Smart City: Wie Städte smart und smarter werden

Das Thema „Smart City“ bietet eine beinahe unüberschaubare Vielfalt an Möglichkeiten für die wachsenden Städte dieser Welt. In gleichem Maße gedeihen allerdings auch die Sorgen und Unsicherheiten bezüglich dieser komplexen Technik, die auf den teils bestehenden Beleuchtungsnetzwerken basiert. Eine Einführung.

Smart City
(Bild: Osram GmbH)

Die Städte unterliegen weltweit einem unaufhörlichen Wachstum, das sich nicht nur in der realen Fläche, sondern insbesondere in der Einwohnerzahl widerspiegelt. Bereits seit rund zehn Jahren wohnt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten, bis 2050 sollen es aktuellen Prognosen der UN zufolge sogar 70 Prozent sein. Dieser starke und wohl unvermeidliche Anstieg wird die Entstehung weiterer Megacitys nach sich ziehen, die entsprechende Anforderungen an die Infrastrukturen stellen und diesen ständig Wohnraummangel, Verkehrschaos, gefährdete Wasser- und Energieversorgung und nicht zuletzt die spürbaren Klimaveränderungen gehen mit dieser Entwicklung einher und müssen schneller denn je aus dem Weg geräumt werden. Doch die Lösung dieser Probleme liegt nicht unbedingt im Rückschritt in ein vorindustrielles Zeitalter, sondern eher im direkten Weg nach vorne: nämlich in der Digitalisierung der Ballungszentren. An dieser Stelle ist dann schnell die Rede von sogenannten „Smart Citys“, intelligenten Städten, die durch die Unterstützung moderner EDV-Technik in der Lage sind, Informationen zu sammeln, diese zu analysieren und durch die gewonnenen Erkenntnisse schließlich das Chaos zu beherrschen.

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Außenleuchten-Familie DL 50 LED von Osram (hier die Seilleuchte)
Die Außenleuchten-Familie DL 50 LED von Osram (hier die Seilleuchte) bietet für nahezu jede Anwendung in der Stadt eine passende Lichtlösung in einheitlichem Design. (Bild: Osram GmbH)

Von der Leuchte zum Open-Air-PC

Dass bei diesem Thema recht schnell die Beleuchtung der Städte eine große Rolle spielt, hat nicht nur den Hintergrund, dass diese bezogen auf die (Energie)Einsparpotenziale einen enormen Faktor darstellen. Ihre flächendeckende Existenz stellt außerdem einen nicht zu unterschätzenden Vorteil dar: Im Laufe der Jahrzehnte ist das Beleuchtungsnetzwerk selbst in den kleinsten Gemeinden so umfassend ausgebaut worden, dass sich an allen relevanten Stellen ein Lichtmast oder eine anders geartete Beleuchtungslösung findet. Diese populären Standorte sind sogar so strukturiert, dass sich deren Menge aufgrund der einzuhaltenden Normen bereits an den jeweils vorherrschenden Bedürfnissen orientiert. Es liegt also durchaus nahe, dass diese Positionen neben der reinen Verkehrs- und Stadtbeleuchtung um weitere Funktionen ergänzt werden, um so dem Ziel einer intelligenten Stadt näher zu kommen.

Denn an der grundlegenden Architektur muss eigentlich nichts geändert werden, sondern „nur“ an der sekundären Soft- und Hardware, die größtenteils noch nicht annähernd vorhanden ist. Da die meisten Leuchten in den Städten gnadenlos veraltet sind und größtenteils auf den längst aus dem Verkauf genommenen Quecksilberdampflampen basieren, bringt der notwendige Austausch der Köpfe durch LED-Lösungen nicht nur eine direkt spürbare Verbesserung des Stromverbrauchs, sondern bietet weitere Optionen, um sich der smarten Stadt anzunähern. Denn in die Leuchtenköpfe und Stelen lassen sich die unter schiedlichsten Sensoren einbauen, die Informationen an eine zentrale Stelle liefern, um dort ausgewertet und weiter verwendet zu werden.

