Von DC Mitglied Dr. Daniel Trauth*

Zwei Drittel der Bevölkerung Deutschlands könnte binnen weniger Monate in einer Smart City leben. Der Hintergrund: In mehr als 5.400 von rund 8.200 Postleitzahlgebieten bundesweit sind heute schon Funknetze nach dem Standard LoRaWAN in Betrieb. Dadurch können die mittels Sensoren in den Kommunen vor Ort erfassten Daten direkt in die einzige deutsche Smart-City-Betriebs­zentrale in Köln, die mit dem kommunalen Betriebssystem urbanOS arbeitet, übertragen und dort mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) „smartisiert“ werden. Betreiber ist die DC Mitgliedsfirma dataMatters.

Bei urbanOS handelt es sich um ein speziell für Smart Cities entwickeltes Operating System, vergleich­bar etwa mit iOS für iPhones, das aber nicht für Smartphones, sondern für Kommunen optimiert ist. LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) ist ein Funkstandard, um die in einer Smart City verteilten Sensoren über weite Entfernungen an die urbanOS-Zentrale anzubinden. Die Sensoren sind sozusagen die „Augen und Ohren“ der KI, um die realen Gegebenheiten vor Ort zu ermitteln, daraus Schlussfolgerungen abzuleiten und diese der Kommune minutenaktuell zur Verfügung zu stellen.

Viele Vorteile, stufenweise Einführung

Wichtigste Vorteile einer Smart City: besserer Service für die Bürger etwa durch Fahrplan­optimierung von Bus und Bahn, niedrigere Kosten für die Stadtverwaltung und Stadt­werke, Stärkung des Einzelhandels und der Gastronomie sowie mehr Planungssicherheit für die kommunalen Ent­scheidungs­träger.

Der Übergang von einer herkömmlichen Stadt zu einer Smart City ist im Grunde einfach und kann stufenweise erfolgen. Dazu werden in der Kommune Sensoren installiert, die Daten vor Ort in Echtzeit erfassen und diese an das urbanOS-Zentrum übermitteln. Dort erfolgt die Auswertung mittels Künstlicher Intelligenz und die Ergebnisse werden der Kommune verzögerungs­frei zur Einsichtnahme am PC oder Smartphone zur Verfügung gestellt.

Beispiele: Bluetooth-Sensoren können die Passantenfrequenz in der Fußgängerzone messen. Durch LiDAR- und optische Sensoren in Bussen und Bahnen lässt sich erfassen, wie viele Sitz- und Stehplätze zu welchen Zeiten auf welchen Linien belegt sind, oder wie viele Kinder bzw. Erwachsene das Angebot nutzen. Regen- und Wasserstandsensoren können verhindern, dass eine Gemeinde von Überschwemmungen bei Starkregen überrascht wird – was Menschenleben retten kann.

Klima- und Umweltschutz, Schonung der Ressourcen

Über Kombisensoren, die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, CO2-Belastung und Feinstaub messen, lässt sich das Mikroklima in einer Kommune erfassen. Dadurch lassen sich Orte mit übermäßiger Umwelt­belastung für die Bevölkerung herausfinden und Abhilfe schaffen, beispielsweise Verschattungs­maßnahmen bei Hitzeinseln oder Verkehrsumlenkungen bei zu hoher Schadstoff­konzentration in der Luft. Der optimierte Einsatz kommunaler Ressourcen ist ebenfalls ein wesentlicher Aspekt einer Smart City, von der ÖPNV-Optimierung über die Routenplanung für die Müllabfuhr zur Leerung öffentlicher Abfalleimer oder die Bewässerung des Stadtgrüns im Sommer bis hin zur Energie­einsparung in öffentlichen Gebäuden durch eine automatische Temperaturregulierung.

Es gibt unzählige Anwendungen, die alle dazu dienen, Ressourcen zu optimieren, Kosten zu sparen, die Umweltbelastung zu minimieren, eine Kommune für ihre Bürger attraktiver und eine Stadt lebens­werter zu machen. In den über 5.400 Städten und Landkreisen, die bereits mit LoRaWAN abgedeckt sind, bedarf es vor Ort tatsächlich nur noch der Installation der Sensorik, um loszulegen. In den rund 2.800 anderen Kommunen müssen zunächst entsprechende Funkgateways errichtet werden. Auf Anfrage gibt dataMatters binnen 24 Stunden Auskunft, ob schon eine Funk­abdeckung gegeben ist (E-Mail an infodatamatters [dot] io).

Bürgernetzwerke bereiten den Weg in die Fläche

Hinter der LoRaWAN-Abdeckung für rund zwei Drittel der deutschen Bevölkerung steckt das wenig bekannte Konzept der Bürgernetzwerke. Die Funkstationen hierfür wurden nicht etwa von dataMatters errichtet, sondern von technik-affinen Bürgerinnen und Bürgern. Deutschlandweit sind auf diese Weise mehr als 77.000 LoRaWAN-Gateways an beinahe 62.000 Standorten in über 5.400 Postleitzahl­gebieten im sogenannten Helium-Netzwerk in Betrieb. Durch Roaming kann dataMatters alle diese Bürger-Gateways nutzen, um Daten von Sensoren aus den entsprechenden Gebieten an sein urbanOS-Betriebs­zentrum zu übermitteln. Wichtig für den Datenschutz: Alle erfassten Messwerte werden direkt an den Sensoren von eventuellen personenbezogenen Informationen befreit, so dass über die Netze keinerlei sensible Daten übertragen werden, versichert dataMatters.

