Veröffentlicht: 22. November 2023
Mitwirkende: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
Eine Smart City ist ein Stadtgebiet, in dem Technologie und Datenerfassung dazu beitragen, die Lebensqualität sowie die Nachhaltigkeit und Effizienz des Stadtbetriebs zu verbessern. Zu den von Kommunalverwaltungen genutzten Smart-City-Technologien gehören Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) und das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT).
Zu den Bereichen des städtischen Betriebs, in denen IKT, IoT und andere intelligente Technologien zunehmend eine wichtige Rolle spielen, gehören Verkehr, Energie und Infrastruktur. Wenn eine Stadt ihre Systeme und Strukturen aktualisiert, um diese Technologien zu integrieren, wird sie intelligenter. Welche Städte genau als Smart Citys gelten oder den Titel der „intelligentesten“ Stadt für sich beanspruchen können, ist jedoch umstritten.
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So wie das Nervensystem des Körpers steuert, wie der Mensch auf die Welt um ihn herum reagiert, ermöglichen es die sich entwickelnden Technologien den Städten, auf die Veränderungen in ihrem lokalen städtischen Umfeld zu reagieren.
Technologien zur Datenerfassung – einschließlich Echtzeitdaten – sind von zentraler Bedeutung für Smart-City-Initiativen und die damit verbundenen Vorteile. Datengesteuerte Erkenntnisse helfen Kommunalverwaltungen, die Stadtplanung und den Einsatz städtischer Dienstleistungen zu verbessern, die von der Abfallentsorgung bis zum öffentlichen Nahverkehr reichen, und so zu einer besseren Lebensqualität der Bewohner zu führen. Effizientere städtische Dienstleistungen können außerdem dazu beitragen, die Kohlenstoffemissionen zu senken und so zu den globalen Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels beizutragen und gleichzeitig die lokale Luftqualität zu verbessern. Darüber hinaus können Smart-City-Lösungen ein Motor für Wirtschaftswachstum sein, da eine bessere Infrastruktur und mehr technologische Innovation auf die Schaffung von Arbeitsplätzen und Geschäftsmöglichkeiten einzahlen können.
Das US-Verkehrsministerium hat drei Kennzeichen intelligenter Städte und Gemeinden identifiziert:1
Sensornetzwerke sammeln und integrieren Daten, die für verschiedene Anwendungen und städtische Dienste genutzt werden können.
Die Konnektivität ermöglicht es den Verantwortlichen der Stadtverwaltung, direkt mit der Bevölkerung zu interagieren und die städtische Infrastruktur zu überwachen und zu verwalten.
Die Kommunalverwaltung hat sich einer Philosophie der offenen Daten verpflichtet und stellt der Öffentlichkeit routinemäßig Betriebs- und Planungsdaten zur Verfügung.
Technische und datengesteuerte Bemühungen zur Verbesserung des städtischen Umfelds reichen mindestens bis in die 1960er Jahre zurück, als Regierungsbeamte in Los Angeles im US-Bundesstaat Kalifornien erstmals Daten erhoben und Computerprogramme einsetzten, um verarmte Stadtviertel zu identifizieren, die einer Intervention bedurften.2
Der Begriff „Smart City“ tauchte in den 1990er Jahren erstmals in der akademischen Literatur auf und wurde im Laufe der Jahre weiterentwickelt und erweitert. In einem Bericht des McKinsey Global Institute aus dem Jahr 2018 heißt es, dass Stadtverwaltungen früher Smart-City-Technologien „hinter den Kulissen“ nutzten, heute aber zunehmend auch die Bürger der Stadt in Smart-City-Lösungen einbezogen werden. Diese Stakeholder können über digitale Plattformen und interaktive mobile Apps wichtige Daten sammeln und weitergeben und spielen so eine Schlüsselrolle im Smart-City-Ökosystem.3
Heutzutage werden Smart-City-Lösungen oft als Hilfe für städtische Gebiete bei der Bewältigung der mit dem Bevölkerungswachstum verbundenen Herausforderungen angepriesen. Die Vereinten Nationen sagen voraus, dass bis 2050 zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben werden.
