Smart City LoRaWAN: Wie ein IoT-Netzwerk im ländlichen Raum funktioniert

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Smart Village statt Smart City – Seit mehr als fünf Jahren testet eine Gemeine den Einsatz von LoRaWAN-IoT unter realistischen Bedingungen. Das reicht von der vernetzten Straßenbeleuchtung, über Messung der Fahrbahntemperatur, Bodenfeuchtesensoren und Verkehrsüberwachung.

Digitalisierung kleiner Kommunen: Defekte Straßenlaternen werden innerhalb von Minuten bemerkt, die Müllabfuhr wird nach Bedarf eingesetzt und aktuelle Pegelstände von Gewässern sind öffentlich einsehbar.
Digitalisierung kleiner Kommunen: Defekte Straßenlaternen werden innerhalb von Minuten bemerkt, die Müllabfuhr wird nach Bedarf eingesetzt und aktuelle Pegelstände von Gewässern sind öffentlich einsehbar.
(Bild: Alpha-Omega Technology)

Ländliche Regionen sind oftmals benachteiligt. Das beginnt mit der Anbindung an den öffentlichen Nahverkehr, aber auch bei Themen wie Digitalisierung und Netzausbau. Projekte rund um Digitalisierung finden in den Medien vor allem bei großen Städten statt. Hinzu kommt, dass im ländlichen Raum eine Smart City nicht immer sinnvoll sein kann. Kleine Kommunen haben oftmals andere Bedürfnisse und stellen andere Anforderungen an IoT-Projekte als bei urbanen Gebieten.

Aber wie bei großen Städten kann die Digitalisierung im ländlichen Raum den Kommunen große Vorteile bieten. Zum Beispiel, wenn in dünn besiedelten Gebieten Sensoren den Ausfall von Straßenlaternen signalisieren. Ein Dorf mit einer zeitgemäßen Infrastruktur hat einen Standortvorteil: Moderne Bürgerservices tragen dazu bei, dass sich junge Familien und damit dringend benötigte Fachkräfte ansiedeln. IoT-Entwicklungen können den bestehenden Personalmangel abmildern. Füllstandsensoren beispielsweise optimieren den Personaleinsatz der Müllabfuhr, wenn diese die öffentlichen Altglascontainer bei Bedarf leert anstatt zu festen Terminen.

Gemeinsames Modellprojekt von Wirtschaft und Gemeinde

In der thüringischen Gemeinde Martinfeld haben Jan Bose, Geschäftsführer des ortsansässigen IoT-Unternehmens Alpha-Omega Technology, und der damalige Ortsteilbürgermeister Gerhard Stitz vor fünf Jahren mit SMARTinfeld ein Modellprojekt für Smart-Village-Anwendungen ins Leben gerufen. Jan Bose sagt: „Der Standort unseres Unternehmens ist in Martinfeld. Damit sind wir die treibende Kraft hinter dem Projekt. Das Experten-Knowhow aus unserer langjährigen IoT-Projekterfahrung fließt direkt in die Entwicklung des Modellortes SMARTinfeld ein.“

Technische Grundlage ist ein Long Range Wide Area Netz, kurz LoRaWAN. Diese Funktechnologie braucht nur wenig Energie, um Mess- und Sensordaten über große Distanzen zu übertragen. In ländlichen Gebieten können das bis zu zehn Kilometer sein. Für LoRaWAN bietet der Markt zudem eine große Auswahl an Sensoren für Anwendungsfälle außerhalb des klassischen Spektrums von Heizungsventilen oder Parkplatzsensoren. Die nötige Infrastruktur stellt Alpha-Omega Technology bereit, die auch mit der Projektleitung betraut ist.

Straßenbeleuchtung als Rückgrat der Smart City

Als ersten Schritt auf dem Weg zur Smart Village rüstete die Gemeinde Martinfeld 2017 und 2018 die gesamte Straßenbeleuchtung, die etwa 100 Leuchten umfasst, auf moderne LED-Leuchtköpfe mit einer Steuerung per LoRaWAN um. Seitdem erkennen Sensoren defekte LEDs. Bei Bedarf steuern sie auch die Schaltzeit jeder einzelnen Lampe, so dass die Gemeinde Energie einspart. Das Projekt stellte die Weichen für die heutigen digitalen Services in Martinfeld: In den Asphalt der Straßen sind Messonden eingelassen.

Sie ermitteln die Temperatur des Straßenbelags. Das Kabel mit der Funkeinheit befindet sich neben der Fahrbahn. Die Gemeinde kann so den Zustand der Fahrbahn überwachen oder den Einsatz des Winterdienstes bedarfsgerecht veranlassen. Ist das LoRaWAN-Netzwerk einmal aufgebaut, können es auch die Bürger für eigene kleine Projekte nutzen. Ein Beispiel: Für Imker gibt es sensorbasierte IoT-Lösungen, mit denen sie ihre Bienenvölker aus der Ferne kontrollieren können. Das bedeutet weniger Stress bei den Kontrollen – für die Bienen und für den Imker.

Datenschutz und wenig Daten verarbeiten

Ländliche Kommunen unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich der Anwendungsfälle von urbanen Räumen. Sollen IoT-Anwendungen in dünn besiedelten Gegenden eine größere Fläche versorgen, so sind häufig mehrere Gemeinden und damit Behörden involviert – der Abstimmungsbedarf steigt. Außerdem identifizieren sich die Menschen auf dem Land häufig stark mit ihrer Kommune. Sie schauen sehr genau, welche Neuerungen eingeführt werden und diskutieren ihren Nutzen. Das erhöht den Kommunikations- und Überzeugungsaufwand.

Jan Bose erläutert: „Neben verlässlicher Technik sind in ländlichen Kommunen Aspekte wie der Datenschutz und die Meinung der Anwohner entscheidend für die erfolgreiche Etablierung eines IoT-Projekts. Minimalistische Datenmengen sorgen für geringen Leistungsverbrauch und gleichzeitig hohen Datenschutz, weil nur die zwingend benötigten Daten verwendet werden. Mit einem direkten, für die Bevölkerung sichtbaren Mehrwert durch Verbesserungen im Alltag und nachvollziehbare Einsparungen im öffentlichen Haushalt steigt die Zustimmung für kommunale IoT-Projekte deutlich.“

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Umweltsensorik für die Land- und Forstwirtschaft

Im nächsten Schritt werden vor allem Testprojekte bei der Umweltsensorik umgesetzt. Insbesondere Wetterstationen oder die Überwachung von Bodeneigenschaften sind für die Land- und Forstwirtschaft interessant – so sollen Sensoren beispielsweise Temperatur, Bodenfeuchte und den Niederschlag messen. Ein LoRaWAN-IoT kann zudem dabei helfen, Waldbrandgefahren so früh wie möglich zu erkennen. Hierfür kommt ein Multisensor zum Einsatz, der Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck und verschiedene Gase wie Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid erfasst. In Flüssen und Seen geben Sensoren Auskunft über die Wasserqualität und Ultraschallsensoren an Brücken überwachen die Pegelstände.

IoT im ländlichen Raum: IoT in „SMARTinfeld“: Ein kleiner Ort auf dem Weg zur Smart City (externer Link)

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