Smart City Ein Sensor mit maschineller Bildverarbeitung für den öffentlichen Raum

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Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Eine bedarfsgerechte Beleuchtung von Straßen und Wegen in der Stadt erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern spart auch Energie. Mit geeigneter multifunktionaler Sensorik und Bildverarbeitung lässt sich aber nicht nur das Licht steuern.

Wie kann man im übertragenen Sinne eine Stadt mit Augen ausstatten? Die dafür notwendigen Sensoren müssen unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Sollen Sensoren optische Informationen verarbeiten, ist Licht notwendig, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Auch die Energieversorgung der Sensoren muss gewährleistet sein. Hinzu kommt, dass unterschiedliche Anwendungsszenarien auch unterschiedliche Sensortypen erfordern. Auch der Datenschutz im öffentlichen Raum muss berücksichtigt werden.

Straßenbeleuchtungen sorgen für ausreichend Licht auf Straßen und Wegen. Sensoren dosieren das Licht bedarfsorientiert, um Energie und unnötige Lichtemissionen einzusparen. Eine weitere Funktion für den Sensor ist nicht nur die quantitative Messung sondern auch die Unterscheidung von Verkehrsteilnehmern im öffentlichen Raum. Solche Sensoren ebnen den Weg zur smarten Planung und Steuerung von Straßen und Wegen, Parkhäusern und Verkehr.

Ein multifunktionaler Sensor für städtische Anwendungen

Ein herkömmlicher Bewegungssensor stellt fest, ob sich etwas in seinem Radius bewegt. In Inneren von Gebäuden sind sie deshalb sehr zuverlässig. Im Freien sind Bewegungssensoren sehr fehleranfällig. Je nach Einstellung und Umgebung werden sie auch durch Tiere, Bäume oder sogar starke Regenschauer oder Schneefall ausgelöst. Diese Ungenauigkeit führt zum fehlerhaften Auslösen der Beleuchtung und dadurch zu einem vermeidbaren Stromverbrauch. Der von Tridonic entwickelte SensorX ist ein multifunktionaler Sensor für unterschiedliche Anwendungen. Er erkennt Bewegungen und ist ein Umgebungslichtsensor in einem Gerät. Der Sensor ist in der Lage, Umgebungslicht präzise zu messen, was eine intelligente Steuerung der Straßenbeleuchtung ermöglicht.

Die Bewegungen erkennt der Sensor dank maschineller Bildverarbeitung, womit er gleichzeitig die Beleuchtung bedarfsgerecht steuern kann. Das Umgebungslicht kann der Sensor zwischen 0,2 und 20.000 Lux bei einem Winkel von 150° präzise messen.

„Viele Machine-Vision-Lösungen benötigen sehr viel Rechenleistung und Strom und sind daher für den Masseneinsatz nicht wirtschaftlich oder nachhaltig“, erklärt Eduardo Pereira, Product Manager Outdoor Controls bei Tridonic. „Beim SensorX ist es uns gelungen, den Bedarf an Strom und Hardware-Performance im Gerät selbst auf ein Minimum zu reduzieren. Die Magie geschieht im Zusammenspiel zwischen Hardware und Software und bietet die optimale Lösung für den Einsatz in der Stadt. So können wir Daten, Kosten und Strom einsparen.“

Bildverarbeitung erfolgt direkt im Sensor

Für die Analyse nimmt der SensorX bis zu fünf Bilder pro Sekunde auf. Die Bildverarbeitung erfolgt direkt im Sensor. Das Bild wird ausschließlich für die Analyse verwendet, wird nicht gespeichert und kann auch nicht exportiert werden. Der SensorX besitzt keinen internen Speicher und ist datenschutzkonform. Er kann daher ohne Bedenken im urbanen Umfeld eingesetzt werden.

Der Zugriff auf den Sensor zur Einrichtung oder Neueinstellung ist geschützt, ein Zugriff durch Dritte ist nicht möglich. Nur hierzu findet eine Bildübertragung auf ein Smartphone oder Tablet statt, um Zonen definieren zu können. In diesem Fall ist die Übertragung verschlüsselt. Analysiert werden lediglich die Zonen, die bei der Kommissionierung individuell festgelegt werden. Der Sensor berücksichtigt dann nur Bewegungen in diesem Bereich und erkennt, dass sich in der ausgewählten Zone etwas bewegt. In der Zukunft wird es auch möglich sein, zwischen Fußgängern und Radfahrern zu unterscheiden und sogar verschiedene Fahrzeugtypen zu erkennen.

Installation und Nachrüstung

Installiert wird der SensorX direkt an der Zhaga-D4i-Schnittstelle (Zhaga Book 18 Ed. 3 Anschluss) der Straßenleuchten. Er ist damit direkt nach der Montage und Einrichtung betriebsbereit. Haben Kommunen bereits Leuchten mit Zhaga-D4i-Schnittstelle im Einsatz, lässt sich der SensorX nachrüsten. Die Installation an der Straßenleuchte hat zum einen den Vorteil, dass dem Sensor jederzeit genügend Licht zur Verfügung steht. Der Sensor ist mit einem Lichtdetektor ausgestattet, der die Lichtverhältnisse so regelt, dass eine Erkennung von Bewegungen zuverlässig möglich ist. Zum anderen nutzt er die bereits vorhandene Stromversorgung der Leuchte mit. Diese Art der Installation ist nur durch den sparsamen Verbrauch von weniger als einem Watt möglich, und macht den SensorX damit DALI-Typ-B-konform.

