Besser leben in der Smart City?

Das ist dran am Versprechen vernetzter Städte

Effizienterer Verkehr, angenehmeres Leben und weniger Emissionen – die Erwartungen an die smarte Stadt sind groß. Der Bund fördert bereits über 70 Städte mit Millionenbeträgen, viele davon stecken aber noch in der Konzeptphase und konkreter Nutzen lässt auf sich warten. Wir zeigen, was erfolgreiche Smart-City-Projekte ausmacht und woran es klemmt.

Von Jan Mahn

Smart City. Das ist eines dieser Schlagworte, das mit großen Erwartungen für die Zukunft aufgeladen ist. Ganz grob geht es darum, Städte – aber auch ländliche Räume – lebenswerter, komfortabler, umweltfreundlicher und effizienter zu machen. Und das mithilfe von Technik, also unter anderem mit Sensoren, Software, Apps, öffentlichen Displays oder Datenplattformen. Das Paradebeispiel: Während in einer dummen Stadt Tausende Autofahrer stundenlang auf der Suche nach einem Parkplatz umherirren, werden sie in einer smarten Stadt gezielt per App zu einem freien Abstellplatz geführt oder – noch besser – meiden einen Stadtteil direkt, weil sie erfahren, dass es dort zu voll ist.

Und in einer smarten Stadt müssen die Mitarbeiter der Stadtreinigung auch nicht von einem öffentlichen Abfalleimer zum anderen eilen, sondern bekommen eine Karte mit Füllständen der Tonnen aufs Diensthandy. Die Pegelstände des örtlichen Flusses muss niemand mehr per Hand nachmessen und die Landwirte vor den Toren der Stadt wissen dank engmaschigem Sensornetz mit Bodenfeuchtesensoren genau, wo Wasser nötig ist.

Wie so oft bei Themenfeldern, die so unscharf umrissen sind und diffus ein besseres Leben versprechen, gibt es auch bei Smart Cities die Tendenz, sämtliche Wünsche und Hoffnungen unter diesem Begriff zusammenzufassen. Eine konkrete Beschreibung, was man sich unter einer Smart City vorzustellen hat, muss her. Eine solche haben 70 Teilnehmer aus Bund, Ländern, Kommunen, Wissenschaft und Verbänden bereits im Jahr 2017 im Rahmen eines Workshops des Bundesumweltministeriums erörtert und zusammengetragen. Herausgekommen ist die „Smart City Charta“, die den Untertitel „Digitale Transformation in den Kommunen nachhaltig gestalten“ trägt (siehe ct.de/yzar).

Viel drin

Doch auch in diesem Dokument landeten – nicht ganz unerwartet, wenn man so viele Akteure mit ihren Sichtweisen in einen Raum setzt – allerlei Themen, die im weiteren Sinne alle etwas mit Computern und Zusammenleben von Menschen zu tun haben: „Schwerpunkte können z. B. eine höhere Effizienz der Verwaltung, mehr Transparenz und Partizipation, das Erreichen konkreter Klimaziele, optimierte Mobilität und Verkehrsabläufe oder die regionale Innovations- und Wirtschaftsförderung sein.“

Diese Hülle lässt viel Spielraum und mit etwas Fantasie lassen sich fast alle Digitalprojekte als Teil einer Smart-City-Strategie verkaufen: Ampelsteuerungen, die Verkehrsdaten einbeziehen und grüne Wellen schalten genauso wie ein kostenloses WLAN in der Fußgängerzone oder die Parkplatzsucher-App. Selbst eine Online-Wartenummernvergabe für das Bürgerbüro im Rathaus kann man in diesen Topf werfen. Die Charta nennt auch Ratsinformationssysteme, in denen die Sitzungsprotokolle politischer Gremien öffentlich einsehbar sind.

Stand in Deutschland

Damit die Charta kein Dokument bleibt, das in Regalen der Verwaltung einstaubt, hat der Bund enormen finanziellen Aufwand betrieben und 820 Millionen Euro locker gemacht. Auf einen Anteil aus diesem Topf konnten sich seit 2019 Kommunen in drei Förderrunden bewerben: als Modellprojekt Smart City. 73 Projekte (das können Städte, Landkreise oder interkommunale Kooperationen sein) wurden laut Website des Bauministeriums ausgewählt.

