So funktioniert LoRaWAN
Frühwarnsystem für Waldbrände
LoRanWan - so funktioniert die Datenübertragung
„Stellt man sich die smarte, vernetzte Stadt als Organismus vor, übernehmen die Sensoren die Aufgabe der Sinnesorgane“, beschrieb Sebastian Jurczyk, Geschäftsführer Stadtwerke Münster GmbH, die Technik jüngst sehr plastisch in einem Interview. „Wie Augen oder Ohren nehmen sie Signale wahr, die über das Nervensystem übertragen werden. Die Nervenbahnen sind im Organismus Stadt die Netzwerke. Im nächsten Schritt trainieren wir die Muskeln, die die Sinneseindrücke in Aktion übersetzen.“
Die Stadtwerketochter Stadtnetze Münster überwacht bereits per LoRaWan, so nennt sich diese Technologie, die Fernwärmeschächte. Bald solle auch die Parkraumüberwachung darüber laufen und man denke über viele bürgernahe Anwendungen nach. Als wichtiges Argument für den Einsatz nennt Jurczyk neben der Kostengünstigkeit die Autonomie der Kommune. Während die Verwaltung bei anderen Technologien wie NarrowBand IoT oder den 5G-Netzen von entsprechenden Netzbetreibern abhängig sei, könne sie LoRaWAN eigenverantwortlich aufbauen und betreiben.
Der Schlüssel ist der Aufbau eines Long Range Wide Area Network (LoRaWan). Um ein umfassendes LoRaWan aufzubauen, kann die Kommune die nötigen Funkantennen auch an bereits vorhandenen Versorgungseinrichtungen andocken, beispielsweise an Strommasten oder Umspannwerke. Das Versenden der Daten in diesem Netz kostet keine Lizenzgebühren, braucht kaum Strom und erzeugt so kaum laufenden Kosten. Da merkt so mancher Kämmerer auf.
Parkplatzmanagement in Andernach
Unter anderem für die Fernauslesung der Stromzähler im Hafen nutzt die Verwaltung in Andernach am Rhein ihr neues LoRaWan-Netz. Weitere Anwendungen laufen nach Beschluss im Digitalisierungsausschuss der Stadt für noch zwei Jahre im Testbetrieb, um die Praktikabilität und den Nutzen im Alltag zu testen. Beispielsweise melden (Behinderten-)Parkplätze über mittels bestimmter Sensoren selbständig, ob sie noch frei sind. Die öffentlichen Ladesäulen für Elektrofahrzeuge zeigen an, ob es sich lohnt, sie anzufahren. Bürgerinnen und Bürger können mit wenigen Klicks auf ihrem Tablet, Smartphone oder PC die aktuellen Daten abrufen und ihre Fahrt in die Stadt entsprechend planen.
„Mit diesen ersten wenigen Anwendungen loten wir aus, wie funktional und hilfreich dieses System für Bürger und Besucher unserer Stadt ist“, erläuterte Oberbürgermeister Achim Hütten zu Beginn der Testphase Mitte 2021. Dann werde man sehen, „ob, wie und in welchen Bereichen wir dieses System ausbauen“, so Hütten. Denkbar wäre unter anderem auch ein Einsatz zur Personenzählung bei Veranstaltungen oder zur Messung der Bodenfeuchte in öffentlichen Grünflächen, um das Bewässerungsmanagements der Stadt zu optimieren. Die Stadt überlegt darüber hinaus, ob sie als Dienstleister das Netz und die Sensoren beispielsweise für Unternehmen anbieten will.
Waldbrandwarnung im Rhein-Neckar-Kreis
Zwei Pilotprojekte in der stark waldbrandgefährdeten Region Rhein-Neckar testen den Einsatz des Funknetzwerks Lorawan. Die Daten im Pilotprojekt stammen von Sensoren, die an Wegweisern oder Schildern angebracht sind. Sie kommen ohne direkte Stromzufuhr aus, sondern funktionieren mit einer Batterie, die eine Lebenszeit von bis zu zehn Jahren hat. Alle 15 Minuten versenden sie verschlüsselte Datenpakete an den Empfänger, der an einem Turm angebracht ist. Auf einer Plattform werden sie dann ausgewertet. Wird ein individuell anpassbarer CO2-Grenzwert überschritten, kann über eine die Plattform ein Alarm ausgesendet werden. Feuerwehren ermöglicht das, schnell den Brandort zu erreichen und das Ausbreiten des Feuers verhindern. Die Sensoren sollen nicht flächendeckend eingeführt, sondern vor allem an Orten im Wald ausgebracht werden, wo sich Menschen aufhalten, etwa an Grillplätzen.
