Es betrifft viele Städte: Die Feinstaubwerte in der Atemluft entlang von Straßen mit hohem Verkehrsaufkommen übersteigen immer wieder die Grenzwerte. An Ideen, wie die Belastung gesenkt werden könnte, mangelt es nicht. Eine davon ist, die Feinstaubwerte kontinuierlich und an vielen Stellen zu messen. Und diese Ergebnisse dann zu nutzen, um elektronische Beschilderung und Ampelanlagen so zu steuern, dass der Verkehr rechtzeitig abgeleitet wird. Das Internet der Dinge bietet für solch komplexe Mess-, Analyse- und Steuerungssysteme ideale Voraussetzungen: Sensoren, die messen und die Ergebnisse per Funk ins Internet übertragen können, sind heute Massenware und entsprechend günstig in der Anschaffung. Sie ließen sich in großer Anzahl einfach und schnell an Ampelmasten und Verkehrsschildern installieren. Denkbar wäre auch der Einsatz mobiler Sensoren, die Stadtbewohner an ihre Fahrräder montieren. In jedem der Fälle muss jeder einzelne Sensor über das Internet mit dem entsprechenden Analyseprogramm verknüpft werden.

Geringe Kosten

»Steht in einer Stadt eine große Anzahl an Messsystemen zur Verfügung, hat das entscheidende Vorteile für die Analyse der Daten: Nicht nur, dass dadurch ein detailliertes Lagebild entsteht. Es reduzieren sich auch Aufwand und Kosten für die Wartung und Absicherung der einzelnen Sensoren«, sagt Ekkart Kleinod vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS. Bei einer entsprechend großen Verbreitung der Messstationen seien Plausibilitätsprüfungen, die fehlerhafte Messungen ebenso schnell erkennen wie eine Manipulation der Daten, technisch kein Problem.

Dass solche smarten Systemlösungen in deutschen Städten nicht schon längst Realität sind, hat (bisher noch) zwei Gründe: Erstens fehlt dem Internet der Dinge so etwas wie ein universell einsetzbares Betriebssystem, das alle erforderlichen Grundfunktionen für den Aufbau eines derartigen Smart Service bietet. Dazu zählt eine Anbindung der verschiedenen Sensortypen mittels einer M2M-Plattform (machine to machine) ebenso wie die Verknüpfung mit den Analyseprogrammen oder die Umsetzung des Datenschutzes. Entwickler konzipieren einen Smart Service deshalb immer noch als Insellösung und setzen diese Anforderungen mit viel Aufwand individuell um. Und zweitens fehlt dem Internet der Dinge ein Marktplatz, auf dem beispielsweise Messdienste bereits vorhandener Sensoren angeboten oder für eine Stadt erstellte Smart-Service-Lösungen auch für andere Städte zur Verfügung gestellt werden können.

Plattform macht Umsetzung und Vermarktung von IoT-Services einfacher

Im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekt »SmartOrchestra« bauen Forscher von Fraunhofer FOKUS und der Universität Stuttgart nun gemeinsam mit vier Partnern aus der Industrie eine universell verwendbare Plattform für Smart Services auf. Die Plattform bietet sowohl eine Technikzentrale für die M2M-Kommunikation als auch einen Marktplatz über den IoT-Komponenten und -Dienste sowie komplette Smart Services angeboten und gehandelt werden können. »Auf diese Weise kann jeder, der eine private oder institutionelle Messstation betreibt, um beispielsweise am Haus die lokale Temperatur und Luftfeuchte zu messen, diese Station auf der Plattform anmelden und als Datenquelle für mögliche Smart-Services anbieten«, so Kleinod. Firmen oder Dienstleister können die Plattform nutzen, um Smart-Services aufzubauen. Über die Plattform integrieren sie dazu eigene Sensoren ebenso einfach wie Messsysteme anderer Nutzer. Die Plattform gewährleistet dabei, dass die Verknüpfung auch bei Sensoren mit unterschiedlichen Standards und Datenformaten reibungslos funktioniert. Am Marktplatz der Plattform können sie nach bestehenden Sensorstationen suchen. Je nachdem, zu welchen Konditionen der jeweilige Anbieter seine Messstationen zur Verfügung stellt, können die Marktplatzteilnehmer auf der Plattform auch einen entsprechenden Vertrag abschließen. »Mit den bereit gestellten Funktionen lassen sich unterschiedlichste Services zusammenstellen, mit den erforderlichen Maßnahmen des Datenschutzes versehen und schließlich als gekapselte Service-Lösung vermarkten«, erklärt Kleinod. Zusätzliche Sicherheit für alle Beteiligten bietet der sogenannte »Datennotar«. Die Plattform sichert den Datenschutz nicht allein durch technische Schutzmechanismen wie Zugriffskontrolle, Anonymisierung sensibler Daten oder Datenspeicherung mit Blockchain-Sicherheit. Zusätzlich wacht der Datennotar über die Einhaltung vertraglich vereinbarter Sicherheitsregeln und protokolliert zum Beispiel wer welche Daten und in welchem Umfang nutzt.

Von der Vorbeugung von Feuchteschäden bis zum Hochwasserschutz

Mit einem Smart-Service zur Vorbeugung von Feuchteschäden in Gebäuden führten die Projektpartner einen ersten umfangreichen Praxistest der Plattform durch. Als Datenquellen dienten dabei weit über tausend Sensoren die in Wohnungen, Gemeinschaftsräumen und außen an den Gebäuden die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit messen. Der zugehörige Analysedienst beobachtet die Feuchteentwicklung über die Zeit. Über eine Webseite können sich die Bewohner über die Raumfeuchte ihrer Wohnung sowie der Eigentümer über den Zustand des Gesamtgebäudes informieren. Zusätzlich bietet der Service die Möglichkeit automatisch die Lüftungstechnik in den Gebäuden zu aktivieren. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Überwachung der Pegelstände entlang von Flüssen, um frühzeitig Maßnahmen wie die Warnung der Verantwortlichen für den Hochwasserschutz zu informieren oder das Öffnen von Schleusentoren vorzubereiten sogar automatisch einzuleiten. »Die Plattform ist grundsätzlich für Smart-Services unterschiedlichster Art geeignet. Unternehmen und Dienstleister, die selbst Services erstellen und anbieten möchten, können sich gerne bei uns über die Möglichkeiten zur Arbeit mit SmartOrchestra informieren«, so Kleinod. (stw)