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Wie Karlsruhe mit ArcGIS zur Sensor City wird
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Über die Stadt Karlsruhe
Karlsruhe ist mit über 310.000 Ew. eine wachsende Stadt in Baden-Württemberg. Durch die Vernetzung der Hochschulen, Forschungseinrichtungen und High-Tech-Unternehmen hat die Stadt die Position der digitalen Hochburg der Region. Karlsruhe verfolgt aktiv verschiedene Entwicklungskonzepte zur Digitalisierung, um effizienter, nachhaltiger und technologisch fortschrittlicher zu sein und gilt deshalb als Smart City (mit den Schwerpunktthemen Digital Twin, Urban Data Platform, Sensor City, Karlsruhe.App).
Gemeinsam mit dem IT-Amt und den Stadtwerken Karlsruhe wurden durch das Liegenschaftsamt bereits einige smarte Projekte in der Stadt umgesetzt. Auch künftig werden unter dem Motto „Smart City zum Anfassen“ weitere smarte Lösungen für Karlsruhe umgesetzt.
Die Herausforderung
Eine zentrale Grundlage für den Aufbau der Smart City ist die Erstellung eines Digitalen Zwillings. Darüber können komplexe dynamische Zusammenhänge in Echtzeit abgebildet werden, um Erkenntnisse über die aktuelle Entwicklung vor Ort zu haben und auf außergewöhnliche Ereignisse angemessen reagieren zu können, bzw. sie vorherzusagen. Deshalb möchte die Stadt Karlsruhe Daten von verschiedenen IoT-Sensoren im Stadtgebiet in Echtzeit erfassen und verarbeiten.
Gemeinsam mit beteiligten Ämtern und den Stadtwerken hat die Stadt Karlsruhe damit begonnen, Sensoren über ein LoRaWAN-Netzwerk einzubinden, um damit langfristig ein stationäres Sensor-Netzwerk zur Identifizierung des Mikroklimas in der Stadt aufzubauen. Weiterhin wurden im Rahmen einer zeitlich begrenzten Bürger:innen-Kooperation auch mobile Temperatur-Sensoren an Fahrradlenkern installiert, um die Temperatur auf Radwegen zu messen. Ebenfalls sollen mit dem Gartenbauamt (GBA) künftig mehrere hundert Sensoren zur Messung der Bodenfeuchte bei Jungbäumen im Stadtgebiet installiert werden, um die Bewässerung bedarfsgerecht zu gestalten.
Im Liegenschaftsamt wird ArcGIS Enterprise als leistungsstarke operative GIS-Umgebung genutzt, deshalb ist das angestrebte Ziel, die Sensordaten in das Esri System nativ und in Echtzeit zu integrieren, zu prozessieren und zu visualisieren. Die Ergebnisse sollen als interaktive Kartenanwendungen (2D/3D) und Dashboards im eigenen Geoportal der breiten Bevölkerung zur Verfügung stehen. Zunächst soll das Vorhaben in der Pilot-Phase getestet werden, um danach als umfassendes Projekt umgesetzt zu werden.
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Die Lösung
Die Datenströme der stationären Sensoren, welche alle paar Sekunden Daten zur Luft- und Bodentemperatur sowie Luft- und Bodenfeuchte liefern, wurden ins GIS-System eingebunden und verarbeitet. Zusätzlich zu den eigenen Sensordaten wurden externe verfügbare Datenquellen über Schnittstellen eingebunden (u.a. Aufzugsinformationen an Bahnsteigen der Deutschen Bahn, Hochwasserinformationen der Landesbehörde BW).
Mit dem ArcGIS GeoEvent Server wurden alle Daten gleichzeitig integriert und direkt in Echtzeit analysiert. So kann beispielsweise bei Überschreitung eines vordefinierten Schwellenwertes automatisiert eine E-Mail-Benachrichtigung generiert werden. Die Analyseergebnisse werden im Spatiotemporal Big Data Store gespeichert und ständig aktualisiert. Die gespeicherten Daten lassen sich im Nachhinein zusätzlich auf raum-zeitliche Muster analysieren. Als Ergebnis der Pilot-Phase wurde ein interaktives Sensor City Dashboard mit dem ArcGIS Experience Builder erstellt und im Geoportal Karlsruhe veröffentlicht.
Perspektivisch sollen mit den Daten weitere Analysen durchgeführt werden, um Veränderungen im Stadtmikroklima in Echtzeit zu analysieren und u. a. Hitzeinseln zu identifizieren.
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Dashboard der Stadt Karlsruhe mit Temperatur und Bodenfeuchte
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Esri Technologie im Einsatz
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Der Nutzen
Mit der entwickelten Systemarchitektur hat die Stadt Karlsruhe den Sprung geschafft, die Echtzeitinformationen in den digitalen Zwilling der Stadt einzubauen. Mit ArcGIS Technologie ist es gelungen, bereits in der ersten Pilot-Phase die Sensor-Daten rund um die Uhr zu erfassen und auf die Karte zu bringen. In Echtzeit lassen sich sowohl Temperatur als auch Luft- und Bodenfeuchte im Stadtgebiet monitoren und der Stadtbevölkerung interaktiv zur Verfügung stellen. Durch automatisierte Prozesse und smarte Datenverarbeitung werden aus Messungen rund um die Uhr nützliche Informationen generiert und den Nutzer:innen ohne großen Entwicklungsaufwand zur Verfügung gestellt. Auf Basis der Ergebnisse können zukünftig wichtige Maßnahmen in Bezug auf die Veränderung des Stadtklimas im Zuge des Klimawandels abgeleitet werden.
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Kundenstimme
"Als gelernter Geoinformatiker macht es mir Freude, den Bürgerinnen und Bürgern wichtige Echtzeitdaten anschaulich in interaktiven Karten und Dashboards zu präsentieren."
Tobias Veith
Liegenschaftsamt - Abt. Geoinformation, Stadt Karlsruhe
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Zusammenfassung
Die Abteilung Geoinformation des Liegenschaftsamtes der Stadt Karlsruhe, gemeinsam mit den Stadtwerken, dem IT-Amt und allen weiteren an Smart City beteiligten Stellen, entwickelt mit der ArcGIS Technologie Lösungen zur kontinuierlichen Überwachung von Temperatur, Luft- und Bodenfeuchte im Stadtgebiet. Damit wollen sie dem Konzept Smart City nachgehen und den Digitalen Zwilling mit Echtzeitinformationen anreichern. So werden die Veränderungen des Stadtmikroklimas im Zuge des Klimawandels sichtbar und es lassen sich daraus entsprechende Maßnahmen ableiten.
Nach diesen ersten erfolgreichen Schritten sollen weitere, komplexere Anwendungsfälle folgen, um das volle Potential der Sensordaten mit ArcGIS Technologie auszuschöpfen.
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Kontakt
Stadt Karlsruhe | Liegenschaftsamt | Abt. Geoinformation
Lammstraße 7a
76133 Karlsruhe
Tel.: +49 721 133-6201
E-Mail: la@karlsruhe.de
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