Der Schnittpunkt von KI und IoT: Wie Smart Cities das urbane Leben verändern

DAS WICHTIGSTE IM ÜBERBLICK

Die Kombination von KI und IoT-Technologien revolutioniert die Art und Weise, wie wir in intelligenten Städten leben und arbeiten, und macht sie effizienter, nachhaltiger und lebenswerter. Die Echtzeit-Datenanalyse von mehreren Geräten vereinfacht die Entscheidungsfindung und Verwaltungsaufgaben, optimiert die Ressourcennutzung und verbessert die öffentliche Sicherheit. Das Smart-City-Konzept nutzt Technologien, um die Lebensqualität zu verbessern, unter anderem in den Bereichen Verkehr, Abfallwirtschaft, Verringerung der Umweltverschmutzung, nachhaltige Gemeinschaften, Bewässerung, öffentliche Sicherheit, Verkehrsmanagement und Gesundheitswesen. Städte wie Singapur, Amsterdam, Barcelona und Dubai nutzen die Vorteile von KI und IoT-Technologien, um das städtische Leben zu verändern.

Künstliche Intelligenz (KI) und das Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, kurz “IoT”) werden gemeinsam eingesetzt, um die Vorteile des jeweils anderen zu nutzen. Die Vernetzung verschiedener datenerzeugender Geräte wie Sensoren, Computer, Fahrzeuge, Smartphones, Gebäude und Software über das Internet hat unser heutiges Leben revolutioniert.

Das Zusammenspiel von KI und IoT-Technologien hat die Art und Weise, wie wir die riesigen Datenmengen, die kontinuierlich von IoT-Geräten erzeugt werden, mit Hilfe von KI-Techniken interpretieren und analysieren, völlig verändert.

Infolgedessen wird die Entscheidungsfindung, die Optimierung industrieller Prozesse, die Erstellung von Vorhersagen und die Erkennung von Anomalien in industriellen Umgebungen einfacher denn je. In ähnlicher Weise werden KI- und IoT-Technologien gemeinsam in Smart-City-Anwendungen eingesetzt, um die städtische Infrastruktur und die Lebensqualität zu verbessern.

Verständnis von Smart Cities

Im Folgenden wird die Idee der Smart Cities beschrieben, und es werden verschiedene Komponenten und Beispiele von Smart Cities vorgestellt.

Definition von Smart Cities

Bevor wir uns damit befassen, wie KI und IoT die Smart Cities verändern, ist es wichtig zu verstehen, was eine Smart City ist und wie sie funktioniert. Das Konzept der Smart Cities kam auf, nachdem der Begriff “Pervasive Computing” im ersten Jahrzehnt dieses Jahrhunderts an Popularität gewonnen hatte. Pervasive Computing bezieht sich einfach auf “Computing überall”. Daher sind Pervasive Computing und Smart Cities in mehrfacher Hinsicht eng miteinander verbunden.

Wir können intelligente Städte als städtische Gebiete definieren, die Technologien strategisch und effizient einsetzen, um den täglichen Betrieb zu gewährleisten und die Lebensqualität ihrer Bewohner zu verbessern. Dazu gehört die Einbindung von Technologie in alle Lebensbereiche, um bessere städtische Dienstleistungen anzubieten, z. B. in den Bereichen Verkehr, Abfallentsorgung und -sammlung, umweltfreundliche und nachhaltige Gemeinden, Bewässerung, Gesundheitswesen, öffentliche Sicherheit und Polizeiarbeit, Verkehrsmanagement und viele andere. Kurz gesagt: “Eine intelligente Stadt ist eine vernetzte und technologiegestützte nachhaltige Umgebung, die den Lebensstandard ihrer Bewohner verbessern soll.”

Komponenten von Smart Cities

Intelligente Städte bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, von denen jede für ihr Funktionieren entscheidend ist. Zu den Komponenten gehören:

  • IoT-Geräte: Dazu gehören verschiedene Geräte, die Daten sammeln, wie Sensoren, Geräte zur Überwachung von Verkehr, Luftqualität und Energieverbrauch usw.
  • Datenanalysekomponente: Diese Komponente ist für die Verarbeitung und Analyse der von den IoT-Geräten gesammelten Daten zuständig.
  • Kommunikationsnetze: Sie werden für die Datenübertragung zwischen IoT-Geräten, Datenanalysesystemen und anderen Infrastrukturkomponenten verwendet.
  • Städtische Infrastruktur und öffentliche Dienste: Sie sind für das Funktionieren von Smart Cities unerlässlich. Zur Infrastruktur gehören Gebäude, Straßen und andere öffentliche Bereiche, die durch Datenanalyse und IoT verändert werden können. Öffentliche Dienstleistungen können dagegen Transport, Gesundheitswesen, Bildung und öffentliche Sicherheit sein, die durch KI und Datenanalyse verbessert werden können.

