Smart City | Megabauten, Infrastruktur, Technologien
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Die Menschheit wächst unaufhaltsam, verbraucht immer mehr Ressourcen und steht vor großen Herausforderungen bei Stadtentwicklung, Infrastruktur und Mobilität und der Vermeidung von Klimaschäden. Es gibt viele praktikable und visionäre Modellprojekte für die Smart City, wie die Bürgerinnen und Bürger ihre Lebensqualität erhalten und verbessern können. Wir präsentieren hier smarte Technologien und Produkte für die nachhaltige Stadtentwicklung, umrahmt von atemberaubenden geplanten, im Bau befindlichen oder bereits realisierten Megabauten.
Inhalt
- Smart City Städte
- Megabauten für Smart Cities
- Technologien und Produkte für die Smart City
- Grüne Dächer auf intelligenten Gebäuden
- 6G Netz | Bidirektionale Richtfunkstrecke und Thz Empfänger
- Open Source Mesh Netzwerk für die Smart City von heute
- Hyperloop kommt mit Schallgeschwindigkeit nach München
- Selbstfahrende Autos aus Sicht eines Automobilzulieferers
- Smart City durch Emotionale Künstliche Intelligenz im Trend
Smart City Städte
Es streben heute viele Städte danach, als Smart City gesehen zu werden bzw. sich zu einer Smart City zu entwickeln. Einige der Städte, die von sich behaupten, eine solche Smart City zu sein, sind Singapur, Amsterdam, Barcelona oder Seoul.
Singapur hat es sich zum Ziel gesetzt, die effizienteste Stadt der Welt zu werden und hat eine Vielzahl von Initiativen wie automatisierte Transport- und Energieeffizienz-Programme eingeführt. Amsterdam konzentriert sich darauf, eine Stadt zu schaffen, die frei von Emissionen und Verkehrsstaus ist, und hat maßgeblich in umweltfreundliche Technologien investiert. Barcelona setzt sich für eine verbesserte Luftqualität und Nachhaltigkeit ein und nutzt Technologien wie intelligente Lichtsysteme zur Energieeinsparung. Seoul hat es sich zum Ziel gesetzt, die Effizienz der städtischen Infrastruktur durch intelligente Verkehrs- und IoT-Systeme zu optimieren. Diese Städte befinden sich zwar in verschiedenen Phasen der Entwicklung, aber ihre Initiativen machen sie zu Vorreitern in der Umsetzung von Smart City-Lösungen.
Ganz aktuell hat es sich auch die Stadt Wien lt. Actility, einem Anbieter für industrietaugliche Konnektivtätslösungen, zum Ziel gesetzt, nicht nur eine Smart City zu werden, sondern verfolgt sogar das Ziel, auf Basis der Lorawan-Technologie die smarteste Stadt der Welt zu werden.
Wien positioniert sich als smarteste Stadt der Welt
30.06.2023 | Wien Energie und Actility haben eine strategische Partnerschaft zum Aufbau eines Lorawan-Netzwerks in Wien bekannt gegeben. Diese Initiative steht im Einklang der digitalen Strategie, Wien als die smarteste und lebenswerteste Stadt der Welt zu etablieren. Das Projekt verfolgt das Ziel, menschlich zu digitalisieren und dabei die BewohnerInnen zu unterstützen, anstatt zu verdrängen.
“Wien Energie ist ein Energieversorger, der die Notwendigkeit von starken und zuverlässigen Partnerschaften versteht. Mit Actility haben wir einen dynamischen Verbündeten gefunden, der nicht nur die Konnektivität für Wien sicherstellt, sondern uns auch helfen kann, wenn etwas schief läuft. Mit ihrer Expertise sind wir in der Lage, nachhaltige IoT-Anwendungsfälle zu implementieren und zu verwalten, die unserer Stadt direkt zugute kommen”, kommentiert Paul Prinz-Wallner, Product Owner IoT – Business Development Telekommunikation bei Wien Energie.
