Die Fächerstadt wird, als eine der ersten Städte überhaupt, in eine Smart City umgebaut. Dadurch wird  Karlsruhe künftig in vielen Dingen effizienter, innovativer und digitaler werden. Für diese neue Infrastruktur der städtischen Zukunft bauen die Stadtwerke Karlsruhe nun Antennen im gesamten Karlsruher Stadtgebiet auf. Doch was ist eigentlich eine Smart City und wie funktioniert sie?

Smart City oder das "Internet der Dinge"

Das Thema Smart City besteht aus vielen verschiedenen Bereichen, die unser Leben von morgen betreffen werden. Dazu gehören beispielsweise die Bereiche Smart Living (zum Beispiel private Sicherheit), Smart Energy und Environment (Wasserversorgung, Abfallentsorgung, Energiespartechnologien), Smart Learning (digitalisierte Schulen) und Smart Government (digitale Verwaltungsprozesse).

All diese Bereichen fallen unter den Begriff "Internet der Dinge", was die Vernetzung von Gegenständen mit dem Internet bedeutet und in der selbstständigen Kommunikation dieser Gegenstände untereinander resultiert. Das soll unser Leben vereinfachen und optimieren.

Benötigte Technik wird installiert

Die dazu benötigte Infrastruktur beruht auf einer flächendeckenden, neuen international normierten Funktechnik namens "Long Range Wide Area Network" (LoRaWAN). Innerhalb eines solchen Netzwerks werden geringe Datenmengen übertragen und kleinste Sensoren können diese über weite Strecken funken.

Das bekannte Wlan ist räumlich stark begrenzt, eine LoRaWAN-Antenne dagegen kann Daten über Entfernungen bis zu 20 Kilometer senden und empfangen. Die Sensoren, die dann zum Einsatz kommen, sind eine Eigenentwicklung, die in Kooperation der Stadtwerke Karlsruhe und dem Hamburger Unternehmen Zenner IoT Solutions entstanden ist.

Neue Sensoren in den Unterflurcontainern an den Straßenbahnhaltestellen melden die Füllhöhe.
Neue Sensoren in den Unterflurcontainern an den Straßenbahnhaltestellen melden die Füllhöhe. | Bild: VBK

Die Datenpakete die von den Sensoren aus zur Antenne gefunkt werden, werden verschlüsselt verschickt und dann auf sicheren Leitungen zu den Servern der Stadtwerke weitergeleitet. Die LoRaWAN-Funktechnik ist dabei sowohl kostengünstig als auch energiesparend.

"Die Belastung durch Strahlen ist minimal und beträgt nur einen Bruchteil im Vergleich zu konventionellen Mobilfunkanwendungen", erklärt Andreas Hallwachs Geschäftsführer von der SWK-Novatec, einem Tochterunternehmen der Stadtwerke.

Volle Mülleimer ade!

Doch wo könnten die Sensoren bereits zum Einsatz kommen und die Karlsruher Bürger von "ihrer Smart City" profitieren? Am weitesten fortgeschritten ist das Projekt "Smart Waste". In Zusammenarbeit mit den Verkehrsbetrieben Karlsruhe (VBK) werden aktuell Ultraschall-Sensoren in einige der rund 350 Abfallbehälter mit Unterflur-Containern der Karlsruher Haltestellen installiert und getestet.

Die Sensoren übermitteln in regelmäßigen Abständen Informationen zum aktuellen Füllstand. Erreicht die Füllhöhe ein zuvor festgelegtes, kritisches Maß, werden Mitarbeiter der VBK per Signal darüber informiert. Die Verkehrsbetriebe, Kooperationspartner in diesem Projekt, können die Behälter somit gezielt ansteuern und leeren.

Diese smarte Art des Abfallmanagements kann eine Reihe von Vorteilen bieten. So wird es möglich sein, die Unterflur-Container bedarfsgerecht zu leeren und die Route des Müllfahrzeugs intelligent zu planen. Hierdurch können die Entleerungszeiten und Fahrtrouten optimiert werden. Außerdem kann Personal effektiver einsetzt werden, unnötige Leerfahrten zu weniger frequentierten Müllcontainern vermieden und Benzinkosten und Abgasemissionen reduziert werden.

Parkplatz-Suche leicht gemacht

Ein weiteres Projekt könnte die Parkplatzsuche in Karlsruhe in Zukunft optimieren und deutlich vereinfachen. Parkplatzsensoren, die in Parkhäusern und insbesondere öffentlichen Parkplätzen installiert sind, melden ihren Zustand (besetzt oder frei) und können so gezielt vom Fahrer angesteuert werden. Durch die Integration in Routenplanern und Navigationssystemen kann so die lästige Parkplatzsuche beschleunigt werden. Zusätzlich ist eine minutengenaue Abrechnung der Parkgebühren möglich.

Energiemanagement: Strom, Wasser, Gas

Neben der intelligenten Abfallwirtschaft und smartem Parken sollen die Sensoren auch zukünftig zur Funkfernüberwachung von Trafostationen dienen. So können Ausfälle der Ortsnetz-Trafostationen frühzeitig erkannt und behoben werden.

Eine weiteres Projekt beschäftigt sich mit der Ad-hoc-Auslesung von energierelevanten Zählern wie Wasser-, Gas-, Wärme- und Stromzähler. Sie ermöglicht ein intelligentes Energiemanagement in Echtzeit. Darüber hinaus ermöglicht die Digitalisierung von schwer erreichbaren Zählern eine kosteneffektivere Auslesung.

Alternative Verkehrsrouten bei zu hoher CO2-Belastung

Auch die Messung von Grundwasserpegelständen wird zukünftig durch die LoRaWAN-Infrastruktur deutlich erleichtert. Sensoren an unzugänglichen Orten können mit Hilfe ihrer Funkverbindung zuverlässig ausgelesen werden. Die Stadtwerke Karlsruhe behalten so den Grundwasserpegel im Blick.

Weitere konkrete Anwendungen der LoRaWAN-Technologie in Karlsruhe sind GPS-Tracker sowie Umweltsensoren, die Feinstaub- und CO2-Belastungen in der City messen und melden. Indem man Fußgängern und Radfahrern umweltoptimierte Routen vorschlägt, können sie gesundheitliche Belastungen durch schlechte Luft vermeiden.

ka-news Hintergrund

2017 nahmen die Karlsruher Stadtwerke mit ihrem flächendeckenden Aufbau einer Kommunikationsinfrastruktur für das Internet der Dinge in Karlsruhe am internationalen E-Government-Wettbewerb in Berlin teil und erhielten zwei Preise. Den dritten Platz belegten die Stadtwerke in der Kategorie "Bestes Infrastrukturprojekt 2017". Beim Publikum punktete das Vorhaben besonders und wurde mit dem zweiten Platz in der Kategorie "Publikumspreis" geehrt.