Einige arbeiten bereits seit 2019 an ihrer Strategie und die Förderung ist jeweils auf fünf Jahre angelegt. Also ist es 2023 Zeit für einen Blick auf den Zwischenstand. Nach den Daten der nationalen Dialogplattform (siehe ct.de/yzar) befinden sich aktuell erst 14 von 73 geförderten Städten in der Umsetzungsphase – die anderen durchlaufen noch die Entwicklungsphase. In dieser geht es darum, Ideen auszuprobieren, auf den Weg zu bringen und Konzepte abzufassen.

Doch ist die Umsetzung einer Smart City überhaupt eine Aufgabe für die Verwaltung? Und was soll da überhaupt geplant werden? Ansätze für Antworten finden sich ebenfalls in der Charta. Dort versuchen die Autoren, digitale Transformation im Rahmen einer Smart-City-Entwicklung auf vier Punkte einzudampfen. Digitale Transformation brauche demnach:

1. Ziele, Strategien und Strukturen
2. Transparenz, Teilhabe und Mitgestaltung
3. Infrastrukturen, Daten und Dienstleistungen
4. Ressourcen, Kompetenzen und Kooperationen

Im Zentrum dieser vier Punkte stehen Infrastrukturen und Daten. Damit solche erfasst und verarbeitet werden können, sind Infrastrukturen nötig – auch das leuchtet ein. Dass ein Projekt, an dem staatliche Stellen zumindest beteiligt sind, ein Ziel haben sollte, klingt zuerst wie eine Binsenweisheit, diese hat aber ihre Berechtigung. Denn Projekte, in denen zum Selbstzweck etwas digitalisiert wird, sind zum Scheitern verurteilt. Gleichzeitig birgt der Wunsch, zuerst Strukturen zu schaffen und an Strategien zu arbeiten, auch die Gefahr, sich im Einrichten und Planen zu verzetteln – inwieweit die deutschen Smart Cities in diese Falle getappt sind, wollten wir genauer wissen.

Also haben wir uns die Mühe gemacht, die Websites aller 73 Pilotstädte zu durchforsten. Wir wollten wissen, wo es bereits konkrete Projekte gibt, also funktionierende Anwendungen, die Bürger ausprobieren oder nutzen können. Explizit nicht gezählt haben wir Ideen, Absichtserklärungen, Leitbilder und Pressemitteilungen mit Ankündigungen. Wenn die Websites Fragen offenließen, haben wir bei den Verantwortlichen nachgefragt. Die komplette Tabelle würde den Umfang dieses Artikels sprengen, Sie finden sie über ct.de/yzar zum Download.

Der Befund war ernüchternd: Nur bei 22 der 73 smarten Kommunen konnten wir auf den Websites konkrete Projekte finden, bei denen es schon etwas zu sehen gab. Bemerkenswert: Einen direkten Zusammenhang zwischen der Phase (Entwicklungs- oder Umsetzungsphase) war nicht zu erkennen. Ahlen und Heidenheim sind zum Beispiel gemeinsam in der Strategiephase, haben aber bereits ein umfangreiches Dashboard mit Daten von Verkehrs- und Umweltsensoren veröffentlicht. Städte wie Cottbus oder Hildesheim sind offiziell schon in der Umsetzung, können jedoch noch keine umgesetzten Projekte vorweisen, letztere konnte uns auch auf Nachfrage nicht erklären, was aus den angekündigten Ideen geworden ist. Für jahrelange Arbeit und Förderung in Millionenhöhe ist das recht wenig. Öffentliche Kritik muss es in Eichenzell gegeben haben. Dort rechtfertigt sich das Projektteam ausführlich auf der Homepage, warum Fernreisen in andere Smart Cities und nach Barcelona nötig gewesen seien.

Bemerkenswert: Je größer die Städte, desto größer auch die Träume. Hamburg, Leipzig und München träumen gemeinsam von digitalen Zwillingen ihrer Städte und haben das gemeinsame Projekt „Connected Urban Twins“ erfunden, das noch beweisen muss, dass es konkrete Ergebnisse hervorbringen kann. Solche findet man häufiger bei den kleinen Städten – Gera zum Beispiel hat mit die umfangreichste Datenplattform veröffentlicht und als eine der wenigen Städte mehr Sensordaten als Konzeptpapiere produziert.

