Smart Cities gelten als Zukunftsmodell des urbanen Lebens. Ein Blick nach Heilbronn zeigt, wie Living Labs technologische Visionen in den Alltag überführen. Der Smart Campus dient dabei als Reallabor für intelligente, nachhaltige Anwendungen.
Smart Cities sollen Städte effizienter, nachhaltiger und lebenswerter machen. Während vielerorts noch über Konzepte diskutiert wird, erprobt Heilbronn diese Zukunft bereits im Alltag. Im Rahmen seiner Smart City Living Labs nutzt die Stadt ereignisgesteuerte Integration, um den Smart Campus als Reallabor für vernetztes urbanes Leben zu betreiben. Grundlage dafür sind IoT-, KI- und 5G-Technologien, deren Bedeutung angesichts eines stark wachsenden Smart-City-Marktes weiter zunimmt.
Smart City Living Labs als Reallabor für das urbane Leben
Heilbronn war anderen schon immer einen Schritt voraus. Die Stadt ist nicht nur für ihre renommierten Weine und historischen Sehenswürdigkeiten bekannt, sondern auch für ihre zukunftsorientierten Konzepte in den Bereichen Bildung, Forschung und technologische Innovation. Der 2011 eröffnete Bildungscampus der Stadt vereint verschiedene Bildungs- und Forschungseinrichtungen an einem Ort und beherbergt Deutschlands größtes Technologie-Erlebniszentrum für Kinder. Heilbronn ist jedoch nicht nur eine Universitätsstadt, sondern auch die Startrampe für die nächste Generation von KI-Pionieren mit dem Ziel, die globale Heimat der Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI zu werden.
Der Smart City „Living Labs“-Ansatz von Heilbronn ist einzigartig. Er ermöglicht es, intelligente Technologien – von Roboterlösungen für den Standortbetrieb bis zu intelligenten Mülleimern – in der Praxis zu testen. Anhand der dabei gewonnenen hochwertigen Daten kann die Zukunft des nachhaltigen urbanen Lebens in Smart Cities gestaltet werden.
Smart Cities: Wenn Technologie auf Urbanisierung trifft
Smart Cities zielen darauf ab, alle Aspekte des städtischen Lebens zu verbessern: vom Verkehrsmanagement und Energieverbrauch über die Sicherheit und Gesundheitsversorgung der Bürger bis hin zur Ressourceneffizienz und Qualität der Infrastruktur. Was einst ein futuristisches Konzept war, wird nun durch Forschungsergebnisse untermauert, die darauf hindeuten, dass 2050 fast 90 % der US-Bevölkerung in städtischen Gebieten leben werden. Und dass viele von ihnen erwarten, von smarten Systemen zu profitieren.
Fünf Hürden auf dem Weg zur intelligenten Stadt
Technologieanbieter stehen nun unter Zeitdruck, wenn sie mit der wachsenden Nachfrage Schritt halten wollen. Angesichts der schieren Größe und Komplexität urbaner Systeme gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen. Fünf zentrale Probleme müssen gelöst werden, damit Smart Cities ihr volles Potenzial entfalten können:
1. Datensilos: Traditionelle Infrastrukturen führen häufig zu isolierten Datenspeichern. Das behindert eine ganzheitliche Entscheidungsfindung und steht dem Bedarf an sofortiger Datenverarbeitung und Reaktion entgegen.
2. Skalierbarkeit: Mit dem Wachstum und der Weiterentwicklung von Städten muss auch ihre Dateninfrastruktur kontinuierlich ausgebaut werden, um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden.
3. Veraltete Infrastruktur: Veraltete Verkehrs-, Energie- und Wasserversorgungssysteme können Schwierigkeiten haben, mit der modernen Nachfrage Schritt zu halten, was zu Störungen und Überlastungen führt. So wurde 2024 in Atlanta der Notstand ausgerufen, weil nach einem großen Wasserrohrbruch Teile der Innenstadt ohne Wasserversorgung waren. Ein großes Krankenhaus musste deshalb sogar Patienten in andere Einrichtungen verlegen.
