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Neuer FIWARE iHub in Köln: Innovative Services für Smart Cities

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Auf Initiative von Detecon trafen sich zahlreiche Smart-City-Experten, um Wege, Instrumente und Praxisbeispiele für smarte Innovationen in Städten der Zukunft zu diskutieren

Über 50 Gäste waren zum Detecon FIWARE iHub Forum am 21. März in die Kölner Detecon-Zentrale gekommen, um sich gemeinsam über Smart Cities als intelligente Ökosysteme mit hoher Lebensqualität auszutauschen. Das Treffen diente als Austauschforum, um die Zusammenarbeit von Bürgern, Unternehmen, Forschung und Stadtverwaltungen hinsichtlich smarter Bürgerlösungen zu inspirieren und dabei die Rolle und Wirkung des Open-Source-Katalogs und der Standards von FIWARE unter die Lupe zu nehmen.  

Nachdem Claus Essmann die Anwesenden mit einem Plädoyer für Smart Cities mit offenen Initiativen und Standards begrüßt hatte, stellte zunächst Caroline Corneau  als Projektleiterin der Europäischen Kommission das „CEF (Connected Europe Facility) Digital programme“ vor. Mit dem Ziel des digitalen Binnenmarktes unterstützt die EU damit wesentliche digitale Schlüsselinitiativen und -projekte zum Nutzen von Bürgern, Unternehmen und öffentlichen Verwaltungen. Konkret bietet CEF den Einsatz sogenannter Bausteine (Building Blocks) an, die, auf offenen Standards basierend, nahtlose grenzüberschreitende (digitale) öffentliche Dienste ermöglichen. Dies können etwa Standards zum organisationsübergreifenden Datenaustausch, für die elektronische Rechnungsstellung oder eine Big-Data-Testinfrastruktur sein. Der „Context Broker“ als einer der Building Blocks, ist eine auf dem FIWARE-Standard beruhende Plattform, die in der Lage ist, Kontextinformationen in großem Umfang über Standard-APIs zu verarbeiten und den EU-Mitgliedstaaten darüber hinaus ermöglicht, Echtzeitdaten zu sammeln, zu verwalten, zu nutzen und zu teilen.

Caroline Corneau spricht vor den Smart-City-Experten des Detecon FIWARE iHub Forum in Köln

„Der Vorteil der CEF Building Blocks liegt darin, dass sie praxisbewährte Digitallösungen darstellen, die durch ihre offenen Standards die Gefahren eines Vendor-Lock-In verhindern“, erklärte Caroline Corneau. „Sie bündeln grundlegende Fähigkeiten, die in jedem Projekt wiederverwendet werden können, um digitale öffentliche Dienste über Grenzen und Sektoren hinweg bereitzustellen. Aktuell setzen in Europa etwa 120 Projekte die diversen Bausteine erfolgreich ein“. Konkrete Success Stories präsentiert die CEF Digital Webseite. Auf der Website finden die Mitgliedstaaten die Normen und Spezifikationen hinter jedem Baustein, Referenzimplementierungen sowie unterstützende Dienstleistungen wie Schulungen und Webinare, Testumgebungen und einen Helpdesk. Ebenso erläuterte Caroline Corneau die Rolle von CEF als finanzielles Förderprogramm: Denn neben der Nutzung der Bausteine haben öffentliche Verwaltungen und Unternehmen die Möglichkeit, Zuschüsse und Förderungen für Projekte zu beantragen, die nachhaltige, digitale und vernetzte Bürgerdienste sowie die zugehörigen Plattformen realisieren wollen.

Gute Bürgerdienste brauchen Kontextinformationen

Warum bietet für Smart Cities und Verwaltungen insbesondere das Open-Source-Ökosystem FIWARE einen großen Nutzen? Darauf ging Ulrich Ahle, CEO der FIWARE Foundation, ein: „FIWARE ordnet und lenkt Kontextinformationen. Etwa, welche Daten wann, wo und warum in einer Stadt auf Parkanlagen, auf Straßen und Plätzen, in der Abfallwirtschaft oder für die Beleuchtung anfallen und wie sie – über Organisationssilos hinweg - für intelligente, bürgerfreundliche Dienste im Sinne höherer Lebensqualität zugänglich und nutzbar gemacht werden können.“

Ulrich Ahle, CEO der FIWARE Foundation: "FIWARE ordnet und lenkt Kontextinformationen"

Aus technischer Sicht hält das FIWARE-Framework ein Set verschiedenster bewährter Open-Source-Plattformkomponenten bereit, um heterogene Daten zielgerichtet zusammenzuführen. Dies geschieht über die offene API-Schnittstelle „Next Generation Services Interface (NGSI)“.  Die Kernkomponente jeder FIWARE-basierten Smart Solution ist wiederum der FIWARE Context Broker, der seit 2018 ein offiziell ratifizierter Baustein des CEF-Programm der EU ist. Diese und viele weitere Lösungen stehen zur Entwicklung von Piloten und Testbeds im sogenannten FIWARE Lab, einem globalen Netzwerk von Wissenszentren, die eine breite Palette von experimentellen Infrastrukturen nutzen, frei zur Verfügung.

