Wie in einem Schaugarten werden im neuen „LoRaPark“ auf dem Weinhof in Ulm sensorbasierte Lösungen für den städtischen Alltag gezeigt. Die interaktive Ausstellung wurde vom Verein „initiative.ulm.digital“, von der „Digitalen Agenda“ der Stadt Ulm und dem Unternehmen citysens mit Unterstützung lokaler Firmen initiiert und umgesetzt. Der „LoRaPark“ wurde am Mittwoch, 22. Juli eröffnet und ist täglich geöffnet. Der Eintritt ist frei.
Der Name LoRaPark lehnt sich an das Netzübertragungsprotokoll LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) an, über das Messdaten besonders energieeffizient übertragen werden. Im innovativen LoRaPark, der am Mittwoch von Ulms Oberbürgermeister Gunter Czisch eröffnet wurde, wird im Rahmen des Bundesprojekts „Zukunftsstadt 2030“ gezeigt, wie die praktischen Anwendungen verschiedenster Sensoren das Leben in Ulm zukünftig einfacher und bequemer gestalten könnten. Beispielsweise wird erklärt, wie die neue Technik Luftqualitäts- und Geräuschmessung sowie Parkraumüberwachung vereinfacht. Es wurden Einzelparkplatzsensoren auf Sonderparkplätzen (Handicap, Familie, E-Auto) angebracht, so dass online (ulmerleben.de) nicht nur die Gesamtzahl von freien Parkplätzen – diese Möglichkeit besteht schon länger-, sondern auch von den Sonderparkplätzen eingesehen werden kann. Zudem werden auf einem zwei Meter hohen Display die gesammelten Daten visualisiert und erklärt. Auf einer Webseite (lorapark.de) können die Informationen, beispielsweise über einen Riss-Sensor am Münster, ebenfalls abgerufen werden.
Der LoRaPark ist das Ergebnis eines von der Stadt Ulm bundesweit ausgeschriebenen Innovationswettbewerbs. Eine Fachjury aus Deutschland kürte die citysens GmbH mit dem Konzept „LoRaPark“ zum Sieger des Wettbewerbs und mit einem Preis von 60.000 Euro für die Umsetzung. Der Schaugarten wurde im Auftrag der „Digitalen Agenda“ der Stadt Ulm von der „initiative ulm digital“ und citysens umgesetzt. Namhafte Projektpartner und Sponsoren haben zur Verwirklichung beigetragen, so die SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm, das Digitalisierungszentrum Ulm, Alb-Donau, Biberach e.V., die Sparkasse Ulm sowie die Universität Ulm und die Technische Hochschule Ulm. „Der LoRaPark soll ein Ort der Begegnung und des Lernens werden, der Bürgern und Bürgerinnen aller Generationen die digitalen Möglichkeiten der Zukunftsstadt Ulm anschaulich vor Augen führt“, lobt auch der Ulmer Oberbürgermeister Gunter Czisch das Konzept.
Für Idee und Umsetzung der insgesamt 19 Stationen des Lehrpfads zeichnen das Unternehmen citysens und die Mitglieder des Vereins „initiative ulm digital“ verantwortlich, die Fachwissen und erhebliche zusätzliche Finanzmittel eingebracht haben. Für den LoRaPark investierten citysens und die Digitalinitiative zusammen mit Sponsoren nicht nur einen sechsstelligen Betrag, sondern auch hunderte Entwicklungsstunden.
„Ulm ist weltweit führend beim Einsatz der LoRaWan-Technologie“, erklärt Andreas Buchenscheit, der diesen fachlich vorantreibt. „Unser LoRaPark veranschaulicht interaktiv und verständlich, was die energiesparende und einfach einsetzbare Technik zum Wohl der Stadt und ihrer Bürgerschaft zu leisten vermag“. „Es ist ein tolles Experimentierfeld für Privatpersonen, Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung, “ ergänzt Antonija Scheible von der citysens GmbH.
