Smart City: Das urbane Netzwerk

Stell Dir vor, Du wachst morgens auf und öffnest Dein Fenster. Anstatt des üblichen Verkehrslärms und der nach Abgasen riechenden Großstadtluft, begrüßt Dich eine futuristische Atmosphäre, in der Technologie und Daten die Fäden ziehen. Deine Straße ist voller smarter Gadgets und Hightech-Features, die das Leben leichter machen. Du checkst Dein Handy und siehst, dass Deine Bahn Dich pünktlich ins Büro bringt. Auf dem Weg zur Haltestelle siehst Du keine überquellenden Mülleimer mehr. Dank Sensoren melden die smarten Tonnen, wann sie geleert werden müssen. Willkommen in der Welt der Smart Cities – Städte, die so fortschrittlich sind, dass sie selbst Tony Stark beeindrucken würden! Smart Cities verändern die Art und Weise, wie wir in unseren Städten leben und interagieren. Sie versprechen eine Zukunft, in der die Technologie dazu beiträgt, unsere Städte nachhaltiger, grüner und lebenswerter zu gestalten. Wie? Das schauen wir uns jetzt mal an.

Eine einheitliche Smart-City-Definition gibt es nicht. Smart Cities sind Städte, die Technologie und Daten nutzen, um das Leben ihrer Bewohner:innen ökologisch, ökonomisch und sozial nachhaltiger zu gestalten. Sie integrieren eine Vielzahl von Technologien wie Internet of Things (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Datenanalyse, um die Infrastruktur, den Verkehr, die Energieversorgung, die Sicherheit, aber auch den Gang zum Amt zu erleichtern und den Alltag der Menschen angenehmer zu machen. Smart Cities machen mehr Inklusion z.B. durch intelligente Mobilität oder Sharing-Modelle auf Stadtteilebene möglich, sie vergrößern die Chancengleichheit durch digitale Lernangebote und verbessern die Lebensqualität. Warum es immer wichtiger wird, unser Leben im urbanen Raum zu optimieren? Im Jahr 2050 werden voraussichtlich 65 Prozent der Weltbevölkerung in Städten leben. Das bedeutet: Mehr Menschen auf weniger Raum, größerer Verbrauch von natürlichen Ressourcen, weniger Rohstoffe, mehr Abfall, stärkere Luftverschmutzung ... und neue Berufsfelder für IT-Talente.

Smart Cities bieten Lösungen für die vielfältigen Herausforderungen der Urbanisierung. In der nachhaltigen und vernetzten Stadt der Zukunft werden innovative Ideen umgesetzt und als Informatiker:in kannst Du diese zukunftsweisenden Städte mitgestalten.

Mehr als die Hälfte der Menschheit lebt in Städten, Tendenz steigend. In Deutschland sind sogar drei Viertel der Bevölkerung auf urbane Ballungsräume konzentriert. Da wundert es auch nicht, dass zwei Drittel der Energie und 60 Prozent des Wassers in Städten verbraucht werden. Zu den Treibhausgasen tragen sie ebenfalls am meisten bei: etwa 70 Prozent.

Schaut man in die gar nicht mehr so weit entfernte Zukunft wird schnell klar: Die Infrastrukur, die benötigt wird, um die hohen gesellschaftlichen Anforderungen in den Städten langfristig zu erfüllen, ist noch nicht vorhanden. Neben Umwelt- und Klimaschutz warten viele weitere Herausforderungen, z.B. im Gesundheits-, Bildungs- und Sozialbereich.

Mit dem technologischen Fortschritt wurden immer wieder einzelne Initiativen gestartet. Neu am Konzept der "Smart City" ist die Konsequenz, mit der diese Projekte angegangen werden. Alle urbanen Ressourcen sollen umfassend optimiert werden:

• Energie lässt sich v.a. durch intelligente Gebäude einsparen. Sie machen mehr als 40 % des Energieverbrauchs aus. Optimierungspotenzial hat etwa die Dämmung oder die Beleuchtung. Aber auch der Transport von Energie in die Verbrauchszentren muss möglichst verlustarm ablaufen.
• Emissionen werden durch saubere Energiegewinnung und intelligente Verkehrssteuerung verringert. Je enger die Transportsysteme vernetzt sind, desto reibungsloser und umweltschonender fließt der Verkehr.
• Rohstoffe wie Wasser müssen ausreichend und in guter Qualität für alle gesichert sein. Dazu wird hochmoderne Automatisierungs- und Antriebstechnik eingesetzt.

"Smart" kann also je nach Schwerpunkt "energiesparend", "sicher", "effizient", "nachhaltig" oder "vernetzt" bedeuten.

Wenn Du an Smart City denkst, hast Du wahrscheinlich einzelne Anwendungen im Kopf, wie eine bedarfsgerechte Ampelschaltung oder Steuerung der Straßenbeleuchtung oder Parkleitsysteme. Vielleicht denkst Du an Energieversorgung und smart Metering.

