Jeden Tag hören wir mehr und mehr über Künstliche Intelligenz (KI). Jeden Tag kann man ein neues Produkt oder eine neue Lösung testen, die KI nutzt. Das jüngste Beispiel dafür ist ChatGPT von OpenAI, das nur zwei Monate nach seiner Einführung 100 Millionen Nutzer erreichte [1]. Jeder wollte ihn auf die Probe stellen, ihn austricksen oder seine Hilfe bekommen.

Die Wahrheit ist, dass sich die KI in den letzten Monaten stark verändert hat, aber das Thema wird schon seit einigen Jahren diskutiert. Aber jetzt ist es nicht mehr nur Science-Fiction!

Was sind Smart Cities?

Haben Sie schon einmal von Smart Cities gehört? Wahrscheinlich ja. In vielen Filmen werden uns verschiedene fiktive „Smart Cities“ vorgestellt: In einer sehr futuristischen Vision von Los Angeles gab es in Blade Runner (1982) Roboter und fliegende Autos oder in Minory Report (2002) ein KI-System, das half, Morde in der Stadt Washington D.C. vorherzusagen [2]. Es ist unglaublich und beängstigend zugleich.

Zum Glück für uns sehen reale Smart Cities nicht so aus wie die Smart Cities in Science-Fiction-Filmen. Die Entwicklung Smart Cities ist ein schrittweiser Prozess, und ihr Hauptziel ist einfach: die Verbesserung der Lebensqualität in verschiedenen Bereichen wie Gesundheit, Sicherheit, Bildung usw. Eine Smart City wird ohne Menschen keinen Sinn machen und wenn sie nicht für Menschen ist.

Sind Sie bereit für Smart Cities und ein Teil davon zu sein?

Smart Cities: Science-Fiction oder Realität?

Wie bereits erwähnt, kennen wir alle einige Beispiele für Smart Cities. Zumindest die, die wir in Filmen mit Robotern und hervorragenden kinematografischen Effekten gesehen haben. Im wirklichen Leben ist das Konzept jedoch anders (und realistischer). Nach der Definition der Europäischen Kommission ist eine Smart City „ein Ort, an dem traditionelle Netze und Dienste durch den Einsatz digitaler Lösungen zum Nutzen der Einwohner und Unternehmen effizienter gestaltet werden“ [3]. Eine weitere Definition auf der Cameralyze-Website lautet: „Eine ‚Smart City‘ ist ein städtisches Gebiet, das Informations- und Kommunikationstechnologien nutzt, um das Wirtschaftswachstum zu fördern, die Lebensqualität zu verbessern und die Stadt zu unterstützen“ [4]. Eine Smart City verwaltet digitale Technologien effektiv, um die Ressourcen effizienter und mit weniger Emissionen zu nutzen. Das bedeutet ein intelligenteres Verkehrsnetz, eine bessere Wasserversorgung, Abfallbeseitigungsanlagen und effizientere Methoden zur Beleuchtung und Beheizung von Gebäuden. Es bedeutet auch eine interaktivere und reaktionsfreudigere Stadtverwaltung, sicherere öffentliche Räume und die Erfüllung der Bedürfnisse einer alternden Bevölkerung.

Das Ziel einer Smart City ist es, die Stadt für Bürger und/oder Unternehmen attraktiver zu machen, indem städtische Dienstleistungen, Lebensqualität und Zufriedenheit verbessert und/oder geschaffen werden.

Beleuchtung, Verkehrsmanagement, öffentliche Parks, Strom usw. können als „städtische Dienstleistungen“ betrachtet werden. Die Verbesserung oder Schaffung dieser Dienstleistungen mit Hilfe digitaler Technologien ermöglicht es einer Stadt, intelligent zu werden [5].

Der Prozess, sich zu einer Smart City zu entwickeln, endet nie, sondern ist ein fortlaufender Prozess, da sich die Technologie jeden Tag weiterentwickelt.

Künstliche Intelligenz in Smart Cities

Per Definition steht eine Smart City nicht in direktem Zusammenhang mit KI. KI kann jedoch den Erfolg einer Smart City erleichtern und fördern. Seine KI-gestützten Lösungen sind in der Lage, aus den Interaktionen der Bürger mit ihren Gemeinschaften zu lernen. Es ist zu erwarten, dass die in Smart Cities eingesetzten KI-Algorithmen immer besser werden, da immer mehr Daten gesammelt werden.

