15.12.2023 376

Vorteile der Ferndatenerfassung in Smart Cities: Anwendungsgebiete, Trends und Innovation

Heutzutage sammeln die Geräte um uns herum viele Daten und tauschen sie untereinander aus, ohne dass menschliches Eingreifen erforderlich ist. In diesem Artikel werden wir darüber sprechen, wie solche intelligenten Technologien das Leben in einer Stadt verbessern können und welche neuen Ansätze in diesem Bereich verwendet werden.

Internet der Dinge und Smart Cities: Was ist es?

Das Internet der Dinge (Internet of Things oder kurz IoT) ist eine Technologie, die es möglich macht, Daten aus der Ferne zu empfangen, Geräte fernzusteuern und ihre Arbeit zu automatisieren. Unterschiedliche Geräte werden dabei in ein einziges Netzwerk integriert. Bei der Verbindung zu diesem Netzwerk kann man umfassende Informationen erhalten und die Arbeit des Systems steuern. Solche Geräte werden als intelligent oder smart bezeichnet.

Internet der Dinge bietet viele Vorteile, darunter:

Zeitersparnis durch Fernsteuerung von Geräten. IoT-Geräte können aus der Ferne kontrolliert werden und erfordern keine persönliche Anwesenheit.

Sparsamer Umgang mit Energie. Geräte arbeiten nur dann, wenn ihr Betrieb erforderlich ist.

Bereitstellung notwendiger Daten. Dank der IoT-Technologie kann man verschiedene Daten automatisch erfassen, außerdem ist der Standort der Sensoren und ihr Batteriezustand immer bekannt.

Automatisierung von Prozessen. Viele Routineaufgaben können maschinell in festgelegten Intervallen durchgeführt werden.

Die Vorteile der Ferndatenerfassung zur Verbesserung der städtischen Infrastruktur wurden von Experten des McKinsey Global Institute (MGI) im Bericht „Smart Cities: Digitale Lösungen für eine lebenswertere Zukunft“ (Smart cities: Digital solutions for a more livable future) ausführlich beschrieben. Diese Studie hat gezeigt, dass die Implementierung intelligenter Technologien in städtische Infrastrukturen das Leben der Menschen erheblich verbessern und sowohl sicherer als auch umweltfreundlicher machen kann. Durch die Anwendung intelligenter Technologien ist man in der Lage, Folgendes zu erreichen:

  • die Sterblichkeitsrate um 8 bis 10 Prozent zu reduzieren
  • die Reaktionszeit auf Notfälle um 20 bis 35 Prozent zu reduzieren
  • die Erkrankungsrate um 8 bis 15 Prozent zu reduzieren
  • die durchschnittliche Zeit für Weg zum Arbeitsplatz um 15 bis 20 Prozent zu reduzieren
  • die Treibhausgasemissionen um 10 bis 15 Prozent zu reduzieren
  • den Wasserverbrauch um 20 bis 30 Prozent zu reduzieren

Somit liegt der Wert der Ferndatenerfassung darin, dass diese Technologie das Leben bequemer und sicherer macht. Außerdem kann eine Vielzahl von Aufgaben ohne direkte Beteiligung von Menschen erledigt werden.

Nachfolgend werden wir ausführlicher darüber sprechen, welche Bereiche des städtischen Lebens mit intelligenten Technologien verbessert werden können, sowie die Herausforderungen und Möglichkeiten der Ferndatenerfassung für Smart Cities.

Anwendungsbereiche des Internets der Dinge

Das Internet der Dinge steht hinter vielen Innovationen in Smart Cities, die durch die Fernerfassung von Daten vorangetrieben werden, sei es in der Industrie, im Management des Stadtverkehrs, in der Medizin oder in der Landwirtschaft.

Umwelt. Intelligente Sensoren ermöglichen es, verschiedene Daten in Echtzeit zu überwachen. Insbesondere können sie zur Kontrolle der Luftqualität verwendet werden, um die Verschmutzung zu verfolgen.

