Smart Cities – Leben und Bewegen im Morgen

Urbanisierung – das Phänomen der Industrialisierung

Seit Beginn des 19. Jahrhunderts ist die Urbanisierung eine prominente Entwicklung. Vor 200 Jahren lebten nur ca. zwei Prozent der Weltbevölkerung in urbanen Räumen. Bereits zur Jahrtausendwende ist diese Zahl auf 47 Prozent angestiegen; ein enormes Wachstum in kurzer Zeit. Der UN-Bericht “World Urbanisation Prospects” aus dem Jahre 2014 prognostiziert bis 2020 ein jährliches Wachstum der Stadtbevölkerung in Höhe von 1,84 Prozent. 2050 sollen dann 75 Prozent der globalen Bevölkerung in Städten bzw. urbanen Regionen leben.

Allgemeine Annahme ist, dass dieser Städteboom auf dem wirtschaftlichen Wachstum der letzten Jahrzehnte basiert, sowie der Industrialisierung und der Durchsetzung verbesserter Arbeitsbedingungen entstammt. Öffentliche Institutionen und Forschungszentren sind sich einig, dass dieser Trend der Urbanisierung große Chancen für die Bereiche Bildung, Kultur und Wirtschaft vorhält. Dies liegt vor allem daran, dass Städte wegen ihrer Größe und Besiedlungsdichte kostengünstige soziale Infrastrukturen bereitstellen können. Hier erreichen die sozialen Einrichtungen des Bildungs- und Gesundheitswesens viele Individuen. Viel besser, als dies in weniger besiedelten, ruralen Regionen der Fall ist. Dies kann die Teilhabe sozial benachteiligter Gruppen am gesellschaftlichen, politischen und kulturellen Leben in der Großstadt begünstigen.

Jedoch birgt die Urbanisierung auch Risiken und Herausforderungen. Dies bezieht sich insbesondere auf den exorbitanten Verbrauch natürlicher Ressourcen sowie den Ausstoß an Emissionen. In urbanen Regionen sind Verbrauch und Verschmutzung höher, was respektiv einen hohen Druck auf Verfügbarkeit und Lebensqualität ausübt. 

Der Trend zur Smart City

Der Trend des städtischen Bevölkerungswachstums geht weiterhin einher mit einem verstärkten ökonomischen Wachstum innerhalb der Ballungsräume. Weltstädte sind nach aktuellen Statistiken für mehr als 65 Prozent des globalen BIP-Wachstums verantwortlich. Diese zwei Entwicklungen vereinen sich sowohl mit einer rasant voranschreitenden Abhängigkeit von digitalen Technologien im Alltag, als auch mit dem Bedürfnis, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und das Leben in der Stadt gesünder und lebenswerter zu machen. Dies führt dazu, dass die Einrichtung von sogenannten “Smart Cities” gefordert wird.

Smart Cities sind sorgfältig durchgeplant und es werden digitale Infrastrukturen implementiert. Das ultimative Ziel ist die Gewährleistung von Zugänglichkeit, Umweltfreundlichkeit, Ressourceneffizienz und Sicherheitsmanagement im großen Stil. Die Digitalisierung wird und soll diverse Bereiche von Verwaltung, Wirtschaft und Stadtgesellschaft beeinflussen und verändern. Dies soll kontrolliert und geführt vonstatten gehen, sodass Informations- und Kommunikationstechnologien IKT in Form von integrierten Entwicklungskonzepten die kommunalen Infrastrukturen verknüpfen. Dies bezieht sich vor allem auf Energie, Gebäude, Verkehr, Wasser und Abwasser.

Smart Cities basieren grundlegend auf dem Konzept oder Prozess, welcher Städte bzw. Metropolregionen effizienter, aber in gleichem Maße lebensfreundlicher und umweltfreundlicher gestaltet. Das Committee of Digital and Knowledge-Based Cities definiert eine Stadt als “smart”, wenn Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) so eingesetzt wird, dass eine nachhaltige und saubere Wirtschaftsentwicklung stattfinden kann und gleichzeitig ein hoher Lebensstandard gewährleistet wird. In der Definition geht dies einher mit der Bemühung der jeweiligen Regierung, die schonende Nutzung natürlicher Ressourcen zu fördern.