Deutschland liegt noch zurück

Bereits 125 Städte aus 25 Ländern nutzen FIWARE beim Aufbau von Smart-City-Plattformen. „Deutschland liegt allerdings hinsichtlich der Digitalisierung öffentlicher Verwaltungsprozesse – im Gegensatz zu Bereichen wie Industrie 4.0 – gegenüber anderen europäischen Ländern wie Estland, Dänemark oder den Niederlanden leider immer noch Jahre zurück“, mahnte Ulrich Ahle. Ein Praxisbeispiel wie Smart-City-Lösungen Kosten senken und hohe Bürgerakzeptanz hervorrufen, skizzierte Ahle anhand der Aktivitäten von Montevideo in Uruguay: „Hier sind auf einer FIWARE basierten Smart-City-Plattform mittlerweile 450 Verkehrskreuzungen und Ampelanlage erfasst. Sensoren messen Verkehrsflüsse und über ein elektronisches Busticketsystem sind die jeweiligen Echtzeitauslastungen bekannt.  Ist ein voller Bus nun verspätet, erhält dieser an Kreuzungen grünes Licht und kann auf diese Weise die Zeit wieder aufholen!“

Konnektivität und Datenmodelle sind gut zu planen

Gastgeber Gianluca Dianese, Managing Consultant bei Detecon, hob danach die Bedeutung eines strukturierten Vorgehens hervor: Um Objekte zu vernetzen und hierüber Daten zu generieren, seien etwa die technologischen Ebenen der Sensor-Netzwerke sorgfältig zu planen. „Stütze ich mich auf Magnetfeldsensoren oder nutze ich existierende Kameras, um Verkehrsflüsse an einer Kreuzung zu messen? Welche Datenmodelle und Kommunikationsprotokolle für abgeleitete Prozessregeln eignen sich?“, fragte Gianluca. „Eine neue LED-Lichtinfrastruktur könnte sensorgestützt auch die Luftfeuchte messen, die dann wieder automatisch die Stärke der Leuchtkraft von Laternen regeln könnte.“ Erst durch die Kombination unterschiedlicher Daten entsteht demnach neuer Mehrwert. „Die Integration heterogener Daten aus verschiedenen Quellen ist nicht leicht. Dennoch existieren bewährte Prozesse, um dieses hohe Niveau an Komplexität gut bewältigen zu können“, erklärte Gianluca Dianese und bekräftigte: „Als neuer FIWARE iHub wollen wir von Köln aus bei solchen Vorhaben effektiv unterstützen und selbstverständlich auch im engen Austausch mit vielen anderen nationalen und internationalen FIWARE- und Smart-City-Communities agieren.

Gastgeber und Moderator Gianluca Dianese (Detecon) beim FIWARE iHub Köln: "Ex existieren bewährte Prozesse, um Komplexität zu beherrschen zu können."

Praxisbeispiel: „Smart Society“ in Eindhoven

Eindrucksvolle Beispiele für realisierte Smart-City-Lösungen zeigte dann Rick Schager, ICT-Architekt der Stadt Eindhoven. Gemeinsam mit dem Katasteramt errichteten er und sein Team für Stadt und Bürger ein Sensor-Register, das sowohl Transparenz als auch Regeln für die in der Stadt installierten Sensoren bietet. Um die hohe Lebensqualität der Stadt zu sichern, unterliegen alle Aktivitäten klaren Prinzipien: „Wenn jemand Sensoren im öffentlichen Raum installieren will, müssen die erhobenen Rohdaten auf der Registerplattform offen zur Verfügung stehen“, erklärte Schager. „Stets müssen dabei auch Persönlichkeitsrechte und Sicherheitsbestimmungen gewahrt sein.“ Aus technischer Perspektive wurde zudem u.a. die Nutzung offener Protokolle und Standards festgelegt.

Rick Schager, ICT-Architekt der Stadt Eindhoven: "Es geht nicht darum, das Rad neu zu erfinden, entscheidend ist ein offener Austausch von Wissen."

