**„Eine intelligente Stadt ist ein Ort, an dem traditionelle Netzwerke und Dienstleistungen durch den Einsatz digitaler Lösungen effizienter werden – zum Nutzen der Bürger und Unternehmen.

Eine intelligente Stadt geht über den bloßen Einsatz digitaler Technologien zur besseren Ressourcennutzung und geringeren Emissionen hinaus. Sie bedeutet intelligentere urbane Verkehrssysteme, verbesserte Wasserversorgung und Abfallbeseitigung sowie effizientere Möglichkeiten zur Beleuchtung und Beheizung von Gebäuden. Sie steht auch für eine interaktive und reaktionsfähige Stadtverwaltung, sicherere öffentliche Räume und die Berücksichtigung der Bedürfnisse einer alternden Bevölkerung.”**

– Europäische Kommission

Von diesem Ausgangspunkt aus wollen wir alle Aspekte vertiefen und verstehen, die intelligente Städte definieren und beeinflussen.

Komponenten intelligenter Städte

Wir betrachten eine intelligente Stadt wie einen riesigen funktionierenden Computer – jedes Teil übernimmt eine wesentliche Rolle für die Gesamtleistung. Was sind also die lebenswichtigen Organe intelligenter Städte?

• Kritische Infrastruktur

Dazu gehören Gebäude, Straßen, Wasseraufbereitung und -verteilung, Transport- und Mobilitätslösungen, Gesundheitswesen, Bildung, öffentliche Sicherheit usw. In einer intelligenten Stadt sind all diese Komponenten miteinander verbunden und werden durch das Internet der Dinge (IoT) und KI-Lösungen effizienter.

• Datenanalyse und -verwaltung

Datenanalyse (Data Analytics) ermöglicht die Auswertung großer Datenmengen aus verschiedenen Quellen wie Verkehr, Energieverbrauch und Konsumverhalten. Diese Analysen sind entscheidend für fundierte Entscheidungen zur Verbesserung der Effizienz städtischer Dienstleistungen und der Lebensqualität. Datenverwaltung (Data Governance) ist andererseits essenziell, um Integrität, Datenschutz und Sicherheit der Daten zu gewährleisten. Sie legt Richtlinien für den verantwortungsvollen und ethischen Umgang mit Daten fest.

• Umwelteffizienz

Technologie spielt eine Schlüsselrolle für nachhaltiges Leben und Energieeffizienz in einer Stadt und trägt somit zur Verbesserung der Lebensqualität bei.

• Breitband und Kommunikationsnetze

Das Rückgrat jeder intelligenten Stadt ist eine gute Internetverbindung. Sie ermöglicht die Sammlung und Übertragung von Daten und stellt das reibungslose Funktionieren aller anderen Komponenten sicher.

• Bürger

Die Einbindung der Bürger ist entscheidend, um positive Veränderungen und Innovationen zu fördern.

Zugrundeliegende Technologie

Die Verbindung von KI und IoT-Geräten ist der Antrieb für wahre Innovation in intelligenten Städten – sie bringt Effizienz, spart Zeit und Geld und bietet viele weitere Vorteile.

• IoT-Geräte: ein komplexes, kooperierendes Netzwerk aus verbundenen Geräten und Objekten, die miteinander kommunizieren und Daten zu Verkehr, Transport, Luftqualität, Energie usw. austauschen können. Die Zahl der IoT-Geräte wird voraussichtlich bis 2025 auf über 75 Milliarden steigen.
• Künstliche Intelligenz: Während IoT-Geräte Daten sammeln, analysieren KI-Algorithmen diese – sie sind das Fundament von Data Analytics und fundierter Entscheidungsfindung.

Guilherme Zuccolotto, Head of Data & AI bei act digital, erklärt diese symbiotische Beziehung genauer. „Die Integration von KI und Daten ist entscheidend für das effiziente Funktionieren intelligenter Städte. Sie umfasst die Echtzeit-Datenerfassung durch IoT-Sensoren und Kameras sowie die prädiktive Analyse mithilfe fortschrittlicher Machine-Learning-Algorithmen [ML]“, erklärt er. Das Ergebnis ist klar: „Diese Analysen bilden die Grundlage für Entscheidungen in Bereichen wie Verkehr, Sicherheit und Ressourcenmanagement. Die wechselseitige Abhängigkeit zwischen KI und Daten bildet die Grundlage für operative Effizienz und Entscheidungsfindung in Echtzeit“, schließt er ab.