Actility bietet fortschrittliche IoT-Lösungen. Für das Projekt wird die Thingpark Wireless Plattform eingesetzt. Serviceprovider, die LPWAN-Konnektivitätsdienste anbieten, setzen Thingpark Wireless bevorzugt ein. Auch die meisten groß angelegten, landesweiten IoT-Netzwerke weltweit basieren darauf. Die Plattform wird geschätzt für ihre Sicherheit, Skalierbarkeit, Verfügbarkeit auf Betreiberniveau, Multitechnologie und Einhaltung neuester Spezifikationen der Lora Alliance, welche die nahtlose Verbindung mit anderen privaten und öffentlichen Netzwerken sicherstellt.
Wien Energie möchte Prozesse erleichtern und wird mit dieser Kooperation einen wesentlichen Beitrag zur Digitalisierungsstrategie der Stadt Wien leisten. Das Schwesterunternehmen von Wien Energie Wiener Netze wurde mit dem Aufbau des Outdoor-Netzes in Wien betraut. Wien Energie konzentriert sich auf Indoor-Lösungen. Aktuell durchläuft das Netz eine Testphase. Anfang 2024 soll die Umsetzung der hochskalierbaren Anwendungen und Projekte starten. Die Partnerschaft ist zudem ein wichtiger Schritt für das Engagement von Wien Energie im Bereich Klimaschutz. Durch den Einsatz von LPWAN-Technologien lässt sich der eigene Energiebedarf deutlich reduzieren und entspricht dem Ziel, bis 2040 kohlenstoffemissionsfrei zu werden.
Megabauten für Smart Cities
Im Jahr 2022 leben auf der Erde 7,96 Milliarden Menschen, bis 2050 soll die Zahl laut der Vereinten Nationen auf 9,7 Milliarden ansteigen. Die Hälfte aller Erdenbürger lebte bereits im Jahr 2009 in Städten. Die größte Herausforderung dabei ist es, den Klimawandel zu stoppen und umzukehren. Auch der demografische Wandel und die Ressourcenknappheit muss bei den Städtplanern ins Kalkül gezogen werden.
Technologisch zieht zudem die intelligente Vernetzung von immer mehr Bereichen in den Kommunen, bei den Dingen, im Gewerbe und in der Industrie ein. In der Smart City oder Stadt der Zukunft geht es darum, für all diese komplexen Problemstellungen smarte Lösungen zu finden. Lösungs Beispiele und Visionen gibt es zur Genüge, mal bauen sie in die Höhe, mal in die Länge, sie sind autark und intelligent vernetzt. Und sie sollten nicht nur umweltfreundlich umsetzbar und betriebbar sein sondern auch die Menschenrechte nicht verletzen.
Dogen City – Schwimmend wohnen
Die Visionäre der japanischen Firma N-ARK haben eine schwimmende Stadt entwickelt. Die Dogen City beeindruckt vor allem aufgrund ihrer Größe und Komplexität. Laut der Website von N-ARK wird sie einen Durchmesser von 1,58 km und einen Umfang von etwa 4 km groß sein. Sie bietet Platz für etwa 10.000 Einwohner und 30.000 Tagesgäste und Touristen.
Infrastruktur und Wohnen
Die Stadt wird über drei Infrastrukturzonen verfügen: Wohn-, Gewerbe- und öffentliche Zonen. Die Wohnzone soll Häuser, Appartements und Hotels umfassen. Die Gewerbezone bietet Platz für Geschäfte, Büros und Unterhaltung. In der öffentlichen Zone werden Gesundheitsdienste, Bildungseinrichtungen und Grünflächen bereitgestellt. Der Dogen City RING um die schwimmende Stadt herum beinhaltet Infrastruktur und Wohnzonen. Er wurde schiffsförmig designt, um die innere Bucht zu schützen und gegen Tsunamis zu verteidigen.