Kooperationen gesucht

Gleich zwei Punkte der oben zitierten Aufzählungspunkte aus der Charta bringen indirekt weitere Akteure neben der kommunalen Verwaltung ins Spiel: Transparenz, Teilhabe und Mitgestaltung soll gewährleistet werden. In einer perfekten Welt soll die Kommune also nicht allein stumm an einer Smart City tüfteln, um dann eine vermeintlich smarte Lösung für ein erdachtes Problem zu präsentieren, das schlimmstenfalls niemand hatte.

Auch der vierte Punkt fordert noch einmal Kooperationen ein, auch um die gewünschte Kompetenz ins Boot zu holen. Kooperationspartner können einerseits kommunale Unternehmen sein, die konkreten Mehrwert daraus generieren, wenn sie Daten sammeln und auswerten. Die lokalen Stadtwerke haben zum Beispiel ein großes Interesse daran, die Kosten fürs Ablesen von Gas- und Stromzählern zu reduzieren und bringen bestenfalls schon Kompetenzen im Bereich funkender Sensoren mit. Weitere ernstzunehmende Partner können Makerspaces, Universitäten und Schulen sein – dort finden sich Digitalisierungsbegeisterte, die bei Projekten helfen und Ideen nicht nur ausdenken, sondern auch umsetzen können.

Die Aspekte Teilhabe und Kooperation haben die meisten der untersuchten Städte sehr ernst genommen – in der Regel mehr als technische Fragen. Es gab bereits Smart-City-Bürgerfeste, Mitmachwochenenden zum Ideensammeln, Pop-up-Stores in Fußgängerzonen und digitale Beteiligungsformate. Daher fehlt es auf vielen der Websites auch nicht an Ideen, die aus der Gesellschaft eingereicht wurden. Nur eben an pragmatischen Umsetzungen.

Das kann ebenso daran liegen, dass auch nach Jahren der Strategiephase niemand den Mut hatte zu sagen, was man jetzt machen und was man nicht als Teil von Smart City betrachten will. Viele der kommunalen Strategien lesen sich wie Inhaltsangaben der Charta, weniger wie konkrete Pläne für die eigene Stadt.

Die Freiheit, alles und nichts in der Strategiephase der Smart City zuzuschreiben, erscheint nach dem Studium der 73 Websites als größtes Problem – das quälend lange Strategiephasen zur Folge hat. Um den Fokus aufs Wesentliche zu legen, stellen wir eine eigene Definition zur Debatte, die den Inhalt von Smart-City-Projekten etwas eingrenzt: „In einer Smart City werden Entscheidungen von Bürgern, Unternehmen und Behörden durch Daten unterstützt, die durch kommunale und private Initiativen erhoben, öffentlich bereitgestellt, angereichert und ausgewertet werden.“ Ob man ein Ratsinformationssystem mit in die Definition einschließen möchte, ist Geschmackssache, die folgenden Ausführungen beschränken sich vor allem auf Daten von Sensoren – und zwar solchen, die draußen in der echten Welt Informationen einsammeln.

Vom Planen zum Machen

Die folgenden Hinweise und die Artikel auf den folgenden Seiten sind als konkrete Handlungsempfehlungen gedacht. Einerseits für Smart-City-Verantwortliche, denen angesichts der sehr freien Aufgabenstellung und der vermeintlich großen technischen Herausforderung noch die zündende Idee fehlt. Andererseits richten sich unsere Einführungen an alle, die – ganz im Sinne der Charta – selbst an Smart-City-Projekten mitwirken wollen. Als privater Bastler, der das eigene Haus schon vernetzt hat und im nächsten Schritt eine Infrastruktur für Umweltdaten aufbauen will. Als Lehrkraft einer weiterführenden Schule, als Ehrenamtlicher in einem Makerspace oder in einem Imker- oder Naturschutzverein.

