Städtische Umgebungen mit IoT und digitalen Zwillingen vernetzen

Veröffentlicht am 16 November, 2020

Senior Program Manager

Während die Urbanisierung weiter voranschreitet und die Städte viele Hürden überwinden müssen, um nachhaltiger und lebenswerter zu werden, müssen auch beim Städtebau und den operativen Strategien Anpassungen vorgenommen werden. Die derzeitige Pandemie hat unsere Lebensweise verändert, denn es wurde deutlich, dass eigentliche Zukunftsvisionen für Städte schon heute benötigt werden – und was es bedeutet, in vernetzten Städten zu leben, die Krisen standhalten. Öffentliche und private Organisationen arbeiten aktuell stärker denn je zusammen, um transformative Lösungen voranzutreiben und die Art und Weise grundlegend zu verändern, wie wir Infrastruktur und städtische Gebiete planen und betreiben.

Wir bei Microsoft arbeiten gemeinsam mit unseren Partnern weiterhin mit Städten und Gemeinden weltweit zusammen, indem wir Funktionen und Lösungen für intelligente Clouddienste und den Edgebereich bereitstellen, KI-Systeme ausbauen, die auf ethischen Prinzipien aufbauen, und uns kontinuierlich für Vertrauen und Sicherheit einsetzen. Anfang dieses Jahres hat IDC MarketScape Microsoft zur weltweit führenden Plattform für IoT-Anwendungen für Smart Citys ernannt und dabei insbesondere die sicheren, ausgereiften und leistungsfähigen Azure IoT-, KI- und Digital Twins-Dienste hervorgehoben. Neben IDC hat auch Guidehouse Insights Microsoft auf Platz 1 einer Bestenliste für Plattformanbieter für Smart Citys gesetzt und dabei hervorgehoben, dass Azure durch die Verwendung gängiger Plattformtechnologien ein umfangreiches Spektrum an Lösungen für Smart Citys unterstützt. Letztes Jahr haben wir bekanntgegeben, dass wir uns die Demokratisierung von Smart-City-Lösungen mithilfe von No-Code- und Low-Code-Produkten wie Azure IoT Central zum Ziel gesetzt haben.

Städte investieren weiterhin in vernetzte Lösungen, und eine Studie von ESI ThoughtLab zu Hyperconnected Citys hat ergeben, dass die Rendite (Return on Investment, ROI) steigt, je stärker Lösungen miteinander verknüpft sind. Damit Städte ihr gesamtes Potenzial für die Wirtschaft, die Gesellschaft, die Umwelt und Unternehmen ausschöpfen können, benötigen sie digitale Technologien, um wichtige Bereiche ihres Ökosystems zu transformieren und zu vernetzen – Straßen mit Autos, Gebäude mit Energienetzen, Einwohner mit Behörden und Städte mit Städten. Der Fokus von Microsoft liegt auf der Bereitstellung neuer technischer Innovationen im IoT- und KI-Bereich sowie für digitale Zwillinge. Dies ermöglicht die Integration von vernetzten Lösungen, die bahnbrechende Erkenntnisse und Funktionen für die Planung und den Betrieb von städtischen Gebieten und ihrer Infrastruktur vorantreibt.

Städtische Gebiete besser vernetzen

Digitale Zwillinge – ein digitales Modell und die Darstellung einer realen Umgebung, die auf Echtzeitdaten von Sensoren und anderen Datenquellen basiert – sind zu einem wesentlichen Bestandteil von Smart Citys geworden und könnten Stadtverwaltungen und -planer in Zukunft dabei unterstützen, mithilfe der Integration und Visualisierung von Daten zum jeweiligen Stadtgebiet bessere Entscheidungen zu treffen. Stadtplaner verwenden zwar bereits seit vielen Jahren 2D- und 3D-Modelle sowie computergestütztes Design (Computer-Aided Design, CAD), aber die Integration von Echtzeitdaten, die von IoT-Geräten erfasst werden, der Standort, das Wetter, der (Personen-)Verkehr und andere Datenquellen haben die Stadtplanung sowie den -betrieb grundlegend verändert.

