Drammen wird zur IoT-fähigen Stadt Vom Umweltverschmutzer zur sauberen Smart City

Autor / Redakteur: Hector Tejero* / Ira Zahorsky

Die norwegische Stadt Drammen in der Nähe von Oslo hat ihre Wasserwege gesäubert, ihre Luftverschmutzung bereinigt und entwickelt sich zu einem Musterbeispiel dafür, wie IoT-fähige Städte in Norwegen konzipiert, geplant und betrieben werden.

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Die norwegische Stadt Drammen zeigt die Entwicklung vom Umweltverschmutzer zur Smart City
Die norwegische Stadt Drammen zeigt die Entwicklung vom Umweltverschmutzer zur Smart City
(© oleksandr - stock.adobe.com)

Drammen war ursprünglich ein auf die Produktion von Textilien, Papier und Holz fokussierter Industriekomplex. Diese Industriebetriebe trugen zur Verschmutzung von Luft und Wasserwegen bei. Verkehrsstaus verschlimmerten das Problem und einhergehend mit einer hohen Bevölkerungsdichte verschlechterte sich Lebensqualität. Seit mehreren Jahren erfolgt nun eine umfangreiche Neugestaltung, bei der die Stadtführung ehemalige Industriegebiete durch öffentliche Plätze und eine ansprechende Architektur ersetzt. Diese urbane Erneuerung unterstützte den Wandel von Drammen zu einer der am schnellsten wachsenden Städte in Norwegen, die nun für neue Einwohner und zusätzliches Gewerbe attraktiver wird.

Die wachsende Bevölkerungszahl sowie der im Jahr 2020 bevorstehende Zusammenschluss mit mehreren benachbarten Gemeinden und ein erwarteter Bevölkerungszuwachs um 50 Prozent sind die wichtigsten Triebfedern für die Digitalisierungsbemühungen innerhalb der Region. Intelligente Systeme zur Optimierung der Stadtverwaltung sowie zur Erbringung neuer Bürgerdienste für ein gesünderes und sichereres Leben können das Ziel der Stadt unterstützen, ein nachhaltiges kommunales Wachstum zu fördern. Hierzu hat die Stadt Drammen gemeinsam mit Arrow Electronics ein Forschungs- und Wissenschaftsprojekt ins Leben gerufen.

Mit einer langfristigen Perspektive hat die Stadt Drammen ein Modell dafür entwickelt, wie IoT-fähige Städte in Norwegen konzipiert, geplant und betrieben werden – eines, das einen überzeugenden Anwendungsfall für das Internet der Dinge bietet. In einer Zeit flächendeckender Konnektivität können Städte ihren Bürgern unvergleichliche Vorteile bieten, indem sie Daten unterschiedlichster Aspekte der kommunalen Infrastruktur nutzbar machen. Während die Prioritäten jeder Stadt abhängig von ihren Menschen, ihrer Geschichte sowie dem Reifegrad ihrer technologischen Infrastruktur variieren, haben die meisten Smart-City-Initiativen das Wohlbefinden der Bürger, eine florierende Wirtschaft sowie den Schutz der Umwelt zum Ziel.

Der Ansatz

Die Vision, Drammen in eine Smart City umzuwandeln, entstand aus einer gemeinsamen Initiative der Einwohner, lokalen Unternehmen, Stadtvertretern und Diensteanbietern. Vicotee, ein lokales Startup-Unternehmen und Partner von Arrow, spielte die entscheidende Rolle für die Initiierung dieses Projekts. Die Stadtführung beabsichtigt, den Wandel im Rahmen eines dreistufigen Ausführungsplans umzusetzen und arbeitet mit Arrow an einem Wirksamkeitsnachweis, nach dessen Validierung in diesem Jahr sowie 2020 eine flächendeckende Implementierung erfolgen soll. Um die Entscheidungen zu überwachen und die Interessen der Bürger bei der Implementierung in den Mittelpunkt zu stellen, benannte die Stadt Drammen vier Grundpfeiler für das Smart-City-Ökosystem und die technologische Plattform:

  • Offene Daten und Transparenz: Die Plattform bietet einen einfachen Online-Zugang zu öffentlichen Informationen und ermöglicht Bürgern, Stadtvertretern, Unternehmen und Investoren, wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen sowie darauf basierend Personal- und Wirtschaftsentscheidungen zu treffen.
  • Technologie und Innovation: Die Plattform verfügt über eine offene Rahmenarchitektur, die an neue Lösungen und technologische Anforderungen angepasst werden kann und sowohl jetzt als auch zukünftig als Basis für kontinuierliche Innovationen dient. Diensteanbieter nutzen die Plattform als Kernelement ihrer gesamten Lösungen.
  • Gemeinsame Entwicklung: Die Plattform basiert auf einem kooperativen Konzept, bei dem Interessenvertreter der Stadt, Technologie- und Diensteanbieter zusammenarbeiten, um die Interessen der Bürger von Drammen zu unterstützen.
  • Ressourcen-Management: Die Plattform dient als wichtige Integrationskraft zur Gewinnung von Erkenntnissen über die Stadtressourcen, ergänzt darüber hinaus die Verwaltungskapazitäten und gewährleistet, dass die Infrastruktur und Dienste den Anforderungen einer wachsenden und alternden Bevölkerung entsprechen.

Neben der vollständigen Kontrolle der Datenverfügbarkeit bietet die Plattform ebenfalls ein konsistentes Ökosystem für den Datenfluss innerhalb der Gemeinde sowie für Anbieter und Bürger. Die Anbieter können darüber hinaus ihre Daten über die Plattform veröffentlichen und austauschen. Die Speicherung sämtlicher Bürgerdaten sowie zugehöriger Metadaten, die im Rahmen der Smart-City-Services erfasst werden, erfolgt in der Cloud unter Einhaltung strengster Data-Governance-Standards gemäß DSGVO-Anforderungen.

Methodik

Wenngleich die Grundsätze der Vision einer Smart City stichhaltig waren, stand Drammen vor beträchtlichen Herausforderungen bei der Auswahl der geeigneten Technologiepartner für die Umsetzung. Zum einen verfügte das Technologiepersonal der Stadt nicht über die erforderliche Expertise zur Beurteilung einer großen Anzahl von Technologie-Optionen und Anbietern. Zum anderen konnte die Stadt nicht die Ressourcen zur Verwaltung mehrerer Hersteller in einer vielschichtigen Technologie-Infrastruktur bereitstellen, für die Hardware-, Software-, Cloud- und Dienstanbieter erforderlich sind. Der wichtigste Punkt jedoch ist, dass die Stadtvertreter nach einer zentralen und offenen Ende-zu-Ende-Lösung suchten, die ein breites Spektrum an Anforderungen und Anwendungsfällen abdeckt.

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Nach Gesprächen mit mehreren Anbietern von punktuellen Lösungen war für die städtischen Technologie-Experten von Drammen klar, dass sie einen Lösungspartner mit umfassender sowie globaler Erfahrung bei der Migration diverser Technologien, Kompetenzen und Dienste benötigen. Arrow wurde als federführender Partner ausgewählt und mit der Untersuchung, Überprüfung und Aggregierung der gesamten Umgebung sowie aller hierin enthaltenen Lösungen beauftragt, um sicher zu stellen, dass sich alle Beteiligten an die Smart-City-Leitlinien von Drammen halten. Frank Baklid, Chief Digital Officer der Stadt Drammen sagt: „In weniger als drei Monaten ist es Arrow gelungen, eine offene Plattform zu entwerfen, die es Technologiepartnern, lokalen Unternehmen und der Stadt ermöglicht, neue Dienste in großem Umfang anzubieten.“