Die Stadt selbst ist auf einer riesigen Plattform erbaut, die dank modernster Schwimm- und Stabilisierungstechnik auf dem offenen Meer schwimmt. Diese Plattform nutzt hydrostatische Ausgleichssysteme, um den Wellengang zu reduzieren und das Risiko von Überschwemmungen selbst bei extremen Wetterbedingungen zu minimieren.
Lebensmittel-, Energieversorgung und Müll
Das integrierte Energiesystem von Dogen City wird einen großen Teil der Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne und Meereswellen erzeugen, die direkt auf der Plattform genutzt werden. Geschätzt wird ein jährlicher Energieverbrauch von 22.265.000 kW. Außerdem verfügt die Stadt über fortschrittliche Wasseraufbereitungssysteme, die Meerwasser entnehmen und es in Trinkwasser umwandeln. Der Wasserverbrauch wird jährlich mit 2 Mio. l angenommen.
Auf eigenen Farmen in Form von Meerwasser-Landwirtschaft und Aquakulturkomplexen sowie Produktionsanlagen in der Stadt sollen die Lebensmittel angebaut und hergestellt werden und so die Ernährung der Einwohner und Besucher sicherstellen. Dogen City wird geschätzt 6.862 t Lebensmittel im Jahr benötigen
Außerdem wird eine Hochtechnologie zur Abfallentsorgung und -wiederverwertung eingesetzt, um eine nahezu völlige Selbstversorgung zu erreichen. Die jährliche Müllproduktion schätzt N-Ark auf 3.288 t.
Telemedizin für krankheitsfreie Bewohner
Die Gesundheitsversorgung soll nach den Plänen von N-Ark in der „Verwirklichung einer krankheitsfreien Gesellschaft durch Telemedizin auf Basis von Wohnraumdaten“ erfolgen. Die Anwohner können täglich ihre Gesundheitsdaten digital abrufen und analysieren lassen. Für die Touristen soll Dogen City ein Wellness- und Gesundheitszentrum bieten.
Nicht zuletzt verfügt Dogen City über eine hochmoderne digitale Infrastruktur, einschließlich Breitband-Internetzugang, smarte Gebäudesysteme und autonome Verkehrssysteme. Die Unterbringung der Server für das Datenzentrum planen die Entwickler in torpedoförmigen Behältnissen unter Wasser. Das soll die Kühlung erleichtern und Strom sparen.
Es gibt noch keine konkreten Pläne bezüglich der Umsetzung. In der Roadmap wird das Jahr 2023 erwähnt.
The Line – Die Stadt der Zukunft
28.07.2022 | 170 Kilometer lang, 500 Meter hoch, 200 Meter breit entsteht jetzt auf mehr als 26.000 Quadradkilometern die 500 Milliarden teure Smart City "The Line" in Saudi Arabien. Jeder Einwohner soll im Umkreis von 5 Minuten Radius alles erreichen, was er zum Leben braucht. Mobilität wird es nur über unterirdische Hochgeschwindigkeits Verkehrsmittel und autonome Mobilität geben – herkömmliche Automobile: Fehlanzeige, denn Straßen gibt es nicht. Modellprojekte wie dieses scheinen langzeitfuturistisch, doch hier wird schon gebaut. Ein Prozent der hyper vernetzten The Line ist bereits fertig, 2024 sollen die ersten Appartements bezogen werden.
Floating City auf den Malediven
21.07.2022 | Die Idee Leben mit dem Wasser ist Grundlage der auf den Malediven schwimmenden Stadt der Zukunft Floating City. Das niederländische Unternehmen Dutch Docklands führt das Projekt aus, kein Wunder, denn auch die Niederlande sind bedroht von den Herausforderungen, welche die steigenden Meeresspiegel mit sich bringen. Und so beschäftigt man sich auch in Europa schon länger mit dem Wohnen und dem Wasser. Die Inselstadt bietet eine nachhaltige und einzigartige Lebensqualität am indischen Ozean. Mehrere tausend Häuser und die nötige Infrastruktur wie Krankenhaus, Schule, Gewerbe und Einkaufsflächen sollen entstehen. Die Gebäude werden an ein Betonbett befestigt und im Meeresboden verankert. Wenn das Wasser steigt, steigen sie einfach mit und für die Korallen gibt es auch ein Aufatmen in dieser Smart City.
