LoRaPark auf dem Weinhof in Ulm eröffnet

Wie in einem Schaugarten werden im neuen „LoRaPark“ auf dem Weinhof in Ulm sensorbasierte Lösungen für den städtischen Alltag gezeigt. Die interaktive Ausstellung wurde vom Verein „initiative.ulm.digital“, von der „Digitalen Agenda“ der Stadt Ulm und dem Unternehmen citysens mit Unterstützung lokaler Firmen initiiert und umgesetzt. Der „LoRaPark“ wurde am Mittwochabend eröffnet und ist täglich geöffnet. Der Eintritt ist frei. Die Eröffnungsfeier war prominent besetzt, neben anderen mit SWU-Chef Klaus Eder,  Dr. Stefan Bill. Vorsitzender des Vorstandes der Sparkasse sowie den drei Ulmer Bundestagsabgeordneten Hilde Mattheis (SPD), Ronja Kemmer (CDU) und Alexander Kulitz  (FDP).

Der Name LoRaPark lehnt sich an das Netzübertragungsprotokoll LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) an, über das Messdaten besonders energieeffizient übertragen werden. Im innovativen LoRaPark, der am Mittwoch von Ulms Oberbürgermeister Gunter Czisch eröffnet wurde, wird im Rahmen des Bundesprojekts „Zukunftsstadt 2030“ gezeigt, wie die praktischen Anwendungen verschiedenster Sensoren das Leben in Ulm zukünftig einfacher und bequemer gestalten könnten.
Beispielsweise wird erklärt, wie die neue Technik Luftqualitäts- und Geräuschmessung sowie Parkraumüberwachung vereinfacht. Es wurden Einzelparkplatzsensoren auf Sonderparkplätzen (Handicap, Familie, E- Auto) angebracht, so dass online (ulmerleben.de) nicht nur die
Gesamtzahl von freien Parkplätzen – diese Möglichkeit besteht schon länger-, sondern auch von den Sonderparkplätzen eingesehen werden kann. Zudem werden auf einem zwei Meter hohen Display die
gesammelten Daten visualisiert und erklärt.
Auf einer Webseite (lorapark.de) können die Informationen, beispielsweise über einen Riss-Sensor am Münster, ebenfalls abgerufen werden. Der LoRaPark ist das Ergebnis eines von der Stadt Ulm bundesweit ausgeschriebenen Innovationswettbewerbs. Eine Fachjury aus Deutschland kürte die citysens GmbH mit dem Konzept „LoRaPark“ zum Sieger des Wettbewerbs und mit einem Preis von 60.000 Euro für die Umsetzung. Der Schaugarten wurde im Auftrag der „Digitalen Agenda“
der Stadt Ulm von der „initiative ulm digital“ und citysens umgesetzt.
Namhafte Projektpartner und Sponsoren haben zur Verwirklichung beigetragen, so die SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm, das Digitalisierungszentrum Ulm, Alb-Donau, Biberach e.V., die Sparkasse
Ulm sowie die Universität Ulm und die Technische Hochschule Ulm.
„Der LoRaPark soll ein Ort der Begegnung und des Lernens werden, der Bürgern und Bürgerinnen aller Generationen die digitalen Möglichkeiten der Zukunftsstadt Ulm anschaulich vor Augen führt“, lobt auch der Ulmer Oberbürgermeister Gunter Czisch das Konzept.
Für Idee und Umsetzung der insgesamt 19 Stationen des Lehrpfads zeichnen das Unternehmen citysens und die Mitglieder des Vereins „initiative ulm digital“ verantwortlich, die Fachwissen und erhebliche
zusätzliche Finanzmittel eingebracht haben. Für den LoRaPark investierten citysens und die Digitalinitiative zusammen mit Sponsoren nicht nur einen sechsstelligen Betrag, sondern auch hunderte Entwicklungsstunden.
„Ulm ist weltweit führend beim Einsatz der LoRaWan-Technologie“, erklärt Andreas Buchenscheit, der diesen fachlich vorantreibt. „Unser LoRaPark veranschaulicht interaktiv und verständlich, was die energiesparende und einfach einsetzbare Technik zum Wohl der Stadt und ihrer Bürgerschaft
zu leisten vermag“. „Es ist ein tolles Experimentierfeld für Privatpersonen, Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung, “ ergänzt Antonija Scheible von der citysens GmbH.
„Der Ulmer Weg des gemeinschaftlichen Vorgehens hat beim LoRaPark ein einzigartiges Ergebnis erreicht“, betont Sabine Meigel von der „Digitalen Agenda“ der Stadt, die die Infrastruktur für den LoRaPark mitten in der Altstadt zur Verfügung stellt. „Ich freue mich sehr, dass die
bundesweit zusammengesetzte Expertenjury im Herbst 2019 beim Innovationswettbewerb zur Zukunftsstadt 2030 der Ulmer Kooperation aus Wirtschaft, Wissenschaft und Bürgerschaft den ersten Preis verliehen hat“, so Sabine Meigel bei der Eröffnung des LoRaParks, der stetig ausgebaut und ergänzt werden soll, am Mittwochabend auf dem Weinhof. Bereits jetzt laufen einige Abschluss- und Forschungsarbeiten in Kooperation mit der Universität Ulm und der Technischen Hochschule
Ulm sowie private Experimente aus dem Verschwörhaus im LoRaPark.