Ein besonders innovatives Beispiel ist der Einsatz einer Smart-City-Listener-Lösung: Abends und am Wochenende wird die bekannte Stratumseind-Straße in Eindhoven von bis zu 20.000 Menschen besucht. Um die Attraktivität hoch zu halten und dafür Gewalt und Lärm zu minimieren, stattete es die Stadtverwaltung mit intelligenten Tonkameras aus, die die Straßenumgebung auf Geräuschpegel und Akustiksignale, die womöglich auf Aggressionen hindeuten, beobachtet. Unter voller Beachtung der Privatsphäre sendet das System lediglich akute Aggressionsfälle eines GPS-Standortes auf Basis von Edge Processing an die Polizei, die dann innerhalb von Sekunden daraufhin reagieren und vor Ort erscheinen kann. Darüber hinaus sind auch intelligente LED-Lichtsäulen in der Lage, die Stimmung des Publikums in der Stratumseindstraße beeinflussen.

Das Team erhielt den „Strategic Sourcing Award 2018“ in der Kategorie „Most Inspirational Digital Business Ecosystem“. Hohen Wert legt Rick Schager darauf, dass er und sein Team die gesammelten Erfahrungen sowohl auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene, bspw. im Rahmen des europäischen Forschungsrahmenprogramm Horizont 2020 oder der Initiative OASC (Open & Agile Smart Cities), intensiv mit anderen Städten, Gemeinden und Organisationen austauschen. Sein Appell an die Zuhörer: Verantwortliche sollen die Wiederverwendbarkeit existierender Smart-City-Lösungen nutzen! „Initiativen wie CEF, FIWARE, SynchroniCity (Horizont 2020) stellen praxisbewährte Lösungsbausteine, offene Schnittstellen und Datenmodelle bereit, es gilt nicht, das Rad neu zu erfinden, entscheidend sind vielmehr ein offener Austausch von Wissen und das konsequente Vorantreiben von Implementieren und Optimieren von Smart-City-Projekten“, rät Rick Schager.  

FIWARE im Energiesektor

Prof. Dr.-Ing. Antonello Monti, Institutsleiter am Lehrstuhl für Automation of Complex Power Systems und des E.ON Energy Research Center der RWTH Aachen: „Aktuell verändert sich der Energiesektor erheblich, nämlich weg von vertikalen Strukturen und hin zu horizontal ausgerichteten Netzwerken. Um den anspruchsvollen Prozess der Energiewende umsetzen zu können, reicht es nicht aus, alleine die Infrastrukturen der Energiebranche zu betrachten“, erläuterte Prof. Monti. Um innovative Prozesse und Regelungen für zukünftige elektrische Netze aufzubauen, seien vor allem die zahlreichen Interaktionen der vielen lokalen, dezentralen Energiemärkte, also zwischen Energiesektor und vielen weiteren Branchen zu betrachten. „Lösungen wie der FIWARE Context Broker erlauben nun, den Energiesektor siloübergreifend mit wertvollen Daten aus Branchen wie Mobilitätswesen, Transport, Industrie oder Gebäudemanagement zu verbinden“, betonte Prof. Antonello Monti.

Prof. Dr.-Ing. Antonello Monti: "„Der Energiesektor verändert sich, nämlich weg von vertikalen Strukturen und hin zu horizontal ausgerichteten Netzwerken."

Weitere Praxisbeispiele zu FIWARE-basierenden Smart-City-Lösungen lieferte Olaf-Gerd Gemein, Board Member der FiWARE Foundation: So wird etwa in Wien derzeit ein Datenportal für die Seestadt Aspern erstellt. Sie ist ein in Bau befindlicher Stadtteil und eines der größten Stadtentwicklungsprojekte Europas. Über einen Zeitraum von 20 Jahren soll ein neuer Stadtteil entstehen, in dem über 20.000 Menschen wohnen und arbeiten sollen. Die auf FIWARE basierende Plattform smartdata.wien soll als Basis für verschiedenste Smart-City-Projekte in Bereichen wie Energie, Gebäude und Mobilität dienen. Somit entsteht eine cloud-basierte, städtische Infrastruktur zur Datenerfassung und Datenaustausch zwischen öffentlichen und privaten Partnern bis hin zu Visualisierungsanwendungen und Berechnungsfunktionen. Zentrales Element war wiederum der FIWARE Context Broker, der kontextbasierte Informationen aus verschiedensten Use Cases sinnvoll kombiniert und mit weiteren öffentlich verfügbaren Daten anreichert.

Olaf gab auch zu bedenken, dass FIWARE und offene Standards ein Gegengewicht zur immer stärkeren Dominanz chinesischer Standards seien. „50 Prozent aller Standards in ITU (International Telecommunication Union) stammen mittlerweile aus China.“, konstatiert Gemein. „Chinesische Standards gelten allerdings nach unseren Maßstäben nicht als offene Standards.“

In seiner Funktion als City Council Coordinator der OASC-Initiative, einem internationalen Netzwerk von über 140 Smart Cities, kündigte Olaf Gemein an, dass Köln in naher Zukunft neben den bereits bestehenden Mitgliedern Dellbrück, Paderborn und Wolfsburg dem OASC beitreten wird.