Der Umfang reicht von der Messung des vorhandenen Lichtniveaus, des Verkehrsaufkommens bis hin zur Wetteranalyse und kann nicht nur der Stadt, sondern auch deren Bewohnern und Besuchern zur Verfügung gestellt werden. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten der Steuerungen und Hilfestellungen bezüglich sensibler Bereiche, zum Beispiel der aktiven Hilfe bei der Parkplatzsuche, der Regelung der künstlichen Beleuchtung und der Ampelanlagen sowie der Auswertung der Wetterdaten für weiterreichende Maßnahmen. Da die Leuchten dann alle miteinander vernetzt sein sollten, würden sich Fehlerquellen leicht lokalisieren und beheben lassen.

Der intelligente Leuchtenmast Philips Lightpole Site Slim dient nicht nur als Wi-Fi-Hotspot, sondern gleichzeitig als Träger moderner vernetzter Straßenleuchten. (Bild: Philips Lighting GmbH)

Drahtlose Kommunikation per WLAN

Die Kommunikation zwischen den Leuchten und der Zentrale wird in erster Linie drahtlos erfolgen, da nur in Ausnahmefällen ausreichend Kabel im Boden liegen, beziehungsweise kostendeckend neu verlegt werden könnten. Dies hat den weiteren Vorteil, dass flächendeckend auch den Bürgern ein stabiles WLAN-Netzwerk anzubieten ist, was bei dem heutigen Bedarf für weiteren Komfort sorgen würde. Im Hinblick auf die positive Entwicklung der Elektrofahrzeuge – insbesondere der selbstfahrenden – sind all diese als Optionen geltenden Maßnahmen notwendig, um für einen nutzenorientierten Ausbau zu sorgen, der die Hemmnisse dieser Innovationen aus dem Weg räumt.

Auch die inzwischen sicherheitsrelevante Kameraüberwachung sensibler Plätze und Bereiche wäre über die Vernetzung der gesamten Struktur wesentlich einfacher möglich, als dies zum jetzigen Zeitpunkt der Fall ist. Einige Großstädte wie Buenos Aires haben bereits den Wandel zu einer Smart City eingeleitet. Philips hat hier 90.000 Leuchten ausgetauscht, um der Stadt größeren Komfort und zusätzliche Einsparpotenziale zu bieten. Die Energiekosten für die Beleuchtung haben sich seit dem Umbau und der effizienten Nutzung bereits halbiert.

München
Im Rahmen des Projekts „Smarter Together“ arbeitet die bayerische Landeshauptstadt München gemeinsam mit zahlreichen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft an Lösungen für die lebenswerte Stadt der Zukunft. (Bild: Nagy/Presseamt München)

„Smarter Together“ in München

Die EU-Kommission hat München zusammen mit Lyon und Wien ausgewählt, um in Europa richtungsweisende Smart-City-Lösungen zu erproben. In das Projektgebiet Neuaubing- Westkreuz/Freiham mit seinen rund 30.000 Einwohnern werden bis Anfang 2021 insgesamt rund 20 Millionen Euro investiert. Der flächenmäßig umfangreichste und gleichzeitig am dünnsten besiedelte Stadtteil Münchens ist das größte Stadtteil-Entwicklungsgebiet Deutschlands. Im Rahmen des Projekts „Smarter Together“ arbeitet die bayerische Landeshauptstadt München gemeinsam mit zahlreichen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft an Lösungen für die lebenswerte Stadt der Zukunft. Ziel ist es, mit Hilfe neuer Technologien und intelligent genutzter Daten Antworten auf die Zukunftsfragen der Stadtentwicklung zu finden. Dabei sollen die Lebensqualität der Bewohner verbessert, die Energieeffizienz von Wohnraum gesteigert und vernetzte Mobilitätsangebote geschaffen werden.

