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Wie smart sind Schweizer Städte?

Städte als Orte des zwischenmenschlichen Austauschs, von Wohlstand und Innovation mit sozialen, kulturellen und wirtschaftlichen Freiräumen unter Berücksichtigung von Ungleichheit und Andersartigkeiten sind auch bei uns ungebrochen attraktiv. Geprägt durch neue Herausforderungen wie zum Beispiel die Digitalisierung und den Klimawandel respektive den Ressourcenverschleiss stehen Städte vor grossen Aufgaben. Zudem wird unser urbaner Alltag immer komplexer.

Neben den Anforderungen steigen auch die Ansprüche der Bevölkerung: effiziente Dienstleistungen, Transparenz und stabile Lebensbedingungen sind gefragt. Die BewohnerInnen der Städte wollen in Entscheidungsprozesse eingebunden werden und gleichzeitig ihre sozialen Freiräume zugesichert haben. Die hohe Lebensqualität soll möglichst durch den Einsatz der neusten Errungenschaften der Digitalisierung gewährleistet werden. Alles soll besser und digitaler laufen. Smart City ist dabei der neue Dachbegriff, der neuartige Lösungsansätze verspricht. Kritiker nennen es eine Verheissung der TechnologiefanatikerInnen, die an den wahren Bedürfnissen der Stadtbewohnenden vorbei agiert. Die Befürwortenden sehen hingegen ein riesiges Potential mittel Nutzung von Technologien und einer vernetzten themenübergreifenden Herangehensweise, um bessere Lösungen für die künftige Stadtentwicklung zu ermöglichen.

Und wo stehen wir mit diesem Thema in der Schweiz? Um es vorweg zu nehmen: Die Ideen dieses Entwicklungskonzepts fassen langsam Fuss. Das Konzept wird immer besser verstanden. Einige Städte sind mit ersten Initiativen gestartet und probieren etwas aus, wenn auch mit Verspätung, aber gutschweizerisch bedächtig und zunehmend mit mehr Dynamik. Fast alle, insbesondere die grossen Städte sind sich bewusst, dass sie sich dabei auf einen hürdenreichen Weg begeben, der Zeit braucht. Andererseits werden aber v.a. von der Politik schnelle Erfolge verlangt.

Grosse Herausforderung für klassische Hierarchien

Die Umsetzung einer Smart City ist insbesondere in organisatorischer Hinsicht eine grosse Herausforderung für unsere meist klassisch hierarchisch aufgestellten Stadtverwaltungen. Es ist klar, dass „silohaft“ organisierte Strukturen für eine vertiefte und vernetzte Zusammenarbeit mit verschiedensten Partnern hinderlich sind. Vernetzte agile und vielfältig zusammengesetzte Projektteams sind in diesem Verwaltungskontext Neuland. Dazu kommt, dass, zumindest in der Startphase, eine vernetzte Lösungssuche personell und finanziell deutlich aufwendiger ist, insbesondere im Bereich der Kommunikation.
Eine intelligente Stadt orientiert sich zwingend an den Bedürfnissen der Stadtbevölkerung. Häufig sind die Befindlichkeiten und Wünsche der BewohnerInnen in den städtischen Verwaltungen nur unzureichend oder gar nicht bekannt. Hier haben die Städte noch einen grossen Nachholbedarf, denn partizipative Elemente stellen für das Gelingen von Smart City-Aktivitäten einen zentralen Erfolgsfaktor dar. Technologie kann ein nützliches Werkzeug bei der Lösungsfindung und Bearbeitung von Herausforderungen sein. Sie ist aber nie mehr als Mittel zum Zweck, kann niemals Selbstzweck sein. Denn wenn es darauf hinausläuft, dass alles mit allem vernetzt wird, sind wir mit Bestimmtheit nicht smarter!