Technologien und Produkte für die Smart City
Grüne Dächer auf intelligenten Gebäuden
28.09.2022 | Die Zahl von derzeit rund 45 Mio. smarten Gebäuden soll lt. Juniper Research bis zum Jahr 2026 auf 115 Mio steigen. Das entspricht einem Wachstum von über 150 %, was die stark steigende Nachfrage nach Nachhaltigkeit und Energieeffizienz wiederspiegelt. Verantwortlich hierfür sind nicht zuletzt die rasant steigenden Energiekosten.
Smarte Gebäude (u.a. durch Smart Home), die intelligente Technologien zur Anlagenüberwachung und Steuerung von Heizung, Klimatisierung, Beleuchtung und Videoüberwachung nutzen, sollen das Leben der Bewohner sicher und komfortabel machen. Die Umweltbelastung und der Verbrauch natürlicher Ressourcen sollen dabei minimiert werden.
Auf smarte Gebäude, welche nicht rein zu Wohnzwecken genutzt werden, werden im Jahr 2026 voraussichtlich 90 % der weltweiten Ausgaben für Smart Buildings anfallen. Analysen zufolge liegt das daran, dass diese Gebäude weniger komplex sind und weil es sich in der Größenordnung der Verwaltung von Regierungs- und Geschäftsgebäuden mehr lohnt. Intelligente Technologien ziehen so auch zunehmend in Schulen und Universitäten, Krankenhäusern und Pflegeheimen sowie Flughäfen oder Einkaufszentren ein.
In den USA hat die Biden-Harris-Administration gerade die neue Climate Smart Building Initiative veröffentlicht. Diese will auf Basis öffentlich-privater Partnerschaften staatliche Einrichtungen durch Energiesparverträge modernisieren. Bis 2030 sollen jährlich bis zu 2,8 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen eingespart werden. Voraussichtlich etwa 80 000 Arbeitsplätze sollen entstehen.
Wärmeinseln, Architektur und überwachende Sensoren
Neben der Installation smarter Sensoren, welche dazu beitragen, intelligente Managementplattformen für Energieeffizienzzwecke zu installieren, dämmen smarte Gebäude auch städtische Wärmeinseln ein. Die (Paradox Engineering) PE Smart Urban Network-Plattform integriert Sensoren von Drittanbietern und Internet of Things (IoT) Geräte, mit denen sich die Umweltbedingungen erfassen und überwachen lassen. Diese eignen sich auch für grüne Dächer und Smart-Buildings.
Wärmeinseln entstehen dadurch, dass die Temperaturen in Städten durch die Wärmeaufnahme und Wärmespeicherung von Materialien wie Betan und Asphalt tendenziell höher sind als in den umliegenden Regionen. Der Austausch von dunklen Materialien wie Teer für die Dächer wird schon längere Zeit empfohlen. Stattdessen werden grün bepflanzte Dächer zunehmend beliebter, um die extreme Hitze in Städten zu bekämpfen.
Durch den Dschungel der Begrifflichkeiten des Internet of Things
Beipielhafte architektonische Formate sind die rund 700 Gebäude umfassende Green Roof Map in London oder der Vertikale Wald von Stefano Boeri in Mailand. Solche Formate gibt es bereits weltweit in vielen Städten. Doch nicht alle begrünten Dächer sind gleichermaßen wirkungsvoll: Um wieviel Grad sich die Temperaturen senken lassen, hängt von der Pflanzenvielfalt, dem Standort und anderen Faktoren ab. Klimawissenschaftler des Goddard Institute für Space Studies der NASA haben verschiedene Gründächer in Chicago analysiert und festgestellt, dass größere, intensiv begrünte Dächer mit einer Pflanzenvielfalt einen größeren Kühlungseffekt verzeichnen als umfangreiche Monokulturen.