Für Städte in Gewässernähe ist die Wasserqualität sehr wichtig. Intelligente IoT-Geräte übermitteln Daten zum Zustand des Wassers in Seen, Flüssen, Meeren und Ozeanen. Das hilft, eine hohe Wasserqualität zu gewährleisten, indem chemische Freisetzungen, Unfälle oder Fischkrankheiten frühzeitig erkannt werden. Man kann auf solche Ereignisse schnell reagieren, um das jeweilige Problem im Anfangsstadium zu beseitigen.

Beförderung und Straßenverkehr. Anwendung intelligenter Technologien im Bereich des städtischen Verkehrs kann Kosten reduzieren, Routen optimieren und das Leben der Bürger:innen komfortabler gestalten. Mit Hilfe intelligenter Geräte ist es möglich, eine flexible Steuerung von Ampeln einzurichten, längere Grünphasen für Fahrer zu gewährleisten und mehr für die Sicherheit der Fußgänger zu machen. So kann man unter anderem den Rettungsdiensten die Möglichkeit bieten, zu Notrufpunkten zu gelangen, ohne rote Ampeln überqueren zu müssen.

Hier sind einige Anwendungsfälle, die die Behörden in Seoul mit Hilfe intelligenter Geräte umsetzen konnten.

Planung von Nachtbuslinien Optimierung der Taxidienste
Viele Bürger:innen, die lange auf Arbeit sind, mussten mit Taxi nach Hause fahren. Nach Analyse der Daten von Handyanrufen zu dieser Uhrzeit stellten die Stadtbehörden fest, an welchen Orten die Menschen am häufigsten Taxen riefen. Daraufhin erstellten sie eine Route durch 1252 solche Standorte. Als Ergebnis startete Seoul 9 Nachtbuslinien, ohne dabei viel Geld auszugeben. Das erhöhte die Passagierzahlen um 10 %. Die Menschen fühlten sich wohler und verbrachten mehr Zeit in der Stadt am Abend. Etwa 19 % aller Beschwerden von Bürger:innen Seouls bezogen sich auf Taxidienste. Während der Stoßzeiten und bei schlechtem Wetter mussten die Menschen lange auf ein Auto warten. Intelligente Technologien halfen den städtischen Behörden, dieses Problem zu lösen, ohne die Anzahl der Taxen zu erhöhen: Durch die Untersuchung von Daten der Mobilfunkbetreiber zu Taxi-Anrufen identifizierten die Behörden Bereiche, in denen die Nachfrage nach Taxidiensten am häufigsten war. Eine Karte mit diesen Daten wurde den Taxidiensten zur Verfügung gestellt, sodass die Fahrer:innen verstehen konnten, wo sie wahrscheinlich einen Auftrag bekommen. Die Wartezeiten sind jetzt kürzer, die Taxifahrer:innen verbrauchen weniger Benzin und benötigen weniger Zeit, um zu ihren Kunden zu gelangen.

 

Abfallwirtschaft. Versorgungsunternehmen konnten dank Datensammlung positive Ergebnisse bei der Abfallentsorgung erzielen. Zu diesem Zweck wurden Abfalleimer und Müllfahrzeuge mit IoT-Sensoren ausgestattet. Diese intelligenten Geräte übermitteln Daten zur Füllmenge des Containers und zum Standort des nächstgelegenen Fahrzeugs. Auch die Route für die Müllwagenfahrer ist so organisiert, dass sie nur die Orte besuchen, an denen die Behälter voll sind. Die Arbeit wird jetzt mit maximaler Effizienz durchgeführt und die Kosten für Benzin konnten dadurch erheblich reduziert werden. Dieses System ermöglicht es Unternehmen auch, ihre Budgets zu planen, z. B. die Anzahl der Fahrzeuge zu reduzieren oder die richtige Anzahl von Behältern für Gebiete zu kaufen, in denen laut Statistik mehr Müll entsorgt werden muss.