Durch die Bildverarbeitung gewonnene Daten und Informationen werden mittels DALI an Lichtsteuerungen für die Straßen- und Parkbeleuchtung, City-Management-Systeme oder Software zur Steuerung von Lichtsignalanlagen übermittelt. Dort können die Daten dann analysiert oder zur direkten Steuerung genutzt werden.

Sensoren steuern Straßenbeleuchtung

Sensorgesteuerte Beleuchtung zahlt sich in vielerlei Hinsicht aus. Sie sorgt zum Beispiel für mehr Sicherheit auf Straßen und Wegen. Der Sensor erkennt, ob sich Passanten oder Fahrzeuge in der Nähe befinden. Daraus lassen sich adaptive Lichtszenarien programmieren, die beispielsweise in verkehrsarmen Zeiten das Licht dimmen und bei erhöhtem Verkehrsaufkommen die Straßen und Wege wieder aufhellen. So können sich die Menschen auch nachts sicher auf beleuchteten Straßen und Wegen bewegen, ohne dass die ganze Stadt permanent voll beleuchtet sein muss.

Dieser Anwendungsfall hat einen weiteren positiven Nebeneffekt. Durch die gezielte Beleuchtung der Wege wird die Lichtemission reduziert. Wenn sich niemand auf den Wegen befindet, wird auch weniger Licht benötigt. Eine sensorbasierte Lichtsteuerung trägt somit nicht nur zur Sicherheit, sondern auch zum Wohlbefinden der Bevölkerung bei. Gezieltes Beleuchten und Dimmen in Ruhezeiten spart zudem Strom und senkt damit die kommunalen Energiekosten. In einem Pilotprojekt, bei dem ein Sensor bis zu fünf Leuchten steuerte, ergab sich ein Einsparpotenzial von rund 50 Prozent. Auch die Tastköpfe. Ist auch ein gutes Basisthema. Irgendwie spannend, wie die uns gleich angesprochen haben.

Den Parkraum überwachen

Auf Parkplätzen und in Tiefgaragen ist eine sensorgestützte Auslastungsanzeige nichts Neues. Bisher setzen Stadtplaner dabei häufig auf magnetische Sensoren, die in den Straßen- oder Bodenbelag eingelassen sind. Diese Sensoren sind im Freien fehleranfällig, zum Beispiel bei starkem Schneefall. Außerdem müssen sie bei einer Änderung der Parkfläche mühsam ausgegraben und neu verlegt werden. Das ist auf Dauer nicht nur umständlich, sondern auch teuer und lässt wenig Spielraum für Flexibilität.

Mit dem Sensor von Tridonic kann die Parkzone während der Kommissionierung exakt definiert werden. Der Sensor analysiert dann die durchschnittliche Anwesenheit von Fahrzeugen in einem ausgewählten Gebiet in den letzten zehn Minuten und meldet, auf welchen Flächen Fahrzeuge stehen. Sollten Änderungen in der Parkplatzsituation eine Neudefinition der Parkzonen erforderlich machen, kann dies vor Ort mit einem Smartphone oder Tablet via Bluetooth in wenigen Minuten erfolgen, ohne dass der Sensor aus- oder umgebaut werden muss.

Staus vorhersagen und Verkehrsfluss optimieren

Ein weiteres Einsatzgebiet des Sensor befindet sich derzeit in der Entwicklungs- und Testphase. Die Messung der Verkehrsdichte und die Optimierung des Verkehrsflusses bieten viele Möglichkeiten über die Lichtsteuerung hinaus. Der Sensor zählt in definierbaren Intervallen von 20 Sekunden bis zu zehn Minuten, wie viele Fahrzeuge den definierten Bereich passieren. Durch die daraus gewonnenen Daten können Stadtplaner zukünftig wichtige Erkenntnisse ableiten. Sie sehen, wo es häufig zu Staus und stockendem Verkehr kommt und welche Straßen mehr oder weniger genutzt werden als erwartet. Anhand dieser Daten können sie Straßenführungen optimieren, Ampelschaltungen anpassen oder zusätzliche Fahrspuren für den Verkehr freigeben.

Staus lassen sich künftig in der Stadt noch genauer beobachten und durch die Datenmessung vermeiden, was außerdem den CO₂-Ausstoß reduziert. Auch in Parks und Grünanlagen kann der Sensor eingesetzt werden, um eventuell wenig genutzte Wege zu renaturieren oder neue Wege anhand von Bewegungsmustern anzulegen. (heh)

Smart City

Vernetzte Wärmebildkameras überwachen den Verkehrsfluss

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