Vorab gibt es ein paar gute Nachrichten: An serienreifer Technik mangelt es auf dem Markt wahrlich nicht. Und exorbitant teuer sind die Geräte auch nicht. Doch bevor es ans Beschaffen von Material geht, muss man sich im Klaren darüber sein, welche Teilprobleme überhaupt zu lösen sind. In der Charta wird das nur angerissen, sodass wir eine eigene Aufzählung vorschlagen. Folgende Fragen müssen für ein Smart-City-Projekt beantwortet werden:

1. Was wollen wir mit dem Projekt erreichen?
2. Welche Hardware brauchen wir?
3. Über welches Funkprotokoll senden meine Sensoren?
4. Wo landen die Daten?
5. Wie werden die Daten ausgewertet?

Doch wie so oft gibt es ein lähmendes Henne-Ei-Problem. Wer nicht weiß, was technisch überhaupt möglich ist, welche Sensoren der Markt hergibt und aufwendig Inbetriebnahme und Datensammlung sind, wird schon vor der ersten Frage kapitulieren. Unser Tipp: Überlegen Sie sich ein simples Beispiel, zum Beispiel eine Website, die in Echtzeit die Temperatur an ein paar Standorten visualisiert. Dann ist auch Frage 2 schnell beantwortet – Sie brauchen einfache Temperatursensoren. Die eignen sich deshalb so gut für den Einstieg, weil es sie mit Anbindung an alle relevanten Funknetze gibt und weil es mit die günstigsten Geräte auf dem Markt sind.

Auf den folgenden Seiten beschreiben wir Ihnen zwei Ansätze für die Funkanbindung und zeigen auch gleich passende Sensoren, die damit kompatibel sind. Ab Seite 22 geht es um das Protokoll LoRaWAN und die Praxis damit. Eine LoRaWAN-Infrastruktur hat den großen Vorteil, dass Sie sie selbst dort aufbauen können, wo die Sensoren weit entfernt sind, also eine große Funkabdeckung gebraucht wird. In der kleinsten Ausbaustufe für Experimente reicht ein Gateway (Basisstation), um das Grundstück vorm eigenen Bürofenster abzudecken. Das Übertragungsverfahren LoRa ist auf hohe Reichweiten optimiert, sodass ein einzelnes Gateway an einem hohen Standort auch mal einen ganzen Stadtteil versorgen kann. Weil Sie die Infrastruktur selbst aufbauen, ist das Einbuchen von Sensoren kostenlos, auch für die Sensornachrichten fallen keine Kosten an.

Ganz ohne Netzausbau steigen Sie mit NB-IoT und LTE-M ein. Das ist ein kommerzielles Mobilfunknetz speziell für funkende Sensoren, der Zugang kostet also Geld. Weil nur extrem wenig Daten verschickt werden, sind die Tarife günstig und nicht mit einem 5G-Datentarif fürs Handy vergleichbar. Wie Sie mit NB-IoT und LTE-M loslegen, erfahren Sie ab Seite 28.

Die ersten Experimente sind faszinierend – wenn ein Sensor aus Kilometern Entfernung die ersten Datenpakete schickt, die man am eigenen PC einsehen kann, ist man schon mittendrin im Smart-City-Projekt. Wenn Sie sich für ein oder mehrere Funkprotokolle entschieden haben, können Sie künftig in Shops für IoT-Zubehör nach geeigneten Sensoren stöbern.

Für die letzten beiden Fragen brauchen Sie wieder Kenntnisse über das, was der Markt hergibt. Denn die Daten der Sensoren müssen irgendwo landen, wo Sie sie veröffentlichen und auswerten können. Auf Seite 30 stellen wir eine Open-Source-Datenplattform vor, die Sie mieten oder selbst betreiben können. Ein Dashboard, das Ihre Daten ansehnlich darstellt, ist ohne eine Zeile Programmcode auch von Nichtprogrammierern an einem Vormittag gebaut.

Her mit den Ideen

Glückwunsch: Wenn Sie Ihre ersten Sensordaten über ein IoT-Datennetz verschickt haben, auf einer Datenplattform gesammelt und ausgewertet, sind Sie bereit, die fünf Fragen noch einmal zu beantworten und aus der Strategie- in die Umsetzungsphase überzugehen. Ideen, Hard- und Software gibt es reichlich. (jam@ct.de)

Detaillierte Auswertung und Projektseiten: ct.de/yzar