4. Mangelnde Interoperabilität: Verschiedene Systeme und Technologien müssen effektiv miteinander kommunizieren, damit ein wirklich integriertes städtisches Ökosystem entsteht.
5. Künstliche Intelligenz: Der Einsatz von KI in Smart Cities stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber einfachen LLM-Anwendungen dar, muss jedoch den anhaltenden Sicherheitsbedenken durch verlässlichen Datenschutz Rechnung tragen.
Echtzeit statt Datensilos: Das Rückgrat moderner Smart Cities
Daraus lässt sich ableiten, dass eine robuste, skalierbare und in Echtzeit reagierende Dateninfrastruktur für den Erfolg unerlässlich ist. Eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform mit Event-Broker- und Event-Mesh-Funktionen bietet sich hier als ideale Grundlage für den Aufbau wirklich „smarter“ Städte an. Drei konkrete Anwendungsbeispiele stützen diese Erkenntnis
Anwendung 1: Loomi – ein KI-gestützter Facility Manager im Einsatz
Auf dem Bildungscampus ist ein KI-gesteuerter Roboter namens Loomi zu einem wichtigen Mitglied des Facility-Management-Teams geworden. Unbeeindruckt von den Wetterbedingungen bewegt sich Loomi autonom über den Campus auf einer festgelegten Route, die durch GPS-Koordinaten definiert ist, und führt verschiedene Aufgaben durch. So überprüft er beispielsweise die Einstellungen der Klimaanlagen, die Funktionsfähigkeit von Pollern, die Zugänglichkeit von Fluchtwegen und den Zustand der Beleuchtung.
Entscheidungen, die innerhalb von Sekundenbruchteilen getroffen werden müssen, können erhebliche Auswirkungen auf die öffentliche Sicherheit, den Verkehr und die Erbringung von Dienstleistungen haben. Deshalb ist die Fähigkeit, Daten ereignisgesteuert in Echtzeit zwischen verschiedenen Systemen zu verteilen und zu verarbeiten, für das Funktionieren einer Smart City von entscheidender Bedeutung. Loomi nutzt hierfür ein Event-Mesh, das Statusaktualisierungen und Anomalien sofort an relevante Systeme und Personen weiterleitet – als Grundlage für ein proaktives Facility Management.
Stellt Loomi beispielsweise eine Abweichung bei den Notfallwegen fest, macht der Roboter vor Ort ein Foto und leitet diese Information an das Team weiter. Seine menschlichen Kollegen können den Handlungsbedarf einschätzen und bei Bedarf Maßnahmen zur Lösung des Problems einleiten. Ein hervorragendes Praxisbeispiel für die Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI!
Anwendung 2: Energie intelligent steuern und transparent abrechnen
Die Campusgebäude in Heilbronn sind mit Sensortechnologie ausgestattet, die den Strom-, Heizungs- und Wasserverbrauch überwacht. Die Daten werden für das Energiemanagement und die ESG-Berichterstattung genutzt.
Anders als bei herkömmlichen städtischen Infrastrukturen mit isolierten Datenspeichern nutzt Heilbronn ein Event-Mesh, um über MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) eine direkte Verbindung herzustellen. Dadurch wird ein effizienter Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen ermöglicht und die Gebäudeautomation von Neuberger unterstützt, welche die Heizung, Kühlung und Stromversorgung auf dem gesamten Campus überwacht und steuert.
In Zukunft wird der Energieverbrauch optimiert und die Nebenkosten der Mieter in Echtzeit abgerechnet. Die geschäftlichen Auswirkungen liegen auf der Hand: Kosteneinsparungen, erhöhte Nachhaltigkeit und verbesserte Betriebsabläufe.
Anwendung 3: Digitale Zwillinge für nachhaltigen Weinbau
Eine weitere Leistung der Smart-Campus-Initiative besteht darin, den Ruf der Stadt als Weinbauregion zu stärken. In landwirtschaftlichen Gebieten rund um Heilbronn betreibt The Things Network LoRaWAN-Netzwerke (Long Range Wide Area Networks). Ein LoRaWAN-Netzwerkserver ist über MQTT mit dem Event-Mesh verbunden und fungiert als Gateway. Sensoren, die über die Weinberge verteilt sind, liefern Daten von Feuchtigkeits- und Temperaturmessungen, Regen- und Bodenanalysen an The Things Network. Das Ziel besteht darin, die Winzer in dieser Region dabei zu unterstützen, ihren Ertrag zu optimieren, ihre Effizienz zu steigern und kostengünstiger zu produzieren.