Beispiele für intelligente Städte

In letzter Zeit haben viele Städte weltweit damit begonnen, intelligente Technologien einzusetzen, um den Lebensstandard ihrer Bürger zu verbessern. Einige dieser Städte sind Singapur, Amsterdam, Barcelona und Dubai. Singapurs Smart-City-Initiative nutzt IoT-Daten und führt Analysen durch, um Mobilität und Gesundheitsdienste zu verbessern, Unternehmen zu unterstützen und Verkehrsflüsse und Energieverbrauch zu optimieren. Auch Amsterdam setzt auf nachhaltige Mobilitätslösungen, indem es intelligente Verkehrssysteme und Elektroladestationen bereitstellt.

Barcelona steht den anderen Städten in nichts nach und setzt ebenfalls auf IoT-Geräte und Datenanalysemethoden. Insbesondere intelligente Beleuchtungssysteme auf der Grundlage von Bewegungssensoren, Grünflächen, energieeffiziente Gebäude, intelligentes Bike-Sharing und Abfallvermeidung gehören zu den wenigen Initiativen, die Barcelona zu einer intelligenten Stadt machen. In ähnlicher Weise haben automatisierte Busse und das städtische U-Bahn-System, intelligente Stromnetze, intelligente und energieeffiziente Gebäude, intelligente Gesundheitsfürsorge und Polizeiarbeit Dubai zu einer der sich schnell entwickelnden Smart Cities werden lassen. Initiativen wie die Dubai-Blockchain-Strategie, das Dubai Future Accelerators-Programm und die Smart-Dubai-Plattform haben entscheidend dazu beigetragen, dass Dubai zu einem der beliebtesten Wohnorte geworden ist.

Wie verändern KI und IoT das urbane Leben?

Die Kreuzung von KI- und IoT-Technologien verändert das Leben und Arbeiten in intelligenten Städten, und ihre Auswirkungen werden täglich spürbar. Durch die Kombination dieser beiden Technologien entsteht eine neue Ära der Innovation, Effizienz und Nachhaltigkeit, von der der Mensch früher nur träumen konnte. Die Echtzeitanalyse der kontinuierlich von mehreren Geräten gleichzeitig generierten Daten hat die Entscheidungsfindung und Verwaltungsaufgaben ohne große menschliche Beteiligung erleichtert. So können beispielsweise mit IoT-Sensoren ausgestattete Verkehrsampeln den Verkehrsfluss überwachen, der mit Hilfe von KI-Algorithmen analysiert werden kann, so dass sich die Ampeln an die Verkehrssituation an einer bestimmten Kreuzung in der Stadt anpassen können.

Ein weiteres interessantes Anwendungsszenario ist die Müllabfuhr und -verwaltung, wo die mit IoT-Ultraschallsensoren ausgestatteten intelligenten Mülltonnen über den Füllstand der Tonnen informieren können. Mit Hilfe von KI-Techniken können Abholungen geplant werden, wodurch unnötige Fahrten von Müllsammelfahrzeugen und die Umweltbelastung reduziert werden. Ebenso können in intelligenten Gebäuden, die mit IoT-Geräten wie Sensoren, HLK, Beleuchtung usw. ausgestattet sind, die Datenanalysetechniken mit Hilfe der aktuellen Sensormesswerte und der historischen Daten die Steuermodule anweisen, den Energieverbrauch zu optimieren oder eventuelle Ausfälle der Geräte vorherzusagen. Darüber hinaus können die HLK-Systeme in intelligenten Gebäuden automatisch auf der Grundlage der Belegung und der äußeren Umgebungsbedingungen eingestellt werden.

Die gemeinsame Nutzung dieser beiden unterschiedlichen Technologiebereiche bietet zahlreiche Vorteile. In erster Linie führen sie zu höherer Effizienz, optimaler Ressourcennutzung, weniger menschlichem Einsatz, Zeit- und Geldersparnis usw. Darüber hinaus ist auch die Nachhaltigkeit in intelligenten Städten von entscheidender Bedeutung und kann durch verschiedene umweltfreundliche Initiativen verbessert werden. Mit Hilfe der stadtweit installierten Sensoren werden Daten über die Luftqualität und den Wasserverbrauch gesammelt und mit Hilfe von KI-Techniken analysiert. Die Daten werden anschließend verwendet, um die Behörden über die Bereiche zu informieren, in denen Aufmerksamkeit erforderlich ist, z. B. wenn die Luftverschmutzung hoch ist oder Wasser verschwendet wird.