Smarte Beleuchtung in Martinfeld
Mit einem einfachen, aber genauen Website-Widget zu den aktuellen lokalen Wetterwerten, das sich alle 10 Minuten erneuerte, fing vor sechs Jahren das LoRaWan-Zeitalter im thüringischen Martinfeld an. Der kleine Ortsteil der Gemeinde Schimberg hat seit Juli 2016 einen LoRaWan-Gateway. Mit der neuen Technik managed der Ort im Projekt SMARTinfeld heute eine intelligente Steuerung von LED-Straßenleuchten und nahm digitale Wasserzähler in Betrieb, die ihren Zählerstand vollautomatisch in eine zentrale Datenbank übermitteln und so den allgemeinen Wasserverbrauch tagesscharf messbar machen.
Karlsruhe: Tonne ruft nach Müllabfuhr
Ebenfalls schon seit 2016 experimentiert die Stadt Karlsruhe mit LoRaWan, inzwischen arbeitet man daran, die letzten weißen Flecken im Stadtgebiet zu schließen und es flächendeckend anzubieten. Man erhoffe sich, „in diesem neuen Technologiefeld zum Motor der Region zu werden“, schreibt die SWK-NOVATEC GmbH, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Stadtwerke Karlsruhe. „Der Betrieb von sensibler Infrastruktur gehört schon immer zu unserem Kerngeschäft.“ Vielerorts müsse die Expertise für die neue Funktechnik dagegen erst noch aufgebaut werden. „Eine Hürde ist bestimmt das Aufbauen der Antennen“, glaubt die SWK-NOVATEC. „Man muss sich mit den Gebäudeverwaltern abstimmen, den Blitzschutz installieren lassen, prüfen wo man die Antenne aufbaut und wie sie an das Netz angebunden wird. Gerade hier herrscht bei „Neueinsteigern“ in diese Technik oft eine hohe Unsicherheit.“
Karlsruhe probiert zurzeit eine breite Vielfalt an Anwendungen aus. Am weitesten fortgeschritten ist das „Smart Waste“-Projekt, bei dem Ultraschall-Sensoren in öffentlichen Abfallbehältern der Verkehrsbetriebe Karlsruhe installiert werden, zum Beispiel in Unterflurcontainern. Sie übermitteln den aktuellen Füllstand und sobald der Container fast voll ist, erhalten Mitarbeiter ein Signal auf ihr Tablet oder Smartphone. So lässt sich der Fahrplan eines Müllfahrzeugs optimal planen. Übervolle Abfallbehälter gehören ebenso der Vergangenheit an, wie unnötige Anfahrten zu fast leeren Behältern. Die Karlsruher sind davon so angetan, dass sie dem Sensoren im Müllcontainer einen der Muppets-Show entliehenen Spitznamen gegeben haben: Er heißt Oskar.
Frische Luft in Lübecker Kitas
Selbst für die Kleinsten bringt das LoRaWan Vorteile: Im Projekt „Smart Kita“ der Stadtwerke Lübeck sorgt die Datenübermittlung für ein gesünderes Raumklima in drei Kindertagesstätten. Multisensoren messen in den Räumen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, den Kohlendioxid-Anteil, Lautstärke, Helligkeit und Bewegung. Die Ergebnisse sind über eine APP abrufbar. Wird die Luftqualität in einem Raum bedenklich, sendet die APP einen Alarm an die Kita-Leitung. Die Erzieherinnen können aufgrund der gesammelten Daten auch genau nachvollziehen, zu welchen Zeiten die Kinder regelmäßig besonders laut sind – und gezielte pädagogische Maßnahmen einplanen.
„Die digitalen Dienste sollen allen Bürgerinnen und Bürgern Vorteile bringen“, sagte dazu Jan Lindenau, Bürgermeister der Hansestadt Lübeck. „Die intelligente Kita ist erst der Anfang. Die Messung von Umweltdaten bietet erhebliche Potentiale, die Lebensqualität in der gesamten Hansestadt zu verbessern. Diese werden wir nutzen und die technischen Services konsequent ausbauen.“ Perspektivisch sollen die Sensoren auch in Arztpraxen, Schulen oder Seminarräume zum Einsatz kommen, heißt es beim Energiecluster Digitales Lübeck. Mehr Digitalisierung statt dicker Luft, ein guter Plan.