Smart ist individuell

Städte gehen ihre zukünftigen Herausforderungen in der Praxis sehr individuell an. Und das ist auch gut so, denn eine gültige Blaupause gibt es nicht, auch eine klare Definition oder ein Label für Smart Cities fehlen noch. Zürich ist nicht Basel, ist nicht Winterthur oder St. Gallen und schon gar nicht die Agglomerationsgemeinde Pully. Jede Stadt oder Gemeinde hat ihre eigene Geschichte, entwickelt eigene Vorstellungen von ihrer Zukunft und damit auch auf ihre Vorstellungen zugeschnittene Prioritäten. Klar ist aber auch, dass es trotz aller Verschiedenheit einen grossen Teil an gemeinsamen Herausforderungen gibt, bspw. was den demografischen Wandel oder die regionale Zusammenarbeit angeht. Rund 20 Städte sind konkret daran, das Thema Smart City übergeordnet zu bearbeiten, Lösungen auch unter Einbezug von neuen externen Partnern zu entwickeln und „Anfassbares“ oder Pilotprojekte zu realisieren. Auch mittlere und kleine Städte wie Wil SG, Aarau oder Wädenswil starten erste Initiativen. Oft sind es „spontane“ Projekte, die sich nach den Opportunitäten vor Ort richten. Aber auch ganze Kantone wie Genf oder Basel nähern sich dem Thema.

Von Mobilität bis Gartenbau

Dabei sind die Handlungsfelder vielfältig: Energiefragen, Quartierentwicklungen, wie auch der Diskurs um vernetzte Mobilitätsdienstleistungen bis hin zu Nachbarschaftsnetzwerken und vertikalen städtischen Gartenbau- oder Gesundheitsthemen lassen viel Spielraum für Handlungsfelder. Zentral ist, dass sich Städte auf neue Zusammenarbeitsformen einlassen und diese austesten, ohne zu vergessen, dass Sie auch von anderen lernen können und auch mal etwas nicht gelingen kann. Das Programm Smart City Schweiz von Energieschweiz unterstützt Städte neue und oft komplexe Wege zu beschreiten. Dies im Wissen, dass gemeinsame und abgestimmte Lösungen besser getragen und effizienter sind. Es braucht neue Partnerschaften mit einem besseren Verständnis der Komplexität und der Möglichkeiten zur Umsetzung. Wir stehen in der Schweiz nicht mehr am Anfang, tauchen an sehr vielen Stellen ins Thema ein und sind in vielerlei Hinsicht gut aufgestellt. Eine smarte Bevölkerung und eine gute Infrastruktur sind da. Den Vergleich mit dem Ausland haben wir dabei nicht zu scheuen. Unsere Städte bieten viel und rangieren im Vergleich selbst weltweit an den vordersten Stellen. Nun gilt es, die Wege künftig gemeinsam zu gehen, um unsere Städte auch langfristig attraktiv zu gestalten und zu erhalten.

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Building a decentralized Global Network for the Internet of Things

Big Data, Internet of Things and Artificial Intelligence. These are some of the trendiest words at present in the digital ecosystem. Internet of Things as a concept has been in existence for over 15 years now but has truly evolved with the innovation around mobile computing and advanced processing power. The future of communications might be predicted towards bandwidth heavy networks but some see an alternative in a technology named LoRa. LoRa (for Long Range) is among a clutch of radio technologies that connect devices cheaply over unlicensed spectrum and vast distances, needing very little power.

The Things Network is an initiative started off in September 2015 with a simple and yet powerful mission to provide the world with a global, open, free data network that is owned and operated by the users. It is based on the standard called LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) which is perfect for the Internet of Things as it is low energy, long range and low bandwidth. Because the costs are very low, people do not have to rely on large telco corporations to build such a network. Instead, they can crowdsource the network and make it publicly available. The entire city of Amsterdam was covered within 6 weeks which led and inspired numerous initiatives around the globe to do the same.

What’s been really setting The Things Network apart from other initiatives and models around the telecommunication industry is the openness and the transparency in building such a network. The entire project is aimed to be distributed (and open source), which has played an integral role in expanding to over 350 cities across 80 different countries in the world.

To allow people to build this global crowdsourced network, The Things Network ran a successful Kickstarter campaign which raised €300,000 for the production of LoRaWAN gateways and development kits. Besides the product, it was the vision that people were most attracted to. One of the challenges for the communities around the world starting with the initiative was the lack of cheaper hardware products available in the market. The Kickstarter campaign was a perfect answer to this. People from over 45 countries backed for over 1000 gateways which will be shipped in 2017 later. The Kickstarter campaign was a huge marketing impetus to the initiative which truly gave it a global perspective. The story rapidly went viral and attracted a lot of attention from the tech-enthusiast looking to be a part of this movement.

