Heute leben 55 Prozent der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten. Es wird erwartet, dass diese Zahl in den kommenden Jahrzehnten noch steigen wird. Nach Angaben der Vereinten Nationen könnte die Verlagerung vom Land in die Städte in Verbindung mit dem allgemeinen Wachstum der Weltbevölkerung dazu führen, dass weitere 2,5 Milliarden Menschen in den Städten leben.
Mit diesem rasanten Wachstum werden die Städte vor noch nie dagewesene Herausforderungen in Bezug auf Verkehrsstaus, sanitäre Einrichtungen, Kriminalität und Umweltverschmutzung gestellt. IoT kann die Lösung für viele dieser Herausforderungen sein und die Technologien smarter Städte ermöglichen.
IoT für smarte Städte
Eine der Herausforderungen bei der Verwaltung großer Bevölkerungsgruppen ist der Umgang mit dem Ressourcenverbrauch. Große, wachsende Bevölkerungen brauchen Zugang zu sanitären Einrichtungen, Transportmitteln, Wasser und sauberer Luft, und all das sollte so praktisch, umweltbewusst und effizient wie möglich sein.
Dank des IoT können smarte Städte den wachsenden Anforderungen einer dichten Bevölkerung gerecht werden, ohne dabei die täglichen Abläufe zu stören. Vernetzte Geräte können datengesteuerte Lösungen zur Verbesserung der Lebensqualität und zur Lösung von Problemen mit der Bevölkerungsdichte und der Umwelt, wie z. B. der Abwasserentsorgung und der Luftqualität, liefern.
Komponenten einer smarten Stadt
Luftmanagement
Die Luftverschmutzung ist bereits jetzt ein Problem, und es wird erwartet, dass sie sich mit der wachsenden Bevölkerung noch verschlimmern wird. Nach Angaben der Proceedings of the National Academy of Sciences verursacht die Luftverschmutzung jährlich Kosten in Höhe von etwa 900 Milliarden Dollar. Die Technologie der smarten Städte bietet eine Lösung für die Analyse der Luftverschmutzungsdaten und die Vorhersage von Emissionen, um potenzielle Probleme anzugehen.
Eine smarte Stadt kann zum Beispiel die Luftqualität überwachen und in Zeiten starker Verkehrsüberlastung von Hybrid- auf reine Elektrofahrzeuge umschalten, um für ein Gleichgewicht zu sorgen. Die Stadt kann auch Autofahrer und Fußgänger auf weniger überlastete Routen umleiten.
Infrastruktur
Smarte Städte sind auf einer smarten Infrastruktur aufgebaut. Eine funktionierende smarte Infrastruktur ist auf Leistung optimiert und darauf ausgelegt, Energie zu sparen und Abfall zu reduzieren, um umweltfreundlich und effizient zu sein.
In der Praxis könnte dies eine bewegungsaktivierte Straßenlaterne sein, die sich nur dann einschaltet, wenn die Bewohner sie zur Sicherheit und Navigation benötigen. Wenn die Straßen leer sind, schaltet sich die Beleuchtung aus, um Energie zu sparen.
Parken
Das Parken ist in dicht besiedelten Städten bereits ein Problem, das sich mit zunehmender Bevölkerungszahl noch verschärfen wird. Smarte Städte können mit Hilfe von Sensoren verfolgen, wann Autofahrer ankommen und abfahren, um zu ermitteln, wann viel und wann wenig los ist. Diese Sensoren können Autofahrer auch auf freie Parkplätze in der Nähe hinweisen und so die Verkehrsstaus in der Gegend verringern.
Verkehrsmanagement
Verkehrsstaus tragen zur Luftverschmutzung bei, beeinträchtigen die Lebensqualität und stören den Fluss der Stadtbewohner. Lösungen zur Verkehrssteuerung in smarten Städten können optimiert werden, um den Verkehrsfluss zu verbessern und Problembereiche anzugehen.