Wer sich als Bürger derart engagiert, bekommt eine Belohnung in Form sogenannter Helium-Token (HNT). Das sind Kryptopunkte, die sich an entsprechenden Online-Börsen beispielsweise in Bitcoin oder Euro umtauschen lassen. Der Betrieb eines Helium-Gateways verursacht nur geringe laufende Kosten (Strom, Internet), während die HNT-Belohnungen den Betreibern ein fortlaufendes passives Einkommen verschaffen. Dieser Anreiz fördert den weiteren Ausbau des Netzes, so dass künftig mit einer immer größeren Abdeckung in Deutschland zu rechnen ist. In Kommunen mit derzeit noch mangelhafter Konnektivität kümmert sich dataMatters selbst um den Ausbau vor Ort. In allen bisherigen Fällen fanden sich stets interessierte Bürger, die sich für die Idee eines passiven monatlichen Einkommens durch Aufstellung eines LoRaWAN-Gateways begeisterten. Die Installation übernimmt das RWTH-Startup.

In den Niederlanden, in denen dataMatters ebenfalls Smart Cities baut, ist LoRaWAN ebenfalls weit verbreitet. Dr. Daniel Trauth wird konkret: „Unser System kann in einem Radius von 15 Kilometer um Amsterdam herum auf rund 900, in Den Haag auf etwa 700, in Rotterdam auf ca. 650, in Utrecht auf etwa 475 und in Leiden auf rund 300 Gateways unmittelbar zugreifen.“ In Frankreich, wo dataMatters auch aktiv ist, gibt es in den Ballungsgebieten ebenfalls ein dichtes LoRaWAN-Netzwerk, das für Smart Cities genutzt werden kann.

Funkbasis für die digitale Industrialisierung Deutschlands

Zur Einordnung: LoRaWAN ist weit über Smart Cities hinaus im Grunde die Funkbasis für die digitale Industrialisierung und damit die `Smartisierung` eines Landes, ähnlich wie die 5G-Netze für Smartphones. Im Unterschied zu Mobilfunknetzen ist der LoRaWAN-Standard für die Funkversorgung von Geräten des sogenannten Internet of Things (IoT, Internet der Dinge) ausgelegt, die nur über eine kleine Stromversorgung verfügen, wobei diese dennoch über einen sehr langen Zeitraum halten muss. Schließlich können die in einer Smart City eingesetzten Sensoren im Unterschied zu einem Smartphone nicht täglich aufgeladen werden, sondern sollen jahrelang halten, bevor sie ersetzt werden.

Es ist zu begrüßen, dass sich so viele Menschen fast überall in Deutschland für ein landesweites Bürgernetzwerk engagieren und dafür auch entsprechend belohnt werden. Das ist die häufig zitierte Win-win-Situation, von der auch die Kommunen bei der Einführung von Smart-City-Konzepten und die natürlich die Einwohner kräftig profitieren.“

* Dr. Daniel Trauth ist Gründer und Geschäftsführer der dataMatters GmbH, die auf die Nutzung Künstlicher Intelligenz in der Realwirtschaft spezialisiert ist. Ein­satzgebiete: Smart City, Smart Factory, Industrie 4.0, Smart Building, IoT, Maschinen- und Anlagenbau, Gesundheits­wesen, Agrarwirtschaft u.v.a.m. Dabei werden über Sensoren Daten aus dem realen Betrieb erfasst, in Daten­räumen gesammelt und dort mittels KI-Software analysiert bzw. an KI-Systeme der Firmenkunden zur Weiter­verarbeitung über­geben. Anhand der Ergebnisse lässt sich der Betrieb effizienter, nachhaltiger und wirtschaftlicher führen. Anwendungs­­beispiele: Park­raum­bewirt­schaftung, Frühwarnsysteme für Anomalien wie beispielsweise Extrem­wetter, Maschinen­verschleiß oder Rohrbruch, Heizungs-/Beleuchtungs­automatisierung in Gebäuden, CO2-Footprint-Erfassung anhand realer Daten und vieles mehr. So greifen bspw. Kommu­nen gerne auf dataMatters zurück, um die urbane Lebensqualität und Nach­haltigkeit zu erhöhen. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Daniel Trauth wurde hierfür mit über 20 Ehrungen (RWTH Spin-off Award 2019, digitalPioneer 2020 des digitalHubs der Stadt Aachen, Focus Innovation Champion 2023 und 2024 u.v.a.m.) ausgezeichnet. Als Co-Chairman des „Real-World AI Forum“ des Diplomatic Council berät er die Vereinten Nationen unter anderem bezüglich Smart Cities.