„Der Ulmer Weg des gemeinschaftlichen Vorgehens hat beim LoRaPark ein einzigartiges Ergebnis erreicht“, betont Sabine Meigel von der „Digitalen Agenda“ der Stadt, die die Infrastruktur für den LoRaPark mitten in der Altstadt zur Verfügung stellt. „Ich freue mich sehr, dass die bundesweit zusammengesetzte Expertenjury im Herbst 2019 beim Innovationswettbewerb zur Zukunftsstadt 2030 der Ulmer Kooperation aus Wirtschaft, Wissenschaft und Bürgerschaft den ersten Preis verliehen hat“, so Sabine Meigel bei der Eröffnung des LoRaParks, der stetig ausgebaut und ergänzt werden soll, am Mittwochabend auf dem Weinhof. Bereits jetzt laufen einige Abschluss- und Forschungsarbeiten in Kooperation mit der Universität Ulm und der Technischen Hochschule Ulm sowie private Experimente aus dem Verschwörhaus im LoRaPark.
Stationen und Sensorschilder im LoRaPark
Wetterstation #1:
Diese Station ist eine Kombination aus verschiedenen Sensoren. Gemessen werden Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Regenmenge, Kondensationspunkt, Windgeschwindigkeit und -richtung, Sonneneinstrahlung und Anzahl von Partikeln verschiedener Größe in der Luft (Feinstaub). Die Wetterstation wird autark mittels Solarmodul betrieben. Die gemessenen Ergebnisse werden periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet, welches die Daten zur Anzeige verarbeitet.
Luftqualitätsmessung #2:
Dieses Gerät beinhaltet vier elektrochemische Gassensoren sowie Sensoren zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Es werden die Gase Stickstoffdioxid (NO₂), Kohlenstoffmonoxid (CO), Ozon (O₃) und Schwefeldioxid (SO₂) gemessen. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf die Luftqualität ziehen.
Die Messergebnisse werden periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet und dort zur Anzeige verarbeitet.
Geräuschsensor #3:
Dieser Sensor misst Geräusche im unmittelbaren Umfeld. Durch ein Mikrofon wird die Lautstärke der Geräusche, z. B. Verkehrslärm (Autos, LKWs, laute Musik, etc.), erfasst. Eine Aufzeichnung erfolgt
nicht, der Sensor ist datenschutzkonform. Der Betrieb erfolgt autark über ein Solarmodul. Die gemessenen (Phone/dB) Werte werden periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet, welches die übermittelten Daten zur Anzeige verarbeitet.
Füllstandssensor #4:
Dieser Sensor informiert über den Füllstand der auf dem Weinhof fest installierten unterirdischen Altglascontainer. Er misst den Abstand zwischen Sensor und dem ersten Gegenstand, welcher die Ultraschallwellen zurück zum Sensor reflektiert. Aus der Laufzeit der Schallwellen vom Sensor zum Gegenstand und wieder zurück wird die Entfernung ermittelt. Durch die Füllstandsanzeige können z.B. Leerungen geplant oder Wege zu nur halbvollen Containern vermieden werden. Der Sensor sendet die Abstandsdaten periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend, welches diese verarbeitet und aufgrund einer hinterlegten Logik den entsprechenden Füllstand berechnet.
Parkraumüberwachung #5:
Der jeweils auf den Sonderparkplätzen (Familie, Handicap, E-Auto) angebrachte Sensor kombiniert Radar- und Magnetsensorik. Sobald sich ein Fahrzeug über dem Sensor befindet oder wieder entfernt, ändert sich das Magnetfeld. Der Sensor sendet den Zustand „belegt“ und „frei“ eventgesteuert bei der Veränderung des Zustandes über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend. Dort werden die Daten zur Anzeige verarbeitet.
Wassertemperatur #6:
Dieser Sensor befindet sich im Wasser des Brunnens auf dem Weinhof und misst dort die Temperatur. Über ein Kabel ist der Sensor mit einem Übertragungsmodul verbunden. Dieses Modul sendet die vom Sensor gemessenen Daten über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend. Die gesendeten Daten werden dort zur Anzeige verarbeitet. Beispielsweise kann so die Erwärmung von Seen überwacht werden.
Feedbackbutton #7:
Der Sensor sendet die Abstimmungsergebnisse über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend, welches die Daten zur Anzeige verarbeitet. So können beispielsweise Meinungsabfragen im öffentlichen Raum einfach umgesetzt werden.