KI- und IoT-Technologien tragen auch zur Verbesserung der öffentlichen Sicherheit durch Echtzeitüberwachung bei. KI-gestützte Sicherheitskameras werden eingesetzt, um verdächtiges Verhalten durch kontinuierliche Überwachung zu erkennen. Ebenso ermöglicht die Überwachung der Infrastruktur auf mögliche Sicherheitsrisiken durch Sensorgeräte rechtzeitige Warnungen und schnellere Reaktionen der zuständigen Behörden. Darüber hinaus wird ein stärkeres bürgerschaftliches Engagement gefördert, indem den Bürgern über verschiedene Plattformen Zugang zu Echtzeitdaten gewährt wird und sie in die Lage versetzt werden, Feedback zu Entscheidungen zu geben, was zu unparteiischeren Ergebnissen führt.

Herausforderungen und Grenzen von KI und IoT in Smart Cities

Die Integration von KI- und IoT-Technologien in Smart Cities bietet zwar zahlreiche Vorteile. Allerdings müssen auch zahlreiche Herausforderungen und Einschränkungen berücksichtigt werden.

  • Heterogenität der Geräte

Die fehlende Standardisierung heterogener IoT-Geräte und ihrer Kommunikationsprotokolle führt häufig zu Kompatibilitätsproblemen und erfordert daher die Standardisierung von IoT-Protokollen und -Schnittstellen für eine effektive Geräteintegration und effiziente Datenkommunikation.

  • Datenflut

Die großen Datenmengen, die von IoT-Geräten erzeugt werden, erfordern leistungsstarke Rechenressourcen und Speicherkapazitäten, wodurch der Bedarf an Rechenzentren und Cloud-Computing-Infrastrukturen steigt.

  • Datensicherheit und Datenschutz

Die Datensicherheit ist in intelligenten Städten aufgrund des Risikos von Cyberangriffen und Datenschutzverletzungen von entscheidender Bedeutung und erfordert robuste Sicherheitsmaßnahmen. Darüber hinaus könnte die ständige Überwachung auch zu Problemen mit dem Datenschutz führen.

  • Ethische Bedenken

Der Umgang mit ethischen Bedenken, wie z. B. durch Rechenalgorithmen verursachte Verzerrungen, kann zu diskriminierenden Ergebnissen führen (z. B. ungerechte Behandlung bestimmter Gruppen), was für die Gerechtigkeit und Vielfalt in der Gesellschaft unerwünscht ist.

  • Verdrängung von Arbeitsplätzen und wirtschaftliche Ungleichheit

Die Integration von KI und IoT in Smart Cities könnte zur Verdrängung von Arbeitsplätzen führen, insbesondere für diejenigen, die über geringe technische Fähigkeiten in Sektoren wie der Verkehrsherstellung oder der Logistik verfügen. Dies kann die Einkommensungleichheit weiter verstärken und dazu führen, dass eine große Zahl von Arbeitnehmern nicht angemessen unterstützt wird. Im Hinblick auf die möglichen Auswirkungen auf die Arbeitnehmer sollten Strategien zur Abfederung negativer Folgen entwickelt werden.

  • Massive Investitionen

Schließlich sind zur Verwirklichung von Smart-City-Initiativen erhebliche Investitionen erforderlich, die anfangs schwierig zu handhaben sein können.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kreuzung von KI und IoT den Weg für die Entwicklung intelligenterer und nachhaltigerer Städte geebnet hat. Von der Optimierung des Energieverbrauchs und des Verkehrs bis hin zur Verbesserung der öffentlichen Sicherheit und des Engagements der Bürger revolutionieren diese Technologien die Art und Weise, wie wir in städtischen Umgebungen leben und interagieren. Auch wenn es noch einige Herausforderungen und Einschränkungen zu bewältigen gilt, sind die potenziellen Vorteile von KI und IoT in intelligenten Städten immens und sollten für bessere Gemeinschaften genutzt werden.

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Assad Abbas

Dr. Assad Abbas hat an der North Dakota State University (NDSU), USA, promoviert. Er arbeitet als Assistenzprofessor an der Fakultät für Informatik der COMSATS-Universität Islamabad (CUI), Islamabad Campus, Pakistan. Dr. Abbas ist seit 2004 mit COMSATS verbunden. Seine Forschungsinteressen sind hauptsächlich, Smart Health, Big Data Analytics, Empfehlungssysteme, Patentanalyse und Analyse sozialer Netzwerke. Seine Forschungsergebnisse wurden in mehreren renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht, darunter IEEE Transactions on Cybernetics, IEEE Transactions on Cloud Computing, IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing, IEEE Systems Journal, IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, IEEE IT...