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Die Stadt der Zukunft ist nachhaltiger, sauberer, sicherer und intelligenter als je zuvor. Voll vernetze und intelligente Städte – sogenannte Smart Cities – bieten vielseitige Lösungsansätze für aktuelle Herausforderungen, wie etwa Umweltschutz, wachsendes Verkehrsaufkommen und eine zunehmende Urbanisierung.
Vor allem das Internet der Dinge spielt hier eine wesentliche Rolle, da es Geräte, Programme und Nutzer miteinander vernetzt: In der Smart City kommunizieren Autos mit Häusern, Häuser mit digitalen Geräten, und diese wiederum mit den Bewohnern der Stadt. Um die Smart City zu realisieren, arbeiten zahlreiche Digital-Pioniere heute schon daran, das Fundament für diese Vision zu schaffen: digitale Infrastrukturen für Deutschlands Städte der Zukunft.
Wie und worüber wir mit unseren Mitmenschen kommunizieren, etwa die Sprache, die Schrift oder aber Technologien, wie dem Telegramm oder der Telekommunikation, hat sich seit jeher stetig weiterentwickelt. Dabei steht eines fest: Immer schneller und einfacher können wir Informationen, Gedanken und Ideen untereinander austauschen. Mit dem Eintritt ins digitale Zeitalter und durch das Internet wurde einer der größten Wendepunkte in der zwischenmenschlichen Kommunikation erreicht. Gemeint ist damit die Übertragung von Informationen in Echtzeit, bei der auch die zunehmende Interaktion zwischen Mensch und Maschine eine tragende Rolle einnimmt.
Geht es um smarte Zukunftskonzepte und im Zuge der zunehmenden Vernetzung unserer Welt, kommt man um einen Begriff nicht herum: das Internet der Dinge oder auch einfach „IoT“. Ganz allgemein bezeichnet das Internet der Dinge Alltagsgegenstände, die sowohl mit Menschen, als auch untereinander kommunizieren. Im Zuge der Digitalisierung wächst die Anzahl kommunikationsfähiger und intelligenter Geräte immer weiter.
Laut einer aktuellen Studie von Juniper ReSEArch soll die Anzahl der an das IoT angeschlossenen Geräte bis 2022 bereits mehr als 50 Milliarden betragen.[1] Das Internet der Dinge wird deshalb treffender Weise oft auch als das „Internet of Everything“ bezeichnet. Auch aus künftigen Städtekonzepten ist das Thema IoT nicht mehr wegzudenken. Wesentlicher Bestandteil bei der Anwendung von IoT in der Smart City sind einerseits Sensoren, die Daten wie etwa zum aktuellen Verkehrsaufkommen sammeln, und andererseits digitale Plattformen, auf denen diese Daten zusammenkommen und sinnbringend miteinander verknüpft und analysiert werden.
Betrachten wir beispielsweise drei typische Leistungen und Abläufe innerhalb der städtischen Infrastruktur: die Regulierung des Straßenverkehrs, flächendeckende Städtebeleuchtung sowie ein reibungsloses Abfallmanagement. In allen drei Fällen, arbeiten Experten in Kooperation mit städtischen Entscheidungsträgern daran, digitale und IoT-basierte Lösungen zu implementieren, die den jeweiligen Ablauf optimieren, d. h. einen reibungslosen, umweltschonenden und sicheren Prozess etablieren. In Anbetracht der wachsenden Einwohnerzahlen durch den Zuzug in die Städte, sind die Städte von morgen darum besorgt, dass sich ihre Bürger so schnell und effizient wie möglich innerhalb der Stadt fortbewegen.
Zentral sind hierbei intelligente Ampelsysteme, die je nach Verkehrsaufkommen flexibel die Schaltungsfrequenz anpassen und den Verkehrsfluss somit verbessern. In einigen Konzepten ermöglichen Sensoren im Straßenbelag Echtzeit-Aktualisierungen der Ampelanlagen, indem sie Daten über die aktuelle Verkehrslage an eine zentrale Plattform zum Verkehrsmanagement der Stadt weitergeben. Flexibel auf den Verkehr reagieren heißt auch: Staus zu vermeiden und überfüllte Teile des Straßennetzes schnell und zeitnah zu entlasten.
Ein weiteres Problem, das jeder kennt, der sich regelmäßig im Verkehr der Stadt bewegt, ist die Parksituation zu bestimmten Stoßzeiten. Die Suche nach dem einen freien Parkplatz kostet Nerven, verursacht Staus und trägt aktiv zur Luftverschmutzung innerhalb der Stadt bei. Intelligente Parkleitsysteme bieten hier eine Lösung. Sensoren im Boden identifizieren, wann ein Fahrzeug die Parkfläche verlässt. Per Smartphone und App melden die Sensoren anschließend dem Autofahrer, wo er einen freien Parkplatz finden kann. Auch öffentliche Verkehrsmittel können vom Datenaustausch innerhalb der Stadt profitieren. IoT-Sensoren können dazu beitragen, Muster darüber aufzudecken, wie und wann Bürger Verkehrsmittel benutzen. Wagenreihungen und Fahrpläne können so exakt nach diesen Mustern angepasst werden.