Wie verändern intelligente Städte das städtische Leben?

Abgesehen von der Technik sind die Vorteile für die Bewohner intelligenter Städte klar. Hier einige Beispiele:

Verkehr

• IoT-Sensoren in Ampeln können den Verkehrsfluss überwachen, Staus und Unfälle erkennen. Eine KI-Analyse hilft, die Ampeln an die aktuelle Situation anzupassen;
• IoT-Sensoren auf Parkplätzen führen Autofahrer direkt zu freien Stellplätzen und reduzieren so den Verkehr.

Gesundheit

• Tragbare Geräte überwachen Vitalzeichen von Patienten aus der Ferne;
• KI-Algorithmen können Krankheitsausbrüche vorhersagen;
• IoT-Sensoren zur Überwachung der Luftqualität helfen Gesundheitsbehörden, die allgemeine Gesundheit der Bevölkerung zu verbessern.

Sicherheit

• Sicherheitskameras in öffentlichen Bereichen überwachen Bedrohungen und verdächtige Aktivitäten. Diese Daten können an die Behörden weitergeleitet werden, um schnelles Handeln zu ermöglichen.

Energie

• Gebäude mit Temperatur- und Lichtsensoren können ihren Energieverbrauch optimieren und sich der Umgebung anpassen;
• Straßenlaternen mit IoT-Sensoren können sich je nach natürlichem Licht automatisch ein- oder ausschalten.

Abfall- und Wassermanagement

• Intelligente Mülleimer mit IoT-Sensoren melden den Füllstand an die Entsorgungsdienste und optimieren so Abholzeiten und Routen;
• IoT-Sensoren in Wasserversorgungssystemen überwachen die Wasserqualität und erkennen Lecks.

Beispiele für Smart Cities

Der Smart City Index 2023 analysierte insgesamt 141 Städte und befragte rund 20.000 Bürgerinnen und Bürger weltweit. Hier ist die Top 10:

Zürich (Schweiz)
Oslo (Norwegen)
Canberra (Australien)
Kopenhagen (Dänemark)
Lausanne (Schweiz)
London (Vereinigtes Königreich)
Singapur (Republik Singapur)
Helsinki (Finnland)
Genf (Schweiz)
Stockholm (Schweden)

Herausforderungen und Bedenken

Wie alles im Leben bringen auch Smart-City-Technologien einige Herausforderungen mit sich – insbesondere in Bezug auf Datenmanagement, Cybersicherheit, Infrastruktur und Ethik.

Herausforderungen im Datenmanagement

Laut dem Chief Data Officer (CDO) von act digital, Everton Gago, sind dies die wichtigsten Herausforderungen im Umgang mit Daten:

• Datenheterogenität – „Daten stammen häufig aus verschiedenen Quellen und liegen in unterschiedlichen Formaten vor, was erhebliche Anstrengungen für Integration und Standardisierung erfordert.“
• Datenpräzision – „Die Sicherstellung der Datenqualität und die Minimierung von Verzerrungen in den Datensätzen sind ebenfalls entscheidend.“
• Skalierbarkeit und Speicherprobleme – „Diese werden besonders herausfordernd, wenn das Datenvolumen zunimmt.“

Glücklicherweise gibt es zahlreiche Strategien und Tools, um diese potenziellen Probleme zu lösen. Everton Gago hebt folgende Maßnahmen hervor:

• Implementierung strenger Datenstandards;
• Einsatz von Tools zur Datenbereinigung und -validierung, um Genauigkeit und Konsistenz zu gewährleisten;
• Nutzung von Big-Data-Lösungen und Cloud-Computing-Technologien, die die Speicherung und Analyse großer Datenmengen erleichtern;
• Kontinuierliche Weiterbildung der Datenteams, um ihre Kompetenzen aktuell zu halten.

