Sensorik und LoRaWAN in Kommunen

Wie lange wird es die öffentliche Verwaltung, wie wir sie kennen, noch geben? Klar ist es, dass ein gravierender Umbruch bevorsteht. Smart Cities, IoT oder Open Region sind Ansätze, welche die Kommunen Deutschlands aktuell umkrempeln. Im Zusammenhang mit diesen Themen sticht das Thema Sensorik hervor, das eng mit der Technologie LoRaWAN verknüpft ist.

Was ist LoRaWAN?

Die Funktechnologie LoRaWAN (Long Range Wide Area Networtk) für das IoT (Internet of Things) ist in vielen Städten ein Trend. LoRaWAN läuft auf einer Frequenz von 868 MHz und zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch und eine große Reichweite aus. Die Reichweite von LoRaWAN hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Umgebung, in der es eingesetzt wird. In offenen und ländlichen Gebieten kann die Reichweite von LoRaWAN bis zu 10 Kilometer betragen. In urbanen Gebieten oder in Gebäuden kann diese aber auch auf nur wenige hundert Meter begrenzt sein. Die Größe der Datenpakete bei LoRaWAN ist begrenzt und standardmäßig auf maximal 243 Bytes pro Paket beschränkt: Telefonanrufe sind beispielsweise nicht möglich, dafür aber die Übertragung von Sensordaten. Dies ist notwendig, um die Energieeffizienz und die langstreckenfähigkeit des LoRaWAN-Netzwerks sicherzustellen.

Was sind Sensordaten?

Diese werden aus Sensoren gewonnen. Sensoren sind Geräte, die bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Es gibt eine Vielzahl von Sensoren, darunter Temperatursensoren, Drucksensoren, Bewegungssensoren, Lichtsensoren, Feuchtigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Gyroskope, Ultraschallsensoren, Gas- und Rauchsensoren, magnetische Sensoren und viele mehr. Die Erhebung von Daten aus Sensoren und die Vernetzung der Geräte bzw. der Daten über eine Funkinfrastruktur (z.B. LoRaWAN) sind die Grundlage für das Internet of Things.

Wie funktioniert das Funknetzwerk?

Über Sensorik werden Daten erhoben. Die Sensorik ist mit einem LoRaWAN Netz verbunden, beispielsweise dem “The Thinks Netzwork”, einem offenem, communitybasierten Netzwerk. Hierbei gelangen die erfassten Daten durch sogenannte LoRaWAN-Gateways auf die Netzwerkserver, wo die Daten weiterverarbeitet werden, bis sie dann im Browser abrufbar sind. Die Gateways sind die “Vermittler” zwischen den Sensoren und den Netzwerkservern. Neben den offenen Netzen kommen auch geschlossene Netzwerke zum Einsatz, die den Zugang limitieren. In der Regel sind das profitorientierte Anwendungsfälle. Sobald die Daten auf den Servern sind, werden diese in der Regel über Dashboards visualisiert und verarbeitet.

Anwendungsfälle in der Kommune

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen in der kommunalen Praxis, zum Beispiel:

• Verkehrsüberwachung: Sensoren können verwendet werden, um den Verkehrsfluss zu überwachen, Verkehrsengpässe zu identifizieren und Verkehrsleitsysteme zu optimieren.
• Klimadaten: Sensoren können die Luftqualität, Temperatur und andere Klimadaten messen. Dadurch werden Erkenntnisse für eine gesunde Kommune oder Klimaschutzmaßnahmen gewonnen.
• Parkplatzüberwachung: Sensoren können installiert werden, um die Verfügbarkeit von Parkplätzen oder Falschparker an kritischen Stellen (Feuerwehrzufahrten, Schulen, Feld-/Waldwege) zu überwachen.
• Füllstände: Sensoren überwachen den Füllstand von Müllcontainern, Behältern oder Tanks, um eine effizientere Abfallentsorgung zu gewährleisten, die rechtzeitige Belieferung zu veranlassen oder kritische Situationen zu erkennen.
• Wasserqualität/Pegelstände: Sensoren können die Wasserqualität in Seen, Flüssen und anderen Gewässern messen und helfen, Wasserverschmutzung zu minimieren. Mit Pegelmessern lassen sich Wasserstände in Flüssen oder Seen fernüberwachen und ggf. Alarme auslösen.
• Energiecontrolling und -sparen: Sensoren können verwendet werden, um die Helligkeit der öffentlichen Beleuchtung zu regulieren, Temperaturen in öffentlichen Gebäuden zu überwachen und zu regeln, Zählerstände fernablesbar zu machen. Aus den gewonnenen Daten lassen sich Energiesparmaßnahmen für kommunale Klimaschutzpläne ableiten.

