Wie Städte und Behörden den Herausforderungen der Zukunft proaktiv entgegentreten

Seit 2009 leben weltweit mehr Menschen in Städten als auf dem Land. Bis 2050 werden es voraussichtlich bis zu 84% der Bevölkerung sein.[1] Diese Entwicklung stellt Städte, Gemeinden und Behörden vor große Herausforderungen, auf die bereits heute proaktiv reagiert werden muss.

Durch die Ballung in den Städten wird es zu einer noch höheren Verkehrsbelastung kommen. Damit einhergehend steigen u.a. die Umweltbelastung, die Anzahl der Unfälle, der Mangel an Parkplätzen, die Wartezeiten in Behörden usw. In einer kürzlich erhobenen Umfrage haben sich Bürger und Bürgerinnen außerdem für eine Digitalisierung der Serviceangebote von Gemeinden und Behörden ausgesprochen. Sie wünschen sich gleichzeitig eine engere Zusammenarbeit zwischen Stadt, Unternehmen und Universitäten, um die Leistungen weiter zu verbessern.

Gemeinden blicken nicht nur Herausforderungen in der Entwicklung der Städte entgegen, sondern auch den wachsenden Erwartungen der Bürger. Für die Städte ist es daher wichtig, sich bereits heute auf die zukünftigen Probleme vorzubereiten.

Der Weg zur Smart City: Die Probleme von morgen mit Mobile Edge Computing schon heute lösen

Diese Vision der Zukunft ist die Smart City. Sie verfolgt das Ziel, durch innovative Konzepte und Technologien die Lebensqualität und wirtschaftliche Effizienz in Städten zu verbessern. Zudem liegt der Fokus auf einer Erhöhung der Nachhaltigkeit, indem die Umweltbelastung verringert und eine schonende Nutzung natürlicher Ressourcen erreicht wird.

Eine Stadt hat sowohl eine physische als auch eine virtuelle Infrastruktur. Die physische Infrastruktur umfasst die stationäre (Gebäude, Anlagen, Leitungen) und die mobile Infrastruktur - Fahrzeuge, Drohnen, mobile Endgeräte wie Smartphones. Die virtuelle Infrastruktur umfasst die Datenströme, Datenbanken und Software, die Daten integriert und Anwendungen abbildet.

In der Vernetzung der physischen und virtuellen Infrastruktur liegt der Schlüssel zu den Chancen der Smart City. Das Internet der Dinge hat unter anderem dafür den Grundstein gelegt. Verschiedene Geräte, die tagtäglich genutzt werden, wie Fernseher, Handys und Autos sind mit Chips und Sensoren ausgestattet und kommunizieren miteinander.

Das Mobile Edge Computing geht noch einen Schritt weiter. Die, in der ganzen Stadt verteilten, mobilen Sensoren erfassen Daten und Edge Computers verarbeiten diese in Echtzeit. Dies geschieht im besten Fall direkt am Ort der Datenerfassung („on the edge“) und nicht wie bisher in einem separaten Rechenzentrum. Dafür steht Mobile Edge Computing (MEC).

So kann beispielsweise bei einem Brand die Einsatzleitung der Feuerwehr deutlich schneller die benötigten Ressourcen zur Brandbekämpfung abschätzen. Mobile Edge Computer an Gebäuden analysieren Art und Ausmaß des Brandes und prognostizieren die weitere Entwicklung des Feuers.

Die Automobilhersteller setzen diese Technologie bereits heute aktiv ein. Die Hauptursache für Autounfälle ist Ablenkung am Steuer, insbesondere durch die Nutzung des Smartphones. Durch die Auswertung von Sensoren am Fahrzeug können automatische Bremsungen durchgeführt werden. Hier konnte die Edge Computing Nutzung allein in 2018 über 270.000 Unfälle vermeiden. Würden alle Fahrzeuge mit MEC ausgestattet, könnte eine Unfallreduktion von 4,7 Millionen erreicht werden. Allein Versicherungen würden über 67 Millionen Euro sparen (Zeitraum 2018-2030).[2] Doch noch viel wichtiger: Menschenleben können durch den Einsatz dieser neuen Technologie gerettet werden.

Wie funktioniert Mobile Edge Computing genau und was kann es leisten?

Bisher ist es so, dass Sensoren, Chips und verschiedene Endgeräte Daten sammeln und sie beispielsweise an eine Cloud oder ein Rechenzentrum schicken, wo sie verarbeitet und ausgewertet werden, um sie dann weiterzuleiten. In den meisten Fällen wird dafür eine Internetverbindung und eine Menge Zeit benötigt.