Ein kontrollierter Prozess für nachhaltige Ziele

Je nach Situation weichen die tatsächlichen Elemente einer Smart City ab. Die prominentesten Elemente sind die folgenden:

1. Nutzung moderner, effizienter und intelligenter Infrastrukturen, beispielsweise intelligente Stromnetze und effektive Abfallwirtschaft
2. Sinnvolle Integration von IKT, um den Alltag der Stadtbevölkerung zu unterstützen und bestmöglich zu verbessern
3. Für alle zugängliches Städtedesign, welches den Menschen ins Zentrum stellt und öffentliche Partizipation ermöglicht
4. Anpassungsfähiges Städtedesign, dass existierende und gleichzeitig neue Bewohner berücksichtigt
5. Transparenz; sprich alle Bürger haben Zugang zu öffentlichen Daten der Stadtverwaltung
6. Proaktive Richtlinien, die den Stadtverwaltungen Ressourcen bereitstellen um Smart City Programme implementieren und etablieren zu können

Das Konzept der Smart Cities wurde von der Bundesregierung in einen Handlungskatalog mit Roadmap umgesetzt. Diese Roadmap ist die deutsche “Smart City Charta”. Sie unterstützt die Umsetzung der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie und die Verwirklichung der internationalen Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals) der Agenda 2030 der Vereinten Nationen. Sie betont das Ziel, die Digitalisierung aktiv und kontrolliert voran zu treiben und für nachhaltige Zwecke zu nutzen. Die Digitalisierung der Verwaltungen und des Stadtlebens soll nicht zum Selbstzweck stattfinden.
Die Bundesregierung hält fest, dass die Digitalisierung und die Umsetzung der Smart Cities “im sozialen, ökologischen wie auch ökonomischen Sinne nachhaltigen Zielen dienen und [...] diesen nicht entgegenwirken” darf.
“Eine solche, bewusst gesteuerte digitale Transformation sollte lokale Wertschöpfung, Kreislaufwirtschaft und nachhaltige Lebensstile unterstützen.”

Wichtige Attribute für die Entwicklung von Smart Cities sind:

1. Lebenswert und liebenswert – Bedarfe der Individuen werden in den Mittelpunkt allen Handelns gestellt und das Allgemeinwohl wird als höchstes Gut bewertet
2. Vielfältig und offen – Digitalisierung wird genutzt um stärkere Integration aller Einwohner*innen zu erreichen, demographische Hürden zu meistern und Ungleichgewichte in sozialen und ökonomischen Belangen zu beseitigen.
3. Partizipativ und inklusiv – Es herrschen integrative Konzepte, die eine selbstbestimmte Teilhabe Aller gewährleisten: barrierefrei, digital und analog.
4. Wettbewerbsfähig und gedeihend – Digitalisierung wird gezielt eingesetzt, sodass sie die lokale Wirtschaft und neue Wertschöpfungsprozesse stärkt. Passende Infrastrukturen werden zur Verfügung gestellt
5. Klimaneutral und ressourceneffizient – Umweltfreundliche Mobilität, sowie Energie-, Wärme-, Wasser-, Abwasser- und Abfallkonzepte werden implementiert. Dies führt zu einem Leben in einer CO2-neutralen, grünen und gesunden Kommune.

