Smart City: Der Traum von der lebenswerten Stadt
Die Essenz der Smart City
Smart Cities nutzen Technologie, um die Qualität und Leistung von städtischen Dienstleistungen zu steigern, Kosten zu senken, den Ressourcenverbrauch zu verringern und ihre Bürger stärker einzubinden. Mithilfe von Informationstechnologie wird die physische Infrastruktur, wie z. B. Straßen, öffentliche Verkehrsmittel, Gebäude, das Stromnetz etc. verbessert.
Smart Cities erlauben es der lokalen Bevölkerung, mithilfe von E-Governance und offenen Datenquellen an der Entscheidungsfindung teilzunehmen. Smart Cities können schnell lernen, sich anpassen und weiterentwickeln, wodurch sie flexibel auf unerwartete Ereignisse reagieren können, wie beispielsweise starken Verkehr, sprunghafte Anstiege im Energieverbrauch, starken Bevölkerungszuwachs oder Krisensituationen wie eine Naturkatastrophe.
Im Prinzip sind Smart Cities Ökosysteme, die Technologie einsetzen, um sicherer und nachhaltiger zu werden, und um ihren Einwohnern ein gesünderes und glücklicheres Leben zu ermöglichen. Für manche mag das wie ein Märchen klingen, doch es sind bereits einige Aspekte dieser Geschichte wahr geworden.
Intelligente Stromnetze mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Energiequellen, unter anderem auch erneuerbaren, sind bereits rund um die Welt im Einsatz; die Insel Jeju in Südkorea ist hierfür ein gutes Beispiel. Intelligente öffentliche Transportsysteme – in London bereits im Einsatz – können vorhersagen, wie stark ausgelastet die U-Bahnen sein werden, und passen die Anzahl der Wagons nach Bedarf an. Nach einem ähnlichen Prinzip sind die Abfallbehälter in Barcelona mit Sensoren ausgestattet, die bei einem zentralen Leitsystem melden, wann sie geleert werden müssen. Die gesammelten Daten ermöglichen außerdem die Berechnung der kürzesten Route beim Einsammeln der Müllcontainer, was den lokalen Behörden Zeit und Geld spart.
Technologie bereitet den Weg
Das Internet of Things (IoT) ist ein Industriekonzept, das in der Smart City eine zentrale Rolle spielen wird. Bei IoT geht es um die Verbindung zwischen eindeutig identifizierbaren eingebetteten Computern, also zwischen Geräten innerhalb der existierenden Internet-Infrastruktur und darüber hinaus. Das IoT erlaubt die Verbindung von Netzwerken, Geräten und Daten, die noch nie zuvor miteinander verbunden waren. Man erwartet, dass dieser Trend über die traditionelle M2M-Kommunikation (machine-to-machine) hinausgeht und eine Vielfalt an Protokollen, Domänen und Anwendungen umfassen wird.
Die Vernetzung von eingebetteten Geräten in der Smart City wird die Automatisierung in nahezu allen Bereichen vorantreiben und somit fortschrittliche Anwendungen wie intelligente Stromnetze ermöglichen. Es wird erwartet, dass uns das IoT einen sanften Übergang in die Welt der Smart City ermöglicht. Manche IoT-Anwendungen sind bereits ganz alltäglich. Verkehrsampeln, automatische Kennzeichenerkennung und Videoüberwachungssysteme sind nur ein paar Beispiele dafür.
In den kommenden Jahren sollen sowohl das Ausmaß als auch die Komplexität solcher IoT-Anwendungen steigen. Straßenbeleuchtungen, die sich automatisch an Umgebungsbedingungen und Verkehrshäufigkeit anpassen oder Wasserverteilungssysteme, die Lecks umgehend erkennen und die Wasserzufuhr stoppen, sind nur einige Beispiele für die Wunderdinge der IoT-Welt, die wir bald in unseren Städten erwarten können.