Die magische Zahl für München lautet „20“: Die Maßnahmen des Münchner „Smarter Together“-Projektes sollen mehr als 20 Prozent CO2 einsparen, über 20 Prozent erneuerbare Energien sollen genutzt und die Energieeffizienz um mehr als 20 Prozent gesteigert werden. Bis 2050 will München in Neuaubing- Westkreuz sogar CO2-Neutraliät erreichen. Die Bewohner können in einem breit aufgestellten Gestaltungsprozess unmittelbar Einfluss auf die Maßnahmen nehmen. In Workshops sollen alltagstaugliche Anwendungen entstehen, die sich am Bedarf der Bürger orientieren und ihre Lebensqualität verbessern. Dabei hat sich die Stadt die richtige Balance zwischen smarten Technologien und praktikablen Lösungen für den Alltag der Menschen auf die Fahne geschrieben. Neben der energetischen Sanierung von Wohnanlagen sind im Rahmen von „Smarter Together“ u. a. neue Lichttechnik mit intelligenten Lichtmasten, multimodale Mobilitätsangebote und multifunktionale Quartiersboxen geplant sowie eine eigene Smarte Quartiers-App, die alle Dienste im Quartier intelligent verknüpft. Dabei baut „Smarter Together” in München auf das spezielle Know-how von elf Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft.


Lichttechnik-Lösungen für Aussenleuchten (Auswahl)

» Die Stele Lif von Selux kann Notruf-Melder aufnehmen, als WLAN-Hotspot oder als Elektro-Ladestation dienen oder Kameras integrieren. So passt Lif ideal in die Urbanität von morgen: Ein zukunftssicheres und anpassungsfähiges Lichtsystem für den Stadtraum.

Stele Lif von Selux
(Bild: Selux AG)

» Der Leuchtenmast Philips Lightpole Site Slim kombiniert nachhaltige, intelligente LED-Beleuchtung von Philips Lighting mit Ericssons führender Kleinfunkzellen-Technologie für Hochgeschwindigkeits-Breitband- Verbindungen.

Philips Lightpole Site Slim
(Bild: Philips Lighting GmbH)

» Die Neigungsverstellung und der einfache Umbau der Lumega IQ LED sind so innovativ, dass Trilux dafür ein Patent angemeldet hat. Die Leuchte lässt sich werkzeuglos öffnen, die Abdeckscheibe werkzeuglos entnehmen – und auch für die Entnahme des Elektro-Blocks reichen die Hände aus. Die LED-Lichttechnik überzeugt mit einer Energieeffizienz von bis zu 125 lm/W. Mit einem bedarfsgerechten Lichtmanagementsystem und Schaltungskonzepten zur Leistungsreduzierung lässt sich der Energieverbrauch noch weiter senken.

Lumega IQ LED
(Bild: Trilux GmbH & Co. KG)

» Die intelligente Steuerungselektronik der DL 30 LED von Osram sorgt dafür, dass sich die Lichtintensität an die äußeren Bedingungen anpasst und ermöglicht damit eine besonders effiziente Beleuchtung.

DL 30 LED von Osram
(Bild: Osram GmbH)

Geplante Maßnahmen

Bis 2019 sollen in Zusammenarbeit mit der Münchner Verkehrsgesellschaft bis zu acht Mobilitätsstationen entstehen, die das Kernangebot des Öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV) mit weiteren Mobilitätsbausteinen darstellen, beispielsweise E-Carsharing-Fahrzeuge von Stattauto und Lasten-Pedelecs/E-Dreiräder. Als Leitsystem dienen Digital-Signage-Stelen vor Ort und die Smarte Quartiers-App, die den Bürgern Auskunft über die Verfügbarkeit der Mobilitätsangebote geben sollen. An einzelne Mobilitätsstationen werden Quartiersboxen integriert, die einen 24- Stunden-Liefer-, Einkaufs- und Tauschservice ermöglichen. Die Quartiersboxen sind mit gekühlten und ungekühlten Fächern ausgerüstet. Die Idee dahinter: Hier sollen Lieferdienste Sendungen deponieren, lokale Gewerbetreibende ihre Produkte auch außerhalb der Ladenöffnungszeiten anbieten und Privatleute Waren austauschen können.

