IoT und Smart City: konkrete Beispiele für IoT-Anwendungen in einer intelligenten Stadt

Mit zunehmender Stadtbevölkerung stehen die Städte vor neuen Möglichkeiten…. und Herausforderungen. Die modernen Städte verwenden IoT-Technologien, um die Belastung bei dem Stadtwachstum zu erleichtern und eine bessere Lebensqualität zu gewährleisten. In diesem Beitrag teilen wir unsere Erfahrung in der IoT-Entwicklung und zeigen, wie IoT-basierte Lösungen für Smart Cities den urbanen Dschungel in "intelligente" Städte verwandeln. Aber lassen wir uns zuerst mit einer Schlüsselfrage auseinandersetzen.

Was macht eine Smart City "smart"?

Smart Cities - wie jedes IoT-System - verwenden Geräte, die mit Sensoren und Aktoren ausgestattet sind. Die Sensoren sammeln die Daten über die Einwohner und die Infrastruktur einer Stadt. Aber das sind nicht diejenigen Sensoren, die die Stadt „smart“ machen - das ist die Fähigkeit, die Daten von Sensoren zu verarbeiten und aufgrund derer zu lernen. Das "Gehirn" - die zentrale Cloud-Management-Plattform – sammelt und verarbeitet die Daten. Nach der Verarbeitung senden die Steuerungsanwendungen Befehle an die Aktoren, die die Befehle ausführen, um ein bestimmtes Problem zu lösen. Mit vernetztem maschinellem Lernen (ML) besteht die Möglichkeit, Einblicke aus den historischen Datenmengen, die in Data Warehouse gespeichert sind, zu erhalten. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden ML-Modelle für die Steuerungsanwendungen erstellt, um mehr Aufgaben zu automatisieren und den Alltag komfortabler zu gestalten. Schauen wir uns nun an, wie das für solch eine Smart-City-Infrastruktur in der Praxis gilt.

8 Beispiele für IoT-Anwendungen in einer Smart City

Straßenverkehr

Smart Cities sind darum besorgt, dass ihre Bürger so sicher und effizient wie möglich von A nach B kommen können. Wie kann man das erreichen? Verschiedene Arten von Sensoren und intelligenten Geräten kommen ins Spiel. Fahrzeugsensoren oder mobile Apps mit GPS bestimmen den Standort von Fahrzeugen. Die in den Straßenbelag integrierten Sensoren bestimmen die Anzahl und die Geschwindigkeit von darauf fahrenden Fahrzeugen. Die intelligenten Ampeln, die an eine zentrale Cloud-Management-Plattform angeschlossen sind, ermöglichen es, die Dauer der Grünphase zu überwachen und die Ampelschaltung in Echtzeit anzupassen, um Staus zu vermeiden.

Zum Beispiel identifizieren die in den Straßenbelag integrierten Sensoren, dass die Geschwindigkeit des Autoflusses auf 16 km/h gesunken ist. Gemäß den programmierten Regeln identifiziert die Cloud-Management-Plattform einen Stau. Um ihn zu verringern, sendet die Cloud die Befehle an die Steuerungsanwendungen, bestimmte Aktionen auszulösen. Diese Aktionen werden von den Plattformbenutzern definiert, z. B. Ampeln umzustellen und einen Teil des Verkehrs umzuleiten. Dann erhalten die Aktoren der Verkehrsampel den Befehl von den Steuerungsanwendungen und schalten die Lichter um. Nachdem ein Teil des Verkehrs umgeleitet worden ist, wird der Stau ohne Eingriff der Polizei beseitigt.

Öffentliche Verkehrsmittel

Die Daten von IoT-Sensoren können dazu beitragen, Muster aufzudecken, wie die Bürger Verkehrsmittel nutzen. Die Städte können diese Daten verwenden, um die Reiseerfahrung ihrer Bürger zu verbessern. Sie können auch mehrere Quellen kombinieren, z. B. Ticketverkäufe und Verkehrsinformationen, um eine komplexere Analyse durchzuführen.

In London sagen einige Zugbetreiber die Auslastung der Personenwagen vorher. Sie kombinieren die Daten von Ticketverkäufen, Bewegungsmeldern und CCTV-Kameras, die entlang der Plattform installiert sind. Durch die Analyse dieser Daten können die Zugbetreiber vorhersagen, wie viele Passagiere in jeden Waggon reinkommen werden. Wenn der Zug an einem Bahnhof ankommt, laden die Zugbetreiber die Fahrgäste ein, sich den Zug entlang zu verteilen, um maximal mehr Fahrgäste in jeden Waggon zu bringen. Das hilft den Zugbetreiber die Verspätungen zu verhindern.