Die Datenflut
Ein weiteres Industriekonzept, das an der Grundfeste einer jeden Smart City steht ist Big Data. Als „System der Systeme“ generiert die Smart City riesige Datenmengen, da immer mehr Sensoren in die traditionelle Infrastruktur integriert und somit immer mehr Geräte eingebunden werden. Aber eine Smart City muss mehr können, als nur Daten zu sammeln. Sie muss riesige Informationsberge verwalten und auswerten, Wertschöpfungspotenziale erschließen und neue Erkenntnisse liefern.
Eine sehr grundlegende Tatsache, die man bei der Diskussion über Big Data gerne beiseite lässt, ist wie groß und vielfältig diese Daten wirklich sind. Mit traditionellen Datenverarbeitungsmethoden kann man solche riesigen Informationsmengen in so unterschiedlichen Formaten nicht mehr beherrschen. Die Herausforderungen erstrecken sich von der Erfassung, Speicherung und Archivierung über das Durchsuchen, Teilen und Übertragen bis hin zur Auswertung und Visualisierung von Daten.
Die neueste Generation der industriellen Automatisierungssoftware wurde dafür entwickelt, mit diesen Problemen fertig zu werden. Sie stützt sich dabei auf modernste und kontinuierlich weiterentwickelte Analysetechniken, die über eine Vielzahl von Datenquellen hinweg eingesetzt werden können. Bestimmte Vorhersagetechniken werden in der Industrie bereits genutzt und können auch in Smart Cities eingesetzt werden, um Geschäftstrends auszumachen, Kriminalität zu bekämpfen, Verkehrsbedingungen in Echtzeit zu erkennen und vieles mehr.
Eine weitere wichtige Frage beim Einsatz von Big Data in Smart Cities ist: „Wo sollen die Daten gespeichert werden?“
Cloud-Computing wird bereits im privaten Sektor eingesetzt, um Kosten zu senken, die Effizienz zu steigern und smarter zu arbeiten. Die Technologie wird immer kosteneffizienter, skalierbarer, flexibler und besser darin, die Interoperabilität zwischen Systemen zu erleichtern. Dies sind nur einige der Gründe, warum Cloud-Computing mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Technologie sein wird, die in Smart Cities stark eingesetzt wird.
Microsoft hat bereits einige große Schritte in diese Richtung gemacht, und zwar mit Microsoft Azure – einer kosteneffizienten Plattform zur Implementierung smarter Lösungen für Unternehmen und Städte. Microsoft ist überhaupt einer der großen Player, wenn es um Smart Cities im Allgemeinen geht, vor allem mit der Initiative City Next, bei der COPA-DATA seit Februar 2014 Mitglied ist.
Schließlich gibt es auch noch eine neue Art von Daten, die für Smart Cities bedeutsam ist. Open Data basiert auf einem Grundsatz, der von den Institutionen des öffentlichen Dienstes und ihren Auftragnehmern verlangt, dass wichtige Regierungsdaten für die Öffentlichkeit leicht zugänglich gemacht werden müssen. Dabei kann es z. B. um Daten zum Energie- oder Wasserverbrauch gehen, oder auch um öffentliche Dokumente und Ausschreibungen. Das Ziel ist es, die Transparenz zu erhöhen und die Öffentlichkeit zu motivieren, sich stärker an der Entscheidungsfindung zu beteiligen.
Big Data – aber wie?
Smart Cities werden darauf ausgelegt sein, dass eine stetig wachsende Menge an Daten über das Stadtleben gesammelt werden. Wie wird man das also ermöglichen?
Die Daten werden von intelligenten Sensoren gesammelt und müssen dann einfach aggregiert werden können, um einen aktuellen Einblick in die Geschehnisse in der Stadt zu bekommen. Die Daten müssen auf einfache Art und Weise in verschiedensten Formaten angezeigt werden können, je nach Kontext und je nach System, das gerade darauf zugreift. Detailliertes, messbares Echtzeit-Wissen über die Stadt muss auf jeder Ebene verfügbar sein, sodass es jederzeit von den richtigen Leuten abgerufen werden kann.
