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Wie eine bessere Integration den Aufbau von Smart Cities unterstützt

Ein Blick auf IoT-Anwendungsfälle in den Bereichen Transport, Versorgungsunternehmen und Umweltmanagement und die damit verbundenen Integrationsherausforderungen.

RZW pasfoto 2020
Ruben van der Zwan
CEO & Co-Founder
How better integration helps build Smart Cities
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Smart Cities: ein bekanntes Konzept, das in Wirklichkeit jedoch oft auf separate Anwendungsfälle angewendet wird. Mit der Implementierung eines Smart City Frameworks haben lokale Regierungen in Zusammenarbeit mit dem Privatsektor nun die Möglichkeit, städtisches Leben wirklich mit Technologie zu integrieren und damit ein besseres Ergebnis für Bürger, Gemeinden und die Umwelt zu erzielen.

Urbanisierung ist eine ernste globale Herausforderung. Mit der Zunahme der Städte steigt auch der Stress für die Stadtverwaltungen, die eine zunehmende Anzahl von untergeordneten Herausforderungen zu bewältigen haben. Transit, Verkehrsfluss, Umweltmanagement und der Verbrauch von Ressourcen sind nur ein paar der täglichen Geschäfte, die dazu führen, dass Städte sich entweder in fantastische Lebensräume oder in großstädtische Monstrositäten entwickeln. Mit dem Aufkommen des Internets der Dinge (IoT) und der APIs, wird den Gemeinden eine Schatzkiste geöffnet, die Ersteres ermöglicht. 

Wenn man über Smart Cities spricht, ist es unvermeidlich, auch den Bedarf an Integrationslösungen einzubeziehen. In diesem Beitrag werden wir einige der Smart City-Anwendungsfälle, ihre Herausforderungen und Lösungen untersuchen, um Legacy-Systeme in eine Cloud-basierte oder hybride integrationsbasierte Zukunft zu führen.

IoT-Anwendungsfälle für Smart Cities 

Die Anwendungsfälle im Smart City Design eröffnen oft eine futuristische Welt der Möglichkeiten. Eine, die in (Comic-)Büchern oder TV-Spots beschrieben wird. Dabei bleibt die Realität nicht allzu weit zurück. Das Internet der Dinge eröffnet jeden Tag neue Anwendungsfälle und mit dem Fortschritt bei APIs und Interoperabilität können Städte wirklich auf eine stärker integrierte technologische Umgebung zusteuern, die achtsamer mit ihren Bürger:innen und dem Klima umgeht.

Mobilität und Transport

Mobilität und Transportmanagement machen eine große Summe an Herausforderungen aus, mit denen wachsende Metropolen zu kämpfen haben. Megastädte wie die indonesische Hauptstadt Jakarta können viel darüber erzählen. Zum Beispiel hat der Großraum Jakarta fast 32 Millionen Einwohner, wobei die Innenstadt fast 11 Millionen Einwohner zählt. Jeden Tag pendeln Millionen von Menschen am Stadtrand zu Arbeits- und Bildungszwecken in die zentralen Regionen der Stadt. Das ist ein enormer Verkehrszufluss, der alle Teilbereiche des Stadtmanagements belastet. Effektive Integrationslösungen sind in diesen Extremfällen nicht nur wünschenswert, sondern für die Lebensqualität einer Stadt essenziell.

Smart-City-Lösungen in der Verkehrstechnik sind aufregend, weil es unendlich viele Anwendungsfälle gibt und die Anwendungen nicht übermäßig kompliziert sein müssen. 

Eine der Hauptanforderungen in jedem Smart City-Design ist ein integriertes und vernetztes öffentliches Verkehrssystem, in dem alle Verkehrsbereiche unabhängig vom Betriebssystem einen besseren Verkehrsfluss bieten, egal, ob sich dabei um Busse, Züge, U-Bahnen, Straßenbahnen oder Stadtfahrräder handelt. Stellen Sie sich vor, dass alle Touchpoints des öffentlichen Verkehrs miteinander verbunden sind. 

Das heißt, Bürger:innen hätten Echtzeit-Zugang zu idealen Pendlerrouten, die Transportanbieter und Verkehrsleitsysteme können sich auf der Grundlage des „Lastmanagements“ besser vorbereiten und die Stadtplanung kann ideale Lösungen auf Grundlage von Daten zur Stauerkennung entwerfen, die von Verkehrskontrollzentren verarbeitet werden. Smart Transportation bietet einen fantastischen Sandbox-Fall für das Entwerfen mit Blick auf Interoperabilität, der hyperlokale Testfälle sowie skalierbare Ausbaupläne enthalten kann. 

