Was ist IoT und warum ist es wichtig für Intelligente Städte?

SmartCity

Seit der Einführung der Idee einer intelligenten Stadt ist die Internet-of-Things-Technologie eine der wichtigsten Säulen der Smart-City-Entwicklung. In dem Maße, wie die Technologie voranschreitet und immer mehr Länder die Konnektivität der nächsten Generation nutzen, wird die IoT-Technologie weiter zunehmen und einen größeren Einfluss auf unsere Lebensweise haben.

Laut den Zahlen der Studie Improving Internet of Things (IoT) Security with Software-Defined Network (SDN) wird es bis 2025 mehr als 75,44 Milliarden vernetzte IoT-Geräte geben. Mit einer Prognose von über 7,33 Milliarden Mobilfunknutzern bis 2023 und mehr als 1,105 Millionen vernetzten tragbaren Geräten bis 2022 wird sich das Internet der Dinge voraussichtlich zu einem der intelligentesten kollektiven und kollaborativen Systeme der Geschichte entwickeln.

WAS IST IOT?

IOT bezieht sich auf das riesige Netzwerk digitaler Geräte, die miteinander kommunizieren und interagieren und unser tägliches Leben beeinflussen. Zu diesen Geräten gehören intelligente Sensoren, Überwachungsgeräte, KI-Programme und Aktoren, die bestimmte Aspekte des Stadtlebens auswerten, überwachen und steuern können. So können beispielsweise Daten über das Wetter von mehreren Sensoren erfasst werden, die dann zur Steuerung von Thermostaten in öffentlichen Gebäuden verwendet werden können, wodurch Emissionen reduziert werden und die Stadt Geld spart.

Es gibt keine einheitliche Definition für das Internet der Dinge, und verschiedene Organisationen und Einzelpersonen können von einer Definition zur nächsten abweichen. Alle stimmen jedoch darin überein, dass es sich beim IoT um „eine Reihe von Technologien für den Zugriff auf Daten handelt, die von verschiedenen Geräten über drahtlose und drahtgebundene Internet-Netzwerke gesammelt werden.“

Angesichts des enormen Potenzials und der Möglichkeiten in einer Vielzahl von Sektoren, darunter urbane Mobilität, Sicherheit, Nachhaltigkeit, Instandhaltung, Gesundheitswesen und Management, ist es unerlässlich, dass Städte die Vorteile und Möglichkeiten des Internets der Dinge für Smart Cities verstehen.

Eine ausgeklügelte Interkonnektivität ist einer der grundlegenden Bausteine für die Entwicklung der nächsten Generation von Smart Cities. Bürger und Behörden werden auf eine Weise miteinander verbunden sein, wie wir es noch nie zuvor gesehen haben. Das Internet der Dinge (IoT) wird Smart Cities enorme Möglichkeiten und Vorteile bieten, aber dieses Maß an Interkonnektivität bringt auch eine Reihe von Herausforderungen mit sich.

Das IoT für Smart City

Das IoT ist für jede Stadt wichtig. Die derzeit größten Städte der Welt sind Tokio, Delhi, Shanghai und Sao Paolo mit 38 Millionen, 29 Millionen, 26 Millionen bzw. 21 Millionen Einwohnern. Diese Megastädte zeichnen sich heute durch ihre riesigen Einwohnerzahlen aus. In der Zukunft wird es noch viel mehr solcher Städte geben, die noch dichter besiedelt sein werden.

Prognosen zufolge werden bis zum Jahr 2030 mehr als 60 % der Weltbevölkerung in Städten leben. Das ist eine kühne Vorhersage, die zu einer Katastrophe führen könnte, wenn nicht die richtigen Maßnahmen ergriffen werden. Große Bevölkerungszahlen erfordern große Ressourcen. Die Bewohner werden Zugang zu Wasser, effizienten und umweltfreundlichen Verkehrsmitteln, sauberer Luft und praktischer Abwasser- und Abfallentsorgung benötigen. Durch den geschickten Einsatz von Smart-City-Verfahren und die weit verbreitete Nutzung von IoT-Technologie werden die Städte von morgen in der Lage sein, die Bedürfnisse ihrer Bewohner auf effektive und effiziente Weise zu erfüllen.