Zu Beginn dieses Jahres haben wir ein Update für unsere Plattform Azure Digital Twins angekündigt, mit dem Modelle und die digitale Darstellung von vernetzten Umgebungen wie Gebäuden, Fabriken, Landwirtschaftsbetrieben, Energienetzwerken, Bahnstrecken, Stadien und Städten erstellt werden können. Anschließend können diese Umgebungen mithilfe eine Liveausführungsumgebung, die IoT und andere Datenquellen umfasst, zum Leben erweckt werden. Zur Förderung der Flexibilität und Interoperabilität ist in Azure Digital Twins eine offene Modellierungssprache namens Digital Twins Definition Language (DTDL) integriert. Dadurch ist der Dienst flexibel und einfach zu verwenden und lässt sich problemlos in Azure integrieren. Darüber hinaus bietet Azure Maps mehrere Geodienste, die Zugang zu Echtzeitdaten zum Verkehr, dem öffentlichen Nahverkehr und dem Wetter umfassen, damit Geodaten bei der Erstellung von Stadtmodellen berücksichtigt werden können.

Stadt- und Infrastrukturbetrieb

Durch das Modellieren von komplexen Interaktionen und wichtigen Schnittpunkten zwischen Menschen, Orten und Dingen ergeben sich neue Möglichkeiten, um die Leistungsfähigkeit zu steigern und öffentliche und private Bereiche zu optimieren.

Siemens MindSphere City Graph ist eine Lösung, die eine neue Möglichkeit eröffnet, um den städtischen Betrieb zu optimieren. Sie erstellt einen digitalen Zwilling von städtischen Bereichen, mit denen Städte die physische Infrastruktur modellieren, überwachen und steuern können. Durch die Integration von IoT-Daten, Legacysystemen und anderen Datenquellen erhalten die Zuständigen einer Stadt wichtige Daten und können Veränderungen in Echtzeit nachvollziehen. MindSphere City Graph bietet Lösungsanbietern die Flexibilität, einen nachhaltigen Mehrwert für Städte zu integrieren, und ermöglicht es Städten gleichzeitig, mithilfe eines offenen Standardansatzes offene Daten zu verwenden.

MindSphere City Graph setzt Azure Digital Twins ein, um digitale Modelle von ganzen Städten zu erstellen und diese digitalen Zwillinge in einer Liveausführungsumgebung durch die Integration von Echtzeitdaten zum Leben zu erwecken. City Graph verwendet die Modellierungssprache DTDL, um die Umgebung zu modellieren und Interoperabilität zu ermöglichen. Dabei werden Smart-City-Standards verwendet. Die erste Bereitstellung wurde erfolgreich mithilfe von Aspern Smart City Research (ASCR) in Aspern von Siemens Advanta Solutions durchgeführt. Der Fokus lag hierbei darauf, den Ladebedarf für E-Autos besser vorhersagen zu können und den Einfluss von E-Autos auf die Energieinfrastruktur nachzuvollziehen.

Verfügbare Ladestationen für einen Ort und Wärmebild zur voraussichtlichen Verfügbarkeit

Verfügbare Ladestationen für einen Ort und Wärmebild zur voraussichtlichen Verfügbarkeit

MindSphere City Graph war als Finalist für eine Auszeichnung im Rahmen des Kongresses Smart City Expo 2020 in der Kategorie „Urbane Umgebung“ nominiert, in der die innovativsten und erfolgreichsten Projekte ausgezeichnet werden, die in städtischen Umgebungen implementiert und entwickelt werden.

Stadt- und Infrastrukturplanung

Digitale Städte bauen bei der Planung bis hin zur Durchführung auf einen datengesteuerten Ansatz und nutzen digitale Zwillinge für den Betrieb der städtischen Infrastruktur, die Stadtplanung, die Visualisierung und die Simulation, um die Infrastruktur widerstandsfähiger zu machen sowie die Zusammenarbeit der verschiedenen Interessenvertreter und die Beteiligung der Bürger zu stärken.

Mit den Lösungen von Bentley Systems für Architekten und Ingenieure wird ein Großteil der globalen Infrastruktur entworfen, gebaut und betrieben. Bei der Infrastrukturentwicklung sind komplexe CAD-Daten weltweit wesentlicher Bestandteil der Planung, Ausführung und des Betriebs wichtiger Infrastrukturelemente wie Straßen- und Schienennetze, öffentliche Arbeiten und Energieversorgungssysteme. Die Plattform iTwin von Bentley erfasst Geometrie- und Metadaten des Projekts und der Umgebung als Source of Truth, die während des gesamten Projektlebenszyklus als Basis für tägliche Entscheidungen dient. Mithilfe von Azure Digital Twins kann Bentley diese grundlegenden Bestandteile der Infrastruktur durch die Integration von IoT-Echtzeitdaten zum Leben erwecken, indem es iTwin-Benutzern ermöglicht wird, Betriebsdaten, Zeitreihendaten und Analysen in umfassenden 3D- und 4D-Kontextmodellen zu visualisieren. Dadurch kann schneller ein vollständiges Bild der aktuellen und zukünftigen Lage gezeichnet werden.