Energie- und Versorgungsverteilung

Städte verschlingen unermesslich viel Energie. Die Logistik zur Versorgung von Städten mit Strom und Gas erfordert große Leitstellen, die den Energieverbrauch dem täglichen Bedarf entsprechend verteilen können. 

Was wäre, wenn IoT-Sensoren in Haushalten, Unternehmen und öffentlichen Räumen in der Lage wären, Echtzeitdaten an diese Zentren zu liefern? Und was wäre, wenn diese Kontrollzentren im Gegenzug automatisch Anomalien in Mustern erkennen und Schlussfolgerungen auf der Grundlage von Korrelationen über mehrere Datenquellen hinweg bilden können? Und was wäre, wenn genau diese Systeme durch maschinelles Lernen (ML) Algorithmen entwickeln, die vorhersagen, wann Energie auf diese Bereiche verteilt werden soll. 

Dies ist ein sehr reales Szenario, das sogar von Stadtgemeinden und Versorgungsunternehmen monetarisiert werden kann, da es die Möglichkeit für eine nachhaltigere Methode der Energieverteilung bietet.

Umweltmanagement

Mit dem Wachstum der Städte wächst auch der Bedarf an nachhaltigen Entwicklungspraktiken. Ob Wassermanagement (Hochwasseranalyse, Wasserqualität, Dürre) oder Abfallmanagement (Abfallsammeldienste und Recycling). Bei der Anwendung von Smart City Frameworks können wir wirklich nachhaltige Städte entwerfen, die die Lebensqualität für Mensch und Planet verbessern.

Da sauberes Wasser schnell zur knappsten Ressource auf unserem Planeten wird und natürlich für unser Überleben unerlässlich ist, kann intelligentes Design rund um das Wassermanagement eine Stadt zum Aufblühen verhelfen. Denken Sie an IoT-Sensoren, die Informationen über die Wasserqualität austauschen. Das würde uns helfen, die Investitionen in Wasserfiltrationsanlagen zu erhöhen oder problematische Einzugsgebiete zu lokalisieren und für eine optimale Nutzung neu zu gestalten. Diese Analysen können natürlich manuell durchgeführt werden, wie dies seit Jahrhunderten geschieht, jedoch wird durch IoT- und Integrationstechnologie ermöglicht, dass Probleme in Echtzeit angepackt werden, was letztendlich Leben retten kann.

Es gibt einige fantastische Beispiele, die sich mit der Abfallwirtschaft befassen wie beispielsweise die intelligenten Abfallmanagementsysteme. Sensoren, die auf Abfallbehältern angebracht sind, zeigen Abfallsammlern genau an, wo sie benötigt werden und welche die optimalen Sammelwege sind. Zurück in der Abfallsammelanlage wird der Abfall automatisch sortiert und diese Informationen können an andere Unternehmen weitergegeben werden, die Abfall in Handelsgut transformieren und wiederverwerten. 

Die Integrationsherausforderungen für Smart Cities

All diese Beispiele erfordern offengelegte Standards und einen offenen Datenaustausch. Um dies zu erreichen, müssen wir uns einige der wichtigsten Integrationsherausforderungen ansehen, mit denen Smart Cities konfrontiert sind. In unserem aktuellen Whitepaper „Envision Smart Cities that Work“ haben wir vier zentrale Herausforderungen identifiziert.

1. Volumen und Geschwindigkeit der Daten

Milliarden von Datenströmen kommen durch Tausende von Sensoren, und das 24/7. Wie kann ein System damit umgehen? Außerdem: welche Teile dieser Informationen sind nützlich? Und was ist im Moment nicht sinnvoll, passt aber in ein größeres Muster, das zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden kann? Gerade bei Legacy-Systemen und nicht skalierbaren Plattformen stellt das Volumen und die Geschwindigkeit der Daten eine große Herausforderung dar.

