Was macht Städte intelligent und Kommunen schlau? Wir haben uns auf Spurensuche in der Nachbarschaft gemacht. Und nicht nur eine Modellstadt mit Charme und Charakter gefunden, sondern auch überaus kompetente Gesprächspartner. Ein Spaziergang durch Lemgo …
Der Megatrend der Urbanisierung ist ungebrochen. 2030 werden nach Prognose der Vereinten Nationen 54 Prozent der Weltbevölkerung in Städten leben. Mehr Menschen, mehr Verkehr, mehr Versorgung, mehr Energie und die dafür nötige Infrastruktur. Vernetzte Technologien sollen die Lebensqualität der Menschen verbessern und Ressourcen wie Energie und Wasser oder Kapazitäten im Nahverkehr, Parkraum oder Verkehrsführung nachhaltig nutzbar machen. Will man diese Sektoren in Einklang bringen, benötigt man ein dichtes Netz an Sensorik, das für digitale Transparenz sorgt. Damit werden Prozesse steuerbar und Städte smart.
Handfester Hochschullehrer
Lemgo ist mit seinen 40.000 Einwohnern vom Status einer Metropole weit entfernt. Auch wenn das Städtchen in Ostwestfalen-Lippe jede Menge malerischer Fachwerkbauten, ein Schloss und reichlich Landschaft drumherum zu bieten hat. Warum es sich trotzdem hervorragend als Blaupause zur Entwicklung von Smart City-Anwendungen eignet, erklärt uns Professor Dr. Jürgen Jasperneite. Wir sind mit dem Direktor des Fraunhofer IOSB-INA, des Institutteils für Industrielle Automation in Lemgo, und Professor an der Technischen Hochschule OWL, zu einem Spaziergang durch die Alte Hansestadt verabredet:
„Wir haben hier einen Mikrokosmos, der all das hat, was auch Großstädte auszeichnet. Daher können wir die Anwendungen, die wir hier entwickeln, problemlos skalieren. Und wir profitieren von einer schlanken und offenen Verwaltung.“
Begleitet werden wir von Jörg Nolte, dem Vice President VMM Infrastructure und damit dem Verantwortlichen für die schlauen Städte bei Phoenix Contact: „Das Thema entwickelt sich in den letzten Jahren rasant. Mittlerweile sind wir weltweit in Projekten und Vorhaben aktiv.“
Stadt mit Sensoren
Kaum sind wir die ersten Meter gegangen, da stehen wir schon wieder. Professor Jasperneite weist nach oben: „Hier haben wir eine Sensorbox mit Verkehrszählung und Lärmpegelmessung installiert. Davon haben wir rund 30 Systeme im Lemgoer Stadtgebiet installiert.“
Begonnen hat die Digitalisierung der Infrastruktur in Lemgo an ganz anderer Stelle. Mehr als 100 Sensoren wurden im Fernwärmenetz der Stadtwerke installiert. Sie sorgen mittlerweile für Transparenz und Effizienz bei dieser Art der Wärmeversorgung. Jasperneite erklärt: „Man muss etwas messen, steuern oder regeln. Dann muss man die Messwerte übertragen. Das wird zunehmend drahtlos gemacht, entweder über Mobilfunk oder mit speziellen Netzen wie LoRaWAN. Und dann kommt die Datenplattform, in der erfasst und bewertet wird. Obendrauf sitzt dann die eigentliche Anwendung. Dieses Muster ist eigentlich bei allen Anwendungen gleich.“
Arena mit System
Nach wenigen hundert Metern nähern wir uns der Phoenix Contact Arena. In dieser multifunktionalen Veranstaltungshalle finden bis zu 5.000 Besucher Platz. Wieder zeigt der Professor nach oben: „Hier sehen Sie eine Kamera installiert, mit der wir diesen Parkplatz erfassen.“ Er weist auf eine andere Leuchte: „Und in diesen Masten ist WLAN integriert. Dafür wurde extra Glasfaser verlegt.“ Die Beleuchtung der Straßenzüge wird über eine Steuerung nicht nur zentral geregelt, sondern lässt sich durch manuelle Schaltvorgänge auch von Nutzern direkt auslösen oder mittels Bewegungssensoren aktivieren.
