Austausch

Fakultät für Technik kooperiert mit Stadt Pforzheim, Stadtwerken Pforzheim und WSP

Unter dem Oberbegriff Smart City wird die intelligente, vernetzte und ressourceneffiziente Stadt der Zukunft subsummiert. Ziel ist es, das Leben in der Stadt noch lebenswerter zu gestalten. Beispielsweise unterstützen datenbasierte Services die Reduktion des Verkehrsaufkommens durch optimiertes Routing oder es können Wetterextreme durch Aggregation und Auswertung von Umweltdaten im Blick behalten werden. Doch wo und wie können diese Daten generiert, sinnvoll zusammengeführt und visualisiert werden? Studierende des Masterstudiengangs „Engineering and Management“ (MEM) der Fakultät für Technik der Hochschule Pforzheim haben sich mit eben dieser Herausforderung beschäftigt – im Rahmen einer lokalen Kooperation mit der Stadt Pforzheim, den Stadtwerken Pforzheim sowie dem Eigenbetrieb Wirtschaft und Stadtmarketing Pforzheim (WSP). In der Vorlesung „Managing of Emerging Technologies“ sollte ein weitestgehend autark funktionierender Sensorwürfel entwickelt und realisiert werden, der Umweltdaten datenschutzkonform an verschiedenen Stellen in Pforzheim erhebt, aggregiert und visualisiert.

„Smart-City-Projekte scheitern oftmals an einer nicht vorhandenen Datenbasis“, erklärt Lukas Waidelich, Dozent der Hochschule, der die Studierenden zusammen mit seinem Kollegen Moritz Gieza sowie den Professoren Dr. Bernhard Kölmel und Dr. Thomas Schuster betreute. „Im Zeitalter des Internet of Things (IoT) sind unsere täglichen Begleiter wie Smartphones oder Smartwatches mit Sensoren ausgestattet, die diese erforderlichen Daten sammeln können. Auch industrielle Sensorik ist mittlerweile in großen Stückzahlen zu wirtschaftlichen Konditionen verfügbar. So können Sensoren Daten erfassen, wie beispielsweise Temperatur oder Luftdruck aus der Umwelt“, beschreibt Moritz Gieza. „Werden Daten strukturiert und eingeordnet, bspw. durch Darstellung von Temperaturen oder Luftdrücken in Zeitreihen, werden nützliche Informationen gewonnen. Wissen entsteht, indem Informationen in den richtigen Kontext – lokal, temporal oder kausal – gesetzt werden.“

Jeder Sensorwürfel besteht aus IoT-Sensorbauteilen sowie einem IoT-Baukastensystem; die Studierenden fügten die verschiedenen technischen Komponenten zu einem funktionierenden Ganzen zusammen. Insgesamt acht ausgegebene Sensoreinheiten können u. a. Daten zu Schalldruck, Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Co2-Konzentraion und UV-Strahlung erheben. „Eine zentrale Recheneinheit übernimmt die Datensammlung der angeschlossenen Sensorik sowie die Datenkommunikation. Die erhobenen Daten wurden über das Mobilfunknetz übermittelt, in einem definierten Intervall ausgelesen und an einen Server in das Hochschulnetz übertragen“, geben die Dozenten einen kleinen Einblick in die komplexe technische Leistung der Studierenden. Die aggregierten Daten wurden schließlich durch den Einsatz von Dashboards visualisiert; jede der fünf Gruppen entwickelte ihr eigenes, individuell auf die örtlichen Begebenheiten angepasstes Dashboard. Außerdem wurde ein gemeinsames Kursdashboard konzipiert, in dem verschiedene Datenwerte gegenüberstellt wurden. „Damit können lokale Unterschiede identifiziert und Parameter über die Standorte teilweise vergleichbar gemacht werden“, erklärt Moritz Gieza. Eine weitere Herausforderung, welche die Studierenden meisterten, war das Design des Sensorwürfels. Die Studierenden haben die Würfel mit computergestützter Software entworfen und mithilfe eines 3D-Druckers an der Hochschule Pforzheim gedruckt.