Mithilfe von OpenCities Planner von Bentley können digitale Städte Realitätsmodellierung einsetzen, um innerhalb kurzer Zeit genaue geometrische 3D-Modelle von bereits vorhandener Infrastruktur zu erstellen und diese mit Konstruktionsdaten zu kombinieren. Dadurch können in sämtlichen Phasen des Infrastrukturlebenszyklus auf städtischer Ebene räumliche Analysen und Visualisierungen in 3D erstellt werden. Bentley Systems und Microsoft haben vor Kurzem angekündigt, dass sie gemeinsam die Infrastrukturinnovationen für digitale Zwillinge vorantreiben und bedarfsorientierte Fortschritte bei der Stadtplanung und für Smart Citys anstreben.

Im folgenden Video erfahren Sie, wie OpenCities Planner von Bentley die Entscheidungsfindung bei der Stadtplanung durch die gemeinsame Nutzung von Informationen und die optimierte Visualisierung von Städten erleichtert. 

Smarte Straßenlaternen – Kerninfrastruktur für Smart-City-Lösungen

Die Straßenbeleuchtung nimmt bei der Transformationen von städtischen Umgebungen eine besondere Rolle ein. Zusammen mit dem Umstieg auf LED-Lampen ist smarte Beleuchtung für die Städte unumgänglich, wenn sie ihren CO₂-Ausstoß in den nächsten zehn Jahren verringern möchten. Die dafür benötigten Technologien gibt es schon. Smarte Straßenlaternen haben sich bereits durch ihren geringeren Energieverbrauch und die Reduzierung der Wartungskosten bewährt. Außerdem werden Straßenlaternen, sobald sie einmal ans Netzwerk angeschlossen sind, immer häufiger als Plattform für andere Smart-City-Anwendungen verwendet, z. B. für die öffentliche Sicherheit, die Luftqualität, die Umweltbeobachtung, die Konnektivität, das Aufladen von Elektrofahrzeugen und das Parken.

Schréder, ein weltweit führendes Unternehmen für Außenbeleuchtung, das in mehr als 70 Ländern vertreten ist, sieht die Beleuchtung als wesentlichen Bestandteil einer echten Smart City. Das Unternehmen hat eine cloudnative Plattform für die Verwaltung smarter Beleuchtung entwickelt: Schréder EXEDRA. Über diese Plattform können Straßenlaternen remote überwacht und analysiert werden, wobei Azure und Azure IoT als Basis verwendet werden, weil damit Vertrauen und Transparenz geschaffen werden und Standards und rechtliche Bestimmungen eingehalten werden können. Mit dieser neuen Plattform sind die Stadtverwaltungen flexibler, sparen Energie und können ihre Ressourcen verwalten. Außerdem haben sie die Möglichkeit, die Helligkeit der Straßenbeleuchtung je nach Bedarf zu regulieren, Tickets zu erstellen und zu verwalten, ganz einfach Berichte zu erstellen und mit anderen Sensoren und Geräten zu interagieren, die im öffentlichen Raum installiert sind.

ENE.HUB, eine Tochtergesellschaft von Brookfield Infrastructure Partners ist ein vollständig integrierter Infrastructure-as-a-Service-Anbieter für Smart Citys. Das Vorzeigeprodukt von ENE.HUB, SMART.NODE™, ist eine umfassende, eigenständige Smart-Pole-Lösung, in die auf diskrete Weise mehrere Smart-City-Dienste integriert sind, z. B. smarte LED-Beleuchtung sowie Kommunikations-, Energie-, Umwelt-,Transport-, Sicherheits- und Mediendienste. Die erfassten Daten werden über ein zentrales Verwaltungssystem und eine System- und Analyseplattform integriert, die auf Azure basiert. Dadurch können die Benutzer Echtzeitdaten kontrollieren und analysieren sowie mit diesen interagieren, sodass angemessene Maßnahmen ergriffen werden können und Städte und öffentliche Bereiche effizient, sicher und dynamisch bleiben.