Eines steht jedenfalls fest: Die globale Erwärmung und die städtischen Hitzeinseln werden sich verstärken. Daher werden auch die begrünten Dächer und die Umwandlung bestehender Gebäude in Smart Buildings immer wichtiger für die Entwicklung klimaneutraler Städte.
6G Netz | ANNA, bidirektionale Richtfunkstrecke, Thz Empfänger
11.07.2022 | Schon heute wirft das 6G Netz seine Schatten auf etwa 2030 voraus. Wir erfüllen ihren Informations-Bedarf in Sachen Neuentwicklungen für den kommenden Mobilfunkstandard. Erst kürzlich hat die Uni Stuttgart die welteit erste bidirektionale Richtfunkstrecke mit Internetanbindung vorgestellt. Auch das Karlsruher Institut für Technologie KIT hat das 6G Netz im Visier und präsentiert ein Konzept für höchste Datenübertragungsraten in der Terahertz Kommunikation.
Open Source Mesh Netzwerk für die Smart City von heute
26.10.2021 | Interoperabilität ist für die Entwicklung von Smart Cities von entscheidender Bedeutung. Paradox Engineering, Mitglied der Minebea Mitsumi Gruppe, hat sich intensiv mit der Frage auseinandergesetzt, warum Städte heute auf Offenheit setzen und sich von proprietären Datenformaten und Technologien verabschieden sollten. Die Lösung ist das Open Source Mesh Netzwerk. Daran arbeiten Paradox und Minebea zusammen mit dem UCIFI.
Hyperloop kommt mit Schallgeschwindigkeit nach München
21.02.2021 | Von der schönen Berglandschaft würde man wohl nicht so viel mitbekommen auf einer Fahrt mit dem Hyperloop in einer halben Stunde von München nach Berlin. Viele Forschungsinstitute beschäftigen sich derzeit mit der Idee von Tesla CEO und SpaceX Elon Musk. Erste Teststrecken werden gebaut. Auch die Technische Universität München (TUM) hat jetzt ein Forschungsprogramm gestartet und baut eine Teststrecke.
Selbstfahrende Autos aus Sicht eines Automobilzulieferers
14.08.2020 | Wann kommen selbstfahrende Autos denn nun wirklich flächendeckend? Ist der Paradigmenwechsel Autonomes Fahren im Jahr 2020 in unmittelbarer Reichweite oder neben der Elektromobilität „nur“ ein weiteres Top-Thema der Automobilindustrie? Auch Minebea Mitsumi entwickelt Produkte für autonom fahrende Fahrzeuge. Der Automobilzulieferer zeigt auf, welches Level wir erreicht haben und durch welche Zwischenstationen die Reise in die Mobilität der Zukunft führt.
Smart City durch Emotionale Künstliche Intelligenz im Trend
21.02.2020 | Künstliche Intelligenz wird Prognosen zufolge eines großen Einflusses auf Gesellschaft, Kultur und Wirtschaft haben. Die Anwendung von KI in Städten und urbanen Umgebungen, kurz Smart City, ist ein stark diskutiertes Thema. Am brisantesten stellt sich derzeit innerhalb dieser Debatte die Emotionale Künstliche Intelligenz, also KI mit EQ dar. Minebea Mitsumi beschäftigt sich mit dem Thema Smart City und KI, denn beides sind hier Produkt- und Entwicklungszweige.
Die aufkommende Technologie emotionale Künstliche Intelligenz soll es Maschinen erlauben, zu fühlen, zu lernen und mit menschlichen Emotionen, Stimmungen und Absichten zu interagieren. Dabei werden Daten wie Gesichtsausdruck, Körpertemperatur, Stimmen oder Bewegungen eingesetzt.