Sogar mitdenkende und intelligente Straßenbeleuchtungssysteme sind ein integraler Bestandteil in der Stadt der Zukunft. Einerseits können Straßenbeleuchtungen mit Sensoren Energie sparen und diese sinnvoll einsetzen, indem sie ihre Helligkeit daran ausrichten, ob und wie viele Fußgänger und Verkehrsteilnehmer den Bereich passieren. An Zebrastreifen oder Bushaltestellen mit regen Stoßzeiten, wird dann etwa die Helligkeit stark erhöht, wenn sich Passanten in der Nähe befinden. Auch nützlich: müssen Lampen ausgetauscht werden, wird sofort ein entsprechendes Signal an die Stadt gesandt, die einen Dienstleister zur Wartung schicken kann.
In den fortschrittlichsten Konzepten sind intelligente Straßenlichter mit der städtischen Ambulanz oder der Polizei vernetzt. So können Straßenlaternen künftig Unfälle durch Sensoren sofort erfassen und ein Notsignal an Rettungskräfte aussenden. In Deutschland werden smarte Beleuchtungskonzepte in mehreren Städten in unterschiedlicher Form getestet. Darunter fallen beispielsweise das Pilotprojekt SMIGHT – eine Kooperation zwischen der Stadt Karlsruhe und dem Unternehmen SAP – oder auch das Projekt „Future Living Berlin“ in Zusammenarbeit zwischen Panasonic und Berlin.
Ein dritter exemplarischer Anwendungsbereich ist das städtische Abfallmanagement. Denn wo viele Menschen leben, wird die Organisation der Abfuhr von produziertem Müll zur immensen Herausforderung. Heute entleeren die meisten städtischen Unternehmen Abfallbehälter noch nach unflexiblen und langfristig festgelegten Plänen. Durch IoT-Anwendungen und Sensoren an den Behältern, können allerdings tagesaktuelle und optimierte Routen für die Leerung der Behälter festgelegt werden, an denen Fahrer der Unternehmen sich morgens ausrichten.
Fest steht, dass Smart Lights, intelligentes Abfallmanagement, smarte Ampeln oder auch Innovationen wie das selbstfahrende Auto oder das Smart Home, alle als einzelnes Puzzleteil in der Smart City zusammenkommen. Ziel wird es künftig also nicht nur sein, die einzelnen Technologien voranzutreiben, sondern diese sinnvoll miteinander zu verknüpfen.
Diese Verknüpfung zwischen den einzelnen Akteuren in der Smart City findet auf neutralen Plattformen statt, in sogenannten digitalen Ökosystemen. In hoch entwickelten Rechenzentren kommen alle Teilnehmer des Ökosystems zusammen. Am Beispiel der Smart City bedeutet das konkret, dass sowohl die IT-Infrastrukturen der Stadt – zum Beispiel der städtische Anbieter von Verkehrsanlagen, oder die polizeiliche Notrufzentrale – als auch die IT-Infrastrukturen externer Unternehmen, wie etwa die eines Automobilherstellers oder eines Parkhausbetreibers, auf dieser Plattform zusammenkommen, um sich direkt in ein und derselben räumlichen Umgebung oder über die Cloud miteinander zu verknüpfen. Dies geschieht mithilfe von digitalen Infrastrukturen, die Netzwerkanbieter, Rechenzentren und Cloud-Provider bereitstellen.
Durch diese Art der direkten Anbindung, die sich Interconnection nennt, umgehen die Teilnehmer des digitalen Ökosystems das Internet und tauschen Daten schnell, sicher und zuverlässig, d. h. mit zahlreichen Backup- und Ausfallsicherungen, untereinander aus. Im digitalen Ökosystem werden die gesammelten Daten jedes Teilnehmers der Smart City in Form von Fragen zusammengeführt, im Rechenzentrum analysiert und sozusagen als Antwort wieder an das betreffende smarte Gerät zurückgesandt.
Eine vollständig funktionsfähige Smart City, in der das zentrale IT-System sowohl die Koordination von Abläufen innerhalb der Stadt, als auch deren stetige Verbesserung eigenständig vornimmt, konnte bis heute noch nicht realisiert werden. Zahlreiche deutsche Städte suchen jedoch bereits nach Konzepten und innovativen Lösungen für die Zukunft. Sie alle sehen sich ein- und derselben Herausforderung und Aufgabe gegenüber. Bei dieser geht es darum, ein entsprechendes Fundament, also eine sogenannte digitale Infrastruktur aufzubauen.
Entscheidend werden dabei in den kommenden Jahren vor allem drei wesentliche Punkte sein: Der flächendeckende Ausbau und die Einführung von Glasfasernetzen und dem 5G-Standard, die Verknüpfung aller relevanten Akteure der Smart City auf digitalen Plattformen im Rechenzentrum bzw. mobil in der Cloud, sowie der gegenseitige Erfahrungsaustausch zwischen Städten in Deutschland, mit dessen Hilfe die einzelnen Akteure voneinander lernen und miteinander an der intelligenten Stadt von morgen arbeiten können.
Obwohl die smarte Stadt heute noch als Zukunftsszenario gilt, gehört sie für kommende Generationen schon bald zur Realität. Wie sich Menschen künftig in Städten bewegen und wie sie dort leben, wird sich durch die zunehmende Vernetzung maßgeblich verändern. Bis dahin leisten unzählige Digital-Experten täglich Pionierarbeit, um das Fundament für diese Vision und die passende Grundlage zu schaffen, auf der alle Puzzleteile zusammengefügt werden können und ein schlüssiges Gesamtbild ergeben.
[1] Juniper ReSEArch, 2018: https://www.juniperreSEArch.com/press/press-releases/iot-connections-to-grow-140-to-hit-50-billionr“>https://www.juniperreSEArch.com/press/press-releases/iot-connections-to-grow-140-to-hit-50-billion