Damit Smart-City-Konzepte wirklich auf Nachhaltigkeit einzahlen, umfassen sie diese acht miteinander vernetzten Bereiche:

1. Im Bereich Smart Living machen vernetzte Haushaltsgeräte Deinen Alltag komfortabler, aber dieser Teil beschränkt sich nicht nur auf Smart Home. Kulturelle Angebote im digitalen Raum wie Ausstellungen, virtuelle Konzerte oder E-Ausleihen sind für allen Stadtbewohner:innen barrierefrei zugänglich. Ältere Menschen werden durch smarte Technik in ihrem Alltag unterstützt und können selbstbestimmt in ihren eigenen vier Wänden leben. Sprachassistenten erinnern sie an die Tabletteneinnahme oder integrierte Alarmsystem informieren den Notdienst bei einem Sturz.
2. Ohne Smart Energy funktioniert in intelligenten Städten wenig, denn sie versorgt das urbane Netz mit dem notwendigen Strom: Smart Grids ermöglichen die Kommunikation zwischen Energieerzeugung, -verteilung und dem Verbrauch. Dieser wird mit intelligenten Messsystemen (Smart Metering) genau erfasst, und zwar in Echtzeit. Durch die Kommunikation zwischen Verbrauchern und Energieversorgern können Demand Response-Systeme den Energieverbrauch basierend auf Energieverfügbarkeit und -preisen steuern. Verbraucher können auf Anreize reagieren, indem sie ihren Energieverbrauch in Spitzenlastzeiten reduzieren.
3. Smart Environment zielt darauf ab, Ressourceneffizienz, Umweltschutz und die Lebensqualität der Bewohner:innen zu fördern. Das sind Straßenlaternen, die nur bei Bedarf angehen und so Lichtverschmutzung reduziert. Smarte Bewässerungssysteme für Parks, Urban-Farming-Projekte oder die Überwachung von Luftqualität fallen ebenso in diesen Bereich.
4. Wir wissen es alle: Der Transportsektor mit seinen Verbrennungsmotoren hat einen großen Energiebedarf und gleichzeitig einen enormen Emissionsanteil – alles andere als Smart Mobility. Die intelligenten Städte der Zukunft bieten hohe Mobilität und gleichzeitig wenig Verkehr. In den Städten der Zukunft gibt es leistungsfähige Verkehrsachsen aus öffentlichen Verkehrsnetzen wie Schiene und Bus, die elektrisch betrieben werden.
5. In smarten Städten ist alles verzahnt. Smart Health, eHealth oder Digital Health umfasst von der Versorgung über Untersuchung bis zur Pflege alle Bereiche der medizinischen Behandlung. Dank Telemedizin werden ältere Menschen zu Hause versorgt. Medizinische Wearables tracken Blutdruck, Puls und Bewegungsdaten. Und eine KI schlägt frühzeitig Alarm, wenn sie Muster eines Krankheitsbildes erkennt.
6. In den pandemie-bedingten Lockdowns hat der Einzelhandel zu spüren bekommen, dass er sich anders aufstellen muss, um in der digitalen Welt erfolgreich zu sein. Smart Economy nutzt das Daten- und Informationspotenzial der Stadt, um wirtschaftliche Herausforderungen zu lösen. Das reicht von optimierten Produktions- und Dienstleistungsprozessen bis zu digitalen Angeboten für die Stadtbewohner:innen und Unternehmen. Durch digitale Technologie schafft smart Economy neue Wertschöpfungsketten. Die intelligente Stadt wird zu einem wahren Innovationszentrum und bietet das perfekte Ökosystem für Start-ups.
7. Wer träumt nicht davon, den Ausweis digital verlängern zu lassen oder sich bequem im Videocall mit der Stadtverwaltung umzumelden. Dank der nötigen digitalen Infrastruktur sind die Prozesse im Smart Government wesentlich schlanker und dadurch schneller. Smart Government bedeutet aber mehr, als nur reine Verwaltungsakte zu digitalisieren. In der Smart City wird Partizipation großgeschrieben: Das Bürgeramt ist Anlauf- und Servicestelle und macht den Dialog zwischen Bürger:innen und Verwaltung unkompliziert.
8. All das läuft natürlich nicht ohne Menschen mit hoher Digitalkompetenz. In virtuellen Klassenzimmern lernen schon die Kleinsten digital und werden durch interaktive Lernanwendungen individuell gefördert. Auch Unis und Unternehmen setzen auf E-Learning-Plattformen und bieten über Online-Kurse Zugang zu Bildung. Durch Smart Learning wissen die Bürger:innen der Smart City, wie sie welche digitalen Infrastrukturen nutzen. Über digitale Beteiligungsplattformen haben die Stadtbewohner:innen aktiv teil und können Ideen einbringen, diskutieren und Feedback geben.

Um mehr Lebensqualität in die wachsenden Metropolen zu bringen, müssen die Städte sich neu erfinden – und sind dafür auf Informatiker:innen angewiesen. Je nachdem in welchem Bereich Du in einem Smart-City-Projekt durchstarten willst, brauchst Du unterschiedliche Skills. Ein gutes technisches Basisverständnis und ein Überblick über aktuelle und zukünftige Technologien, z.B. Infrastrukturtechnologien und -dienste, IKT, 5G, C2X-Kommunikation und LoRaWAN können definitiv nicht schaden. Wenn Du Kenntnisse im Bereich Mobilität und Logistik, Open Data, Digital Twins oder Digitalisierung kommunaler Prozesse mitbringst, bist Du schon ziemlich gut aufgestellt für Deinen Job in der Stadt der Zukunft.