Echtzeitdaten für Digitale Zwillinge: Ausbau der Sensordateninfrastruktur der Stadt Leipzig

Sensordaten aus dem Internet der Dinge (englische Abkürzung: IoT) nehmen eine zentrale Rolle in der Smart City und bei der Erstellung von Urbanen Digitalen Zwillingen ein. Für Urbane Digitale Zwillinge ermöglichen Sensordaten auf Basis von aktuellen und historischen Werten:

die Bewertung des möglichst echtzeitnahen Zustands einer Kommune,
den stetigen Abgleich der virtuellen Modelle mit der Realität,
die langfristige Beobachtung über die Zeit und die Simulation von „Was-wäre-wenn-Szenarien“
und zukünftig die Umsetzung von Anwendungsfällen mit steuernder und regelnder Wirkung.

Die Visualisierung und Analyse der Daten dienen vor allem als Entscheidungsgrundlage für kommunale Maßnahmen und Handlungen, aber auch der internen und externen Kommunikation.

Derzeit werden in Leipzig in der Geodateninfrastruktur vor allem kommerzielle Softwarekomponenten für die Integration von Sensordaten verwendet. Diese ermöglichen jetzt schon die Bereitstellung dynamischer fallbezogener Webanwendungen (zum Beispiel zum Thema Luftqualität im DashboardDashboardEin Dashboard (engl.: Armaturenbrett) ist eine grafische Benutzeroberfläche, in der Daten visualisiert und für die Verwaltung nutzbar gemacht werden, z.B. in Form von statistischen Auswertungen, Tabellen oder Karten. Dashboards können in der Verwaltung und in Urbanen Digitalen Zwillingen verschiedene Funktionen haben:1. Echtzeitüberwachung: Echtzeitdaten aus Sensoren oder Messstellen in der Stadt werden eingebunden, überwacht und analysiert.2. Analyse und Auswertung: z. B. von Trendanalysen, Statistiken, Prognosen und Karten.3. Smarte Steuerung und Interaktion in einem Urbanen Digitalen Zwilling, beispielsweise indem Parameter verändert, Einstellungen angepasst und Prozesse gestartet werden.4. Benachrichtigungen und Alarme bei kritischen Ereignissen oder Abweichungen von festgelegten Parametern.5. Visualisierung und Grafiken: Geodaten werden grafisch und visuell aufbereitet, um sie leicht verständlich zu präsentieren.Dashboards speisen sich in einem Urbanen Digitalen Zwilling aus der zugrunde liegenden IT-Infrastruktur wie einer Urbanen Datenplattform oder einer Geodateninfrastruktur. Für die Einbindung von Echtzeitdaten ist eine Sensordateninfrastruktur notwendig. „Luftqualität in Leipzig“ und im „3D-Stadtmodell – Energie, Umwelt und Klima“) unter leipzig.de. Eine standardisierte Bereitstellung der Daten aus dem DashboardDashboardEin Dashboard (engl.: Armaturenbrett) ist eine grafische Benutzeroberfläche, in der Daten visualisiert und für die Verwaltung nutzbar gemacht werden, z.B. in Form von statistischen Auswertungen, Tabellen oder Karten. Dashboards können in der Verwaltung und in Urbanen Digitalen Zwillingen verschiedene Funktionen haben:1. Echtzeitüberwachung: Echtzeitdaten aus Sensoren oder Messstellen in der Stadt werden eingebunden, überwacht und analysiert.2. Analyse und Auswertung: z. B. von Trendanalysen, Statistiken, Prognosen und Karten.3. Smarte Steuerung und Interaktion in einem Urbanen Digitalen Zwilling, beispielsweise indem Parameter verändert, Einstellungen angepasst und Prozesse gestartet werden.4. Benachrichtigungen und Alarme bei kritischen Ereignissen oder Abweichungen von festgelegten Parametern.5. Visualisierung und Grafiken: Geodaten werden grafisch und visuell aufbereitet, um sie leicht verständlich zu präsentieren.Dashboards speisen sich in einem Urbanen Digitalen Zwilling aus der zugrunde liegenden IT-Infrastruktur wie einer Urbanen Datenplattform oder einer Geodateninfrastruktur. Für die Einbindung von Echtzeitdaten ist eine Sensordateninfrastruktur notwendig. zur Weiternutzung erfolgt jedoch noch nicht.