KI kann in verschiedenen Bereichen der Stadt angewandt werden und hat das Potenzial, die Gewohnheiten der Bürger zu untersuchen und die Stadtverwaltung und -planung zu verbessern. Sie ist in der Lage, bisher verborgene Fakten aufzudecken, so dass die Stadtverwaltung die Bedürfnisse ihrer Bürger besser antizipieren und im Voraus erfüllen kann.

Heutzutage werden in den Städten aufgrund der vielfältigen Aktivitäten grosse Datenmengen produziert. Bei diesen Aktivitäten kann es sich beispielsweise um Verkehr, kommunale Steuern, Verkehrssensoren oder Wetterstationen handeln. Es ist menschlich unmöglich, alle verfügbaren Daten zu analysieren und zu bewerten und Entscheidungen schnell, intelligent und unparteiisch zu treffen. Auf der anderen Seite verarbeitet KI grosse Datenmengen aus unterschiedlichen Quellen, was die Entdeckung wertvoller Informationen ermöglicht, die zur Steigerung der Effektivität und Effizienz der kommunalen Abläufe bei gleichzeitiger Senkung der damit verbundenen Kosten genutzt werden können.

Ausserdem gibt es den Faktor „Echtzeit“ Ein Mensch ist nicht in der Lage, grosse Datenmengen zu analysieren und Entscheidungen in Echtzeit zu treffen. Ein Mensch braucht Zeit, um zu analysieren, nachzudenken und Entscheidungen zu treffen. Oft reicht die Zeit jedoch nicht aus, und KI kann hier Hilfe leisten.

Viele der Probleme in Städten, vom Verkehr bis zur Kriminalität, können in Smart Cities durch den Einsatz von analytischen Lösungen und künstlicher Intelligenz auf der Grundlage von Daten, die von Sensoren im gesamten städtischen Umfeld gesammelt werden, gemildert werden.

Aber welche Art von KI-basierten Lösungen können in Smart Cities eingesetzt werden?

1.    Verkehrsmanagement

Congestion Impacts Reduction via CAV-in-the-loop Lagrangian Energy Smoothing (CIRCLES) ist ein Projekt, das darauf abzielt, Instabilitäten im Verkehrsfluss zu verringern, die Staus und Energiekosten verursachen. Dabei handelt es sich um eine KI-basierte Lösung, die mithilfe von Deep-Learning-Algorithmen Staus vorhersagt und in der Verkehrsbranche eingesetzt wird, um Verkehr und Unfälle zu reduzieren. Sie trägt auch zur Verringerung des Energieverbrauchs und der Umweltverschmutzung durch den Verkehr bei.

Eine weitere Lösung für das Verkehrsmanagement mit KI ist die Erkennung von Verkehrsdelikten in Echtzeit. KI kann sie weder vorhersagen noch verhindern. Sie wird jedoch zu einer schnelleren Reaktion auf diese Ereignisse führen. In Madrid (Spanien) gibt es bereits eine KI-basierte Lösung auf der Autobahn M-30, die bei der Erkennung dieser Art von Verbrechen hilft [6].

Source: https://www.emesa-m30.com/the-speed-cameras-of-the-m-30-here-they-are-and-how-they-fine/

2.    Umwelt

Heutzutage sind Umweltprobleme ein wichtiges globales Anliegen. KI kann in manchen Kontexten sehr nützlich sein. Schätzungen zufolge könnte die Anwendung von KI-Technologien die globalen Treibhausgasemissionen bis 2030 um 4 % reduzieren [7]. In Singapur zum Beispiel werden Messungen der Luftqualität, der Schadstoffwerte und der Temperatur in der Stadt durch IoT-Sensoren erfasst. Diese Daten werden analysiert und genutzt, um mithilfe von KI-Algorithmen vorherzusagen, wo es Probleme mit der Luftqualität geben wird. Ziel ist es, die Auswirkungen durch wirksame Präventivmaßnahmen zu mildern.