Aber Big Data in Smart Cities muss noch weiter gehen. Es müssen Analyse- und Entscheidungssysteme im Einsatz sein, damit die aus diesen riesigen Datenmengen gewonnenen Informationen Echtzeitentscheidungen und -handlungen unterstützen, die die Systeme, Prozesse und die Stadt als Ganzes effizienter machen.
Die industrielle Automatisierungssoftware, die für die Verarbeitung von Big Data eingesetzt wird, muss verschiedene Systeme integrieren und mit beliebigen Industriehardwarekomponenten kommunizieren können. Sie muss hardwareunabhängig sein und sowohl neue als auch bestehende Systeme, so genannte Altsysteme, integrieren können, die meistens noch in den Städten im Einsatz sind.
Mit fortschreitender Automatisierung der Städte wird die Auswertung von Big Data sowie die Vorhersageanalyse immer wichtiger werden. Das Ergreifen von Maßnahmen, schon bevor bestimmte Umstände eintreten, ermöglicht es, Städte effizient zu verwalten und ihren Bewohnern optimale Dienstleistungen zu bieten.
Diese kontinuierliche Interaktion zwischen der physischen und der digitalen Welt sollte auch die Entscheidungsfindung offener gestalten, damit Bürger, Politiker und Unternehmen effektiver zusammenarbeiten und das Stadtleben gemeinsam verwalten und gestalten können.
Intelligente Stromnetze
Eine der ersten Veränderungen, die wir wahrscheinlich in unseren Städten erleben werden, betrifft die Art und Weise, wie elektrische Energie erzeugt und verwaltet wird. Wir bewegen uns langsam aber sicher von traditionellen Stromnetzen zu smarten Stromnetzen, die mit Softwareunterstützung eine dezentralisierte Energieerzeugung, -übertragung und -verteilung ermöglichen.
Momentan gibt es zwei wichtige Standards für die Übertragung und Verteilung in intelligenten Stromnetzen: IEEE C37.118 und IEC 61850. Der erste Standard definiert synchronisierte Phasorenmessungen, wie sie in Stromversorgungsnetzen eingesetzt werden, und bietet eine Methode zur Quantifizierung von Messungen.
IEC 61850 ist ein Standard für das Automatisierungsdesign von elektrischen Schaltanlagen. Mit diesem Standard wird sichergestellt, dass die Leitsysteme mit der Hardware verschiedenster Hersteller kompatibel sind und dass die Anlagen sicher mit existierenden Systemen verbunden werden können. Standardisierte Kommunikationsnetzwerke zwischen elektronischen Geräten ermöglichen es, Produkte von verschiedensten Herstellern zu integrieren. Das bedeutet, dass IEC 61850 eine wichtige Grundlage für jedes intelligente Stromnetzwerk ist.
Womit beginnen wir?
Bevor solche kostspieligen Projekte gestartet werden, muss es zuerst eine umfassende und objektive Erfassung der bestehenden Infrastruktur sowie der Dienstleistungen, die eine Stadt ihren Bürgern bietet, geben. Dadurch kann jede Stadt gewisse Schwachstellen identifizieren und die dringendsten Probleme, die verbessert werden müssen, nacheinander priorisieren.
Um für die Herausforderungen von morgen gerüstet zu sein, muss eine Stadt eine Echtzeitverbindung zu ihrer Infrastruktur und ihren Subsystemen haben. Ohne sofort verfügbare Daten, die gesammelt und ausgewertet werden, kann ein System nicht reagieren, geschweige denn Veränderungen in seiner Umgebung vorhersagen.
Ob wir es wollen oder nicht, in einer Stadt zu leben bedeutet, dass man zusammenarbeiten muss, um das Leben eines jeden Einzelnen ein bisschen leichter und komfortabler zu machen. Glücklicherweise verfügen wir über einen riesigen technologischen Werkzeugkoffer, den wir benutzen können, um unser Zuhause und unsere Stadt energieeffizienter, intelligenter und, ganz allgemein, lebenswerter zu gestalten.
SmartCity solutions with zenon: COPA-DATA @ SmartCity Expo World Congress 2014
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