Die technologische Grundinfrastruktur intelligenter Städte

Dies ist eine Zusammenfassung des ersten Artikels einer fünfteiligen Serie über die Technologien, die das IoT ermöglichen. Der vollständige Artikel kann unter wevolver.com eingesehen werden .

Was ist eine intelligente Stadt?

Eine intelligente Stadt besteht aus intelligenten Objekten, die untereinander und mit der Cloud verbunden sind und als Teil eines IoT-Netzwerks (IoT: Internet of Things - Internet der Dinge) zusammenarbeiten, um das Leben in der Stadt effizienter, nachhaltiger und bequemer zu gestalten. Es wird erwartet, dass intelligente Städte auch dringende soziale Probleme wie die wachsende Stadtbevölkerung, den übermäßigen Energieverbrauch, die Sicherheit im Straßenverkehr und vieles mehr in Angriff nehmen werden. Die Ziele der intelligenten Stadt – Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit – sind auf wirtschaftliche, soziale und ökologische Nachhaltigkeit ausgerichtet.

Die ersten Versuche mit intelligenten Städten nutzen zusammengeschaltete Netzwerke, wie z. B. intelligente Stromnetze zur Steigerung der Energieeffizienz, Sensor- und Überwachungstechnologie für intelligentes Verkehrsmanagement und die Überwachung der Umweltverschmutzung, verbesserte Computertechnik und Datenspeicherung sowie digitale IDs für einen besseren Zugang zu Dienstleistungen.

Welche Technologie steckt dahinter?

Das Herzstück der intelligenten Stadt ist ein zusammenhängendes Netzwerk, das Daten sammelt und austauscht. Dieses Netzwerk muss nicht nur ununterbrochen funktionieren, sondern gleichzeitig hohe Anforderungen an Konnektivität, Bandbreite und Verarbeitungsleistung erfüllen und zudem sehr wenig Strom verbrauchen. Aus diesem Grund ist die Schlüsseltechnologie für die IoT-Geräte, die für intelligente Städte unerlässlich sind, die Halbleitertechnologie.

Die Halbleitertechnologie wird für Chips und Hardwarekomponenten in intelligenten Objekten verwendet, insbesondere für intelligente Sensoren und Überwachungstechnologie. Die Prozessoren in einem IoT-Gerät, wie z. B. Mikrocontroller, müssen mit Software ausgestattet sein, die es den Geräten ermöglicht, Daten zu erfassen, zu verarbeiten und mit dem Netzwerk zu kommunizieren. Da das Netzwerk meist mit dem Internet verbunden ist, besteht ein großer Teil der Entwicklung eines IoT-Systems darin, Geräte mit leistungsstarken Verbindungsoptionen wie 5G, LTE, WiFi und Bluetooth zu ermöglichen.

Die Infrastruktur der intelligenten Stadt

Intelligentes Stromnetz

Ein intelligentes Stromnetz ist ein vollständig vernetztes Stromsystem, das mit hoher Energieeffizienz arbeitet und die gesamte Infrastruktur der intelligenten Stadt versorgt. Intelligente Messtechnik erhöht die Zuverlässigkeit des Netzes durch Überwachung und Regelung der Stromversorgung.

Intelligente Zähler

Intelligente Zähler sind intelligente elektronische Geräte, die Daten über den Strom-, Wasser- und Erdgasverbrauch aufzeichnen. Ein Zwei-Wege-Kommunikationssystem ermöglicht es Dienstleistern und Versorgern, Informationen über den Verbrauch zu sammeln und das Energieverhalten der Kunden zu überwachen.

Ladestationen für Elektrofahrzeuge und intelligentes Parken

Ladestationen versorgen E-Fahrzeuge mit Strom aus dem Netz. Obwohl E-Fahrzeuge mit einem AC/DC-Wandler für das Aufladen im Haushalt ausgestattet sind, versorgen Stecker-Ladestationen das Fahrzeug direkt mit Gleichstrom für das Schnellladen.