Herausforderungen durch Künstliche Intelligenz (KI)

Guilherme Zuccolotto nennt einige Herausforderungen bei der Implementierung von KI in Smart Cities:

• Infrastrukturanforderungen – „Es können technische Probleme wie die Verfügbarkeit geeigneter Umgebungen auftreten. Die Infrastruktur zur Unterstützung dieser Technologien muss robust und zuverlässig sein.“
• Datenschutz-, Sicherheits- und Kostenprobleme – „Diese Probleme entstehen durch die massenhafte Datenerhebung. Die hohen Implementierungskosten sind ein Thema, ebenso wie der mögliche öffentliche Widerstand gegen permanente Überwachung und die Angst vor Arbeitsplatzverlust.“
  Als CDO ergänzt Everton Gago: „Es ist entscheidend, robuste und transparente Datenschutzrichtlinien umzusetzen sowie fortschrittliche Verschlüsselungstechnologien zu verwenden. Der Einsatz von Datenanonymisierung kann helfen, die Identität von Personen zu schützen. Darüber hinaus ist die Einhaltung von Datenschutzvorschriften wie der LGPD (Brasilianisches Datenschutzgesetz) von grundlegender Bedeutung“, betont er.
• Ethische Bedenken – „Die Gewährleistung einer ethischen und verantwortungsvollen Nutzung von Künstlicher Intelligenz in Smart Cities basiert auf verschiedenen Maßnahmen und Strategien:
• Offenlegung der verwendeten Algorithmen, der genutzten Datenquellen und der zugrunde liegenden Entscheidungsprozesse;
• Schutz der Privatsphäre der Bürger durch Anonymisierung und Verschlüsselungstechniken;
• Aktive Bürgerbeteiligung bei technologischen Entscheidungen, um ethische Leitlinien und akzeptable Grenzen mitzugestalten;
• Entwicklung spezifischer Gesetze und Vorschriften, um sicherzustellen, dass technologische Entwicklungen ethischen Prinzipien folgen;
• Regelmäßige ethische Audits und Bewertungen der sozialen Auswirkungen, um mögliche algorithmische Verzerrungen zu identifizieren und Korrekturen vorzunehmen.“

Herausforderungen in der Cybersicherheit

Cyberkriminelle können durch falsch konfigurierte Firewalls, schwache Zugangsdaten, gehackte IoT-Geräte, Phishing und viele weitere Methoden auf die Daten von Smart Cities zugreifen. Häufige Folgen sind:

• Datendiebstahl
  Wie bereits von Guilherme Zuccolotto erwähnt, erhöht das große Datenvolumen das Risiko von Diebstahl, Missbrauch oder unwiderruflichem Datenverlust.
• Geräteübernahme
  Wenn ein Cyberangreifer Zugriff auf ein vernetztes Gerät erhält, kann er dieses unbemerkt übernehmen, Ransomware installieren, andere Geräte im Netzwerk kompromittieren und mehr.
• Man-in-the-Middle-Angriff (MITM)
  Bei dieser Art von Cyberangriff fängt ein Hacker die Kommunikation zwischen zwei Systemen ab, wodurch er unbemerkt falsche und potenziell schädliche Informationen übermitteln kann.

Wie sieht die Zukunft der Smart Cities aus?

In Bezug auf zukünftige Trends hebt Everton Gago die zunehmende Integration von IoT mit KI sowie die Einführung nachhaltiger Energietechnologien hervor. Guilherme Zuccolotto stimmt zu und erwartet insbesondere Fortschritte in der konversationalen KI und in nachhaltigen Lösungen für Umweltprobleme – „wie z. B. die Ermöglichung eines intelligenten Stromnetzes für den privaten und öffentlichen Verkehr“, erklärt er.

Was zukünftige Herausforderungen betrifft, so prognostiziert der CDO von act digital „Probleme mit der Skalierbarkeit technologischer Infrastrukturen, die Notwendigkeit, neue Modelle der Daten-Governance zu entwickeln, die ständige Anpassung an sich verändernde Datenschutz- und Sicherheitsvorschriften sowie die Herausforderung, technologische Inklusion und Zugänglichkeit für alle Bürger zu gewährleisten.“

Zuccolotto betont außerdem „neue ethische Herausforderungen und rechtliche Verantwortlichkeiten“. Zudem, so sein Fazit, „wird die globale Integration von Technologien zwischen Städten und Ländern auch Herausforderungen in Bezug auf Interoperabilität, Zusammenarbeit und unterschiedliche Regulierungs- und Betriebsstandards mit sich bringen.“

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