Der zentrale und entscheidende Faktor beim Erreichen der Projektziele ist eine solide, skalierbare und dennoch flexible technologische Architektur mit einer modernen Cloud-Plattform. Arrow nutzte seine langfristige strategische Partnerschaft mit Microsoft zum Aufbau des technologischen Kernelements. Die Cloud-Computing-Plattform Azure von Microsoft ermöglicht den Aufbau, die Nutzung sowie die Verwaltung von Anwendungen in privaten oder hybriden Clouds. Azure bietet ein umfassendes Cloud-Ökosystem mit:

  • geringen Kosten, hoher Skalierbarkeit, gestaffelter Backup-Speicherlösung
  • einfacher Sicherung und Datenarchivierung
  • Richtlinien zur Erfüllung einer Vielzahl an Compliance-Anforderungen

Darüber hinaus bietet Azure eine Sammlung integrierter Cloud-Services, die von Entwicklern und IT-Experten genutzt werden können, um Anwendungen innerhalb eines globalen Netzwerks von Rechenzentren zu entwickeln, zu nutzen und zu verwalten. Einige dieser Services sind:

  • IoT Edge: Ein Managed Service, der lokale Cloud-Intelligenz durch Nutzung der Azure-Services und KI bei Edge-Geräten bietet
  • IoT Hub: Verbindung, Überwachung und Verwaltung von Endpunkten, inklusive sicherer Inbetriebnahme, Außerbetriebnahme, Remote-Updates usw.
  • Event Hub: Aufnahme von Echtzeit-Daten: Aus jeder Datenquelle unter Verwendung eines beliebigen Protokolls
  • Event Grid: Zentrale Quelle zur Verwaltung aller Ereignisse und deren Weiterleitung an beliebige Ziele
  • Time Series Insights: Verwaltung, Abfrage oder Visualisierung der von IoT-Geräten generierten Zeitreihendaten
  • Power BI: Interaktive Visualisierungen und Analyse-Features mit einer zentralen Schnittstelle für Endbenutzer zur Erstellung eigener Berichte und Dashboards

Das umfangreiche globale Portfolio von Arrow an Partnern und Technologien sowie die umfassende Erfahrung des Unternehmens bei diversen IoT-Projekten ermöglichte die Bildung eines Konsortiums von Lösungs-Anbietern, um Drammen zu unterstützen. Arrow ermittelte geeignete Technologie-Partner für Geräte, Sensoren und Konnektivität – und diese Anbieter gingen eine kooperative Partnerschaft ein, um die grundlegenden Wirksamkeitsnachweise zu erbringen und gemeinsam das Smart-City-Ökosystem von Drammen zu entwickeln.

Um die Umsetzbarkeit der Smart-City-Projekte im Realbetrieb zu bewerten, bestimmte Drammen verschiedene Bereiche der Stadt als geeignete Anwendungsfälle für einen Wirksamkeitsnachweis. Diese Wirksamkeitsnachweise sollten konkrete Vorteile für die Bürger aufzeigen und Entscheidungen zur Verbesserung der gesamten Lebensqualität innerhalb der Stadt ermöglichen.

Lesen Sie auf der nächsten Seite, wie die technologische Umsetzung in den Bereichen erfolgte.

Technologische Umsetzung im Bereich „Smartes Baden“

Vorteile für die Bürger: Die Bürger Drammens standen dem Schwimmen im Fluss misstrauisch gegenüber, nicht allein wegen der ehemaligen Verschmutzung durch die Papier- und Textilindustrie, sondern auch aufgrund der Temperatur. Informationen zur Temperatur und Qualität des Wassers können diese Bedenken abmildern. Die Anwohner der Region Drammen erhalten nun Echtzeitinformationen über Wasser- und Lufttemperaturen sowie über die Intensität der UV-Strahlung an den ausgewählten Badestellen. Mehr als fünf Orte wurden für einen ersten Wirksamkeitsnachweis ausgewählt und im August 2017 erfolgreich in Betrieb genommen. Aufgrund der Beliebtheit dieses Dienstes sowie der Nachfrage nach weiteren „smarten Badestellen“ wird Drammen diese Technologie in diesem Sommer in einem größeren Umfang implementieren.