Hochwassersensor #8:
Dieser Sensor misst anhand von Ultraschallwellen den Abstand zwischen Sensor und darunter liegender Oberfläche. Der Abstand ergibt sich aus der Laufzeit der Schallwellen vom Sensor zum Boden und zurück. Wenn der Wasserspiegel ansteigt und sich Wasser auf dem Straßenbelag sammelt, verringert sich der gemessene Abstand. Wird eine Abweichung vom normalen Abstand innerhalb eines definierten Zeitraums erfasst, wird Hochwasser gemeldet.
Der Sensor sendet die Abstandsrohdaten periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend. Dort werden die eingehenden Daten verarbeitet und eine Entscheidung über Hochwasser mittels programmierter Logik getroffen.
Bodenfeuchtigkeit #9:
Dieser Sensor befindet sich im Boden in ca. 50 cm Tiefe. Dort misst der Sensor über die die elektrische Leitfähigkeit den Volumenwassergehalt, die elektrische Leitfähigkeit, die Temperatur und den Grad der Wassersättigung im Boden. Über ein Kabel ist der Sensor mit dem oberhalb der Bodenoberfläche befindlichen Sendemodul verbunden. Auf diese Weise kann eine gezielte und wassersparende Bewässerung erfolgen. Die Messdaten werden periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet. Diese Daten werden dort zur Anzeige verarbeitet.
Besucherstrommessung #10:
Der Sensor erkennt die Geräte, die ein aktives WLAN und Bluetooth Modul besitzen. Die durch die Endgeräte gesendeten MAC-Adressen werden in eine neue Kennziffer umgewandelt (gehasht), gezählt und sofort wieder verworfen. Personenbezogene Daten werden weder dauerhaft gespeichert, noch übertragen. Auf diese Weise können größere Menschenansammlungen erkannt werden. Die Anzahl der gezählten Geräte wird periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend übermittelt. Dort werden die Daten mittels einer hinterlegten Logik aufbereitet.
Öffnungssensor #11:
Dieses Gerät besteht aus zwei Komponenten. Eine Komponente ist ein Magnet, der bei Annäherung an die zweite Komponente einen Schalter auslöst. Durch die Schalterstellung wird unterschieden, ob die Tür geöffnet oder geschlossen ist. Dieser Sensor kann beispielsweise an schwer zugänglichen oder sicherheitsrelevanten Türen, Fenstern und Klappen eingesetzt werden. Die Daten werden eventgesteuert bei der Veränderung des Zustandes über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet. Diese werden dort entsprechend zur Anzeige verarbeitet.
Autarkes Hochbeet #12:
Das autarke Hochbeet bewässert sich je nach Feuchtigkeit der Erde im Beet selbständig und automatisch über einen integrierten Wassertank. Die Messung der Bodenfeuchtigkeit wird über Tensiometer geregelt, die – ähnlich wie Pflanzen selbst – über die Saugspannung den Wassergehalt im Boden bestimmen. Ist der Feuchtigkeitswert zu gering, wird die Bewässerung ausgelöst. Für die Überwachung des Beets, vor allem des Wasserstands im Tank sowie der Bodenfeuchtigkeit, werden regelmäßig Sensordaten via LoRaWAN versendet, so können z. B. gemeinschaftliche Urban Gardening-Projekte erleichtert werden.
Schädlingsbekämpfung #13:
Die Köderbox enthält normalerweise Köder- und Rattengift in einer geschützten Umgebung, so dass Gifte nicht ungewollt in das Grundwasser gelangen können. Bei Hochwasser oder ansteigendem Kanalpegelstand verschließt sich die Box über einen Schwimmer an der Unterseite automatisch. Schädlinge wie z.B. Ratten gelangen über die Öffnung zum Ködergift. Überwacht werden die Rattenbesuche über einen Bewegungsmelder in der Box, der die Anzahl der Besuche zählt und regelmäßig versendet. Somit können vermehrte Besuche direkt erkannt und Schädlinge gezielt bekämpft werden.
Strukturschäden #14:
Strukturelle Schäden an Gebäuden, wie z.B. kleine und größere Risse, werden von diesem Sensor erkannt, vermessen und direkt gemeldet. Ein fest und exakt angebrachter Laser misst in periodischen Abständen den Abstand (“Time of Flight”) zwischen Laser und Messpunkt und ermittelt damit die Größe des Schadens. Die somit entstehenden Abstandsdaten werden regelmäßig per LoRaWAN versendet und erlauben damit eine zeitnahe und lückenlose Beobachtung.
