren, 75 Prozent der Betriebskosten der Flotte einsparen und 60 Prozent des Sammelpersonals für andere Aufgaben einsetzen.


 

Öffentliche WCs effizienter warten

Auch die australische Stadt Coffs Harbour nutzt LPWAN, um Smart-City-Funktionen umzusetzen. Die Stadt entschied sich für die Nutzung eines Sigfox-Netzes, über das Geräte und Sensoren zuverlässig und sicher Daten über große Entfernungen zu sehr niedrigen Kosten übertragen können. Zum Beispiel wurden Sigfox-Geräte an die lokalen Kontrollsysteme öffentlicher WCs angeschlossen.


Was ist Sigfox

 


Das Sigfox-Netzwerk punktet mit seiner Reichweite von 30 bis 50 km in offenen Gebieten und zwischen 3 und 10 km in Städten. Durch seine schmalbandige Übertragung im Sub-GHz-Frequenzbereich von 868 MHz in Europa erreicht es eine hohe Zuverlässigkeit und eine höhere Reichweite im Innenbereich. Sigfox ist ein Netzwerk, das globale Konnektivität einschließlich Roaming- und Lokalisierungsfunktionen bietet. Ein weiterer Vorteil des Netzwerks ist der geringe Stromverbrauch.

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So kann die Gemeinde nun Türen automatisch öffnen und schließen, die Innen- und Außenbeleuchtung steuern, bei Leckagen Alarme empfangen, Wasserzählerstände erfassen und die Arbeit der Reinigungskräfte nachhalten. „Die Sigfox-Abdeckung legt den Grundstein dafür, dass Kommunen besser gepflegt, sicherer, nachhaltiger und innovativer werden. Durch die Umsetzung von Internet-of-Things-Lösungen können die Kommunen ihre Kosten senken und ihre Gemeinde besser betreuen“, so Loic Barancourt, CEO von Thinxtra, dem Betreiber des Sigfox-Netzes in Australien.
 

Grüne Welle für Radfahrer

Doch nicht immer müssen große Netzwerke installiert werden, um Smart-City-Applikationen zu realisieren: Im dänischen Aarhus zum Beispiel wird RFID als Wireless-Technologie eingesetzt, um Ampeln für Radfahrer auf Grün zu schalten. Dazu werden die Fahrräder mit RFID-Tags von ID-advice ausgestattet, so dass ein Sensor an den Ampeln herannahende Räder erkennt und ein Signal an den Verkehrscontroller senden kann, um grünes Licht für den Radler zu geben.
Ziel des Systems ist, einen fließenden Radverkehr zu erreichen und so die Bürger zum Radfahren zu motivieren. Mit mehr Radfahrern und weniger Autos verbessert sich der Verkehrsfluss, und die Luft in der Stadt wird sauberer, die CO²-Belastung und die Partikelemissionenwerden reduziert.

 

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Englische Version.

 

Dieser Artikel wurde in EBV’s Wissensmagazin The Quintessence, Ausgabe 23-2018 veröffentlicht. Erfahren Sie mehr und bestellen Sie ihre kostenlose Ausgabe.

 

 

 

 

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