Kommunale Dienste

IoT-basierte Smart Cities ermöglichen Ihnen, den Menschen mehr Kontrolle über ihre kommunalen Dienstleistungen zu geben und infolgedessen Geld zu sparen. IoT ermöglicht verschiedene Ansätze zu intelligenten Lösungen für kommunalen Dienstleistungen:

• Intelligente Zähler & Rechnungsstellung

Mit einem Netzwerk intelligenter Zähler bietet die Stadtverwaltung den Bürgern einen kostengünstigen Anschluss an die IT-Systeme der Versorgungsunternehmen. Jetzt können vernetzte intelligente Zähler Daten direkt an ein öffentliches Versorgungsunternehmen über das Telekommunikationsnetz senden und zuverlässige Zählerstände liefern. Smart Metering ermöglicht den Versorgungsunternehmen, den Wasser-, Strom- und Gasverbrauch für jeden einzelnen Haushalt genau zu berechnen.

• Verbrauchsmuster aufdecken

Ein Netzwerk intelligenter Zähler ermöglicht den Versorgungsunternehmen, mehr Transparenz zu gewinnen und aufzudecken, wie ihre Kunden Strom und Wasser verbrauchen. Mit dem Netzwerk von intelligenten Zählern können die Versorgungsunternehmen die Nachfrage in Echtzeit überwachen. Und darauf basierend kann man bestimmte Aktionen durchführen: Ressourcen nach Bedarf verteilen oder die Verbraucher dazu anregen, in Zeiten der Knappheit weniger Strom und Wasser zu verbrauchen.

• Fernüberwachung

IoT-basierte Lösungen für Smart City ermöglichen auch den Bürgern, Ihre kommunalen Dienstleistungen zu verwalten. Dadurch können die Bürger mithilfe von ihren intelligenten Zählern den Verbrauch aus der Ferne überwachen und fernsteuern. Eine Familie kann zum Beispiel seine Zentralheizung über Smartphone ausschalten. Darüber hinaus können die Versorgungsunternehmen die Haushalte über ein Problem (z. B. Wasserlecks) informieren und Spezialisten senden, um es zu beheben.

Straßenbeleuchtung

IoT-basierte Smart Cities machen die Wartung und Kontrolle von Straßenlaternen einfacher und kostengünstiger. Wenn Sie Straßenlampen mit Sensoren und Aktoren ausstatten und diese mit einer Cloud-Management-Plattform vernetzen, fungieren diese Laternen als IoT-Geräte. Die Vernetzung ermöglicht es, die Straßenbeleuchtung aus der Ferne zu verwalten. Die Cloud-Plattform-Benutzer legen Regeln fest, die basierend auf den Daten über die Geräteumgebung bestimmte Aktionen auslösen (das Licht dimmen, aufhellen, einschalten oder ausschalten). Zum Beispiel kann die Beleuchtungsintensität auf den Zebrastreifen steigen, wenn die Fußgänger die Straße überqueren.

Darüber hinaus können Sie Daten aus Beleuchtungssensoren mit Daten aus anderen Quellen, z. B. aus Verkehrsnetzen, integrieren. Das ermöglicht die dynamische Kontrolle der Infrastruktur. Wenn zum Beispiel ein Bus zur Haltestelle kommen soll, kann die Straßenbeleuchtung hier in diesem Augenblick automatisch heller eingestellt werden.

Abfallmanagement

Die meisten kommunalen Unternehmen entleeren Abfallbehälter planmäßig. Das ist kein effizienter Ansatz, der zu einer schlechten Nutzung von Behältern und einem unnötigen Kraftstoffverbrauch führt. IoT-basierte Lösungen für Smart City helfen über Abfallmengen informiert zu bleiben. Basierend auf Sensordaten werden Routen für die Müllabfuhr optimiert.

Die Elemente in den meisten Systemen für eine intelligente Abfallsammlung umfassen:

• Sensoren, die Daten über Füllstände, Temperaturen und Neigung sammeln;
• Kommunikationsknoten zur Datenübertragung;
• eine zentrale Cloud-Management-Plattform mit integrierten Analytics-Tools und Steuerungsanwendungen, um auf die Daten zuzugreifen, sie zu verwalten und zu analysieren.

Wie funktioniert das alles? Die Füllstandsensoren sammeln die Daten und geben sie an die zentrale Cloud-Management-Plattform weiter, wo sie analysiert und zur Auslösung bestimmter Aktionen verwendet werden. Zum Beispiel identifiziert ein Füllstandsensor, dass der Füllstand in einem Behälter nahe einem oberen Schwellenwert liegt. Die Steuerungsanwendungen, die in die Cloud-Plattform integriert sind, verwenden vordefinierte Regeln, um die richtigen Maßnahmen zu ergreifen, z. B. eine Alarmmeldung über mobile App eines Lkw-Fahrers senden. Das hilft, die Entleerung von halbvollen Behältern zu vermeiden. Die Plattformbenutzer können die statistischen Daten über den Füllstand für jeden Behälter sammeln und alle Behälter in diesem Bezirk verwalten. Mithilfe von Analytics-Tools, die in die Cloud-Management-Plattform integriert sind, können sie aus diesen Daten Erkenntnisse gewinnen, um die Routen und den Zeitplan für die Müllabfuhr zu optimieren.