Stationen und Sensorschilder im LoRaPark

Wetterstation #1:
Diese Station ist eine Kombination aus verschiedenen Sensoren.
Gemessen werden Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Regenmenge,
Kondensationspunkt, Windgeschwindigkeit und -richtung,
Sonneneinstrahlung und Anzahl von Partikeln verschiedener Größe in der
Luft (Feinstaub). Die Wetterstation wird autark mittels Solarmodul
betrieben. Die gemessenen Ergebnisse werden periodisch über das
lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet, welches die Daten zur
Anzeige verarbeitet.

Luftqualitätsmessung #2:
Dieses Gerät beinhaltet vier elektrochemische Gassensoren sowie
Sensoren zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Es werden
die Gase Stickstoffdioxid (NO?), Kohlenstoffmonoxid (CO), Ozon (O?) und
Schwefeldioxid (SO?) gemessen. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf
die Luftqualität ziehen.
Die Messergebnisse werden periodisch über das lokale LoRaWAN Netz
an das Backend gesendet und dort zur Anzeige verarbeitet.

Geräuschsensor #3:
Dieser Sensor misst Geräusche im unmittelbaren Umfeld. Durch ein
Mikrofon wird die Lautstärke der Geräusche, z. B. Verkehrslärm (Autos,
LKWs, laute Musik, etc.), erfasst. Eine Aufzeichnung erfolgt
nicht, der Sensor ist datenschutzkonform. Der Betrieb erfolgt autark über
ein Solarmodul. Die gemessenen (Phone/dB) Werte werden periodisch
über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend gesendet, welches die
übermittelten Daten zur Anzeige verarbeitet.

Füllstandssensor #4:
Dieser Sensor informiert über den Füllstand der auf dem Weinhof fest
installierten unterirdischen Altglascontainer. Er misst den Abstand
zwischen Sensor und dem ersten Gegenstand, welcher die
Ultraschallwellen zurück zum Sensor reflektiert. Aus der Laufzeit der
Schallwellen vom Sensor zum Gegenstand und wieder zurück wird die
Entfernung ermittelt. Durch die Füllstandsanzeige können z.B. Leerungen
geplant oder Wege zu nur halbvollen Containern vermieden werden. Der
Sensor sendet die Abstandsdaten periodisch über das lokale LoRaWAN
Netz an das Backend, welches diese verarbeitet und aufgrund einer
hinterlegten Logik den entsprechenden Füllstand berechnet.

Parkraumüberwachung #5:
Der jeweils auf den Sonderparkplätzen (Familie, Handicap, E-Auto)
angebrachte Sensor kombiniert Radar- und Magnetsensorik. Sobald sich
ein Fahrzeug über dem Sensor befindet oder wieder entfernt, ändert sich
das Magnetfeld. Der Sensor sendet den Zustand „belegt“ und „frei“
eventgesteuert bei der Veränderung des Zustandes über das lokale
LoRaWAN Netz an das Backend. Dort werden die Daten zur Anzeige
verarbeitet.

