Start Smart City Intelligente Straßenbeleuchtung und LoRaWAN für die smarte Stadt

Intelligente Straßenbeleuchtung und LoRaWAN für die smarte Stadt

Gegenwärtig sprechen Vertreter*innen aus der öffentlichen Verwaltung, Wirtschaft, Politik und Forschung auf zahlreichen Veranstaltungen in der gesamten Bundesrepublik von der smarten Stadt der Zukunft. In den meisten Diskussionen lässt sich mittlerweile der Konsens beobachten, dass die neuen Informations- und Kommunikationstechnologien nicht als Selbstzweck in unseren Städten verbaut werden sollten, sondern vielmehr als Mittel zum Zweck für die Verbesserung der Lebensqualität und kommunalen Infrastruktur. Auch Gunter Adler, ehemaliger Staatssekretär im Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat, betonte noch Anfang dieses Jahres im Gespräch mit der Bauwelt: „Die Smart City ist kein Selbstweck“ (Schade-Bünsow, 2019, S. 4).

Im nächsten Schritt bedarf es allerdings einer inhaltlichen Konkretisierung, welche Technologien auf welche Weise die o.g. Bestrebung tatsächlich umsetzen können. Auf der diesjährigen Smart Country Convention in Berlin stellte VINCI Energies in Deutschland mit einem interaktiven Stadtmodell vor, wie die digitale Lösungen konkret unsere Städte lebenswerter machen kann. Diese Mehrwerte werden nachfolgend mit Hilfe der beiden Anwendungsfälle intelligente Straßenbeleuchtung und dem Einsatz von LoRaWAN-Netzwerken erläutert.

1. Intelligente Straßenbeleuchtung

Die meisten Straßenleuchten in deutschen Kommunen folgen dem einfachen Funktionsablauf: bei ausreichender Lichtsituation ausgeschaltet zu sein und bei Dämmerung durch eine zentrale Steuerung eingeschaltet zu werden. Es versteht sich von selbst, dass sich durch diese Funktionsweise keine besondere Manövrierfähigkeit ergibt. Anders schaut es bei Netzwerk gesteuerten Systemen aus:

„Lichtmanagementsysteme ermöglichen die Steuerung sowie Überwachung eines oder mehrerer Lichtpunkte über ein Netzwerk. Innerhalb des Netzwerks können mehrere Lichtpunkte zu Gruppen zusammengefasst werden. Die Gruppenbildung ermöglicht es, Schalt- und Dimmbefehle für einzelne Lichtpunkte, definierte Straßenzüge oder ein zusammenhängendes Gebiet über zentrale bzw. lokale Bedienelemente einzustellen und auszulösen.“ (Sächsische Energieagentur, 2018, S. 78)

Das bedeutet intelligente Straßenbeleuchtung ist in der Lage, sich an die orts- sowie situationsabhängigen Bedürfnisse des Stadtraums anzupassen und bspw. bei einer Abwesenheit von Verkehrsteilnehmern das Licht zu dimmen. Für den kommunalen Betreiber bedeutet diese reduzierte Beleuchtungsaktivität entsprechend signifikant sinkende Stromkosten – bis zu 80 % können dadurch eingespart werden. Eine geringere Beleuchtungsaktivität bedeutet letztlich auch eine längere Haltbarkeit der Lampen und verringert damit den Wartungsbedarf der Straßenlaternen. Die Umsetzung intelligenter Straßenbeleuchtung wäre dabei besonders niedrigschwellig, wenn hierfür keine tiefbaulichen Eingriffe notwendig wären. Es richtet sich daher an die Ausstatter der Energieinfrastruktur in unseren Städten die Frage, ob dies so möglich sei.

In Lemgo gibt es dafür bereits zukunftsweisende Antworten. Das Fraunhofer IoT-Reallabor Lemgo Digital bietet ideale Testbedingungen, um digitale Technologien im Stadtraum auszuprobieren.  In diesem Zuge hat Omexom seine neu entwickelte Lösung WE-LIGHT OPEN mit den lokalen Partnern Fraunhofer IOSB-INA und den Lemgoer Stadtwerken pilotiert und mittlerweile erfolgreich in der Alten Hansestadt auf der Echternstraße in den Realbetrieb überführt. (Fraunhofer IOSB-INA, 2019)

In Lemgo wird in eine bestehende Straßenleuchte die von Omexom patentierte Lösung „WE-LIGHT OPEN“ verbaut. Die Umrüstung der Laterne dauert ca. 20 Minuten. Foto: © Lemgo Digital
Smarte Straßenleuchte von Omexom auf der Smart Country Convention im Oktober 2019 in Berlin Foto: © Vinci Energies Deutschland

Straßenlaternen eignen sich besonders gut für die Umsetzung von Smart City-Infrastruktur, da sie als bekannte „Straßenmöbel“ nahezu flächendeckend in unseren öffentlichen Räumen bereits verbaut sind, eine Stromversorgung haben und viel ungenutzten Hohlraum aufweisen. Als Komplettanbieter für Energie-infrastrukturen stattet Omexom deutsche Kommunen seit Jahrzehnten mit Straßenbeleuchtung aus. Im Zuge der digitalen Transformation entwickelte das Unternehmen eine intelligente Lichtsteuerung, die sich individuell in jedes Straßenbeleuchtungsnetz einbauen lässt.