Umwelt

IoT-basierte Lösungen Smart Cities ermöglichen es, die Parameter zu erfassen, die für eine gesunde Umwelt wichtig sind, um sie auf einem optimalen Niveau zu halten. Um beispielsweise die Wasserqualität zu überwachen, kann die Stadt ein Netzwerk von Sensoren im Wasserversorgungsnetz einsetzten. Die Sensoren messen den pH-Wert, gelösten Sauerstoff (DO) und gelöste Ionen. Die von Sensoren gesammelten Daten werden an eine Cloud-Management-Plattform übergeben, wo sie verarbeitet, analysiert und visualisiert werden. Wenn ein Leck auftritt und sich die chemische Zusammensetzung des Wassers ändert, wenden die Steuerungsanwendungen - eine Komponente der Cloud-Plattform - vordefinierte Regeln an, um Aktionen auszulösen. Wenn zum Beispiel ein Gehalt an Nitrat (NO3-) den Grenzwert um 1 mg/l überschreitet, alarmiert die Steuerungsanwendung Wartungsteams über die Verschmutzung und schafft einen Fall (Case) für Außendienstmitarbeiter, die dann mit der Behebung des Problems beginnen können. Aufgrund von in einem Big Data Warehouse gespeicherten rieseigen Datenmengen kann die Plattform vernetzte Deep-Analytics-Tools anwenden, um die Muster für die Wasserverschmutzung aufzudecken.

Sicherheit

Die IoT-basierten Technologien für Smart City spielen eine große Rolle bei der Gewährleistung der öffentlichen Sicherheit. Zum Beispiel können sie für die Erkennung von Schüssen verwendet werden. Es gibt Tools, die erkennen, wann und wo Schüsse in den öffentlichen Bereichen abgefeuert werden, um die Polizei zu alarmieren. Diese Tools verwenden vernetzte Mikrofone, die in einer Stadt installiert sind. Die Daten von Mikrofonen werden an eine zentrale Management-Plattform übergeben. Die Plattform analysiert Geräusche und erkennt einen Schuss. Die mit der Plattform integrierten Analytics-Tools messen die Zeit, die der Klang benötigt, um das Mikrofon zu erreichen, und bestimmen den Standort der Waffe. Wenn der Schuss und sein Standort identifiziert werden, wenden die Steuerungsanwendungen vordefinierte Regeln an, um die Aktion auszuführen, z. B. die Polizei durch eine mobile App alarmieren.

Außerdem…

IoT-basierte intelligente Gebäude werden zu einem weiteren Element im komplexen Netzwerk der Smart City. Intelligente Gebäudetechnologien, die in smarte Strom- und Datennetze integriert sind, senken den Stromverbrauch und tragen zur Verbesserung der öffentlichen Sicherheit bei. Wenn intelligente Gebäude beispielsweise mit Brandmeldesensoren ausgestattet sind, die an eine zentrale Management-Lösung für Smart City angeschlossen werden, trägt das zur Verbesserung der Maßnahmen bei einem Unfall bei. Sobald eine Brandgefahr erkannt worden ist, löst das zentrale Steuerungssystem des Gebäudes Alarme aus. Außerdem sendet es Warnmeldungen an die Fußgänger und Autofahrer in der Umgebung und fordert sie auf, Ihre Routen zu verändern. Und noch mehr dazu: die Sensordaten im Gebäude können mit den Überwachungsdaten von den auf den Straßen platzierten CCTV-Kameras kombiniert werden. Diese kombinierten Daten werden analysiert, um bessere Evakuierungspläne zu erstellen. Die auf Analysen basierenden Evakuierungspläne motivieren die Menschen, optimale Routen zu wählen, um Staus zu verhindern und eine schnelle und effektive Evakuierung sicherzustellen. Die oben aufgeführten Aktionen sind nur dann möglich, wenn mehrere Lösungen mit einer zentralen Plattform integriert werden.

Zusammenfassend

IoT unterstützt Städte dabei, die Infrastruktur, kommunale Dienstleistungen und öffentliche Dienste zu vernetzen und zu verwalten. Von intelligenten Beleuchtung und Abfallmanagement bis zum vernetzten öffentlichen Verkehr und Sicherheitslösungen - die Bandbreite der Anwendungsfälle ist sehr vielfältig. Die Sache, die sie gemeinsam haben, ist die Ergebnisse. Der Einsatz von IoT-Lösungen führt zu reduzierten Energiekosten, optimierter Nutzung von natürlichen Ressourcen, sicheren Städten und gesünderer Umwelt.