Stadt Ilmenau setzt gemeinsam mit dem IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH Smart-City-Projekte um

Wie hoch ist die Feinstaubbelastung in den Ortsteilen Ilmenaus mit Luftkurortprädikat? Wie groß sind die Belastungen durch Verkehrslärm zu welchen Zeiten? Und wie erfährt das Fachamt von einer defekten Straßenbeleuchtung auf einer Stadtfläche von knapp 200 Quadratkilometern? Das sind drei Anwendungsfelder für Smart-City-Projekte, die vom IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH (IMMS GmbH) bearbeitet werden und in der Region Ilmenau zum Einsatz kommen.

Neben dem Einsatz von intelligenten Sensorsystemen für solche Anwendungen hat sich das IMMS insbesondere mit der Datenaufbereitung und -qualitätssicherung für die weitere Verwendung befasst. Diese Lösungen fließen in Smart-City-Anwendungen ein, die das IMMS im Forschungsprojekt thurAI erarbeitet. Dieser Verbund aus IMMS, TU Ilmenau und FSU Jena befasst sich mit der Anwendung und dem Transfer von KI-Methoden in der Praxis – auch auf den Gebieten Gesundheitswesen und Medizintechnik sowie Produktions- und Qualitätssicherung. Für das Thema Smart City haben das IMMS und die TU Ilmenau in thurAI zusammen mit der Stadt ein „LivingLab“ in Ilmenau realisiert. Die praktischen Beispiele für Smart-City-Vorhaben sollen auch nach Projektende zu Demonstrationszwecken weiterbetrieben werden. Zwar gilt die Bezeichnung von der intelligenten, also smarten Stadt als Sinnbild für die Kommune der Zukunft – tatsächlich aber sollen die Anstrengungen auf diesem Gebiet perspektivisch den Alltag der Bürgerinnen und Bürger erleichtern.

Doch dafür müssen Anwendungen sichtbar werden. Geradezu ein Paradebeispiel dafür ist das Straßenbeleuchtungsmonitoring im Ilmenauer Ortsteil Jesuborn. Hier werden Lampen im Bestand sensorisch auf mögliche Defekte überwacht. Damit kann das Beleuchtungsnetz permanent ohne Kontrollfahrten auf seine Funktion überprüft werden. Der Vorteil für die Bewohnerinnen und Bewohner: Der zeitnahe Austausch von defekten Lampen erhöht die Sicherheit gerade in der dunklen Jahreszeit. Die im Projekt entwickelte Lösung besteht aus energieautarken Sensorknoten, die nachträglich an beliebigen Lichtmasten montiert werden können. Die Sensoren kommunizieren ihre Messdaten über einen Datensammler vor Ort an einen zentralen Rechner, auf dem die Defekterkennung als Verarbeitungsschritt erfolgt.

Einen ganz anderen praktischen Wert haben die Messysteme des IMMS für das touristische Dreigestirn Frauenwald, Manebach und Stützerbach. Zum Markenzeichen der drei südlichen Ilmenauer Ortsteile gehört die gute Luft. Regelmäßig müssen sich die Urlaubsorte daher Zertifizierungen unterziehen, zu denen auch die Messung der Feinstaubbelastung gehört. Der Deutsche Wetterdienst (DWD) nimmt zu diesem Zweck in Jahresabständen Analysen vor. Das Ergebnis sind akkumulierte Messwerte zur Feinstaubbelastung über den gesamten betrachteten Zeitraum. Rückschlüsse auf ursächliche Ereignisse oder Schwankungen innerhalb des Zeitraums sind damit aber nicht möglich. An dieser Stelle setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des IMMS an, um ein System zu entwickeln, das mittels preiswerter Sensorik eine kontinuierliche Feinstaubüberwachung an verschiedenen Standorten im jeweiligen Ortsteil ermöglicht, um damit Ursachen für Schwankungen bei der Feinstaubbelastung aufzuspüren und gegebenenfalls frühzeitig gegensteuernde Maßnahmen ergreifen zu können. Entwickelt wurden dafür energieautarke Funksensorknoten mit Solarbetrieb und einem Pufferakku, die Feinstaub in vier Granulatgrößen mittels eines optischen Sensors messen und daneben Mikroklimadaten erheben. Die aufbereiteten Messdaten werden der Tourismusverwaltung sowie den Bürgerinnen und Bürgern in Echtzeit grafisch und online bereitgestellt.

Auch Lärm ist ein relevantes Thema für Kommunen. Verwaltungen, die Veranstaltungen und Baumaßnahmen genehmigen, müssen dabei den Lärmimmissionsschutz beachten, dazu entsprechende Auflagen vorgeben, die Einhaltung der gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte und Auflagen überwachen sowie Beschwerden bearbeiten. Traditionell wird dabei die Lärmbelastung in Stichproben mit qualifizierter Messtechnik nach den Vorgaben der einschlägigen gesetzlichen Norm, der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm), vor Ort erfasst, d.h. mit vergleichsweise großem Aufwand und Personaleinsatz im Außendienst. Doch konventionelle Messtechnik ist teuer, erfordert Fachpersonal und ist zudem lediglich zur punktuellen Überwachung gedacht. Rückschlüsse aus einem flächendeckenden kontinuierlichen Monitoring können hingegen Systeme liefern, wie sie vom IMMS im Vorprojekt „StadtLärm“ mit den Partnern aus der Region Bischoff Elektronik GmbH, Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT und Software-Service John GmbH entwickelt wurden. Das Lärm-Monitoring-System erfasst permanent und über verteilte Sensoren großflächig Schalldaten und soll den städtischen Behörden Pegel und Typ von Lärmereignissen überliefern. Die Informationen sind hilfreich für zukünftige stadtplanerische Entscheidungen und sicherheitsrelevante Maßnahmen. Zum Einsatz kommt das System beispielsweise aktuell in Gelsenkirchen rund um die Veltins-Arena.

„Wir haben am IMMS das Projekt thurAI genutzt, um die Hardware für eine Erweiterung des Lärm-Monitoring-Systems vorzubereiten. Es liegen 15 Sensorknoten bereit. Für diese Sensoren wird das Fraunhofer IDMT in einem Anschlussprojekt an der KI-basierten akustischen Ereignisdetektion und Verkehrszählung arbeiten. Ziel ist es, die Monitoring-Systeme zu verbessern und in Ilmenau zu testen“, erklärt Dr.-Ing. Tino Hutschenreuther, Themenbereichsleiter für System Design am IMMS.

„Diese drei Beispiele aus der Praxis verdeutlichen sehr anschaulich, was wir unter einer ‚smart city‘ verstehen. Die Projekte auf diesem Gebiet dienen nicht der Selbstbeschäftigung, sondern sie bearbeiten echte kommunale Problemstellungen. Eine Kommune wird meiner Überzeugung nach erst dann zu einer intelligenten Stadt, wenn ihre Einwohnerinnen und Einwohner einen alltagstauglichen Nutzen aus technischen Anstrengungen ziehen können. Das ist bei den Themen Straßenbeleuchtung und Luftqualität definitiv der Fall“, sagte Ilmenaus Oberbürgermeister Daniel Schultheiß.