Vernetzte Technologien und Big Data können intelligente Lösungen schaffen. Diese Lösungen können Probleme lösen, die Lebensqualität der Stadtbewohner verbessern und den Ressourcenverbrauch senken. Damit eine wirklich intelligente Stadt ihr volles Potenzial entfalten kann, ist das Internet der Dinge ein wesentlicher Bestandteil.

BEISPIELE FÜR SMART-CITY-IOT-LÖSUNGEN

Laut IoT Analytics setzen Smart Cities die IoT-Technologie auf verschiedene interessante Weise ein. Die Studie konzentrierte sich auf Entscheidungsträger aus einigen der weltweit führenden Smart Cities (darunter Barcelona, Paris, Amsterdam und Palo Alto) und kategorisierte, wie die Verantwortlichen das IoT nutzen, um städtische Ineffizienzen einzudämmen und die Lebensqualität ihrer Bürger zu verbessern.

Die Studie ergab, dass die folgenden Bereiche die höchsten Prioritäten* für Stadtverwaltungen sind:

Vernetzter öffentlicher Verkehr (74 %)
Verkehrsüberwachung und -management (72 %)
Wasserstands-/Hochwasserüberwachung (72 %)
Videoüberwachung und -analytik (72%)
Vernetzte Straßenbeleuchtung (68%)
Wetterüberwachung (68%)
Überwachung der Luftqualität/Verschmutzung (68%)
Intelligente Verbrauchsmessung – Wasser (66%)
Feuer-/Raucherkennung (66%)
Überwachung der Wasserqualität (64%)

Sehen wir uns anhand der oben aufgeführten Top 10 einige Beispiele dafür an, wie Städte die Technologie des Internets der Dinge effektiv zur Lösung städtischer Probleme einsetzen.

VERKEHRSÜBERWACHUNG

Die Steuerung des Verkehrsflusses ist eine der größten Herausforderungen für intelligente Städte. Dank des IoT gibt es eine Reihe praktischer Lösungen. In Los Angeles hat die Stadtverwaltung ein ausgedehntes Netz von in den Bürgersteig integrierten Sensoren installiert. Diese Sensoren übermitteln Echtzeit-Verkehrsupdates an eine Verkehrsmanagementplattform, die die Zeitsteuerung der Verkehrssignale anpasst, um den Verkehrsfluss zu optimieren.

ÜBERWACHUNG DES WASSERSTANDS. 

Das innovative Projekt Smart Docklands der Stadt Dublin enthält Hunderte von spannenden Ideen. Das Hochwasserüberwachungsprogramm der Stadt ist jedoch eines, das die Bürger direkt betrifft. In den letzten Jahren sind Überschwemmungen in einigen Teilen der Stadt zu einem Problem geworden. Um hier Abhilfe zu schaffen, suchte der Dubliner Stadtrat nach Lösungen. Das Ergebnis war die Low-Cost Gully Management Initiative. Im Rahmen dieses Programms stellten sich sechs Unternehmen der Herausforderung, Sensorprodukte zu entwickeln, die mithilfe von LoRaWAN- und Sigfox-Technologien Wasserstände erkennen und Überschwemmungsereignisse melden können.

VERNETZTE STRASSENLATERNEN. 

Vernetzte Straßenlaternen und Beleuchtungslösungen sind ein sehr beliebtes Mittel, um die Produktivität einer intelligenten Stadt zu steigern. Zu den wichtigsten Vorteilen der intelligenten Beleuchtung gehören die Senkung der Energie- und Wartungskosten, die Erhöhung der öffentlichen Sicherheit, ein sicherer Verkehr und ein messbarer Beitrag zum Umweltschutz. Intelligente Straßenlaternen können auch als Ladestationen für Elektrofahrzeuge, zur Überwachung von Emissionen und für drahtlose Breitbandverbindungen genutzt werden.

ABFALLWIRTSCHAFT

Die meisten Betreiber von Abfallsammelstellen leeren die Behälter nach einem vorgegebenen Zeitplan. Dieser Ansatz ist nicht sehr effizient, da er zu einer unproduktiven Nutzung der Abfallbehälter und einem unnötigen Kraftstoffverbrauch der Abfallsammelfahrzeuge führt.IoT-fähige Smart-City-Lösungen helfen bei der Optimierung von Müllsammelplänen, indem sie die Abfallmengen verfolgen und Routenoptimierung und Betriebsanalysen ermöglichen.