Das Dashboard Luftqualität ermöglicht einen umfassenden Einblick in die Entwicklung der Luftqualität innerhalb der Stadt Leipzig. © Stadt Leipzig

Das 3D-Stadtmodell Energie, Umwelt und Klima vereint thematisch zusammengehörige Inhalte aus den Bereichen Energie, Umwelt und Klima, bietet einen virtuellen und dreidimensionalen Blick auf die gesamte Stadt und soll kontinuierlich um weitere Umwelt-Themen ergänzt werden. © Stadt Leipzig

Daher soll im Rahmen des CUT-Projektes die bestehende Sensordateninfrastruktur erweitert werden. Einen besonderen Fokus erhält dabei die Teststellung des FROST Servers (Fraunhofer Open Source SensorThings API Server) des Fraunhofer Instituts für die externe Bereitstellung von Echtzeit- und Zeitreihendaten über den offenen Standard OGC SensorThings API. Durch diese standardisierte Bereitstellung wird die Nutzung und Einbindung von Echtzeitdaten der Stadt künftig durch Dritte auf einfachem Weg ermöglicht. Darüber hinaus soll die SchnittstelleSchnittstelleEine Schnittstelle ist ein Verbindungs- oder Austauschpunkt zwischen verschiedenen Systemen, Anwendungen oder Geräten. Sie ermöglicht einen reibungslosen Datenaustausch und funktioniert wie ein Tor, über das sich ein Kommunikationskanal öffnet und ein Datenaustausch stattfinden kann. Schnittstellen sind Teile eines (IT-)Systems, welche zur Kommunikation und zum automatisierten Daten- und Informationsaustausch dienen. im FROST Server um eine Mandantenfähigkeit für den produktiven Einsatz erweitert werden, was in Kooperation mit dem Projektpartner München umgesetzt wird.

Für eine zuverlässige und wirtschaftlich sinnvolle Bereistellung von Echtzeitdaten mit möglichst geringer Latenz werden weitere Open Source-Komponenten und -Lösungen als Infrastrukturbausteine geprüft und ein internes IoT-Monitoring aufgebaut. Im CUT-Projekt sind verschiedene Sensordatenanwendungsfälle geplant. So sollen unter anderem die Sensordaten der E-Ladesäulen der Stadtwerke Leipzig und stadteigene Bodenfeuchtesensoren angebunden werden.

Die Implementierung des FROST Servers und weiterer Komponenten in Leipzig basiert auf den von der Partnerstadt Hamburg unter Github bereitgestellten Softwarekomponenten und ist damit ein hervorragendes Beispiel für den WissenstransferWissenstransferWissenstransfer bedeutet die Übertragung von Informationen, d.h. Forschungs- und Projekterkenntnisse derart aufzubereiten, dass ihre Essenz auch von Menschen verstanden werden kann, die am CUT-Projekt nicht beteiligt sind und/oder nur über geringes Vorwissen verfügen. Dazu wurden verschiedene Formate entwickelt, mit denen wir für unterschiedliche Zielgruppen einen jeweils eigenen Zugang zur Vielfalt der Themen zu Digitalen Zwillingen bieten. Diese reichen von diesem niedrigschwelligen Glossar, über Wissenswertes für Kommunen, was einen allgemeinen Überblick für Kommunen liefert, bis hin zu den spezialisierten Akademiebeiträgen zu einzelnen Themen, die für ein informiertes Fachpublikum interessant sind. Weil beim CUT-Wissenstransfer ganz unterschiedliche Zielgruppen bedient werden, unterscheiden sich die Vermittlungsansätze nicht nur voneinander, sondern sie sind auch – je nach ermitteltem Bedarf – in einem ständigen Entwicklungsprozess begriffen. über Städtegrenzen hinweg. Die im CUT-Projekt gesammelten Erfahrungen sollen auch anderen Kommunen verfügbar gemacht werden.