Emotionale KI ließe sich für eine ganze Reihe von Zielen einsetzen. Sie könnte zum Beispiel Verbrechen vorbeugen und die öffentliche Sicherheit verbessern. Die Idee dahinter ist es, individuelles Verhalten und Absichten vorherzusagen. Dazu wird analysiert, wie eine Person spricht oder sich bewegt. Das wird mit Daten von Herzfrequenz und Körpertemperatur in Verbindung gebracht.
Emotionale künstliche Intelligenz zieht natürlich einen großen ethischen Berg mit sich, weil höchst sensible, persönliche Daten verarbeitet werden. Die Schnittstelle der Chancen und Risiken emotionaler KI untersuchen derzeit Forscher an der Northumbria University in Newcastle. Sie kündigten das Dreijahres-Projekt Emotional AI in Cities: Cross Cultural Lessons from UK and Japan on Designing for an Ethical Life an.
Künstliche Intelligenz in Polizeiarbeit und Sicherheit
Erfahrungen und wertvolles Know-how aus Japan und Großbritannien sollen hier verglichen werden, um dabei Vorteile und Probleme beim Einsatz von AI Emotional Artificial Intelligence in Smart Cities zu beleuchten. Den Schwerpunkt des Projekts bilden die Bereiche Polizeiarbeit und Sicherheit. Das Forschungsteam wird zudem das vorhandene System bei der Erhebung und Nutzung von vertraulichen Daten in Verbindung mit menschlichen Emotionen, insbesondere in der Öffentlichkeit, evaluieren.
Das Projekt wird die Entwicklung eines Think Tank in Gang bringen, um weltweit Regierungen, Unternehmen, Lehrkräften und anderen Interessensvertretern eine unabhängige Beratung bei der Nutzung emotionaler Künstlicher Intelligenz anzubieten.
Technisches Allgemeinwissen
Smart City Definition
Was ist eine Smart City einfach erklärt? Smart City ist eine Stadt, die fortschrittliche Technologien und Konzepte auf Basis der Digitalisierung nutzt, um die Lebensqualität ihrer Bewohner zu verbessern, Ressourcen effizienter zu nutzen und Stadtbetriebe zu optimieren. Dabei kommen eine Vielzahl von vernetzten IoT-Sensoren und -Geräten zum Einsatz, die Daten über die Stadt und ihre Bewohner sammeln und analysieren. Diese Daten werden dann genutzt, um städtische Dienstleistungen und Infrastrukturen wie Verkehr, Energieversorgung oder Müll-Entsorgung zu verbessern, um Energie zu sparen, die Umwelt zu schonen oder die öffentliche Sicherheit zu verbessern.
Ziel einer Smart City ist es, nachhaltige und ressourcenschonende Lösungen zu schaffen, um den Herausforderungen des städtischen Lebens effektiv zu begegnen. Smart Cities sind ein wichtiger Trend, der nicht nur die Lebensqualität in Städten verbessern, sondern auch zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen kann. Die Smart City Charta bietet einen Leitfaden für die digitale Transformation der Entwicklung solcher Städte und betont die Bedeutung der Beteiligung der Bürger.
Was bedeutet Lorawan-Netzwerk?
Ein Lorawan-Netzwerk ist ein Low-Power Wide Area Netzwerkprotokoll, das speziell entwickelt wurde, um drahtlos batteriebetriebene Geräte mit dem Internet zu verbinden. Lorawan steht für Long Range Wide Area Network und ermöglicht die Übertragung von Daten über große Entfernungen bei geringem Energieverbrauch. Es handelt sich um eine Funktechnologie, die auf der Ebene der Vermittlungsschicht (engl. network layer) arbeitet und eine breite Abdeckung bei niedriger Datenrate bietet. Das Protokoll eignet sich besonders gut für IoT-Anwendungen, da es eine hohe Durchdringung von Gebäuden sowie eine lange Batterielebensdauer bietet. Lorawan wird weltweit eingesetzt und bietet die kostengünstige und effiziente Vernetzung von Sensoren und anderen IoT-Geräten.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.