Der Einsatz moderner Technologien soll städtische sowie ländliche Räume effizienter, klimaschonender sowie lebenswerter machen. Vor diesem Hintergrund eröffnete das Digitalisierungszentrum Zeitz (DZZ) im April 2022 den LoRaPark Zeitz im Schlosspark der Moritzburg.

Der LoRaPark ist ein Schaugarten für sensorbasierte Anwendungen, in dem die Funktionsweise von einfachen Smart City Lösungen für alle spielerisch demonstriert wird. Dabei wird leicht verständlich erklärt, wie Sensoren und Geräte miteinander kommunizieren und wie Daten gesammelt werden. Die ermittelten Messdaten werden auf einer Webseite (lorapark-zeitz.de) visualisiert. 

1. Wie der LoRa Park Zeitz entstand

Realisiert wurde der LoRaPark Zeitz im Kontext des Schwerpunktthemas Smart City/Smart Region des DZZ unter Einbindung der Community The Things Network (TTN) Mitteldeutschland, der GISA GmbH, dem IoT-Workplace, dem Forschungs- und Transferzentrum (FTZ) an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig sowie weiteren regionalen Akteuren.  Voraussetzung für eine Digitale Stadt ist eine energieeffiziente und leistungsfähige IT-Infrastruktur, die Sensoren, Geräte und Anwendungen miteinander verbindet. Aus diesem Grund wurde im Zeitzer Stadtgebiet ein LoRaWAN®-Funknetz aufgebaut und bildet nun die Kommunikationsgrundlage der eingesetzten Sensoren.

LoRaWAN® steht hier für „Long Range Wide Area Network“. Mithilfe dieser energieeffizienten Übertragungstechnologie können kleine Datenpakete über große Entfernungen hinweg gesendet werden – über WLAN können große Datenpakete über kurze Strecken übermittelt werden. Technische Elemente sind strahlungsarme Sensoren, ein LoRa®-Netzknoten und ein LoRa®-Server. Für den LoRaPark Zeitz dient das installierte Gateway auf dem Rathausturm als Netzknoten. Ein zusätzliches Gateway befindet sich direkt bei der Ölmühle, der generellen Verwaltung des Schlossparks und ein drittes wird gerade auf dem Verwaltungsgebäude der Stadtwerke Zeitz installiert. Dieses soll die Funkabdeckung des Zeitzer Südens sowie den Stadtwerken den Betrieb einer eigenen sensorbasierten Wetterstation ermöglichen.

Diese LoRa®-Gateways sind die ersten frei nutzbaren in der Region und haben eine gute Reichweite über die Stadt. Die Nutzung des offenen Funknetzes ist lizenzfrei und kann somit von den Bürgerinnen und Bürgern der Stadt Zeitz sowie den ansässigen Unternehmen kostenfrei genutzt werden.

2. Die einzelnen Use-Cases im LoRaPark

Durch den Einsatz von LoRaWAN® und dem damit verbundenen Betrieb von Sensoren, können unterschiedliche Daten erhoben, analysiert und verarbeitet werden. Aktuell gehören fünf verschiedene Sensorarten zum LoRaPark Zeitz.

Feuchtigkeitsmessung im Blumenbeet

Zwei Feuchtigkeitssensoren messen über die Leitfähigkeit von Wasser die Bodenfeuchte. Je feuchter der Boden, desto besser werden elektrische Signale durch das Erdreich geleitet. Auf diese Weise stellt der Sensor fest, ob die Erde zu trocken oder zu nass ist. Die elektrischen Impulse sind für Menschen nicht spürbar. Somit kann der Wasserbedarf der Pflanze beobachtet und ermittelt werden.

Parkplatzüberwachung für barrierefreie Parkplätze

Auf dem Parkplatz vor der Moritzburg Zeitz vereinfachen intelligente Parksensoren die Suche nach einem barrierefreien Parkplatz. Zwei auf diesen Parkplätzen verbaute Sensoren ermitteln hier in Echtzeit, wie der aktuelle Belegungsstatus ist. Die Parkplatzsensoren strahlen ein Magnetfeld nach oben aus. Bewegt sich ein metallischer Gegenstand, wie beispielsweise ein Fahrzeug über diese Sensoren, wird diese Veränderung im Magnetfeld registriert und die Sensoren erkennen so, ob der Parkplatz belegt oder frei ist. Vor jedem Besuch der Moritzburg oder des Schlossparks kann somit der aktuelle Belegungsstatus überprüft werden.