Neben Lemgo hat Omexom für die Städte Köln, Fellbach und Stuttgart das bestehende Beleuchtungsnetz erfasst und senkt darauf aufbauend mittels innovativer Mess- und Visualisierungstechnik die Betriebskosten.  Beispielsweise ermöglicht die intelligente Lichtsteuerung der Stadt Fellbach jährliche Einsparungen von ca. 200.000 Euro.

Zusätzlich zur Einsparung von Ressourcen stellt ein derartiger Umbau des Straßenbeleuchtungsnetzes auch die Grundlage für weitere Smart City-Komponenten dar, denn jeder Lampenmast des umgebauten Lichtmanagementsystems hat fortan eine permanente Stromversorgung. In solchen Lampenmasten können daher Router verbaut werden, um Bürger*innen WLAN-Dienste im öffentlichen Raum bereitzustellen. Sie können darüber hinaus als Ladestationen für Elektromobilität dienen. Auch Sensorik für die Messung von Luftqualität und Verkehrsströmen kann nach Bedarf verbaut werden, um durch diese Datenerfassung bessere Entscheidungsgrundlagen für die Stadtplanung und -politik zu generieren.

Über Omexom
Omexom ist die Marke für Energie-Infrastrukturen von VINCI Energies. Omexom bündelt das fachliche Know-how von über 12.000 Mitarbeiter*innen, repräsentiert ein Geschäftsvolumen von ca. 2 Mrd. € jährlich und ist europaweit führender Unternehmensverbund für Energieversorgungsnetze.
Ansprechpartner Smart Lightening
Tobias Hugo
Kopernikusstraße 7
50126 Bergheim
+491734659302
tobias.hugo@omexom.com

2. LoRaWAN

LoRaWAN ist ein Netzwerkprotokoll, das heißt eine Vereinbarung über den Ablauf von Datenaustausch zwischen einzelnen Komponenten wie Sensoren, Gateways, Servern in einem Netzwerk. Die Abkürzung LoRaWAN steht für „Long Range Wide Area Network“. Das Netzwerkprotokoll stammt ursprünglich aus der Militär- und Weltraumkommunikation und wird mittlerweile aufgrund seiner zahlreichen Vorteile für die Implementierung des Internets der Dinge (IoT) im industriellen Kontext angewandt:

  • Reichweite bis zu 15km (abhängig vom Einsatzumfeld), dabei geringer Leistungsverbrauch
  • Kostengünstige Implementierung und sehr geringe laufende Kosten (da geringer Stromverbrauch)
  • Akkulaufzeit bis zu 8 Jahre
  • keine Lizenzgebühren pro versendete Dateneinheit o.ä.
  • Datenraten von 292bps bis 50kbps, 128 AES Verschlüsselung zur Sicherheit
  • Bidirektionale Kommunikation möglich

(Haslhofer, 2019 und Przirembel, 2019)

Aufgrund dieser Vorteile gegenüber anderen Funktechnologien wie WLAN, Bluetooth oder Mobilfunk, setzt sich LoRaWAN zunehmend auch im urbanen Kontext durch. Die Funktechnologie bietet mehrere konkrete Anwendungsfälle, um Informationsflüsse in der Stadt besser erfassen und nutzen zu können.

Smart Waste Management

Die Installation von Sensoren zur Bemessung des Füllstands öffentlicher Container eröffnet große Potenziale für kommunale Abfallwirtschafts- bzw. Entsorgungsunternehmen. Wenn Abfalltonnen oder Streugutcontainer durch Ultraschallmessung ihren Füllstand ermitteln und über die LoRaWAN-Technologie an die Betriebszentrale übermitteln, dann können im Nachgang die Routen der Einsatzfahrzeuge effizienter geplant werden, so dass keine unnötigen Standorte angefahren werden.

LoRaNetz für die Überwachung von öffentlichen Glascontainern einer mittelgroßen Stadt in der Rhein-Main Region, in den Glascontainern wurden zur Erfassung des Füllstandes Sensoren verbaut, Analyse der Daten in der systemeigenen Software und Datenhaltung inkl. Kundenportal, darauf aufbauend erfolgt die bedarfsgerechte Leerung und Optimierung der Routen; Abb. © Axians

Smart Parking

Im französischen Montesson, einem Vorort von Paris, erfasst Parkplatzsensorik die Auslastung der Parkflächen und funkt diese mittels LoRaWAN-Funktechnologie weiter. In der Folge lässt sich die Parksituation präzise beurteilen und Lösungs-vorschläge erstellen. Dynamische Verkehrsschilder und Smartphone-Apps leiten diese Information in aufbereiteter Form an Parksuchende weiter. Zahlungssysteme lassen sich ebenfalls integrieren.