3.    Wartung

Es ist ziemlich schwierig, alle Probleme auf den Strassen einer Stadt zu verwalten. Zurzeit gibt es eine Lösung, bei der die Strassen mit Kameras analysiert werden. Mithilfe von Computer Vision weist diese Lösung jedem Straßenabschnitt eine Punktzahl zu, die angibt, wo Reparaturen erforderlich sind. Diese Lösung spart Geld, da sie verhindert, dass sich ein Problem verschlimmert. Derzeit nutzen bereits einige Städte in den USA diese Lösung, darunter Boston, Chicago und Los Angeles.

Source: https://www.roadbotics.com/roadnetworks/index.html

4.    Sicherheit

Jeder möchte sich in seiner Stadt sicher fühlen. Aber in manchen Städten ist es schwer, dieses Gefühl zu erreichen. Aus diesem Grund führen einige Städte intelligente Sicherheitskameras ein. Kameras sind großartige Werkzeuge für die Aufnahme von Videobildern. Es muss jedoch jemand zur Verfügung stehen, der die Bilder der Kameras in Echtzeit analysiert, um mögliche Anomalien zu erkennen. Es ist auch möglich, die Kameras aufzeichnen zu lassen und die Bilder nur dann zu analysieren, wenn sich jemand über etwas beschwert. Und das ist eine schwierige Aufgabe.

KI-Systeme können durch Computer Vision bei dieser Arbeit helfen. Ein robustes KI-gestütztes Überwachungssystem, das kriminelle Verhaltensmuster erkennt, ist das Äquivalent zu einem Detektivteam, das niemals schläft und daher alle Videos in Echtzeit analysieren kann.

Diese Art von Kameras kann in Schulen und anderen Unternehmen eingesetzt werden, um die Reaktionszeit zu verkürzen, wenn eine Entscheidung ausgeführt werden muss. Wenn es beispielsweise notwendig ist, eine Person mit der Beschreibung „kaukasischer Mann mit blauem Pullover“ zu erkennen, kann die KI zwischen den Personen unterscheiden, die ein bestimmtes Gebiet betreten und der Beschreibung entsprechen, und in Echtzeit eine Warnung senden [8]. In Japan gibt es bereits eine KI-Sicherheitskamera, die in der Lage ist, die Posen einer verdächtigen Person zu erkennen, die wahrscheinlich einen Diebstahl begehen wird.

5.    Landwirtschaft

Die Landwirtschaft ist eine der ältesten Tätigkeiten der Menschheitsgeschichte. Im Laufe der Jahre hat sich in diesem Bereich vieles entwickelt, und anderes wird sich noch entwickeln. KI könnte bei dieser Entwicklung eine wesentliche Rolle spielen. Intelligente Flugdrohnen werden eingesetzt, um grosse Mengen an Umweltdaten über Felder und Kulturen zu sammeln, die später von intelligenten Maschinen genutzt werden können. Es gibt riesige Datenmengen zu analysieren und Muster zu finden. Das kann ein Mensch unmöglich in angemessener Zeit und unvoreingenommen tun. Allerdings können KI-Algorithmen diese Aufgabe übernehmen. Sie sind in der Lage, die Daten in Echtzeit zu analysieren und an Ort und Stelle komplexe Entscheidungen zu treffen, von der Wahl des Düngers bis zum Einschalten des Bewässerungssystems. Südkorea setzt bereits Drohnen ein, um Böden zu überwachen und fundiertere Entscheidungen zu treffen [9].

Source: https://cleantechnica.com/2023/03/21/massive-spray-drones-are-transforming-agriculture-with-win-after-win/

Smart Cities auf der ganzen Welt

Immer noch nicht überzeugt? Es gibt bereits einige intelligente Städte in der Welt, die sich zu einem sehr guten Ort zum Leben entwickelt haben und einige Schritte voraus sind. Die Studie, die vom Smart City Observatory (SCO), einem Teil des IMD World Competitiveness Centre (WCC), erstellt wurde, kombiniert harte Daten und Umfrageantworten, um zu zeigen, inwieweit die Technologie es den Städten ermöglicht, Herausforderungen zu bewältigen, um eine höhere Lebensqualität für ihre Einwohner zu erreichen [10]. In der Studie wird ein Intelligenter-Städte-Index des IMD für 141 verschiedene Städte berechnet. Im Folgenden finden Sie eine Liste von drei der intelligentesten Städte der Welt.