Technologische Lösung: An unterschiedlichen Standorten platzierte Sensoren ermöglichen die Veröffentlichung der Wasser- und Lufttemperaturen sowie der UV-Intensität auf der städtischen Website. Die Sensorknoten AURORA XDLSN3 von Vicotee werden zur Echtzeitmessung der Wasser- und Lufttemperatur-Daten sowie deren Übertragung in die Cloud mithilfe des energiesparenden mobilen NB-IoT-Netzwerks eingesetzt. Zwei Batterien vom Typ CR123 mit einer Kapazität von 1550 mA gewährleisten einen Modulbetrieb von bis zu 10 Jahren ohne Batteriewechsel. Die Einwohner können Badetemperaturen und Wasserbedingungen mithilfe eines Mobiltelefons oder PCs beobachten. Tafeln mit QR-Codes in den Badebereichen ermöglichen einen einfachen Zugriff auf die Messdaten.

Überwachung der Luftqualität

Vorteile für die Bürger: Mit bloßem Auge nicht wahrnehmbare Partikel in der Luft wirken sich unmittelbar auf die Gesundheit der Bürger aus. Kleine Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 10 Mikrometer stellen das größte Problem dar, da sie sich auf Lunge und Herz auswirken können. Die Messung der Luftqualität ermöglicht es, die Bürger vor bedenklichen Werten zu warnen sowie proaktive Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität und Minimierung der Verschmutzung zu ergreifen.

Technologische Lösung: Die Kleinpartikel-Sensoren des Typs AURORA von Vicotee erfassen Partikel ab einer Größe von 0,38 um. Vicotee setzte in Drammen die NB-IoT-Kommunikation für die Verbindung zur Azure-Cloud ein. Bei Bedarf kann das Partikelsensor-Modul den LoRa- oder SmartMesh-Modus zur Kommunikation nutzen und bietet so zusätzliche Flexibilität. Die von den Sensoren erfassten Daten werden analysiert und die Informationen werden den Bürgern mithilfe von Online-Dashboards und digitalen Beschilderungen zur Verfügung gestellt.

Smarte Abfluss- und Wasserstandsmessung

Vorteile für die Bürger: Sand, Steine und andere Materialien in Regenwasser-Kanälen können zu einem unerwarteten Anstieg der Wasserstände und rasch zu einer potenziellen Überflutung der Straßen führen sowie Störungen verursachen, die ungeplante Instandsetzungsarbeiten erfordern. Die automatische Überprüfung des Verschmutzungsgrades und die proaktive Benachrichtigung bei Abflussproblemen kann Verkehrsstaus, Sturzfluten und potenzielle Schäden für die Stadt, Unternehmen und das Eigentum der Bürger verhindern.

Technologische Lösung: Die intelligenten Abfluss-Sensoren des Typs AURORA von Vicotee messen die Füllstände und unterscheiden zwischen verschiedenen Arten von Flüssigkeiten und Materialien. Die drahtlose Übertragung (über NB-IoT oder LoRa) ermöglicht eine Echtzeitüberwachung von Sand, Boden und Wasser in jedem Kanalschacht innerhalb des gesamten Stadtgebiets. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit einer zeitaufwändigen, umfangreichen manuellen Inspektion durch Stadtangestellte und die Stadt erhält die Möglichkeit, Probleme zu beseitigen, ehe sie Störungen verursachen.

Smarte Wassermessung

Vorteile für die Bürger: Die gegenwärtig in den Haushalten von Drammen installierten Wasserzähler messen den Wasserverbrauch, können diese Daten jedoch nicht automatisch an die Stadtverwaltung übertragen. Zur monatlichen Abrechnung müssen die Bürger den Stand ihrer Wasserzähler ablesen und per Textnachricht an die Stadtverwaltung senden. Dieser Vorgang ist umständlich und unbequem, wenn sich die Wasserzähler an schwer zugänglichen Orten befinden. Digitale Zähler, welche die Verbrauchsdaten automatisch übertragen, beseitigen dieses Ärgernis für die Bürger und vereinfachen den Abrechnungsvorgang.