Jeder Abfallbehälter erhält einen Sensor, der Daten über den Füllstand des Behälters sammelt. Sobald der Füllstand einen bestimmten Schwellenwert erreicht, erhält die Abfallmanagementlösung eine Sensoraufzeichnung, verarbeitet diese und sendet eine Benachrichtigung an die mobile App des Lkw-Fahrers. Auf diese Weise leert der Lkw-Fahrer einen vollen Container und vermeidet die Entleerung halbvoller Container.

UMWELT

IoT-gestützte Smart-City-Lösungen ermöglichen die Überwachung von Parametern, die für eine gesunde Umwelt wichtig sind, um sie auf einem optimalen Niveau zu halten. Um beispielsweise die Wasserqualität zu überwachen, kann eine Stadt ein Netzwerk von Sensoren im gesamten Wassernetz einrichten und diese mit einer Cloud-Management-Plattform verbinden. Die Sensoren messen den pH-Wert, den Gehalt an gelöstem Sauerstoff und gelösten Ionen. Wenn ein Leck auftritt und sich die chemische Zusammensetzung des Wassers ändert, löst die Cloud-Plattform eine von den Nutzern definierte Ausgabe aus. Wenn beispielsweise der Nitratgehalt (NO3-) 1 mg/L überschreitet, warnt eine Lösung für das Wasserqualitätsmanagement die Wartungsteams vor einer Verunreinigung und erstellt automatisch einen Fall für die Außendienstmitarbeiter, die dann mit der Behebung des Problems beginnen.

Ein weiterer Anwendungsfall ist die Überwachung der Luftqualität. Dazu wird ein Netz von Sensoren entlang stark befahrener Straßen und in der Nähe von Anlagen installiert. Die Sensoren sammeln Daten über die Menge an CO, Stickstoff und Schwefeloxiden, während die zentrale Cloud-Plattform die Sensormesswerte analysiert und visualisiert, so dass die Nutzer der Plattform die Karte der Luftqualität einsehen und diese Daten nutzen können, um auf Gebiete mit kritischer Luftverschmutzung hinzuweisen und Empfehlungen für die Bürger auszuarbeiten.

ÖFFENTLICHE SICHERHEIT

Zur Verbesserung der öffentlichen Sicherheit bieten IoT-basierte Smart-City-Technologien Überwachungs-, Analyse- und Entscheidungstools in Echtzeit. Durch die Kombination von Daten aus akustischen Sensoren und CCTV-Kameras, die in der Stadt verteilt sind, mit Daten aus sozialen Medien und deren Analyse können Lösungen für die öffentliche Sicherheit potenzielle Tatorte vorhersagen. So kann die Polizei potenzielle Täter aufhalten oder erfolgreich verfolgen.

So verwenden beispielsweise mehr als 90 Städte in den Vereinigten Staaten eine Lösung zur Erkennung von Schüssen. Die Lösung nutzt vernetzte Mikrofone, die in der gesamten Stadt installiert sind. Die Daten der Mikrofone werden an die Cloud-Plattform weitergeleitet, die die Geräusche analysiert und einen Schuss erkennt. Die Plattform misst die Zeit, die das Geräusch benötigt, um das Mikrofon zu erreichen, und schätzt den Standort der Waffe. Wenn der Schuss und sein Standort identifiziert sind, alarmiert die Cloud-Software die Polizei über eine mobile App.

Zusammenfassung

Das Internet der Dinge hilft den Städten bei der Vernetzung und Verwaltung verschiedener Infrastrukturen und öffentlicher Dienste. Von intelligenter Beleuchtung und Straßenverkehr bis hin zu vernetzten öffentlichen Verkehrsmitteln und Abfallwirtschaft – die Palette der Anwendungsfälle ist sehr vielfältig. Was sie alle gemeinsam haben, sind die Ergebnisse. Der Einsatz von IoT-Lösungen führt zu geringeren Energiekosten, optimierter Nutzung natürlicher Ressourcen, sichereren Städten und einer gesünderen Umwelt.

Um in den Genuss dieser Vorteile zu kommen, sollten Kommunen jedoch einen konsequenten Ansatz verfolgen, um eine funktionale und skalierbare Smart-City-Architektur zu entwickeln. Eine gut konzipierte Architektur wird es ermöglichen, die Investitionen in die IoT-Entwicklung zu reduzieren und die Umsetzung von Smart-City-Lösungen zu beschleunigen, wobei immer noch Raum für Erweiterungen bleibt.

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