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Neue Technologien, die die Effizienz und Nachhaltigkeit im privaten Sektor verbessern, sind auch der Motor für Smart-City-Netzwerke:
Die Informations- und Kommunikationstechnologie umfasst eine Reihe von datenbezogenen Technologien. Das National Institute of Standards and Technology des US-Handelsministeriums definiert IKT als die Erfassung, Speicherung, Abfrage, Verarbeitung, Anzeige, Darstellung, Präsentation, Organisation, Verwaltung, Sicherheit, Übertragung und den Austausch von Daten und Informationen.
Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) bezieht sich auf ein Netz aus physischen Geräten, Fahrzeugen, Apparaten und anderen physischen Objekten, die mit Sensoren, Software und Netzwerkkonnektivität ausgestattet sind, um Daten zu sammeln und auszutauschen. Diese vernetzten Geräte, auch bekannt als „intelligente Objekte“, können von einfachen Geräten für „Smart Homes“ und „Smart Buildings“ wie intelligenten Thermostaten über Wearables wie Smartwatches bis hin zu in Transportsystemen eingebetteter Technologie reichen. WLAN oder drahtlose Konnektivität unterstützt IoT-Funktionen, wobei öffentliches WLAN oft als Schlüssel für IoT-gestützte städtische Dienste angesehen wird.
Automatisierung ist der Einsatz von Technologie zur Ausführung von Aufgaben mit minimalem menschlichen Einsatz. In Smart-City-Projekten hilft die Automatisierung den Städten, besser auf Echtzeitdaten zu reagieren, die von vernetzten Geräten im Internet der Dinge übermittelt werden. Durch Automatisierung können zum Beispiel Straßenlaternen in Abhängigkeit von der Rückmeldung von Sensoren, die Licht und Bewegung erkennen, ein- und ausgeschaltet werden. Solche Systeme schalten Straßenlaternen automatisch aus, wenn sie nicht benötigt werden, und fördern so die Energieeffizienz und die Nachhaltigkeit des Stadtbetriebs.
Künstliche Intelligenz kombiniert Informatik und leistungsfähige Datensätze, um Problemlösungen zu ermöglichen. Smart-City-Projekte nutzen KI und auf maschinellem Lernen basierende Lösungen, um die Infrastruktur effizient und nachhaltig zu verwalten. So können KI-Algorithmen beispielsweise die Routen der Müllabfuhr optimieren und die Kohlendioxidemissionen der städtischen Müllwagen reduzieren. KI kann auch den Strafverfolgungsbehörden bei der Stärkung der öffentlichen Sicherheit helfen, indem sie Daten von Sicherheitskameras und vernetzten Geräten zur Aufdeckung von Verbrechen analysiert.
Intelligenter Verkehr ist ein Eckpfeiler der intelligenten Stadtplanung. Das Internet der Dinge, künstliche Intelligenz und andere Technologien wie die Geolokalisierung ermöglichen es Kommunalverwaltungen und Partnern aus dem Privatsektor, Echtzeitdaten zu sammeln, um den öffentlichen Nahverkehr zu verbessern, Verkehrsstaus zu verringern, den Kohlendioxidausstoß zu reduzieren und die Lebensqualität für Stadtbewohner und Pendler gleichermaßen zu verbessern.
Smart-City-Technologien, die in intelligenten Verkehrssystemen zum Einsatz kommen, können den Behörden bei der Prognose helfen, welche Fahrzeuge in der Stadt ausfallgefährdet sind, und proaktiv Reparaturen anordnen. Sie können intelligente Parksysteme ermöglichen, die die Verfügbarkeit von Parkplätzen bewerten und die Autofahrer auf dem Laufenden halten, und einen effizienten, KI-gestützten Ansatz für das Verkehrsmanagement ermöglichen, bei dem Echtzeit-Verkehrsdaten verwendet werden, um den Zeitpunkt von Signaländerungen an Kreuzungen zu bestimmen. Intelligente Verkehrssysteme unterstützen auch den Einsatz von Elektrofahrzeugen und autonomen Fahrzeugen und tragen so weiter zur Reduzierung der CO2-Emissionen und zur Verbesserung des Verkehrsflusses bei.