1.     Zürich, Schweiz

In Zürich gibt es viele innovative Lösungen, wie z.B. intelligente Verkehrsmanagement-, Abfallmanagement- und Energiemanagementsysteme. Dank dieser Tatsache gilt Zürich als eine der nachhaltigsten Städte der Welt.

Auf dem Gebiet des intelligenten Verkehrsmanagements wurden intelligente Ampeln entwickelt. Diese Ampeln verwenden Echtzeit-Verkehrsdaten, um ihre Zeitsteuerung anzupassen. Mithilfe von Sensoren können die Ampeln die Anzahl der Fahrzeuge auf der Strasse erkennen und die Ampelschaltung entsprechend ihrer Analyse anpassen. Auf diese Weise kann Zürich Staus reduzieren und den Verkehrsfluss in der Stadt verbessern [11].

Source: https://smartcitiestech.io/2023/04/zurich-tops-2023-imd-smart-city-index/

2.    Oslo, Norwegen

Oslo hat rund 1 Million Einwohner und hat eine Reihe von Smart-City-Initiativen entwickelt, wie z. B. die Erprobung von Elektrobussen, emissionsfreie Baustellen oder die Entwicklung von Abfallmanagement- und grünen Energiesystemen.

Derzeit entfallen rund 40 % des weltweiten Energieverbrauchs auf Gebäude. Intelligente Lösungen auf der Grundlage von IoT-Geräten können jedoch die Energieeffizienz von Gebäuden verbessern. Die Installation einiger Sensoren ermöglicht die Erfassung der Daten, die für die automatische Steuerung der Beleuchtung und der Heiz- und/oder Kühlsysteme notwendig sind [12].

Source: https://smartcitiestech.io/2023/04/zurich-tops-2023-imd-smart-city-index/

3.    Singapur

Singapur hat im Jahr 2014 eine Reihe von Initiativen mit der Bezeichnung„Smart Nation Initiatives“ gestartet. Ziel der Initiativen ist es, Singapur zu einer intelligenten Stadt zu machen, und sie waren sehr erfolgreich. Diese Initiativen wurden in verschiedenen Bereichen wie Verkehr (autonome Fahrzeuge oder intelligentes Verkehrsmanagement), städtisches Wohnen (intelligente Häuser), Finanzen (digitales Bankwesen), Bildung (digitale Lernplattformen) und Gesundheit (telemedizinische Dienste) entwickelt.

Vor allem im Bereich des Gesundheitswesens scheint Singapur eine andere Welt zu sein! In Singapur gibt es das Konzept der Telehealth. Telehealth ermöglicht es den Gesundheitsfachkräften, ihre Dienste aus der Ferne anzubieten und so ihre Effizienz und Produktivität zu steigern. Ein Beispiel für eine Anwendung in Singapur ist TeleRehab. Mit Hilfe von tragbaren Sensoren können Therapeuten die Rehabilitationsmaßnahmen ihrer Patienten problemlos durchführen und aus der Ferne überwachen [13].

Source: https://www.webuildvalue.com/en/megatrends/singapore-smart-city.html

„Smart“-Herausforderungen

Alles Neue hat seine Herausforderungen, und das gilt auch für Smart Cities. Die Nachfrage nach intelligenter Technologieentwicklung und IT-Problemlösungen nimmt jedoch weiter zu. Ausserdem wächst die Zahl der Experten, die sich mit Smart-City-Innovationen befassen, und damit auch die Zahl der zu bewältigenden Herausforderungen. Hier sind einige der Herausforderungen, denen sich eine Stadt stellen muss, wenn sie intelligent werden will [14].

1.    Infrastruktur

In vielen Smart Cities gibt es Kameras, Sensoren usw. Wie werden sie mit Strom versorgt? Dies kann durch erneuerbare Energien, Batterien oder Stromkabel geschehen. Ausserdem muss die Rechenkapazität für die Verarbeitung der aufgenommenen Daten vorhanden sein.