Wasserpegelmessung

Sowohl im Johannisteich als auch im Mühlgraben kontrollieren Sensoren den Wasserpegel. Dafür wird der Abstand vom Sensor zur Wasseroberfläche gemessen. Dies geschieht durch Ultraschallwellen. Die Wasseroberfläche reflektiert die Wellen und über das Laufzeitverhalten der Ultraschallwellen bei der Reflektion, ermittelt der Sensor, wie weit die Wasseroberfläche vom Sensor entfernt ist. Eine Abweichung vom Normalpegel des Gewässers kann schnell erkannt und einer Austrocknung durch Auffüllen von Wasser vorgebeugt werden. So wird das rechtzeitige Erkennen von Niedrigwasser aus der Ferne möglich.

Feinstaubmessung in der Rahnestraße

Zur Messung der aktuellen Luftqualität, hängt zugehörig zum LoRaPark Zeitz ein Feinstaubsensor in der nahegelegenen Rahnestraße. Der Sensor misst an der Fassade der Alten Stadtbibliothek die Feinstaubpartikel in der Luft. Feinstaub besteht aus einem Gemisch fester und flüssiger Partikel und wird abhängig von deren Größe gemessen. Ob und wann der zulässige Grenzwert für die Feinstaubbelastung in der vielbefahrenen Rahnestrasse überschritten ist, wird nun über den Sensor ermittelt. Feinstaubpartikel werden entsprechend ihrer Größe kategorisiert und durch optische Streuung gemessen. Ein Ventilator saugt mittels Unterdruck Luft in den Sensor. Dieser nutzt dann die Eigenschaften der Lichtstreuung zur Messung von Partikelmenge, -größe und -konzentration.

Messung der Besucherströme

Im Sommer 2022 wurden Personenzähler in den LoRaPark integriert. Seitdem werden im Schlosspark die Besucherströme gemessen und dadurch die Anzahl an Besuchern pro Tag im Park erfasst.  Die Sensoren arbeiten mit Infrarottechnologie und bestehen aus einem Sender und Reflektor. Der Sender strahlt zwei parallele Laserstrahlen aus, während der Reflektor die Anwesenheit der Laserstrahlen erkennt. Somit entstehen zwei horizontale Lichtschranken, die durch ihre Unterbrechung registrieren, wenn eine Person den Schlosspark betritt oder verlässt. Es wird also nicht nur die Bewegung, sondern auch die Bewegungsrichtung erkannt, je nachdem welcher Laserstrahl durch die Bewegung als erstes durchbrochen wird.

3. LoRa Park Zeitz – Ausblick

Technische Lösungen wie LoRa-Funknetze sollen zukünftig vor allem den Betrieb von IoT-Anwendungen ermöglichen. Um städtisch eine solide und flächendeckende Funkversorgung zu gewährleisten, ist die Erweiterung der Funkknoten durch Integration neuer Gateways erforderlich. So ist die Erweiterung des Netzes durch kommunale Partner angedacht.

Im Zuge des Digitaltages am 24. Juni 2022 entstand ein kleiner Einführungsfilm zum LoRaPark Zeitz, zu finden auf dem YouTube-Kanal des Digitalisierungszentrums. Neben der Erläuterung der Funktionsweise der verschiedenen Sensoren werden hier die Vorteile sowie diverse ökonomische Anwendungsfälle aus Unternehmersicht beleuchtet.

Aber auch interessierte Besucher des Schlossparks konnten sich in der Vergangenheit bei regelmäßigen Veranstaltungen mit Führungen durch den LoRaPark über sensorbasierte Anwendungen informieren. Das Sensorspektrum des LoRaPark Zeitz wird kontinuierlich durch weitere Use Cases erweitert.

4. Weitere Informationen

• Ansprechpartner: Matthias Laue, Projektmitarbeiter des Digitalisierungszentrums
• Webseite und LinkedIn-Seite des Digitalisierungszentrums Zeitz