Zustandstracking städtischer Infrastruktur

Wenn technische Infrastruktur wie bspw. Kabeltrommeln mit GPS-Sensorik ausgestattet und an das LoRaWAN-Netz angebunden ist, so vereinfachen sich dadurch die Wartungsarbeiten für ebendiese Infrastruktur. In Kooperation mit Stromversorgungsunternehmen setzt Axians diese technische Hilfe-stellungen für bessere Informations- und Ortungsmöglichkeiten der Infrastruktur für die Wartungsarbeit um.

Jede Kabeltrommel erhält GPS-Sensoren, für die Wartungsarbeit werden Stapler zwecks Ortung mit Tablets ausgestattet, um eine zielgerichtete Navigation für Staplerfahrer und präzisere Abrechnung zu gewährleisten, Abb. © Axians
Über Axians
Axians ist ein weltweit agierender Dienstleister für IT-Lösungen, IT-Sicherheit, Netzwerkinfrastruktur und Netztechnik mit eigener Branchensoftware. Axians ist Teil des VINCI-Netzwerks. VINCI ist ein börsennotierter französischer Konzessions- und Baukonzern.
Ansprechpartner LoRaWAN
Armin Przirembel
BU Leiter New Customers
+49 (0)163 7439748
armin.przirembel@axians.com

3. Smart City mit IT- und strategischer Beratungskompetenz

Diese und weitere Lösungen aus Bereichen wie Smart Government oder Elektromobilität präsentierte VINCI Energies in Deutschland gemeinsam mit seinen Netzwerkmarken Omexom und Axians auf der Smart Country Convention. Dr. Bernhard Kirchmair, CDO von VINCI Energies Deutschland, betont: „Viele Städte haben bereits einzelne Schritte in Richtung Smart City getan, kommen dann aber aufgrund komplexer technologischer Fragestellungen nicht schnell weiter. Deshalb begleiten wir den Prozess als Integrations-partner, von der Strategie, über Handlungsfelder, Prototypen bis zu fertigen Praxislösungen für Smart City. Für uns ist die Smart Country Convention eine ideale Plattform, um ganzheitlich darüber zu sprechen, wie sich Städte auf die Digitale Transformation und die Energiewende ausrichten können.“

Das Smart City-Expertenteam von Vinci Energies Deutschland auf seinem Stand auf der Smart Country Convention.
Philipp Ripkens, Senior Solution Manager Data Analytics, erklärt den interaktiven Smart City-Tisch.

Gerade in Hinblick auf die Digitalisierung der Stadtentwicklung ist es wichtig, neue Technologien und ihre Potenziale für die Stadtentwicklung anschaulich und niedrigschwellig an kommunale Entscheider*innen zu vermitteln. Um diesen Wissenstransfer zu stärken, präsentierte Vinci Energies in Deutschland auf seinem Stand den Smart City Touch Table.

Mit Hilfe dieses Wissenstisches konnten Messbesucher*innen ein Smart City Quiz durchlaufen und dadurch ihr Wissen in einzelnen Handlungsfeldern wie Smart Government, E-Mobility, Smart Grid oder Smart Lighting testen. Am Smart City Touch Table wurden in Summe mehr als 200 Gespräche geführt und die Tatsache, dass nur jeder Dritte mehrere Handlungsfelder fehlerfrei beantworten konnte, bestätigt die Notwendigkeit des Wissenstransfers über die Themen der digitalen Stadt und Energiewende.

Um dieser Notwendigkeit auch außerhalb der Messe gerecht zu werden, eröffnete Vinci Energies in Deutschland vor Kurzem die Digitalschmiede in Frankfurt am Main. Auf über 300 m² wird in diesem Raum der digitale Wandel anfassbar gemacht. Mit praxisnahen Showcases rundum die oben erwähnten Smart City-Anwendungsfälle sowie weitere Themen wie Smart Waste Management, Smart Parking, Smart Energy, Smart Building und Smart Industry gelingt ein intensiver und inspirierender Austausch rundum die digitale Transformation.

Webseite Digitalschmiede Vinci Energies in Deutschland in Frankfurt am Main, einige Impressionen aus der Digitalschmiede:

Die Digitalschmiede schöpft ihr Know-How auch aus der Startup-Szene, denn sie bietet als innovatives Entwicklungslabor Startups im Smart City Bereich die Möglichkeit, den Weg von der Lösung, über einen Prototyp bis hin zum Kundenprojekt zu gehen. Einiger dieser Startups aus dem Digitalschmiede Startup-Radar haben bereits ihren konkreten Beitrag zur Smart City-Welt geleistet, bspw. Smart City Systems im Bereich Smart Parking.

Quellen

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Beitrag

Dimitri Ravin
Dimitri Ravin
Studium der Raumplanung an der TU Dortmund, verfasst derzeit seine Abschlussarbeit über kommunale Digitalstrategien, zuvor Werkstudent bei der Stadt Dortmund (Projektassistenz Digitale Woche Dortmund), seit 2017 Herausgeber von urban-digital.de

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