Energiemanagement #15:
Die Zählerstände von Wasser-, Wärme- und Gaszählern werden mit LoRaWAN Modulen ausgelesen und periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an unser Backend übertragen. Die Daten werden als
Verbrauchsverläufe aufbereitet und zur Anzeige gebracht. Mit den fortlaufend aktualisierten Daten kann der Verbrauch von Energie und Wasser optimiert werden. Gleichzeitig wird der momentane CO 2 Gehalt in der Außen- sowie Innenluft gemessen. Damit lässt sich kontrollieren und belegen, dass die Innenluft eine gleiche Qualität wie die Außenluft aufweist.
LoRaWAN Gateway #17:
Dieses Gateway (oder “Basisstation”) ergänzt das bereits bestehende Ulmer LoRaWAN Netz. Die von den Sensoren gemessenen Daten werden verschlüsselt an dieses und andere Gateways gesendet und von dort zur Weiterverarbeitung ins Internet übertragen. Ein einzelnes Gateway erreicht an einem günstigen Standort eine Reichweite von 5 km (Stadtgebiet) bis zu 300 km (ländliches Gebiet).
Die sehr energieeffiziente Funktechnologie LoRaWAN eignet sich besonders zur Übertragung von kleinen Datenmengen über große Entfernungen und Barrieren (z.B. Keller, Kanalisation). Die Datenpakete werden so stark komprimiert, dass eine Sendung typischerweise in 70 Millisekunden übertragen wird. Insgesamt wird der Funkverkehr stark begrenzt.
Smarte Bank #18:
Die Smarte Bank bietet Lademöglichkeiten für Mobilgeräte über USB-Anschlüsse und kabellos. Zudem kann mittels WLAN ein Internetzugang aufgebaut werden. Ambientebeleuchtung und Sitzflächenbeheizung lassen sich zuschalten. Sensoren in der Bank überwachen Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität. Die Stromversorgung erfolgt umweltfreundlich über das in die Sitzfläche integrierte Solarmodul, welches die in der Bank verbauten Akkus lädt.
Stromzähler #19:
Die Stände von Stromzählern werden mit LoRaWAN Aufsatzmodulen ausgelesen und periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend übertragen. Somit können manuelle Auslesungen vermieden und unerwartet hohe Verbräuche erkannt und hier gegengesteuert werden.
Die LoRaPark-Initiatoren:
Digitale Agenda der Stadt Ulm: Die Geschäftsstelle Digitale Agenda der Stadt fördert eine nachhaltige Stadtentwicklung unter aktiver Nutzung der durch die Digitalisierung eröffneten Möglichkeiten. Ulm soll auch langfristig eine lebenswerte Stadt und attraktiver Wirtschaftsstandort sein. Die Geschäftsstelle Digitale Agenda der Stadt Ulm ist hierbei Impulsgeber in die Stadtgesellschaft, Verwaltung und Wirtschaft.
Inititive ulm digital e.V. Die Unternehmerinitiative „initiative.ulm.digital e.V.“ in Ulm möchte Chancen und Herausforderungen, die das Thema Digitalisierung mit sich bringt, für die Stadt Ulm und die Bewohner nutzen und fördern. Der Verein mit derzeit über 80 Mitgliederunternehmen und privaten Unterstützern hat das Ziel, den Wandel aktiv zu gestalten, um so den Standort Ulm als digitale Stadt zu stärken und ihn zu einer digitalen Vorzeigestadt zu entwickeln.
citysens GmbH: Die citysens GmbH, eine Unternehmung von der SWU Telenet GmbH, eXXcellent solutions GmbH, systemzwo GmbH und Cortex Media GmbH, beschäftigt sich mit dem „Internet der Dinge“ und bietet Lösungen für Problemstellungen in der „digitalen Stadt“ und der „Industrie 4.0“. Dabei bietet die citysens GmbH von den Sensoren, über die Funkübertragung bis hin zur Datenaufbereitung in eigenen Softwarelösungen oder als Integration in Kundensystemen alles aus einer Hand.
Weitere Infos: https://lora.ulm-digital.com/