Sicherheit. Kamerasysteme und verschiedene intelligente Sensoren liefern städtischen Dienstleistungen umfassende Informationen über menschliches Verhalten, Not- und Unfälle. Diese Daten werden in Echtzeit empfangen, so dass man zeitnah auf die Situation reagieren und Sicherheitsbedrohungen in frühen Stadien beseitigen kann.

In den Niederlanden helfen intelligente Sensoren, Überschwemmungen in Wohnhäusern zu verhindern. Aufgrund der besonderen Landschaft gibt es in diesem Land viele Kanäle, insbesondere in Amsterdam. Das Wasser steigt dort regelmäßig an, was die Gebäude der Stadt gefährdet. Um Überschwemmungen zu vermeiden, haben die städtischen Behörden die Kanäle mit intelligenten Sensoren ausgestattet. Sie melden den Wasserstand in Echtzeit. Somit zeigen sich die Vorteile der Ferndatenerfassung für die Bürger:innen – dank intelligenten Geräten wissen sie sofort über steigende Wasserstände Bescheid und können Wasserwehre öffnen, um überschüssiges Wasser abzuleiten. In Wellington, Neuseeland, verwenden städtische Behörden Sensoren, die bestimmte Geräusche, Bewegungen und sogar Gerüche erkennen. Sie sind in Einkaufszentren installiert und dienen dazu, normale Kunden von möglichen Dieben durch ihr Verhalten zu unterscheiden. Unter anderem reagieren solche Sensoren auf den Klang von zerbrochenem Glas und Hilferufen und signalisieren den Sicherheitskräften, dass ein Notfall eingetreten ist. Auf den Straßen sind Geruchssensoren installiert, die den Geruch von Farbe erkennen. Sie ermöglichen es den Behörden, rechtzeitig zu erfahren, wenn jemand Graffiti an Wänden sprüht, um Vandalismus zu verhindern.

 

Gesundheitswesen. Mit Hilfe von intelligenten Geräten und Sensoren kann man den Zustand von Patient:innen überwachen und verschiedene Informationen erfassen. So erhielten beispielsweise Diabetespatienten in der Türkei Glukometer, um Informationen über den Blutzuckerspiegel automatisch zu übermitteln. Ärzte überwachen den Zustand dieser Patient:innen in Echtzeit und sind dadurch in der Lage, Abweichungen von Normalwerten sofort zu erkennen. Ärzte protokollieren die Zeiten, zu denen sich die Werte änderten, und befragen dann die Patient:innen. Dieses System ermöglicht es ihnen, genau herauszufinden, was die Veränderung des Zuckerspiegels ausgelöst haben könnte.

Die Verwendung nachhaltiger Lösungen für die Datenerfassung in Smart Cities kann die gesundheitlichen Dienstleistungen erheblich verbessern und das Leben von Patient:innen mit chronischen Krankheiten erleichtern.

Sparsamer Umgang mit natürlichen Ressourcen. Die Fernsteuerung von Geräten und intelligenten Systemen kann eine erhebliche Menge an natürlichen Ressourcen und Energie sparen: IoT-Geräte können so programmiert werden, dass sie nur dann arbeiten, wenn sie wirklich benötigt werden. So kann man beispielsweise moderne Straßenlaternen so einstellen, dass sie nur bei Annäherung von Menschen oder Fahrzeugen mit voller Leistung eingeschaltet werden und den Rest der Zeit im Energiesparmodus bleiben. Das hilft dabei, Strom zu sparen und eine komfortablere Umgebung für die Bewohner:innen zu schaffen – die Straßenlaternen scheinen nicht mehr nicht die ganze Nacht lang in ihre Fenster.