Smart Mobility in Smart Cities

Eines der wichtigsten Ziele, das mit der Implementierung der Smart Cities erreicht werden soll, ist das der Reduktion aller urbanen Treibhausgasemissionen um mindestens 40 Prozent bis zum Jahr 2020. Dies zielt insbesondere auf das Transportwesen innerhalb urbaner Regionen ab.
Urbane Mobilität und städtischer Transport sind verantwortlich für 40% des gesamten CO2-Ausstoßes im gesamten Straßentransport und für 70% aller anderen Schadstoffausstöße im gesamten Transportwesen. Ein Bericht des EU Rechnungshofes besagt, dass die meisten europäischen Staaten nicht ihre Luftreinhaltungsrichtlinien einhalten. Die resultierende Umweltverschmutzung ist eines der größten aktuellen Risiken für das allgemeine Gesundheitswesen Europas. Etwa 400.000 vorzeitige Todesfälle pro Jahr werden ihr zugeschrieben.

Die fortlaufende Verstädterung sowie die immense Abhängigkeit von Autos und individueller Mobilität führt unausweichlich zu großem Verkehrsaufkommen. Dies wiederum bedingt häufige Verkehrsüberlastung, steigende Emissionswerte und Sicherheitsprobleme. Einer Berechnung der Gemeinsamen Forschungsstelle der EU zufolge belaufen sich die Kosten der Straßenverstopfungen in Europa auf 1% des BIP.
Die Notwendigkeit, dieser Entwicklung Einhalt zu gebieten, ist unumstößlich. Die Smart City soll hier die Lösung bereithalten. Nicht nur aus ökonomischer Sicht, sondern insbesondere aus sozialer und ökologischer Sicht, ist es vonnöten, urbane Mobilität zu erdenken, die Linderung in all diesen Bereichen verschafft.

Die urbane Mobilität von morgen

Stichwort ist hier Smart Mobility, welche den öffentlichen Transport, IKT-Infrastrukturen und Verfügbarkeit öffentlicher Internetzugänge berücksichtigt. Transport Design muss intelligent und vernetzt sein, sodass sich vorteilhafte Transportnetzwerke entwickeln. Diese Netzwerke würden in Zukunft CO2-reduzierte öffentliche Verkehrsmittel, bessere Kommunikation, und Möglichkeiten für Fußgänger*innen und Radfahrer*innen beinhalten. Im Kern geht es hier um die Optimierung der urbanen Mobilität und Verkehrsabläufe. Diese Optimierung soll dem Erreichen konkreter Klimaziele bei gleichzeitig höchster Mobilität und gleichberechtigter Teilhabe den Weg bereiten.

Smart City Beispiele aus dem echten Leben

Norwegen ist bekannt für seine ausgeprägte Innovationskultur und seine in Sachen Technik hoch-versierten Bürger*innen. Der öffentliche Sektor in Norwegen ist mit strikten Auftragsvergaberichtlinien reguliert, welche zu Innovation und Nachhaltigkeit aufrufen. Durch diese Kombination positioniert sich das Land an vorderster Front bei der Konzeption und Entwicklung von Smart Cities. Oslo wurde 2019 für all seine Innovationen und smarten, digitalen Lösungen zur Umwelthauptstadt Europas gekürt.

Im Bereich Gebäude und Bauwesen laufen in Norwegen zur Zeit zahlreiche Projekte, in denen intelligente und miteinander vernetzte Sensoren Daten sammeln. Hierzu zählen Daten über Beleuchtung, Beheizung und Kühlung von Gebäuden. Entsprechend der gesammelten Daten können dann diese Bereiche wiederum von einem Softwaresystem reguliert werden. So können Ressourcen ohne Verschwendung zur richtigen Zeit am richtigen Ort genutzt werden. Auf diese Weise hilft die künstliche Intelligenz, Ressourcen zu sparen und intelligent einzusetzen.

Im Bereich Mobilität ist Norwegen zusätzlich ein gewichtiger Player. In Norwegens zweitgrößter Stadt Bergen wird das Motto „geteilte Mobilität“ bzw. “shared mobility” gelebt. Erst kürzlich öffnete die Stadt zwei von zehn geplanten Mobilitätszonen. Grundpfeiler dieser Aktion sind permanent reservierte Parkplätze, die exklusiv für Car-Sharing-Fahrzeuge zur Verfügung stehen. Überwiegend kommen hier Elektroautos zum Einsatz. Innerhalb dieser Mobilitätszonen sind öffentliche Verkehrsmittel oder Haltestellen für Mitfahrgelegenheiten ohne Hürden zu erreichen. Es gibt sichere Fahrradstellplätze, eine Vielzahl an Leihrädern sind verfügbar und die Ladestationen für Elektrofahrzeuge zahlreich verteilt.