Diese Ressourcen sind in der Regel teuer und manchmal haben die Städte nicht das Geld, um in sie zu investieren. Die Implementierung dieser Art von Lösung kann ein langwieriger Prozess sein, da sie einen hohen technologischen Reifegrad erfordert und von der Infrastruktur abhängt.

2.   Sicherheit und Hacker

Der Einsatz von IoT-Sensoren erzeugt eine große Menge an Daten. Mit dem zunehmenden Einsatz von IoT- und Sensortechnologie steigt auch das Volumen der erzeugten Daten. „Daten sind das neue Öl“, wie jeder weiss, aber sie bergen ernsthafte Sicherheitsbedenken. Es wäre ein grosses Problem, wenn IoT-Sensoren abgeschaltet würden, weil jemand sie angegriffen hat. Smart Cities haben die Pflicht, die notwendigen Gelder und Ressourcen in die Sicherheit zu investieren, um diese Probleme zu vermeiden. Auf der anderen Seite entwickeln Technologieunternehmen Lösungen mit neuen integrierten Mechanismen zum Schutz vor Hackern und Cyberkriminalität.

3.    Datenschutz

Smart Cities verfügen, wie bereits erwähnt, in der Regel über Kameras. An jeder Ecke kann eine Kamera angebracht werden, die dazu beitragen kann, Verbrechen zu verhindern. Dies kann aber auch zu Angst und Paranoia bei gesetzestreuen Bürgern führen. Mit Kameras und Sensoren werden jede Sekunde viele Daten gesammelt, die gut geschützt werden müssen, um den Datenschutz zu gewährleisten, den die Menschen brauchen, um sich auf Smart-City-Lösungen verlassen zu können. Darüber hinaus ist die DSGVO im Leben eines jeden Menschen sehr präsent, und diese Lösungen müssen diese Anforderungen erfüllen, um von den Bürgern gut akzeptiert zu werden.

4.     Bildung und Engagement für die Gemeinschaft

Smart Cities bedeuten „intelligente“ Bürger! Aber was bedeutet das? Also, die Bürger müssen auf die Veränderungen, die in ihren Städten stattfinden werden, vorbereitet werden, sie müssen einbezogen werden, damit sie die wirklichen Vorteile der neuen Technologien sehen und spüren können. Ausserdem müssen die Bürger das Gefühl haben, dass sie dazugehören und dass jede Lösung ihr Leben erleichtert. Bildung und das Engagement der Gemeinschaft sind Schlüsselfaktoren für den Erfolg einer Smart City.

5.    Eingliederung

Viele Menschen haben bereits die Erfahrung gemacht, den Verkehr in Echtzeit zu kontrollieren. Es gibt einige Smartphone–Anwendungen , die dies ermöglichen. Aber es gibt auch Menschen, die keine Smartphones benutzen. Die Wahrheit ist, dass niemand gezwungen ist, zum Beispiel ein Smartphone zu besitzen. Die Frage ist: Wie kann intelligente Technologie diese Personengruppen erreichen und ihnen zugute kommen? Bei der Planung einer Smart City müssen unbedingt alle Menschen in allen Szenarien berücksichtigt werden. Es müssen Lösungen geschaffen werden, die sich wirklich auf alle Bürger einer Stadt auswirken, damit niemand aussen vor bleibt.

Smart Cities: Es gibt sie wirklich!

Sind Sie schon überzeugt? Smart Cities gibt es bereits! Viele Menschen haben an der Entwicklung immer intelligenterer Lösungen gearbeitet, und KI und IoT-Geräte sind der Schlüssel, um Smart Cities auf die nächste Stufe zu heben. Dank der KI können intelligente Städte ihre Infrastruktur verbessern, die Transparenz und den Datenschutz erhöhen und die Nachhaltigkeit fördern. Allerdings gibt es immer noch Herausforderungen, die intelligente Städte bewältigen müssen, wie etwa das Fehlen einer angemessenen Infrastruktur. Trotz dieser Herausforderungen haben viele bestehende Smart Cities bereits KI-Lösungen implementiert, um das Leben ihrer Bürger zu verbessern. Es ist wichtig, dass wir weiterhin neue Wege zur Implementierung von KI in diesen Städten erforschen und die damit verbundenen Herausforderungen angehen. Fühlen Sie sich bereit, daran teilzunehmen?