Auf unserem Spaziergang werden wir noch oft nach oben schauen, denn häufig nutzt die installierte Sensorik die stählernen Beleuchtungsmasten, um störungs- und vandalismusfrei zu werken. Smart City und Straßenbeleuchtung – das gehört offensichtlich zusammen.
Jörg Nolte ergänzt: „In diesem Projekt kommt die industrietaugliche Hardware auf Basis unserer offenen Steuerungsplattform PLCnext zum Einsatz. Wir arbeiten im Rahmen eines Forschungsprojekts gemeinsam am Thema Smart City.“ Jürgen Jasperneite schmunzelt: „Wenn ich ergänzen darf – die ursprüngliche Idee zur Box kommt aber von uns. Das war zunächst ein rein wissenschaftliches Vorhaben.“ Offensichtlich ein Volltreffer, wie Jörg Nolte bestätigt: „Aus einer Innovation aus dem universitären Umfeld industrialisieren wir diese Smart City Box mit all unseren technischen Möglichkeiten, dazu kommt unsere Fertigungskompetenz und letztlich natürlich auch das Vertriebs-Know-how.“
Während die beiden Experten weiter diskutieren, geht es Richtung naher Innenstadt. Der Verkehr macht einen Bogen um das malerische Zentrum.
Emissionen im Blick
Nach kurzem Weg erreichen wir die Kreuzung von Herforder Straße und Entruper Weg. Eine der Hauptverkehrsadern durch Lemgo – mindestens zweimal täglich längere Staus im Berufsverkehr an mehreren Ampelanlagen. Ein Nadelöhr, das jeder Pendler der Region kennt.
Professor Jasperneite setzt seine hörsaalerprobte Stimme gegen den gerade vorbeirumpelnden Schwerlastverkehr und zeigt auf die Ampel: „Die Herausforderung hier war, ohne größere bauliche Veränderungen den Verkehrsfluss mittels künstlicher Intelligenz zu verändern und zu verbessern. Die Ampelanlagen hier sind zwar mit Strom versorgt und sollten eigentlich auch Leerrohre besitzen. Doch die sind alle kaputt. Daher übertragen wir unsere Daten drahtlos per WLAN.
Die Smart City Box von Phoenix Contact, die hier installiert wird, ist zuständig für die Messung von Lärm und Feinstaub. Mit einem optimierten Verkehrsfluss und weniger Start-Stopp-Vorgängen wird es auch weniger Emissionen geben. Das muss natürlich messtechnisch auch nachgewiesen werden.“
Während der Hochschullehrer erklärt, nähern wir uns einem Schaltschrank, der das Logo des Fraunhofer Instituts trägt. „In diesem Schaltschrank ist unter anderem ein sehr leistungsfähiger Edge-Computer verbaut, der in der Lage ist, auch Bilder und die nötigen KI-Algorithmen zu verarbeiten. Wir müssen Live-Bilder analysieren und die Verkehrsflussoptimierung errechnen. Das geschieht alles hier vor Ort dezentral, wird aber gleichzeitig über eine Cloud auf unsere Datenplattform übertragen.“
Also wird die Ampel zentral gesteuert? „Nein, denn dazu wären die Verarbeitungszeiten zu lang. Die Auswertung der Szenen – etwa jetzt die Fußgänger, die die Straße passieren – muss lokal geschehen und dann der Verkehrsflussoptimierung im Rechner zur Verfügung gestellt werden. Dann gibt es eine Rückmeldung an die Ampelsteuerung, um zum Beispiel andere Phasen für die Fußgänger einzuschalten, wenn die Schule beendet ist und Scharen von Schülern passieren wollen.“
Einsatz hat Vorrang
Ein weiteres Projekt ist eine Vorrangschaltung für Rettungsfahrzeuge. Neue Fahrzeuge besitzen eine Onboard-Unit, die anhand von GPS-Messpunkten jederzeit weiß, wo sich das Fahrzeug befindet. Der Professor zeigt an den Ampelmast: „Die kleinen schwarzen Kugeln sind Kameras, die erkennen können, ob Verkehr fließt oder eben nicht, ähnlich einem Bewegungsmelder. Wir benötigen aber für ein Erkennen etwa eines Rettungswagens eine hochaufgelöste Videoszene, auf der wir Bewegung, Warteschlangen und Fahrzeugtypen erkennen können. Deswegen haben wir zusätzliche Kameras installiert.“