Teil des Smart City Ansatzes ist, Gebrauch von Open Data Solutions zu machen und Daten öffentlich zur Verfügung zu stellen. Norwegen gilt als Vorreiter in dieser Disziplin und leistet mit seiner ‘Agentur für öffentliche Verwaltung und E-Government’ fortschrittliche Arbeit auf dem Gebiet. Die Agentur führt ein landesweites Register für alle aus dem öffentlichen Sektor stammende Open Data, öffentlich zugängliche Daten.

Bei den Daten handelt es sich um Informationen und Zahlen aus diversen Bereichen, mitunter aus Umwelt, Gesundheit, Geografie, Landwirtschaft, Verkehr und Demografie. Das Register ist für alle Interessierten frei zugänglich. Dies ermöglicht es Unternehmen, Forschungsinstituten und kreativen Einzelpersonen, Probleme zu identifizieren und potentielle Lösungsmöglichkeiten im Sinne einer Smart City zu erdenken und zu entwickeln.

Intelligente Transportnetzwerke ermöglichen Mobility-as-a-service

Kommunen, Gemeinden und Städte sind angehalten, die öffentlichen Transportsysteme effektiv, fair, und sicher zu gestalten, integriert mit dem “Mobility as a Service” Ansatz. Dieser Ansatz soll den konventionellen Transport mit eigenen Fahrzeugen durch ein auf die Allgemeinheit abgestimmtes Angebot verschiedener Mobilitätsdienste ersetzen.

Ein wichtiger Schritt ist hier die Adaption an und Nutzung von aktuellen Fahrzeuginnovationen und die ausgeweitete intelligente Nutzung dieser. Dazu gehören beispielsweise das Autonome Fahren, Einsatz von Elektroautos, Implementierung von Car-Sharing Angeboten oder Dockless Mobility Services (abstellen an einem beliebigen Ort, Stichwort E-Scooter).

Des Weiteren müssen Rahmenbedingungen und Regelwerke geschaffen werden, die die Erreichung der Klimaziele unterstützen bzw. die Einhaltung der Obergrenzen für Emissionen für Unternehmen erstrebenswert machen. Letztendlich basiert all dies auf der Gewährleistung bzw. Bereitstellung nachhaltiger physischer und digitaler Infrastruktur. Sie soll kontinuierliche Innovationen und innovative Lösungsansätze im Bereich (urbaner) Mobilität seitens privat sowie öffentlich Handelnder unterstützen bzw. möglich machen.

Konkrete Visionen für Smart Cities von morgen

Wie könnte die Smart City von morgen hier bei uns, ganz konkret, aussehen?Wegweisend sind hier die immer beliebteren Sharing-Ansätze und Konzepte, wie Car-Sharing oder Ride-Sharing. Hier geht es um gemeinsames Nutzen und Wiederverwerten von Materialien, Ressourcen, Technologien und Produkten.

Sharing Dienste im Bereich der Mobilität sind mittlerweile in einer Vielzahl deutscher Städte verfügbar: Car-Sharing, Free-floating E-Scooter oder Ride-Sharing wie bspw. Mitfahrgelegenheiten sind bereits ganz selbstverständlich Teil des Mobilitätsalltags der in urbanen Geflechten Lebenden und Arbeitenden. 