Dimonoff kann 14 Jahre Erfahrung beim Steuern und bei der Remoteverwaltung von vernetzten Ressourcen wie Straßenlaternen vorweisen und arbeitet eng mit den Infrastrukturverwaltern von Städten und Universitäten sowie mit Immobilienentwicklungsgesellschaften und Beleuchtungsherstellern zusammen, um die Implementierung von umfassend skalierbaren, smarten Lösungen sicherzustellen. Dimonoff hat an mehreren stadtweiten Installationen von Steuerungsmechanismen für die Straßenbeleuchtung gearbeitet. Dimonoff SCMS wird von Microsoft Azure unterstützt und ermöglicht Gebäude- und Standortverwaltern die Automatisierung der Steuerungs-, Überwachungs- und Instandhaltungsverwaltung von Straßenlaternen und anderen Ressourcen. Dadurch wird ihre Infrastruktur nachhaltiger.

Interoperabilität mit DTDL

Die einheitliche Darstellung von Orten, Infrastruktur und Ressourcen ist von zentraler Bedeutung für die Interoperabilität und ermöglicht die domänenübergreifende gemeinsame Nutzung von Daten. DTDL ist eine offene Modellierungssprache, die zum Beschreiben von Modellen und Schnittstellen für digitale Zwillinge eingesetzt wird: die von diesen ausgegebenen Telemetriedaten, die von ihnen gemeldeten oder synchronisierten Berichte, die Befehle, auf die sie reagieren, sowie ihre Beziehungen zueinander.

Wir haben uns zunächst auf Lösungen für Smart Buildings konzentriert und uns mit RealEstateCore zusammengetan, um die DTDL-basierte RealEstateCore-Ontologie zu veröffentlichen. Diese baut auf bewährten Branchenstandards auf und bietet einen allgemeinen Ansatz für die Modellierung von Smart Buildings. Dadurch erhalten Entwickler schneller Ergebnisse und profitieren von der Interoperabilität zwischen DTDL-basierten Lösungen von anderen Anbietern. Ebenso arbeiten wir mit unseren Partnern für DTDL-basierte Smart-City-Ontologien zusammen, angefangen bei ETSI CIM NGSI-LD-Modellen, die von Organisationen wie Open & Agile Smart Cities (OASC) verwendet werden.

Da uns Flexibilität und Interoperabilität am Herzen liegen, setzen wir uns im Rahmen des Digital Twins Consortium weiterhin für Best Practices, gemeinsame Modelle für digitale Zwillinge und Anwendungsfälle ein.

Smart Buildings, Energie und Nachhaltigkeit

Von Städten bis hin zu Universitätsgeländen und von Bürogebäuden bis hin zu öffentlichen Gebäuden – aktuell benötigen mehr Gebäude denn je transformative Lösungen, die es den Menschen und Kommunen ermöglichen, sicher zu arbeiten und zu leben. Bei Microsoft treiben wir weiterhin Innovationen voran, um das Potenzial von Smart Buildings voll auszuschöpfen. Dadurch können wir bestimmte Gebäude nicht nur wieder öffnen, sondern bieten den Eigentümern, Verwaltern, Mietern und Bewohnern einen nachhaltigen Mehrwert. Dies ermöglicht es den Städten, gestärkt aus der Krise hervorzugehen. Ebenso setzen wir uns weiterhin für die neue Dimension der Energieeffizienz ein, indem wir an innovativen Projekten arbeiten. Beispielsweise sorgen wir dafür, dass Gebäude für die dezentrale Energieerzeugung genutzt werden können. So können sie mit grüner Energie versorgt werden, die auf ihren Dächern erzeugt wird. Dadurch verringern sich die CO₂-Bilanz und die Nebenkosten. Dafür wird hochmoderne KI zusammen mit Project Bonsai eingesetzt, um den Energieverbrauch zu senken.

Smart City Live Expo

Microsoft nimmt am Kongress „Smart City Live Expo“ teil, einer jährlich stattfindenden Veranstaltung zur Urbanisierung, die Smart-City-Technologien und Partner mit Städten zusammenbringen soll, die an einer digitalen Transformation interessiert sind. In diesem Jahr geht es in erster Linie darum, wie Technologien Städten dabei helfen können, neue Herausforderungen zu überwinden – sowohl heute als auch in Zukunft.

Nehmen Sie an der Podiumsdiskussion teil: Neustart für Städte: datengestützte Lösungen für neue nachhaltige und inklusive Städte Dort erfahren Sie aus erster Hand, wie Städte IoT, digitale Zwillinge und Datenplattformen einsetzen können, um Herausforderungen bei der ökologischen und sozialen Nachhaltigkeit zu überwinden.

 


 

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