While the backers waited for their product to be shipped, the work on building the backend i.e. the network server has been really encouraging. With a small group of people it is possible to provide an entire city (or an area) with data connectivity for things to connect to the internet. Local communities comprising of people from different backgrounds ranging from tech enthusiasts to SME’s to enterprises have been driving the initiative actively in their area. This has also led to innovative use – cases running on the public network generating value from it. For instance the flood network in Oxford has been instrumental in showcasing some of the examples and the capability of the network. Other such examples include air quality sensors, smart city applications such as parking, water management, grids, agriculture and irrigation control. The Things Network allowed community members to get in touch with people locally to exchange knowledge and word together on building use cases and prototypes. Each community has it’s own public community page on The Things Network, such as Zurich.

The increase in outreach of this initiative has led to a virtually global community in LoRaWAN technology that has created useful resources and documentation alongside sharing their projects. It really brings down the barrier for someone nascent in this field. With curated content from over 10,000 members it has allowed people to work together and unleash from the public network. Local meetups have evolved into workshops, hackathons and have enabled people to share the knowledge, experience and their projects with the community. The next step is to create a blockchain-enabled value exchange for community members, to balance ‘give and take’ of network capacity – if I use more than I bring in (for instance, airtime), I can compensate others. And vice versa.

The journey of less than 15 months has clearly highlighted the fact that you don’t need a huge investment for making cities smarter instead it can be driven by local grass root initiatives. With an estimated 2.3 billion devices coming to smart cities this year, it would need something to connect to and The Things Network is aiming to be the very network allowing this to happen.

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Daten als Innovationstreiber der intelligenten Stadt

Daten sind schon als das “Öl des 21. Jahrhunderts“ bezeichnet worden. Daten werden aber auch die Grundlage bilden für viele Prozesse in der intelligenten Stadt der Zukunft – der Smart City. Dazu wir eine Plattform notwendig sein, in der Daten von unterschiedlichsten Quellen – Sensoren und dem Internet der Dinge, offenen Daten, Behördendaten, Daten aus sozialen Medien sowie von weiteren Drittanbietern – verarbeitet, verknüpft und analysiert werden können, um wertvolle Informationen zu extrahieren und als Linked Open Data verfügbar zu machen. Darauf aufbauend können sowohl Städte wie auch private Anbieter neuwertige Anwendungen und Dienstleistungen anbieten; die Plattform wird dadurch zu einem Standortfaktor und zu einem Innovationstreiber.

Mit der zunehmenden Digitalisierung kommen neue Herausforderungen auf die Gesellschaft zu. Gleichzeitig findet eine verstärkte Urbanisierung statt. Die gesellschaftlichen Herausforderungen manifestieren sich so in der Stadt am deutlichsten: Verdichtung, öffentlicher Verkehr, effizienter Umgang mit Ressourcen wie Energie und Wasser, Sicherheit, und – zentral für den Stadtbewohner – Verbesserung der Lebensqualität. Deshalb ist es lohnenswert, die gesellschaftlichen Herausforderungen zuerst im urbanen Umfeld anzugehen; auch eine neuere OECD-Studie (OECD, 2015)  bezeichnet „Städte als Hub für datengetriebene Innovation“.

Im Juli 2016 ist dazu ein von der BFH koordiniertes Forschungsprojekt mit dem Namen „City Platform as a Service – Integrated and Open“, oder kurz CPaaS.io, gestartet. Das Projekt ist ein Kollaborationsprojekt zwischen Partnern aus Europa und Japan und wird unter Horizon 2020 sowie von der japanischen NICT gefördert. Es hat zum Ziel, eine Cloud-basierte Plattform für Städte und urbane Regionen zu bauen, die die Basis für eine urbane Dateninfrastruktur und für Innovation in der Stadt darstellt. Die Notwendigkeit einer solchen Plattform wird z.B. durch eine Studie (Vega-Gorgojo et al., 2015) gestützt: In der Studie wird betont,  dass „die Stadt Plattformen benötigen wird, welche die Digitalisierung sowie die Nutzung von Daten, kulminierend in Big Data, unterstützt“, und dass „die Smart City mit Plattformen arbeiten muss, auf welchen Daten analysiert und mit anderen Quellen geteilt werden können.“