Jörg Nolte führt weiter aus: „Mit der Smart City Box und angeschlossenen Videosensoren können wir diese Objekterkennung im Straßenverkehr leisten. Die detektierten Bilder werden mit unterschiedlichen digitalen Rahmen umgeben. So kann der Computer mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit unterscheiden zwischen Pkw, Lkw, kann Fußgänger und Radfahrer als solche identifizieren. “
Jürgen Jasperneite erklärt weiter: „Wenn jetzt 500 Meter vor der Ampel ein Rettungswagen mit Blaulicht kommt und den Meldepunkt passiert, dann sendet die Onboard-Unit Signale. Die werden hier erfasst und verarbeitet und so an die Ampel übermittelt, dass die Steuerung auf Rot geschaltet wird. Idealerweise wird auch vor Ankunft des Rettungswagens ein eventueller Rückstau, der sich an der Ampel gebildet hat, abgebaut, so dass der Einsatzwagen problemlos durchkommt. Der Auslöser sitzt also im Fahrzeug und leitet den Vorgang der lokalen Vorrangschaltung aktiv ein.“
Ein wenig seufzend fügt er hinzu: „Das ist häufig bei Themen der Smart City so, dass ein zunächst trivial erscheinender Vorgang bei näherer Betrachtung echt komplex wird. Das dazu passende Forschungsprojekt nennt sich ‚Künstliche Intelligenz für Lichtschaltanlagen‘ (KI 4 LSA). Dazu sind wir Ostern in den Praxistest gestartet.“
Ein Plätzchen bitte
Standortwechsel: Wir machen uns auf in Richtung Innenstadt. Zuvor hilft ein Blick auf einen wichtigen Bestandteil der Smart City: In der lokalen App checkt der Professor, ob es einen Parkplatz in der Nähe unseres nächsten Ziels gibt. Denn wir nehmen, ausnahmsweise, ein Auto zur Kurzzeitbeförderung.
Die App signalisiert, dass auf dem Parkplatz Bruchweg gegenüber des kleinen Kinos noch freie Stellplätze zu finden sind. Das weiß sie, da in fast jeder Parkbucht ein kleiner schwarzer Knubbel auf dem Untergrund klebt, der mit Sensoren bestückt ist, die melden, wenn über ihnen ein Fahrzeug steht. Per Funk werden die Daten übermittelt. Anders bei den Parkhäusern in Lemgo, die mit Kamerasystemen arbeiten. Auch diese Daten gehen über die Cloud ins Rechenzentrum und von dort wieder in mobile Services wie eine App.
Wir spazieren durch die Frühlingssonne entlang der Fachwerkhäuser. Nah des historischen Marktplatzes die nächste Smart City-Sehenswürdigkeit: „Wir stehen hier vor unserer Geschäftsstelle von Digital.Interkommunal. Hier werden die Smart City-Aktivitäten zusammen mit der Gemeinde Kalletal koordiniert.“ Die angrenzende ländliche Gemeinde ist nämlich Teil des Smart City-Projekts und unterstreicht den Ansatz, die Projekte der smarten Städte nicht nur auf Metropolregionen auszurollen, sondern auch die Möglichkeiten in Kleinstädten und ländlichen Bereichen auszuloten.“
Besucherstrom und Klangkulisse
Wieder geht der Blick nach oben: Auf Lichtmasten installierte Sensoren erfassen in der Mittelstraße den Publikumsverkehr. Gerade in der Hochphase der Coronapandemie konnten mit diesen Infos zum einen Maßnahmen zur Regulierung der Besucherdichte ergriffen werden, zum anderen die Wartezeiten vor den im Kreis Lippe aufgebauten Testzentren erfasst und publiziert werden. Das floss (und fließt) direkt in die Datenplattform ein und steht den Bürgern in Echtzeit zur Verfügung.