„Die während des Projektes erfassten Umweltdaten dienen uns nicht nur als erste Datenbasis, sondern gerade in den Bereichen Lärmschutz, Luftreinhaltung, Klimaschutz und Klimafolgenanpassung auch als Argumentationsgrundlage. Zudem freuen wir uns immer über eine Zusammenarbeit mit der Hochschule Pforzheim; gerade wenn es um solche innovativen und zukunftsweisenden Themenfelder geht“, erklärt Elias Weigel, Abteilungsleiter Klimaschutz, Amt für Umweltschutz, Stadt Pforzheim.

„Ich finde es toll, welche Einblicke die Hochschule den Studierenden durch solche praxisrelevanten Projekte vermitteln kann und unterstütze das gern. Die Studierenden, mit denen ich zusammenarbeiten durfte, haben mit ihrem Cube gute Arbeit geleistet. Die gemessenen Werte bestätigen dabei sogar meine Einschätzungen bzgl. der Parameter in Huchenfeld: insgesamt einfach ein schöner und lebenswerter Stadtteil“, lobt Julia Wieland, Ortsvorsteherin Huchenfelds.

Das Themenfeld Smart City spielt auch bei den Stadtwerke Pforzheim eine große Rolle und wird dort sehr engmaschig begleitet. „Eine vielfältig vernetzte Stadt mit Sensorik und dem Internet der Dinge bietet uns zahlreiche Möglichkeiten, um die Infrastruktur Pforzheims weiter zu verbessern – beispielsweise in unserem Fernwärmenetz oder im Bereich E-Mobilität, aber letztlich profitieren alle Betätigungsfelder der SWP von besseren Datenflüssen“, sagt Bertil Kilian, der als Innovationsmanager bei den SWP unter anderem dafür zuständig ist, die smarte Vernetzung auszubauen. „Die Kooperation mit der Hochschule, der Stadt und den WSP ist für uns daher sehr wertvoll, um weitere Erfahrungen zu sammeln und das Gebiet Smart City voranzutreiben.“  

„Es freut mich, dass das Zentrum für Präzisionstechnik (ZPT) einen Beitrag für das Projekt Sensorcube beisteuern konnte. Mit der Lage zwischen der Tiefenbronner Straße und dem Studentenparkplatz der Hochschule Pforzheim war kein besserer Standort zu wählen, um das Verkehrsaufkommen dieser zwei frequentierten Bereiche zu messen. Der WSP mit dem Standort des ZPT freut sich auch weiterhin auf eine enge Kooperation mit der Hochschule in Pforzheim“, bekräftigt Herbert Wackenhut, Fachbereichsleitung Präzisionstechnik (WSP).

Das Kooperationsprojekt „Sensorcube“ wurde durch die Transfervorhaben der  Hochschule Pforzheim INTEGRAL und EcoAction, unter Leitung von Prof. Dr. Rebecca Bulander sowie Prof. Dr. Bernhard Kölmel, unterstützt. INTEGRAL fungiert als Motor und Mittelpunkt eines hochdynamischen Innovationsökosystems mit Fokus auf die ländlich geprägte Region Nordschwarzwald. Aus diesem Grund fokussiert das Projekt das Ziel, die personenbezogenen Austauschbeziehungen zwischen der Hochschule Pforzheim und Unternehmen aus der erweiterten Region Nordschwarzwald zu vertiefen und langfristig zu etablieren. INTEGRAL ermöglicht Studierenden und Lehrenden einen einfachen Zugriff und niederschwellige Kontaktmöglichkeit zu regionalen Unternehmen. EcoAction fördert unternehmerisches Engagement von Studierenden durch unternehmerische und innovative Wissensmodelle. Getragen wird das Vorhaben durch eine geografisch und wirtschaftlich breit gefächerte Allianz von fünf kooperierenden Universitäten und zwei führenden Technologietransferunternehmen.

Text: Sophia Zundel, Moritz Gieza und Lukas Waidelich