smart-city-innovation

Das Ziel einer Innovationsplattform ist hoch gesteckt. Es geht nicht nur um die Realisierung einer technischen Plattform, oder um die Verbindung von komplementären Technologien wie das Internet der Dinge, Big Data und Cloud. Das machen andere Projekte auch. Smart City Innovation bedeutet, dass mit der Plattform bzw. mit neuartigen Anwendungen und Dienstleistungen, welche auf der Plattform aufsetzen, ein echter Mehrwert für die Gesellschaft und für die Akteure in der Stadt – Einwohner, Besucher, Privatunternehmen sowie die öffentliche Verwaltung – erbracht wird.

Um dies zu erreichen, muss die Plattform offen sein, sowohl was die Einbindung von weiteren Datenquellen betrifft, als auch den Zugang von Dritten zu den Daten (Stichwort Open Data), natürlich unter Wahrung des Datenschutzes. Im städtischen Umfeld ist hier insbesondere die Einbindung von offenen Behördendaten von Interesse. Dem Projekt kommt hierbei zu Gute, dass immer mehr Behörden diesem Trend folgen und ihre Daten auf Open Data Portalen publizieren – in der Schweiz z.B. auf opendata.swiss, aber auch die Stadt Zürich ist einer der Pioniere auf diesem Gebiet. CPaaS.io wird hier noch einen Schritt weitergehen und die relevanten Daten auch als Linked Data zur Verfügung stellen. Damit sind die Daten semantisch annotiert und auch mit Metadaten versehen, z.B. zur Provenienz und der Qualität der Daten. Dies erst ermöglicht eine vereinfachte maschinelle Einbindung und Nutzung der Daten in weiteren Anwendungen. Davon kann beispielsweise während Grossveranstaltungen profitiert werden: In welche Richtung bewegen sich Besucherströmen? Wie wurde der öffentliche Verkehr auf die aktuelle Situation angepasst? Wie wird auf Gefahrensituationen, Unfälle, Wettersituationen etc. reagiert?

Um für die Gesellschaft nutzbringende Anwendungen zu identifizieren, im Projekt zu implementieren, und damit auch den Nutzen der Plattform validieren zu können, ist die Einbindung von Städten von zentraler Bedeutung. Das Projekt hat dazu Kooperationen mit mehreren Städten aufgleisen können, welche bereits über Erfahrungen in den Bereichen Open Data oder Smart City verfügen. In Europa sind das Amsterdam, Murcia und Zürich, und in Japan Sapporo, Yokosuka und Tokyo. In mehreren von diesen Städten sind Feldversuche geplant.

Wir sind davon überzeugt, dass je länger je mehr Daten eine wichtige Grundlage bilden, um die gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen meistern zu können. Basierend auf Dateninfrastrukturen, wie sie CPaaS.io liefern werden, werden neue Anwendungen und Dienstleistungen angeboten, und die Transparenz wird erhöht. Und für Städte wird dies zu einem wichtigen Standortfaktor, denn innovative Unternehmen werden sich bevorzugt dort ansiedeln, wo solche Plattformen vorhanden sind, die sie für die Erbringung ihrer Dienstleistungen nutzen können.


Projektdetails
Laufzeit: 30 Monate. Partner: Berner Fachhochschule, AGT, NEC, Odin Solutions, The Things Network, Universität Surrey, YRP Ubiquitous  Networking Laboratory, ACCESS Co., Microsoft Japan, Ubiquitous Computing Technology Corporation, Universität Tokyo.

Danksagung
logo-euDas Projekt wird finanziert durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union (Grant Agreement n° 723076) sowie der NICT in Japan (Management Number 18302).


Quellen

  • OECD (2015). Data-Driven Innovation: Big Data for Growth and Well-Being. Paris: OECD Publishing, S. 379ff.
  • Vega-Gorgojo, G., et al. (2015). Case study reports on positive and negative externalities. EU FP7 Project BYTE, S. 141 & 138.
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