Außerdem wurde ein digitaler Zwilling von zwei weiteren Weinbergen erstellt. Durch die Bestimmung ihres Phosphor- und Kaliumgehalts und des pH-Werts ist es möglich, die Bodenbedingungen georeferenziert genau darzustellen. So können Vorhersagen zur Optimierung der Schädlingsbekämpfung getroffen werden, beispielsweise durch die frühzeitige Erkennung und Verhinderung von Pilzbefall.
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Was Smart Cities wirklich brauchen: Skalierbarkeit, Sicherheit, Nähe zur Datenquelle
Die drei Anwendungsfälle aus Heilbronn verdeutlichen nur ansatzweise, wie ein ereignisgesteuerter Integrationsansatz zur Realisierung von Smart Cities beitragen kann. Durch die Möglichkeit, Daten in Echtzeit zu übertragen und verschiedene Systeme zu integrieren, ist eine ereignisgesteuerte Plattform einzigartig positioniert, um mit den sich wandelnden Anforderungen von Städten mitzuwachsen und sich anzupassen. Für welche weiteren Herausforderungen intelligenter Städte bietet sie eine Lösung?
1. Skalierbarkeit für wachsende Datenmengen
Smart Cities generieren eine enorme Datenmenge von IoT-Geräten, Sensoren und Systemen. Allein auf dem Campus Heilbronn liefern derzeit 35.666 Informationspunkte die für eine intelligente Energiesteuerung erforderlichen Daten. Hier hilft eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform, die Millionen von Ereignissen pro Sekunde verarbeiten kann und einfache Skalierbarkeit gewährleistet, wenn die Städte wachsen und immer mehr Geräte online gehen.
2. Sicherheit und Zuverlässigkeit als Vertrauensbasis
Smart Cities verarbeiten sensible Daten, die von personenbezogenen Informationen bis hin zur Steuerung kritischer Infrastrukturen reichen. Eine ereignisgesteuerte Integrationsplattform kann Daten sicher übertragen und ist widerstandsfähig gegen Ausfälle – zwei entscheidende Faktoren, um das öffentliche Vertrauen aufrechtzuerhalten und den kontinuierlichen Betrieb städtischer Dienste zu gewährleisten.
3. Edge Computing für Entscheidungen in Echtzeit
Für viele Smart-City-Anwendungen, wie die vorausschauende Wartung von Infrastruktur oder das Echtzeit-Verkehrsmanagement, ist eine Verarbeitung am Netzwerkrand erforderlich. Ein Event-Mesh ermöglicht dieses sogenannte Edge-Computing: Dabei werden Daten nahe ihrer Quelle verarbeitet und dann an den Kern des Netzwerks übertragen, damit andere Systeme sie dezentral verarbeiten können. Das reduziert die Latenz, gewährleistet zeitnahe Antworten und ist für Anwendungen, die sich keine Verzögerungen durch eine zentralisierte Verarbeitung leisten können, von entscheidender Bedeutung.
Von der Vision zur Realität: Warum Integration über Erfolg entscheidet
Das Beispiel Heilbronn verdeutlicht, welches Potenzial Smart City Living Labs für die Stadtentwicklung haben. So zeigt die Smart-Campus-Initiative, dass die Zukunft der Stadtentwicklung in der intelligenten Integration verschiedener Systeme und Datenquellen liegt. Für Technologie-Vorreiter, die Smart-City-Projekte in Angriff nehmen möchten, ist ein ereignisgesteuerter Integrationsansatz entscheidend, um das volle Potenzial städtischer Innovationen auszuschöpfen und lebenswertere, effizientere und nachhaltigere Städte für die Zukunft zu schaffen.
Die Autoren
Christian Harms ist Technical Lead for Smart Districts auf dem Bildungscampus Heilbronn.
Alexander Martens ist Director of Solution Engineering bei Solace.
