Mit der Urban Model Platform zu Was-wäre-wenn-Szenarien in der Stadtentwicklung

Was wäre wenn-Szenarien können aufzeigen, wie Veränderungen in der Infrastruktur zu Umweltbelastungen oder -verbesserungen führen können, wie eine neue Verkehrsführung die Mobilität der Bevölkerung beeinflusst oder welche Effekte wirtschaftliche Maßnahmen auf das Stadtklima haben könnten. Solche SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.en tragen dazu bei, ein tiefgreifendes Verständnis für das komplexe Gefüge einer Stadt zu entwickeln, sie können Risiken minimieren, Kosten senken und letztendlich als Teil besserer Entscheidungsfindungsprozesse die Lebensqualität der Stadtbewohner:innen verbessern.

Hinter den Was-wäre-wenn-Szenarien und SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.en stecken verschiedene Arten von Modellen:

Alle diese SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.smodelle sind eng mit den Datenplattformen verknüpft: Um valide Ergebnisse zu liefern, benötigen Sie eine gute vorhandene Datenbasis. Die Modelle sind der fehlende Baustein, um die Daten tatsächlich nutzbar zu machen. Dafür stecken in den Algorithmen viele Annahmen über unsere Realität, über Kausalitäten, vermutete Zusammenhänge und implizites Weltwissen. Es sind diese Annahmen und Logiken, die die Prognosen und Szenarien erst ermöglichen. In agentenbasierten Modellen werden beispielsweise einzelnen Computer-Agenten gewisse Verhaltensweisen mitgegeben, wie und mit welchen Verkehrsmitteln sie sich in der Stadt fortbewegen. KI-Modelle „lernen“ mit unzähligen, sogenannten Trainingsdaten selbst, unter bestimmten Startbedingungen eine bestmögliche Vorhersage zu treffen. Für alle Modelle gilt nach dem britischen Statistiker George Box: All Models are wrong, some are useful (Alle Modelle sind fehlerhaft, manche sind nützlich). Natürlich werden diese Modelle sorgfältig validiert, verifiziert und geben uns daher guten Aufschluss über bestimmte Fragestellungen.

Viele der SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.smodelle existieren bereits – in unterschiedlichen Behörden, in der Privatwirtschaft und nicht zuletzt an unzähligen Lehrstühlen, Instituten und Universitäten (für die Ergebnisse einer zuvor vom City Science Lab durchgeführten Studie, siehe hier). Die Situation ist ähnlich zur Datenhaltung in vielen Kommunen. Die Modelle liegen in Silos und sind weder zugänglich, noch können sie im großen Stil miteinander verknüpft und kombiniert werden. Wie solche Silos erfolgreich aufgebrochen werden können, beweist die Urban Data Platform der Freien und Hansestadt Hamburg. Sie ist als „System von Systemen“ konzipiert und verknüpft die einzelnen Fachsysteme über offene 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.n und Standards auf einer Plattform, von der aus die jeweiligen Datensätze katalogisiert und abgerufen werden können.

Das City Science Lab der HafenCity Universität Hamburg hat für das Connected Urban Twins Projekt nun den Prototypen einer Urban Model Platform entwickelt. Dieser Prototyp beweist, dass die Idee eines „Systems von Systemen“ erfolgreich von Daten auf Modelle und Algorithmen übertragen werden kann. Damit kann die „Urban Model Platform“ als Rückgrat für sämtliche verteilte Modelle und SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.en in einem digitalen Stadtzwilling dienen. Mit dem offenen Standard der OGC API Processes (= ein Standard des Open Geospatial Consortiums (OGC) zur Ausführung von Prozessen über eine standardisierte 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. (API)) können die Modellserver von Behörden, Firmen und Forschungseinrichtungen miteinander verbunden und über eine zentrale Plattform angesprochen und ausgeführt werden. Die SimulationSimulationEine Simulation ist das Ausführen eines digitalen Modells, das die Funktionsweise eines bestehenden oder geplanten Systems nachahmt. Die Erstellung einer Simulation ist immer dann sinnvoll, wenn mit Systemen gearbeitet wird, deren Verhalten besonders komplex ist. Durch die Beeinflussung bestimmter Parameter können innerhalb der Simulation verschiedene Szenarien oder Prozessänderungen durchgespielt werden, was tiefere Einblicke in das reale System ermöglichen kann und damit die Entscheidungsgrundlagen für die Realität verbessert. Simulationen werden vielfältig bei Problemstellungen in der Praxis eingesetzt, z.B. in Modellen zu Wetter, Klima und in der Stadtentwicklung bei der Bau-, Mobilitäts- oder Energieplanung.smodelle verbleiben dabei auf den jeweiligen Servern der Institutionen und werden dort berechnet. Das folgende Schaubild verdeutlicht die Idee hinter einem solchen Modellserver:

Jeder Modellserver kann unterschiedliche Microservices enthalten, die in ihrer jeweils eigenen Programmiersprache geschrieben sind und auf unterschiedlichsten Softwares aufbauen können. So hat das CityScienceLab beispielsweise gemeinsam mit Stakeholdern zwei Modelle erstellt, die sich dem Thema energetische Modernisierung und Gentrifizierungseffekten von gesamtstädtischer Perspektive (System Dynamics Modell) und von Stadtteilperspektive (agentenbasiertes Modell) nähern. Diese sind beide als Processing Microservice auf dem Modellserver des CityScienceLabs implementiert.

Auf Ebene des modularen digitalen Stadtzwillings können nun mehrere Modellserver über die Urban Model Platform verbunden und verknüpft werden, wie das folgende Schaubild zeigt:

Nach ausgiebigem Testen des Prototyps steht nun der Code für die Urban Model Platform, einen Urban Model Server, und für ausgewählte Processing Microservices auf GitHub und OpenCode zur Verfügung. Zusätzlich dazu gibt es für alle Interessierten eine technische Dokumentation, in der detailliertere Informationen zu den einzelnen Komponenten enthalten sind.

Technische Dokumentation (PDF)

CUT-Akademie: “Die Urban Model Platform – Silos aufbrechen für Algorithmen”