Würden im Beispiel des Bremsvorgangs erst die Daten zur Auswertung und Berechnung der Reaktion an einen Rechner geschickt werden müssen, so wäre ein Unfall nicht zu verhindern. Die Berechnung und der Transfer würden zu lange dauern und die Gefahr bestünde, dass die Verbindung abbricht und keine Daten empfangen und gesendet werden können.

Mobile Edge Computing bedeutet, dass die relevanten Daten vor Ort, direkt im Endgerät, ausgewertet werden und ein Verhalten einleiten können, ohne direkte Internetverbindung. Die Sensoren hierfür sind kostengünstig und können an mobilen Geräten und Fahrzeugen angebracht werden. Das spart nicht nur mehr Zeit, sondern erhöht auch die Datensicherheit. Da lediglich die wichtigsten Daten am Endgerät direkt offline verarbeitet werden, ist wenig oder keine Datenübermittlung an Rechenzentren notwendig und die Daten können in vielen Fällen nach Gebrauch einfach wieder gelöscht werden. Sind umfangreichere Berechnungen notwendig, so kann dies weiterhin in der Cloud verarbeitet werden. 

Damit ist Mobile Edge Computing einer der Grundbausteine für die Smart Cities.

Chancen und Vorteile für Städte und Behörden

  1. Verkehrsbelastung messen und reduzieren

Um Staus vorzubeugen, werden Sensoren in Autos installiert und die erfassten Daten ausgewertet. Diese werden dann an Plattformen wie beispielsweise Navigationssysteme weitergeleitet, welche den Verkehr dann effizient umleiten können, um Engpässe im Verkehr gar nicht erst entstehen zu lassen. Auch eine Installation von Sensoren an Kreuzungen ermöglicht die räumliche Erfassung des Verkehrs, eine Auswertung des Verkehrsgeschehens und eine Anpassung der Ampelphasen. So kann der Verkehr optimal geleitet werden.

  1. Barrierefreiheit im öffentlichen Nahverkehr

Um die vom Gesetzgeber geforderte vollständige Barrierefreiheit bis zum Jahr 2022 zu erreichen und das Leben von Menschen mit visuellen Einschränkungen komfortabler und sicherer zu machen, wird eine innovative Smart City Lösung entwickelt:

An einer Haltestelle wird ein Mobile Edge Computer mit einem Lautsprecher und einer Servicetaste sowie weitere Computer in Bussen und Straßenbahnen installiert. Eine akustische Benachrichtigung (Piepton) an einer definierten Position der Haltestelle hilft den Passagieren mit visuellen Einschränkungen, an der richtigen Stelle auf den Bus oder die Straßenbahn zu warten. Sobald sich ein Fahrzeug einer Haltestelle nähert, werden die Daten an den MEC der Haltestelle übertragen, erfasst und den wartenden Passagieren angesagt. Somit wird eine eindeutige Identifizierung des ankommenden Busses oder der Straßenbahn gewährleistet.

  1. Intelligente Straßenbeleuchtung

Die Straßenbeleuchtung in Smart Cities dient nicht nur zur reinen Beleuchtung. Die Straßenleuchten können auch als Notrufsäulen, zum Tanken von Elektrofahrzeugen, zum Messen von Lärm, Verkehrsfluss, Temperatur und Luftverschmutzung sowie als Wifi Hotspots, zur Anzeige freier Parkplätze, als Videosysteme und Lautsprecher verwendet werden. Als Straßenleuchte passt die intelligente Straßenbeleuchtung durch Bewegungs- und Verkehrsflusssensoren die Beleuchtungsstärke an das Verkehrsaufkommen an. Durch die damit einhergehende Energieeinsparung können Kosten gesenkt und durch die Anpassung des Beleuchtungsniveaus die (Verkehrs-)Sicherheit erhöht werden.

Fazit

Smart Cities können die Lösung sein, um die zukünftigen Herausforderungen zu meistern. Der erste Schritt dorthin ist Mobile Edge Computing. Die kostengünstige Möglichkeit hilft Städten und Gemeinden die wachsenden Anforderungen der Bürger zu erfüllen und die Probleme von morgen bereits heute zu lösen für ein besseres Miteinander und zufriedenere Bürger.

 

[1] Vgl.: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/167166/umfrage/prognose-des-bewohneranteils-nach-wohnstandort-seit-1990/, abgerufen am 26.11.2019

2 Vgl.: accenture, value of data how edge processing may save your life, and you wouldn’t even know it, 2018

[1] Vgl.: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/167166/umfrage/prognose-des-bewohneranteils-nach-wohnstandort-seit-1990/, abgerufen am 26.11.2019

[2] Vgl.: accenture, value of data how edge processing may save your life, and you wouldn’t even know it, 2018

Bernd Karl

Managing Director – Strategy & Consulting, Public Service, ASG

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