Ein wichtiger Bestandteil der urbanen Mobilität sind zweifelsohne die Öffentlichen Verkehrsmittel wie Bus und Bahn. Mit ihnen lassen sich die Schadstoffemissionen des Transportwesens wesentlich verringern und Straßen entlasten. Und doch haben Städte es immer schwerer, die Vorzüge des öffentlichen Nahverkehrs an potenzielle Nutzende zu bringen. Immer mehr disruptive Mobilitätsservices und Geschäftsmodelle steigen in den Markt ein. Bestes Beispiel ist hier “Uber” und weitere ride-hailing oder ride-sharing Services. Diese haben in den letzten Jahren dramatisch an Popularität gewonnen und den Markt für Transport und Verkehr in Städten weltweit drastisch verändert. Geschäftsmodelle wie die von Uber erhöhen das Risiko für Straßenbelastung und Umweltverschmutzung, da sie für sinkende Zahlen im öffentlichen Nahverkehr sorgen.

Ihr Erfolg ist nicht verwunderlich. Insbesondere für suburban lebende Personen ist der öffentliche Nahverkehr oft eine unbequeme Alternative, da die nächstgelegene Station meist weit von zu Hause oder von der Arbeit entfernt ist. Dieses Phänomen wird als First-Mile/Last-Mile-Problem beschrieben. Aufgrund dessen wird heute oftmals lieber auf Ride-Hailing zurückgegriffen. Die Herausforderung ist hier, diese Services komplementär zum Öffentlichen Nahverkehr auftreten zu lassen. Ziel der smarten Mobilität in einer Smart City soll sein, die unterschiedlichen Konzepte intelligent zu verknüpfen. Mobilitätsangebote und ihre Kombination müssen individuell zugeschnitten und optimiert sein auf die Bedürfnisse aller Nutzender. Dies funktioniert durch die Vernetzung und Verknüpfung aller Mobilitätsangebote, sodass die individuelle Kundenreise stets die besten und effizientesten Mobilitätsservices beinhaltet. Wichtiger Baustein hierfür ist eine intelligente Verknüpfung von Ticketservices. 

Beispiele für Smart Urban Mobility-Lösungen

Mobility as a Service (MaaS)

Moovel, bzw. heute mit dem Namen Share Now, ist eine innovative MaaS Plattform, die den Gebrauch von Multimodalen Transport- und Shared Mobility-Services sowie deren Bezahlung in einer einzigen App ermöglicht.

Hierbei werden verschiedene Transportoptionen wie öffentlicher Nahverkehr, Auf-Abruf-Services und Car-Sharing gebündelt, sodass auf vielfältige Transportangebote mit einer App und einem Account zugegriffen werden kann.

Innovactory hat sich zum Ziel gesetzt mit ihrer App TimesUpp die Mobilitätsgewohnheiten der User nachhaltiger zu gestalten. Die App ist ein intelligenter Reisebegleiter. Mit der Verknüpfung des Kalenders gibt die App Vorschläge, welches Transportmittel zu welcher Zeit am besten zu nutzen ist um an das gewünschte Ziel zu gelangen. Die App liefert hierbei alle Daten in Echtzeit, zu aktueller Verkehrslage oder zu erwartenden Hindernissen.

Intelligent Traffic Management Solution (ITS)

PSIRoads ist ein intelligentes Verkehrsmanagement System, welches mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) den Verkehr innerhalb der Stadt in Echtzeit regeln und an kurzfristige Änderungen anpassen kann. Ampeln und Ampelphasen werden auf Basis von Straßennutzerdaten und aktuellen Veränderungen im Verkehrsaufkommen gesteuert.

Dieses System ist entworfen worden, um den für den städtischen Transport zuständigen Parteien Entscheidungen über Verkehrsgestaltung und -führung zu erleichtern. Dadurch können Verkehrsbelastung und Umweltverschmutzung auf niedrigem Niveau gehalten werden.

Traffic Congestion Service

Schätzungen zufolge sind Parkplatzsuchende verantwortlich für 30% der innerstädtischen Staus und Straßenblockierungen.