Verteilte Energiesysteme

Intelligente Netze fördern den Übergang von einem zentralisierten Modell, bei dem die Energie von einem Kraftwerk zum Verbraucher fließt, zu einem Modell der dezentralen Erzeugung erneuerbarer Energien und der direkten Einbindung der Verbraucher. Private und öffentliche Solaranlagen, Windturbinen, Biomassegeneratoren, Wasserkraftwerke, geothermische und hybride Energiequellen sowie Ladestationen für Elektrofahrzeuge und intelligente Gebäude können alle zur Stromversorgung beitragen, indem sie Strom erzeugen oder speichern.

Intelligente Überwachung und Sensorik

Die intelligente Stadt stützt sich auf den Einsatz intelligenter Technologien, um die aus der Umwelt gesammelten Daten zu verarbeiten und darauf zu reagieren. Die Daten werden durch den Einsatz von Sensortechnologie und intelligenten Kameras erfasst. Die Sensortechnologien müssen sehr wenig Strom verbrauchen, um die Batterielaufzeit zu verlängern, und können Wärme, Radar, Lidar, Annäherung, chemische Erkennung und Sonnenlicht nutzen.

Management von Verkehr und Umweltverschmutzung

Sensoren für das Verkehrsmanagement verwenden Millimeterwellenradar (mmW), um Daten zu sammeln, drahtlos über das Netzwerk zu kommunizieren und Echtzeitdaten in das Verkehrssystem einzuspeisen. Dies eröffnet eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. Unfallvermeidung, Verkehrsregelung und die Umleitung von Fahrzeugen in weniger stark befahrene Zonen.

Intelligente Kameras

Auch die Videoüberwachung ist Teil des Systems, sowohl zu Wartungszwecken als auch zur allgemeinen Kontrolle und Sicherheit. Das Thema der ständigen Überwachung ist nach wie vor eines der meistdiskutierten, da es an ethisch wichtige Fragen wie Datensicherheit und -schutz grenzt.

Verteilte Rechensysteme und Gateways

Die großen Datenmengen, die von Halbleitersensoren und Überwachungstechnik gesammelt werden, müssen gespeichert und verarbeitet werden. Die Gateways speichern die gesammelten Daten, bereiten sie auf, wählen sie aus und senden sensible Daten an das System zurück, um Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Die Datenverarbeitung erfolgt nach dem Modell eines lokalen Verteilungsnetzes von Knoten, das als „Edge Computing“ (verteilte Datenverarbeitung) bezeichnet wird. Durch die Bearbeitung der Daten nahe an der Quelle ihrer Erhebung ist das Netz in der Lage, große Mengen von Daten in Echtzeit zu verarbeiten.

Digitale IDs und andere Technologien

Digitale IDs werden ein integraler Bestandteil des Systems von intelligenten Städten bilden. Die Bürgerinnen und Bürger werden in der Lage sein, sich direkt mit Behördendiensten zu verbinden und ihre digitalen IDs zu verwenden, um mit dem Netzwerk zu interagieren, d. h. Zugang zu öffentlichen Verkehrsmitteln zu erhalten, Transaktionen durchzuführen, Parkplätze zu reservieren oder Routen zu planen und ihre Identität zu bestätigen.

Fazit

In dem Maße, in dem die Technologien für ein autonomes, intelligentes und vernetztes IoT-Netzwerk immer besser werden, nimmt der Entwurf der Stadt der Zukunft immer konkretere Formen an. Weltweit werden die Bürgerinnen und Bürger mehr und mehr mit IoT-Systemen interagieren, da diese sowohl in die zukünftige als auch in die nachrüstende Stadtplanung integriert werden. Die Aussicht ist eine weniger verschwenderische, energieeffizientere, bequemere und sicherere Stadt. Doch sowohl der Fahrplan für diese Technologien als auch die kulturelle und gesellschaftliche Akzeptanz stellen noch eine Herausforderung dar.

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