Smart-City-Technologien wie KI können Energieversorgern bei der Verwaltung von Smart Grids helfen, d. h. von mit Sensoren und Software ausgestatteten Stromnetzen. Fortgeschrittene Software und Analysetools können die von vernetzten Geräten gelieferten Daten analysieren, um Muster im Energieverbrauch zu erkennen und den zukünftigen Energieverbrauch vorherzusagen, sodass die Anbieter proaktiv Ausfälle vermeiden und die Bedürfnisse ihrer Kundschaft erfüllen können. Intelligente Energie kann auch die Integration erneuerbarer Energiequellen und energieeffizienter Technologien unterstützen und so dazu beitragen, den Klimawandel abzuschwächen.
Intelligente Energietechnologie kann auch die Kohlendioxidemissionen, den Abfall und den Ressourcenverbrauch im Öl- und Gasgeschäft reduzieren. Einige Beispiele:
- Vorausschauende Anlagenoptimierung mit KI und IoT, um die Lebensdauer von Anlagen zu verlängern und die für deren Wartung und Überwachung erforderlichen Ressourcen zu reduzieren.
- Optimierung des Upstream- und Midstream-Betriebs mit Schwerpunkt auf der systemischen Anlagenleistung, um die Umstellung auf digitale Systeme besser zu timen und leistungsschwache, übermäßig verbrauchende Anlagen zu untersuchen.
- Einsatz von Technologien zur Umweltüberwachung, um den Energieverbrauch zu senken und Gesundheit, Sicherheit und Umwelt zu verbessern.
Intelligente Infrastruktur umfasst sowohl intelligenten Verkehr als auch intelligente Energie, aber auch intelligente Ansätze für Versorgungseinrichtungen wie Wasser sowie die Wartung von Strukturen und Geräten, die den Verkehr unterstützen, wie Kabel und Decks. Wie bei anderen intelligenten Technologien helfen die mit Sensoren und vernetzten Geräten gesammelten Daten den Entscheidungsträgern, potenzielle Probleme - in diesem Fall Probleme mit der Infrastruktur – zu erkennen und proaktiv anzugehen, bevor sie eskalieren, und gleichzeitig die Effizienz und Lebensqualität der Anwohner zu verbessern.
Welches Stadtgebiet als Smart City gilt und welche Städte die „intelligentesten“ sind, hängt von der jeweiligen Quelle ab, die Sie zu Rate ziehen. Städte in Europa, Nord- und Südamerika und Asien streiten sich regelmäßig um die Position in verschiedenen Rankings. Klar ist jedoch, dass lokale Regierungen auf der ganzen Welt eine Vielzahl von Smart-City-Lösungen einsetzen – von berühmten Zentren des globalen Handels wie New York City und Singapur bis hin zu regionalen Wirtschaftszentren wie Chattanooga, Tennessee und der Provinz Zhejiang, China.
In Zhejiang, wie auch an vielen anderen Orten in China, werden Ladestationen für Elektrofahrzeuge allgegenwärtig. Berichten zufolge gibt es in der Provinz mehr als eine Million Ladestationen. In Chattanooga gehört zu den Smart-City-Projekten eine Zusammenarbeit mit verschiedenen Organisationen zur Überwachung der Luftqualität durch Sensornetzwerke. Das Projekt unterstützt Initiativen zur Verbesserung der Luftqualität in der Stadt und liefert wertvolle Informationen für medizinische Fachkräfte.
Aber Innovationen für Smart Citys finden nicht in einem Vakuum statt. Stadtplaner, gemeinnützige Organisationen und Unternehmen kommen regelmäßig zusammen, um Ideen und Lösungen auf Veranstaltungen wie dem Smart City Expo World Congress in Barcelona zu präsentieren, dessen erklärtes Ziel es ist, „urbane Innovationen auf der ganzen Welt zu kollektivieren“.
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Das Aufkommen der allgegenwärtigen Datenerfassung und Automatisierung hat dazu geführt, dass die Kommunalverwaltungen den intelligenten Verkehr für sich entdeckt haben.
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Fußnoten
1„Putting People First: Smart Cities and Communities“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). U.S. Department of Transportation, 9. Juni 2021.
2„Uncovering the Early History of ‘Big Data’ and the ‘Smart City’ in Los Angeles“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Valliantos, Mark. Boom Kalifornien, 16. Juni 2005.
3„Smart cities: Digital solutions for a more livable future“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). McKinsey Global Institute, 5. Juni 2018.