Mit sicheren Schritten lotst uns Professor Jasperneite nach ein paar hundert Metern Fußweg vor die schweren Eichenflügel der Kirche St. Marien. Die Pfarrkirche ist eine von fünf Innenstadtkirchen in Lemgo. Doch was hat ein um 1260 erbautes Gotteshaus mit Smart Cities zu tun? Uns empfängt die kühle Atmosphäre des imposanten Langhauses. Wieder zeigt unser Professor nach oben. Diesmal allerdings zu einem besonderen Exponat: „Das hier ist eine ganz seltene Schwalbennestorgel aus der Renaissance, also gute 400 Jahre alt.
„Wir überwachen mittels Feuchtesensoren die Luftsituation um diese hölzerne Kostbarkeit“, erklärt der kundige Jasperneite. „Die Daten laufen über die Cloud ebenfalls in unsere Datenstruktur ein. Die Anfrage dazu kam tatsächlich über den Küster selber“, freut sich Jasperneite über die unerwartete und ungewöhnliche Anwendung. „Diese Kreativität ist noch nicht so oft zu finden. Die Digitalisierung soll ja eigentlich das Alltagsleben vereinfachen. Aber häufig fehlt den Entscheidern die Phantasie, was möglich ist.“
Alle Wetter
Die Wahrscheinlichkeit von turbulenten Klimaereignissen steigt. In Lemgo durchströmt die Bega das Stadtgebiet. In normalen Zeiten ein kleines Flüsschen, verwandelte sich der Wasserlauf bei den letzten Rekordniederschlägen in einen reißenden Strom. Und steinerne Brücken und Wehre stauten die Wassermassen auf – es drohte mehrfach eine Überflutung der Innenstadt.
Zwar hat die Verwaltung schon reagiert und den Flusslauf renaturiert, Wehre abgebaut und Überflutungsflächen eingerichtet. Doch noch fehlt die mögliche Smart City-Anbindung. Die wäre problemlos umzusetzen, wie Jürgen Jasperneite schildert: „In einer Nachbargemeinde sind wir mit Anwendungen dazu unterwegs. Auch hier wäre es möglich, ein Hochwasserwarnsystem mit Park- und Verkehrsleitsystemen intelligent zu verknüpfen.“
Auf dem Rückweg
Die Details in den einzelnen Anwendungsfällen machen deutlich, wie umfangreich das Thema Smart City ist. Die Chancen sind riesig, doch Aufwand und Engineering sind ebenfalls beachtlich. Jörg Nolte: „An den wissenschaftlichen Ansatz, diese ganzheitliche und umfassende Betrachtungsweise in all ihren Facetten, kommen wir als Industrieunternehmen natürlich gar nicht heran. Doch unser gemeinsamer Beitrag der Smart City Box kann in vielen Anwendungen helfen, das Thema der Digitalisierung einfacher umsetzbar zu machen. Sie ist quasi der Link zwischen Digitalisierung und Wirklichkeit.“
Professor Jasperneite fasst auf dem Fußmarsch zurück zum Innovation Campus Lemgo zusammen: „Daten werden längst gesammelt. Doch erst durch ihre Verknüpfung werden sie smart. Der große Charme ist, dass die Daten nicht in einzelnen Datensilos vorgehalten werden, sondern in einer Lösung, in der ein gesamter Zustand betrachtet werden kann und ganz neue Anwendungen möglich werden.“
