„Smart City“ beschreibt die intelligente, vernetzte und ressourceneffiziente Stadt der Zukunft. Durch den Einsatz von digitalen Technologien soll das Leben in der Stadt noch lebenswerter werden. Beispielsweise können datenbasierte Services Empfehlungen für alternative Routen geben und damit den Verkehrsfluss verbessern oder Wetterextreme durch die Auswertung von Umweltdaten vorhergesagt werden. Aber wo und wie können diese Daten generiert, sinnvoll zusammengeführt und visualisiert werden? Diesen Fragen gehen Studierende des Masterstudiengangs „Engineering and Management“ (MEM) der Fakultät für Technik der Hochschule Pforzheim nach – im Rahmen einer lokalen Kooperation mit der Stadt Pforzheim sowie den Stadtwerken Pforzheim. In der Vorlesung „Managing of Emerging Technologies“ sollen gemeinsam definierte Herausforderungen aus den Bereichen Mobilität und Umwelt untersucht werden. Ziel des Leuchtturmprojekts ist die Inbetriebnahme von Sensorik, die entsprechende Daten datenschutzkonform an verschiedenen Stellen in Pforzheim erhebt, sammelt und später visualisiert. Zudem arbeiten die Studierenden an einem Konzept, dass es Bürgerinnen und Bürgern langfristig ermöglichen soll, ebenfalls Daten für Smart City-Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
„Wir möchten mit dem aktuellen Smart City-Projekt eine valide und nachhaltige Datenbasis aufbauen und diese mittels Visualisierungen transparent und erklärbarer machen“, beschreibt Lukas Waidelich, Dozent der Hochschule, der die Studierenden zusammen mit seinem Kollegen Moritz Gieza sowie den Professoren Bernhard Kölmel und Thomas Schuster betreut. „Im Zeitalter des Internet of Things sind unsere täglichen Begleiter wie Smartphones oder Smartwatches mit Sensoren ausgestattet. Auch industrielle Sensorik, die für die Projekte zum Einsatz kommt, ist mittlerweile in großen Stückzahlen zu wirtschaftlichen Konditionen verfügbar,“, beschreibt Moritz Gieza. „Werden Daten strukturiert und eingeordnet, beispielsweise durch Darstellung von Temperaturen oder Luftdrücken in Zeitreihen, werden nützliche Informationen gewonnen. Wissen entsteht, indem Informationen in den richtigen Kontext – lokal, temporal oder kausal – gesetzt werden.“
Die Studierendengruppen beschäftigen sich seit Semesterstart Mitte März mit den Projekten. Die Partner haben die Sensorik im Vorfeld beschafft und zur Verfügung gestellt. An ausgewählten Standorten nehmen die Technischen Dienste der Stadt die Sensoren in der aktuellen Projektphase in Betrieb. „Danach ist die zentrale Recheneinheit des Sensors in der Lage, entsprechende Messungen vorzunehmen, eine Datensammlung anzulegen und die Datenkommunikation zu übernehmen. Die erhobenen Daten werden über LoRaWAN übermittelt, in einem definierten Intervall ausgelesen und an einen Server übertragen“, geben die Dozenten einen Einblick in die technische Leistung der Studierenden. Die LoRaWAN-Technik ist seitens der Stadtwerke im gesamten Gebiet der Goldstadt auf- und ausgebaut worden. Die gesammelten Daten sollen durch den Einsatz von Dashboards visualisiert und ausgewertet werden. Jede Gruppe entwickelt ihr eigenes, individuell auf die entsprechende Sensorik und Rahmenbedingungen angepasstes Dashboard. So sollen lokale Unterschiede identifiziert und Parameter über die Standorte hinweg teilweise vergleichbar gemacht werden. Zudem sollen die Erfahrungswerte der Studierenden weitergegeben und eine Anleitung erarbeitet werden, ob und in welchem Umfang sich Bürgerinnen und Bürger an der Datengeneration für Smart City-Projekte zukünftig beteiligen können. Erste Projektergebnisse sollen im Rahmen der Smart City Days im Juni 2023 der Öffentlichkeit präsentiert werden.
Konkret untersuchen die Studierenden an acht Standorten die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsverläufe mithilfe der LoRaWAN-Sensorik. Die Standorte decken ein breites Spektrum ab: von der Innenstadt über Höhenlagen bis hin zu Parkanlagen. Nach erfolgreicher Testphase sollen die Sensoren langfristig verbaut bleiben und so dauerhaft Daten sammeln. Eine Herausforderung ist neben der Datenaufbereitung und -analyse auch die Erklärbarkeit und die Erarbeitung von Handlungsempfehlungen auf Basis der ermittelten Daten.
Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig. „Neben dem industriellen Sektor gibt es auch im Bereich der Stadtentwicklung enorme Potenziale durch den Einsatz von Sensoren, zum Beispiel für eine smarte Parkplatzsuche oder zur Optimierung der Verkehrsführung. Das Projekt macht aber auch deutlich, wie Digitalisierung und Umweltschutz ineinandergreifen können“, erklärt Oberbürgermeister Peter Boch. Elias Weigel, Abteilungsleiter Klimaschutz im Amt für Umweltschutz der Stadt Pforzheim, ergänzt: „Durch den Einsatz von baugleicher Sensorik können wir Umweltdaten an unterschiedlichen Standorten in Pforzheim erfassen und diese Standorte faktenbasiert miteinander vergleichen. So lassen sich im Sommer beispielsweise innerstädtische Bereiche mit und ohne Grünflächen gegenüberstellen. Die Datenlage kann einen Beitrag für nachfolgende Planungsschritte leisten - gerade im Bereich Klimaanpassung.“
„Mit unserem LoRa-Funknetz für Pforzheim und dem Breitbandausbau haben wir gleich mehrere Grundsteine für die smarte Stadt gelegt. Damit werden zukünftig zum Beispiel Fernwärmezähler ihren Zählerstand funken können, Bäume in der Stadt automatisch melden, wenn sie gewässert werden sollen und vieles mehr“, sagt Herbert Marquard, Geschäftsführer der Stadtwerke Pforzheim. Und Sonja Kirschner sowie Bertil Kilian, die bei den Stadtwerken den Bereich Innovation verantworten, ergänzen: „In der Kooperation mit Stadt und Hochschule nutzen wir nun die Möglichkeit, weitere innovative Anwendungsfelder auszuprobieren und die smarte Vernetzung auszubauen.“
Über den Studiengang
Unternehmensstrukturen werden immer komplexer – gefragt sind daher Managerinnen und Manager, die betriebswirtschaftliches, technisches und methodisches Wissen besitzen. MEM-Absolventinnen und Absolventen sind in der Lage, unterschiedliche Wissens- und Aufgabenbereiche miteinander zu verzahnen sowie fächerübergreifend zu denken und zu handeln. Zu Beginn des Studiums stehen Leadership, Produktionsstrategie und Prozessmanagement im Fokus. Es folgen Marktorientierte Produktentwicklung, Strategischer Einkauf, Wertorientierte Unternehmensführung sowie das Management neuer Technologien.