In den drei Handlungsfeldern Energie, Mobilität und Technologie ist Experimentieren ausdrücklich erlaubt, ja sogar erwünscht: Die EU-Fördergelder in Höhe von rund 6,85 Millionen Euro werden zur Verfügung gestellt, um Neues auszuprobieren und eben jene Ideen weiter auszubauen, die sich in der Praxis bewähren. Diese sollen anschließend sowohl in weiteren Stadtteilen Münchens als auch in anderen europäischen Städten umgesetzt werden. Durch das Projekt „Smarter Together“ ist München gemeinsam mit Wien und Lyon europäischer Vorreiter und Versuchslabor für die Smart City von morgen.

Das zweischneidige Schwert

Die grundsätzliche Idee und die aktuellen Entwicklungen zu flächendeckenden Smart Citys sind bei der ersten Betrachtung durchaus als attraktiv und als notwendig zu bewerten. Dennoch tun sich etliche Gemeinden und Städte schon bei der Umrüstung auf LED-Beleuchtungslösungen schwer. Das liegt nicht an mangelnder Akzeptanz der neuen Lichttechnik, sondern eher an der einmaligen recht hohen Investition und den unumgänglichen Wartungskosten. Insbesondere Letztere bereiten entsprechend Kopfschmerzen, da der simple Austausch eines defekten Leuchtmittels bei der LED-Lichttechnik zumeist nicht ohne Weiteres zu erledigen ist.

Gleiches gilt für die Bevorratung oder den garantierten Nachkauf defekter LED-Module. Der nach wie vor anhaltende Fortschritt der Lichttechnik kann sowohl zu Kompatibilitätsproblemen führen als auch bei Ausfall einer einzelnen Leuchte den Austausch eines ganzen Straßenzuges erforderlich machen, um das Lichtbild im Umfeld gleich zu halten. Aus diesem Grund greifen Städte und Gemeinden oftmals auf Sonderlösungen zurück, die diese Probleme weitgehend ausschließen. Soll heißen: Sie werden so konstruiert, dass sie auch von anderen Firmen gegebenenfalls nachgebaut werden können. Dadurch wird versucht, unabhängig vom Hersteller eine gewisse Lieferfähigkeit über Jahrzehnte zu garantieren.

Was passiert mit den Daten?

Doch auch die Bewohner und Nutzer der multifunktionalen Informationssammler stehen dieser Entwicklung teils kritisch gegenüber. Es entstehen Ängste hinsichtlich eines Überwachungsstaates bis hin zu den grundlegenden Unsicherheiten, was mit den gesammelten Daten überhaupt geschieht und inwieweit diese personalisiert sind. Der Spagat zwischen Sicherheit und unangemessener Überwachung ist definitiv groß. Diese Bedenken gilt es überzeugend zu nehmen, um überhaupt eine Akzeptanz für diesen wohl notwendigen Fortschritt zu erlangen. Denn jeder Mehrwert und praktische Nutzen beinhaltet aufgrund der Vielfalt an Informationstechnik nicht nur mögliche positive Effekte für die Bevölkerung.

Das Missbrauchspotenzial ist in jedem Fall vorhanden und es bedarf diesbezüglich einer umfassenden Aufklärung durch die Verantwortlichen. Auch die Tatsache, dass die meisten Lösungen drahtlos realisiert werden, stellt eine gewisse Gefahr für die allgemeine Sicherheit dieser Systeme dar. Es ist nicht abwegig, sich das Szenario einer gehackten Smart City vorzustellen: Ihre Steuerung liegt dann in den Händen externer Personen, die das gesamte System lahmlegen oder eben auch die gesammelten Informationen abgreifen können, um diese für weiteren Missbrauch zu nutzen. Der Faktor Sicherheit steht somit in allen Belangen an erster Stelle bei der Umsetzung einer modernen Smart City und wird die Entwickler und Betreiber dauerhaft beschäftigen. Denn das System wandelt sich durch diese Ausbauten zu einem theoretisch für alle zugänglichen Open- Air-Computer. // (3067)

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