Wassertemperatur #6:
Dieser Sensor befindet sich im Wasser des Brunnens auf dem Weinhof
und misst dort die Temperatur. Über ein Kabel ist der Sensor mit einem
Übertragungsmodul verbunden. Dieses Modul sendet die vom Sensor
gemessenen Daten über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend. Die
gesendeten Daten werden dort zur Anzeige verarbeitet. Beispielsweise
kann so die Erwärmung von Seen überwacht werden.

Feedbackbutton #7:
Der Sensor sendet die Abstimmungsergebnisse über das lokale
LoRaWAN Netz an das Backend, welches die Daten zur Anzeige
verarbeitet. So können beispielsweise Meinungsabfragen im öffentlichen
Raum einfach umgesetzt werden.

Hochwassersensor #8:
Dieser Sensor misst anhand von Ultraschallwellen den Abstand zwischen
Sensor und darunter liegender Oberfläche. Der Abstand ergibt sich aus
der Laufzeit der Schallwellen vom Sensor zum Boden und zurück. Wenn
der Wasserspiegel ansteigt und sich Wasser auf dem Straßenbelag
sammelt, verringert sich der gemessene Abstand. Wird eine Abweichung
vom normalen Abstand innerhalb eines definierten Zeitraums erfasst, wird
Hochwasser gemeldet.
Der Sensor sendet die Abstandsrohdaten periodisch über das lokale
LoRaWAN Netz an das Backend. Dort werden die eingehenden Daten
verarbeitet und eine Entscheidung über Hochwasser mittels
programmierter Logik getroffen.

Bodenfeuchtigkeit #9:
Dieser Sensor befindet sich im Boden in ca. 50 cm Tiefe. Dort misst der
Sensor über die die elektrische Leitfähigkeit den Volumenwassergehalt,
die elektrische Leitfähigkeit, die Temperatur und den Grad der
Wassersättigung im Boden. Über ein Kabel ist der Sensor mit dem
oberhalb der Bodenoberfläche befindlichen Sendemodul verbunden. Auf
diese Weise kann eine gezielte und wassersparende Bewässerung
erfolgen. Die Messdaten werden periodisch über das lokale LoRaWAN
Netz an das Backend gesendet. Diese Daten werden dort zur Anzeige
verarbeitet.

Besucherstrommessung #10:
Der Sensor erkennt die Geräte, die ein aktives WLAN und Bluetooth
Modul besitzen. Die durch die Endgeräte gesendeten MAC-Adressen
werden in eine neue Kennziffer umgewandelt (gehasht), gezählt und
sofort wieder verworfen. Personenbezogene Daten werden weder
dauerhaft gespeichert, noch übertragen. Auf diese Weise können größere
Menschenansammlungen erkannt werden. Die Anzahl der gezählten
Geräte wird periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das Backend
übermittelt. Dort werden die Daten mittels einer hinterlegten Logik
aufbereitet.

Öffnungssensor #11:
Dieses Gerät besteht aus zwei Komponenten. Eine Komponente ist ein
Magnet, der bei Annäherung an die zweite Komponente einen Schalter
auslöst. Durch die Schalterstellung wird unterschieden, ob die Tür
geöffnet oder geschlossen ist. Dieser Sensor kann beispielsweise an
schwer zugänglichen oder sicherheitsrelevanten Türen, Fenstern und
Klappen eingesetzt werden. Die Daten werden eventgesteuert bei der
Veränderung des Zustandes über das lokale LoRaWAN Netz an das
Backend gesendet. Diese werden dort entsprechend zur Anzeige
verarbeitet.

Autarkes Hochbeet #12:
Das autarke Hochbeet bewässert sich je nach Feuchtigkeit der Erde im
Beet selbständig und automatisch über einen integrierten Wassertank.
Die Messung der Bodenfeuchtigkeit wird über Tensiometer geregelt, die –
ähnlich wie Pflanzen selbst – über die Saugspannung den Wassergehalt
im Boden bestimmen. Ist der Feuchtigkeitswert zu gering, wird die
Bewässerung ausgelöst. Für die Überwachung des Beets, vor allem des
Wasserstands im Tank sowie der Bodenfeuchtigkeit, werden regelmäßig
Sensordaten via LoRaWAN versendet, so können z. B. gemeinschaftliche
Urban Gardening-Projekte erleichtert werden.