Technologische Lösung: Ein Installationsplan für intelligente Wasserzähler ermöglicht mehrmals täglich eine automatische Erfassung und Kumulierung der Wasserverbrauchsdaten innerhalb der Stadt. Drahtlose Technologien in anderen nachweislich wirksamen Implementierungen (NB-IoT, LoRa) oder Wireless M-Bus können für die Übertragung der Wasserverbrauchsdaten verwendet werden. Diese Daten bieten der Stadtverwaltung die Möglichkeit, den Abrechnungsprozess zu automatisieren und Verbrauchsmuster zu erkennen. Wertvolle, auf Analysen basierende Erkenntnisse ermöglichen es den Stadtvertretern, proaktive Maßnahmen zu ergreifen, um übermäßigen Verbrauch zu reduzieren, Leckagen zu minimieren und die Bürger zu einem verantwortungsvollen Verhalten zu motivieren. Wenngleich keine individuellen Haushaltsdaten bereitgestellt werden, erhalten die Bürger Zugriff auf kumulierte Daten zu Trends und Gesamtverbrauch.

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Pläne für die Zukunft

Die gesamte Smart-City-Initiative in Drammen zeigt neue Wege für nordische Städte auf und ermöglicht eine Verbesserung der Lebensqualität ihrer Einwohner. Eine langfristige Vision, die Auswahl der richtigen Partner sowie die Nutzung einer gestaffelten und bewährten Lösungsmethodik tragen erheblich zur Verbesserung des Gemeinwohls bei.

Bereits heute hat der Erfolg der nachweislich wirksamen Lösungen in Drammen zahlreiche Verbesserungen herbeigeführt. Die Stadtführung arbeitet intensiv an der Planung neuer Service-Bereiche innerhalb der Gemeinde, um weitere Vorteile für die Bürger zu erreichen und das Projekt findet großen Anklang bei Einwohnern und lokalen Unternehmen. Das Vertrauen in die neue digitale Infrastruktur ermöglicht den vermutlich wichtigsten Schritt in diesem Jahr: die Planung des bevorstehenden Zusammenschlusses der Stadt mit benachbarten Gemeinden, ohne befürchten zu müssen, die gegenwärtigen Einwohner zu überfordern oder Ressourcen zu verknappen, die der Gesamtheit aller Bürger dienen müssen. Neue Initiativen werden angestrebt, um sich künftig auf Technologien zu konzentrieren, die

  • zu weiteren Wirtschaftsaktivitäten und Investitionen in Drammen führen
  • die Interaktion zwischen Bürgern, der lokalen Wirtschaftsgemeinschaft, Universitäten und Stadtverwaltung verbessern
  • neue Dienste ermöglichen, die problemlos in die neue Infrastruktur integriert werden können

Mit reflektierendem Blick in die Vergangenheit und einem wachsamen Auge für die Zukunft gestaltet Drammen einen besonderen Ort in der Geschichte der Region, indem sich einer der größten Umweltverschmutzer nun zu einem der fortschrittlichsten Vorreiter für ein sauberes, vernetztes und verantwortliches Leben entwickelt. „Arrow freut sich sehr über seine Beteiligung am Smart-City-Projekt von Drammen sowie die Erfolge bei der Verbesserung der Lebensqualität und des Wohlbefindens der Bürger. Wir haben ein hohes Maß an Synergie zwischen den Anforderungen, der Ingenieurkompetenz und den technologischen Lösungen festgestellt, mit denen Arrow eine Ende-zu-Ende-Lösung ermöglicht. Noch wichtiger ist jedoch, dass wir Drammens Vision einer skalierbaren offenen Plattform umsetzen, die grenzenlose Möglichkeiten für neue Dienste beliebiger Technologie-Anbieter, lokaler Unternehmen oder der Stadt bietet“, so Andrew Bickley, Direktor IoT bei Arrow.

*Der Autor, Hector Tejero, ist EMEA IoT Solutions Architect bei Arrow Electronics.

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