So können beispielsweise Sensoren in Ampeln so programmiert werden, dass sie Echtzeit-Updates über Verkehrsmuster und Bereiche mit möglichen Staus liefern. Das Programm kann dann den Bereich analysieren und die Ampeln so einstellen, dass der Verkehr reibungslos fließt.
Abfallmanagement
Das Abfallmanagement wird immer schwieriger und kostspieliger, wenn Städte wachsen und expandieren. Smarte Städte können mit Sensoren an den Abfallbehältern die Müllabfuhr verbessern und die Kosten senken. Diese Sensoren können die Müllabfuhr verfolgen und Warnungen senden, wenn der Müll voll ist, so dass das Abfallmanagement seine Route optimieren kann.
Videoüberwachung
Die Videoüberwachung ist in Städten und insbesondere in belebten Gegenden bereits weit verbreitet. Technologien wie die automatische Kennzeichenerkennung und die automatische Erkennung von Nummernschildern werden zusammen mit Kameras eingesetzt, um Autodiebstahl, Mautgebühren, Kriminalität und Verkehrsprobleme anzugehen.
Überwachungskameras können in smarten Städten aber auch für größere Zwecke eingesetzt werden. Eine mögliche Anwendung ist die Vorhersage von Verbrechen, bevor sie geschehen, und die Identifizierung von Personen in der Umgebung. Der Einsatz von Videoüberwachung ist jedoch aufgrund der Sicherheitsprobleme des IoT umstritten.
IoT-Architektur-Implementierung in smarten Städten
Alle smarten Städte brauchen eine solide Grundlage, um effizient und effektiv zu skalieren. Wenn eine Stadt die Nutzung smarter Technologien auf weitere Bereiche ausdehnen möchte, kann die bestehende Architektur ohne eine große Überholung aufgerüstet werden.
IoT-basierte Plattform für smarte Städte
Die Implementierung einer smarten Stadt beginnt mit einer grundlegenden Architektur, die ein Netzwerk von smarten Dingen mit Sensoren für die Datenerfassung und das Cloud-Management, Feld-Gateways für die Verarbeitung und Filterung von Daten sowie Data Lakes und Warehouses für die Datenspeicherung umfasst.
Überwachung und Analyse
Die Datenanalyse ermöglicht es den Geräten, die Umgebung zu überwachen und Parameter einzurichten, um Befehle je nach den Bedingungen zu automatisieren, wie z.B. eine Ampel, die sich an Echtzeit-Verkehrsszenarien anpassen und die Staus verbessern kann.
Smarte Steuerung
Smarte Steuerung ermöglicht es Anwendungen, Befehle an Aktoren zu senden, um Aufgaben zu erledigen, unabhängig davon, ob sie auf Regeln und Bedingungen oder auf Algorithmen des maschinellen Lernens basieren.
Nutzeranwendungen
Nutzeranwendungen ermöglichen es den Einwohnern der Stadt, sich mit dem Ökosystem zu verbinden und Warnungen zu erhalten oder lokale IoT-Geräte zu steuern, z. B. Verkehrswarnungen und alternative Routen.
Ganzheitlicher Ansatz für smarte Städte
Smarte Städte sollten als Ganzes betrachtet werden und nicht als unzusammenhängende IoT-Geräte mit Einzellösungen. Das gesamte Ökosystem sollte in einem fortlaufenden Prozess verfeinert, aktualisiert und skaliert werden, z. B. Beleuchtungs- und Luftmanagement, das mit einem größeren Verkehrsmanagementsystem zusammenarbeitet, um die Luftqualität, die Verkehrssicherheit und den Fahrkomfort zu verbessern.
Konnektivität und Nachhaltigkeit für die Zukunft
Obwohl das IoT vor einigen Jahrzehnten noch ein Traum war, ist diese bahnbrechende Technologie heute der Schlüssel zum Aufbau erfolgreicher, futuristischer Smarter Städte, die auf Bevölkerungswachstum und Nachhaltigkeit ausgerichtet sind.