2. Interoperabilität

Wenn wir über die Herausforderung der Interoperabilität sprechen, nehmen wir den Intelligent Transit als erstes Beispiel. Eine vollständig integrierte Art des intelligenten öffentlichen Verkehrs. Wir sprechen von einem Dutzend verschiedener Anbieter öffentlicher Verkehrsmittel mit jeweils eigenen Loggingsystemen. Wir sprechen von staatlichen Verkehrsleitzentralen, die ihre eigenen Daten verarbeiten und speichern. Und wir haben Millionen von Bürgern mit Smartphones und Anwendungen, die in Echtzeit aktualisiert werden müssen. Irgendwie sollte das Gesamtsystem oder ein Netzwerk von verteilten Systemen in der Lage sein, die richtige Art von Informationen an den richtigen Benutzer oder das richtige System anzufordern, zu empfangen und zu senden. Irgendwie sollte das Gesamtsystem oder ein Netzwerk von verteilten Systemen in der Lage sein, die richtige Art von Informationen an den richtigen Benutzer oder das richtige System anzufordern, zu empfangen und zu senden. 

3. Kontrolle über den Datenfluss

Wenn man sich die oberen Punkte 1 und 2 ansieht, dann stellt sich die Frage: Wer sollte die Kontrolle über diesen Datenfluss haben? Sollte es eine einzige Entität sein? Im öffentlichen oder privaten Bereich? Oder hybrid? Smart City Frameworks müssten berücksichtigen, wie und an wen die Datenströme fließen sollen und welche Sicherheitsmaßnahmen verfügbar sind.

4. Integration von Altsystemen

Diese zentrale Herausforderung hängt mit der Interoperabilität ab. Wie extrahiert man wertvolle Daten aus heterogenen Legacy-Systemen, die vor Ort gehalten und von internen Entwicklungsteams verwaltet werden? Die hybride Integrationsplattform könnte ein Blick in die richtige Richtung sein, aber sie müsste in ein viel größeres Design integriert werden, das mehrere Legacy-Systeme über verschiedene Stakeholder hinweg verbindet.

Integrationslösungen für Smart City Frameworks

Ob es sich um ein vollständig vernetztes öffentliches Verkehrssystem, Energieverteilung oder Abfall- und Wassermanagement handelt – sie sind jeweils von einer Vielzahl von IoT-Endpunkten abhängig. Bei der Gestaltung eines Smart City-Anwendungsfalls gibt es einen klaren Datenfluss, dem man folgen muss.

IoT-Feldsensoren > Feld-Gateways > API Cloud-Gateways > Data Lake-> Data Warehouse(s)

In diesem grundlegenden Setup durchlaufen die Feldsensoren vernetzte Feld-Gateways, die dann über API-Gateways in die Cloud gelangen und ihren Weg zu Data Lakes und schließlich Data Warehouses finden, wo sie interpretiert, analysiert, implementiert und entsprechend an die Systeme zurückgemeldet werden können.

Unabhängig davon, ob alles in ein oder mehrere Data Warehouses geht, sollte die Integrationsarchitektur Microservices-basiert sein. Diese entkoppelte Integrationsmethode sorgt für eine agile und skalierbare Lösung. Gerade in Live-Umgebungen, in denen ein Echtzeit-Feedback von Systemen erforderlich ist, werden Geschwindigkeit und Genauigkeit zu einer Priorität. Um dies zu erreichen, müssen Smart City Frameworks einen Cloud-First-Ansatz verfolgen. Ein Cloud-First-Setup verteilt auch das Risiko und ermöglicht es, Fachwissen in den Systemen zu platzieren, die für die Ausführung einer bestimmten Aufgabe oder Anforderung am besten geeignet sind.

Unterstützung von politischen Entscheidungsträgern und Stakeholdern auf dem Weg zu einer Smart City

Smart Cities und Smart Transit Lösungen erfordern skalierbare Integrationsplattformen. Wo – unter anderem – Identity & Access Management, API Management, Microservices Architektur (MSA) und Offene Standards vollständig unterstützt werden.

Yenlo entwickelte in Zusammenarbeit mit WSO2 die Connext Platform, eine Integration Platform as a Service (iPaaS), das vollständig verwaltet, gehostet und bereit ist, entsprechend dem IoT-Smart-City-Design angepasst zu werden. Es wurde speziell entwickelt, um Legacy-Systeme mit solchen zu verbinden, die einen Cloud-First bzw. API-First-Ansatz haben. Kontaktieren Sie uns, denn unsere Berater unterstützen Sie gerne bei Ihrer Entwicklung Ihrer Smart City Lösung oder Ihrem Smart City Framework.