Was braucht es für den zielführenden Einsatz eines kommunale IoT-Netzwerks?

Hier eine Übersicht, welche Faktoren ihr bei der Planung und Einführung von Sensorik beachten solltet:

• Verortung und Datengovernance: Die Einführung eines LoRaWAN-Netzwerkes kann schnell “ausufern”. Zu spannend und vielfältig sind die Einsatzmöglichkeiten, wenn die Technologie auf fruchtbaren Boden fällt. Dazu braucht es eine solide Datengovernance, das Management des Netzwerkes und der Anwendungen, das verwaltungsweite Ausrollen der Technologie, die Entwicklung einer zielführenden Dateninfrastruktur. Die Fäden sollten zentral zusammenlaufen, z.B. beim Digitalisierungsbeauftragten.
• Datensicherheit, Datenschutz und Netze: Sensoren sammeln Daten, die vertraulich und sensibel sein können. Diese müssen sicher gespeichert und übertragen werden. Hier stellt sich auch die Frage nach der Offenheit des Netzes, die meist mit ideologischen und/oder wirtschaftlichen Gründen beantwortet wird (s. Public Money, public Code-Initiative). Offene Netze heißen übrigens nicht gleich unsichere Netze. Die Offenheit bezieht sich lediglich darauf, wer das Netz mitnutzen kann.
• Kosten-/Nutzenkalkül: ein weiterer wichtiger Schritt bei der Planung eines kommunalen IoT-Netzwerks ist die Kosten-Nutzen-Analyse und die Wirtschaftlichkeit. Das sind zwei relevante Komplexe: zunächst geht es um die Wirtschaftlichkeit des Netzbetriebes und des Einsatzes von Sensorik. Mit praxisorientierter Herangehensweise und durchdachten Projekt- und Prozessmanagement lassen sich die Potenziale schnell bergen (z.B. Einsparpotenziale durch Effizienz, optimierte Beschaffung, Fernüberwachung). Mindestens genauso spannend ist aber auch die Betrachtung eines “Mehrwertes” bzw. einer Wirtschaftlichkeit von Daten, die öffentlich (z.B. auf Open-Data-Portalen) bereitgestellt werden und die oft zu kurz gerät. Den größten Nutzen bringen diese, wenn sie weiterverwendet werden, zum Beispiel durch eine Community oder privatwirtschaftliche Unternehmen, die daraus konkrete Anwendungsfälle oder gar Geschäftsmodelle generieren.
• Beteiligung und öffentliche Wahrnehmung: Nehmt die MitarbeiterInnen mit. Das Thema Sensorik eignet sich vorzüglich, um Prozesse spielerisch zu ergründen und Effizienzpotenziale zu entdecken. Auch die Bürgerinnen und Bürger sollten bei der Einführung von Sensoren mit einbezogen werden. Einerseits, um etwaig auftretenden Widerstand im Vorfeld zu begegnen, andererseits, um durch eine Community vor Ort Sachverstand und digitales Engagement einzubinden. Die Vorteile der Technologie sollten klar kommuniziert werden, um sicherzustellen, dass die Bürgerinnen und Bürger die Vorteile verstehen und unterstützen.
• Know-How und Support: Es braucht die fachliche Expertise für die Wartung und den Support des Systems, um sicherzustellen, dass das Netzwerk reibungslos funktioniert und die Daten zuverlässig sind (übrigens ein spannender business case für Stadtwerke). Hierbei können auch die Erfahrungen anderer Kommunen genutzt werden, um best practices zu identifizieren und Fehler zu vermeiden.

Wie immer gilt eine Maxime: Nicht reden, sondern machen. So erlebt und versteht man die Technologie am Besten!

Habt ihr Fragen zu diesem Thema oder braucht ihr Unterstützung? Dann meldet euch gerne.