Olaf-Gerd Gemein präsentierte zahlreiche Beispiele FIWARE-basierter Smart-City-Implementierungen

Ziel: Sichere Interaktion über Branchen und Ökosysteme hinweg

In der abschließenden, von Gianluca Dianese moderierten, Panel-Diskussion hoben Caroline Corneau und Ulrich Ahle noch einmal den Nutzen offener Standards wie FIWARE hervor, der praxisbewährte Schnittstellen und Datenmodelle bietet. „Mit einem derartigen umsetzungsgetriebenen Ansatz entstehen Lösungen zudem in relativ kurzer Zeit auf kosteneffiziente Art und Weise“, betonte Ahle. „Es macht einfach Sinn, sich erst einmal darüber zu vergewissern, welche Software-Lösungen für welche Anforderungen denn bereits existieren, und diese dann gegebenenfalls individuell anzupassen und selbst zu nutzen.“

 

Ulrich Ahle, Caroline Corneau und Prof. Antonello Monti diskutieren beim FIWARE iHub Cologne

Dr. Ernö Kovacs, Head of IoT Research bei den NEC Labs Europe und einer der technischen Gründerväter von FIWARE, erläuterte in diesem Zusammenhang noch einmal die Möglichkeiten des neuen, weiterentwickelten API „NGSI-LD“ als zentrale, offene API-Schnittstelle. „Das neue Datenmodell in NGSI-LD ist um semantische Elemente angereichert und nutzt JSON-LD, womit eine automatische Verbindung zwischen eigenen Datenstrukturen und Semantik-Ontologien möglich wird.“ Mit diesen Ontologien lasse sich sehr präzise definieren, welche Art von Daten man exakt nutzen oder anbieten will. Möglich sind auch Wissensdatenbanken - aufbauend auf sogenannte Knowledge Graphs - die mit Query-Anfragen durchsucht werden können. „Darauf können dann auch intelligente AI-basierte Algorithmen aufsetzen“, erläutert Ernö Kovacs. „Für die Zukunft erwarte ich übrigens, dass FIWARE und Kontextinformationen eine wachsende Rolle in der Realisierung von „Digitalen Zwillingen“ einnehmen werden, die als regelbasierte, virtuelle Instanz dann ihrerseits real-physikalische Systeme kontrollieren und regulieren werden.“ 

Generell wachsen überall Szenarien für den praktischen Einsatz: „Das „Winter-Paket“, ein umfassendes Regelungswerk der europäischen Kommission zu Energieeffizienz, erneuerbaren Energien und dem Strommarkt steigert die Anreize für den Energie-Sektor und seine Netzbetreiber nun auch endlich stärker in Cloud- und Sensortechnologien zu investieren. Um in dieser digitalen Revolution lenken und interagieren zu können, bieten sich Standardlösungen wie FIWARE natürlich sehr an“, ergänzte Prof. Antonello Monti. 

Benedikt Gäch (Detecon), Dr. Ernö Kovacs (Head of IoT Research NEC Labs Europe) und Moderator Gianluca Dianese

Benedikt Gäch, Leiter des Bereichs „Infrastructure & Platforms“ bei Detecon betonte die wichtige Rolle von Open Source für Innovationen im Öffentlichen Sektor. „Open Source ist ein wichtiges Instrument, um Interoperabilität zwischen Anwendungen verschiedener Branchen realisieren zu können. Es geht ja in der Regel darum, eine gemeinsame Datenbasis zu schaffen, die mehrere Organisationen dann für unterschiedliche Zwecke nutzen können. Auch spätere Modifikationen von Anwendungsszenarien lassen sich damit leichter hinzu entwickeln, wobei vor allem auch dem Sicherheitsaspekt gut Rechnung getragen werden kann, was gerade im Öffentlichen Sektor ja eine ganz wesentliche Voraussetzung ist.“

Ein sehr konkretes Ziel gab schließlich am Veranstaltungsende Prof. Antonello Monti allen Anwesenden mit auf den Weg: „Das Wettrennen um die besten „Business-to-Customer“-Lösungen haben die Amerikaner gewonnen. Jetzt, mithilfe von Standards wie FIWARE können die Europäer das Rennen um die besten Plattformkonzepte für „Business-to-Business“ durchaus gewinnen!“  

Weitere Informationen:

Förderung Modellprojekte Smart Cities

 

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