Parquery ist ein Cloud-basiertes, intelligentes Park-Assistenz-System, welches bereits in einigen Städten weltweit implementiert ist. Parquery ermöglicht Smart Parking, welches Belegungsinformationen von Parkplätzen in Echtzeit liefert und somit die Grundvoraussetzung für eine optimale Parkplatzverwaltung leistet. Es erkennt die Belegung von Parkplätzen mit Hilfe von Kameras und Bilderkennungs-Software.

Public Transport Innovation

Lublin, einer Mittelstadt in Polen, wurde kürzlich ein innovatives Fahrgastmanagement- und Informationssystem im öffentlichen Nahverkehr implementiert. Es umfasst die Modernisierung der städtischen Transportinfrastruktur und Busflotte. Dazu gehörte die Ausstattung der Busse mit GPS und Mobilfunk. Bushaltestellen wurden um elektronische Anzeigetafeln erweitert. Die Leistelle bekam ein neues Softwaresystem. Eine Webseite sorgt für die Versorgung Fahrgäste mit dynamischen Informationen zum Nahverkehr und Abfahrtszeiten.

Die mobile Zukunft ist jetzt

All diese Beispiele sind aus dem echten Leben und bereits verfügbar und zu implementieren. Das zeigt, dass die Smarte City nicht so futuristisch ist, wie das noch oftmals angenommen wird. Die aktuellen Innovationstrends in Sachen Mobilität und ihre disruptiven Kräfte auf den Markt lassen darauf schließen, dass sich die Arten und Weisen, wie wir in der Stadt mobil sind, drastisch ändern werden. Die Digitalisierung hat einen großen Einfluss und wird in Zukunft ihre Rolle ausbauen. Konventionelle Autos und das Bedürfnis individuellen Besitzens werden mehr und mehr in den Hintergrund geraten. “Teilen”, autonomes Fahren, sowie die generelle Elektrifizierung halten Einzug.

Dafür gibt es natürlich konkrete Voraussetzungen, die geschaffen sein müssen, damit solche Services tatsächlich implementiert werden:

1. Ein sicherer Zugang zu einer hochleistungsfähigen Breitbandversorgung. Dies schafft einen zentralen Standortfaktor bzw. -Vorteil, mit dem sich weitere Innovationen anstoßen lassen und erfinderische Unternehmen angelockt werden können. Dieser Zugang ist die Grundvoraussetzung für die Schaffung digitaler Kommunen mit einer wissens- und technologiebasierten Wirtschaft.
2. Kommunen müssen die erforderlichen Investitionen in die technische Infrastruktur und in die Bereitstellung von qualifiziertem Personal zur Konzeption und zum Betrieb digitaler Anwendungen umsetzen. Dafür müssen die für eine nachhaltige digitale Transformation nötigen finanziellen Mittel und personellen Ressourcen bereitstehen.

Die Boston Consulting Group hält es für möglich, dass autonome und intelligente Mobilitätssysteme in Städten zu erheblich besseren Verkehrsbedingungen führen können. Unfälle könnten vermieden und Fahrzeiten um bis zu 40% reduziert werden. Es könnten Milliarden an kumulierten verlorenen Stunden im Verkehr wartend oder pendelnd eingespart werden. Diese Einsparungen und Verbesserungen könnten einen finanziellen Vorteil von 1,3 Billionen US-Dollar für die gesamte Gesellschaft ergeben.

All diese Veränderungen erfordern starken politischen Willen, passende Rahmenbedingungen zu gestalten. Diese sollten digitale Prozesse und Transformationen geregelt und kontrolliert von statten gehen lassen. Nur so ist die nachhaltige Umsetzung gewährleistet.

Spannend sind die aktuellen Trends allemal und es lohnt sich, auf dem neuesten Stand zu bleiben. In Zukunft können wir immer noch bequemer und ressourcenschonender durch die urbanen Dschungel der Welt navigieren. Wir bei VEHICULUM sind gespannt, was sich in nächster Zeit tun wird und freuen uns darüber, mit stets brandneuen Leasingfahrzeugen immer am Zahn der Zeit zu sein.