Smart Meter bzw. Intelligente Zähler helfen dabei, problematische Situationen schnell zu identifizieren und einen übermäßigen Stromverbrauch zu vermeiden. So kann z.B. der Stromversorger anhand der Daten von solchen Zählern herausfinden, welche Geräte oder Lampen eine unangemessen hohe Energiemenge verbrauchen. Solche fehlerhaften Geräte können daraufhin repariert werden, während bei Straßenlaternen möglicherweise nur die Lampen durch energieeffiziente ersetzt werden müssen.

Trends in Datenerfassung

Einer der aufkommenden Trends bei der Fernerfassung von Daten für die Stadtplanung ist die Nutzung von Edge Computing. Bisher wurden hauptsächlich zentrale Cloud-Server zum Verarbeiten und Speichern von Daten verwendet, die Vernetzung von intelligente Geräten erfolgte also über eine zentrale Stelle. Dieser Ansatz hat jedoch zwei ernsthafte Nachteile: höhere Latenzzeiten, die zu Verzögerungen führen, und der Bedarf an größeren Bandbreiten. Dank Edge Computing können die Verzögerungen erheblich reduziert werden, da die Rechenleistung näher zu der Datenquelle erfolgt.

Die Vorverarbeitung und Komprimierung von Daten verringert die Belastung des Netzwerks, so dass eine größere Bandbreite zur Verfügung steht. Die lokale Speicherung der Daten erhöht auch die Datensicherheit. Periphere Lösungen sind im Allgemeinen zuverlässiger, bieten höhere Übertragungsraten und lassen sich leichter skalieren. All diese Vorteile machen diese Art von IoT-Lösungen sehr vielversprechend.

Die neuesten Entwicklungen in der Datenerfassung stammen aus dem Einsatz der Künstlichen Intelligenz (KI). Diese Technologie ermöglicht die Automatisierung weiterer Prozesse und eine bessere Steuerung von Geräten in Echtzeit.

Die Rechenleistung von KI hilft auch, den Ausfall von Industriegeräten vorherzusagen und verschiedene Unregelmäßigkeiten und Abweichungen von den durchschnittlichen statistischen Indikatoren zu erkennen. Durch die Analyse solcher Informationen können Unfälle, Notfälle und andere Ereignisse, die eine schnelle Reaktion erfordern, ständig überwacht werden.

Herausforderungen bei der Anwendung neuer IoT-Ansätze

Investitionen in die Infrastruktur. Jede Stadt löst ihre einzigartigen Probleme mithilfe intelligenter Geräte.
Um eine solche Lösung umzusetzen, ist es notwendig, die richtigen Informationen zu sammeln, das Problem zu erforschen, ein Projekt zu entwickeln, die notwendigen Geräte zu kaufen und das System einzurichten. All dies erfordert Zeit und erhebliche Investitionen.

Gerätekompatibilität. Alle Geräte sollten die gleichen Standards für den stabilen Betrieb der Lösung verwenden. Dies erfordert die Beteiligung von Programmierern.

Datenschutz und Sicherheit. Die Arbeit von IoT-Netzwerken erfordert umfangreiche Datenbanken, die auch personenbezogene Daten enthalten. Deswegen wird hier der Datenschutz zu einer der wichtigsten Fragen, auch bei KI-Lösungen ist es der Fall.

Zugang zu digitalen Technologien. Wenn ein Projekt die persönliche Beteiligung von Menschen erfordert (zum Beispiel bei intelligenten Blutzuckermessgeräten), müssen allen Teilnehmern die notwendigen Geräte zur Verfügung gestellt werden. Außerdem müssen sie möglicherweise geschult werden, um bestimmte Programme verwenden zu können.

Internet der Dinge kann das Leben der Menschen in Städten erheblich verbessern: Geräte werden in Echtzeit ferngesteuert, viele Prozesse automatisiert und optimiert. Die Vorteile der Ferndatenerfassung für Smart Cities liegen in der Möglichkeit, das Zusammenleben sicherer, umweltfreundlicher und wirtschaftlicher zu gestalten.

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