Schädlingsbekämpfung #13:
Die Köderbox enthält normalerweise Köder- und Rattengift in einer
geschützten Umgebung, so dass Gifte nicht ungewollt in das
Grundwasser gelangen können. Bei Hochwasser oder ansteigendem
Kanalpegelstand verschließt sich die Box über einen Schwimmer an der
Unterseite automatisch. Schädlinge wie z.B. Ratten gelangen über die
Öffnung zum Ködergift. Überwacht werden die Rattenbesuche über einen
Bewegungsmelder in der Box, der die Anzahl der Besuche zählt und
regelmäßig versendet. Somit können vermehrte Besuche direkt erkannt
und Schädlinge gezielt bekämpft werden.

Strukturschäden #14:
Strukturelle Schäden an Gebäuden, wie z.B. kleine und größere Risse,
werden von diesem Sensor erkannt, vermessen und direkt gemeldet. Ein
fest und exakt angebrachter Laser misst in periodischen Abständen den
Abstand (“Time of Flight”) zwischen Laser und Messpunkt und ermittelt
damit die Größe des Schadens. Die somit entstehenden Abstandsdaten
werden regelmäßig per LoRaWAN versendet und erlauben damit eine
zeitnahe und lückenlose Beobachtung.

Energiemanagement #15:
Die Zählerstände von Wasser-, Wärme- und Gaszählern werden mit
LoRaWAN Modulen ausgelesen und periodisch über das lokale
LoRaWAN Netz an unser Backend übertragen. Die Daten werden als
Verbrauchsverläufe aufbereitet und zur Anzeige gebracht. Mit den
fortlaufend aktualisierten Daten kann der Verbrauch von Energie und
Wasser optimiert werden. Gleichzeitig wird der momentane CO 2 Gehalt
in der Außen- sowie Innenluft gemessen. Damit lässt sich kontrollieren
und belegen, dass die Innenluft eine gleiche Qualität wie die Außenluft
aufweist.

LoRaWAN Gateway #17:
Dieses Gateway (oder “Basisstation”) ergänzt das bereits bestehende
Ulmer LoRaWAN Netz. Die von den Sensoren gemessenen Daten
werden verschlüsselt an dieses und andere Gateways gesendet und von
dort zur Weiterverarbeitung ins Internet übertragen. Ein einzelnes
Gateway erreicht an einem günstigen Standort eine Reichweite von 5 km
(Stadtgebiet) bis zu 300 km (ländliches Gebiet).
Die sehr energieeffiziente Funktechnologie LoRaWAN eignet sich
besonders zur Übertragung von kleinen Datenmengen über große
Entfernungen und Barrieren (z.B. Keller, Kanalisation). Die Datenpakete
werden so stark komprimiert, dass eine Sendung typischerweise in 70
Millisekunden übertragen wird. Insgesamt wird der Funkverkehr stark
begrenzt.

Smarte Bank #18:
Die Smarte Bank bietet Lademöglichkeiten für Mobilgeräte über USB-
Anschlüsse und kabellos. Zudem kann mittels WLAN ein Internetzugang
aufgebaut werden. Ambientebeleuchtung und Sitzflächenbeheizung
lassen sich zuschalten. Sensoren in der Bank überwachen Temperatur,
Luftfeuchtigkeit und Luftqualität. Die Stromversorgung erfolgt
umweltfreundlich über das in die Sitzfläche integrierte Solarmodul,
welches die in der Bank verbauten Akkus lädt.

Stromzähler #19:
Die Stände von Stromzählern werden mit LoRaWAN Aufsatzmodulen
ausgelesen und periodisch über das lokale LoRaWAN Netz an das
Backend übertragen. Somit können manuelle Auslesungen vermieden
und unerwartet hohe Verbräuche erkannt und hier gegengesteuert
werden.