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Bäume digital bewässern: Stadtwerke nutzen LoRaWAN-Funknetz

(vom 04.11.2020)

Ludwigsburg, Kornwestheim. Warm und trocken war es in diesem Sommer. Darunter hatten vor allem Stadtbäume zu leiden. Besorgte Bürger haben aktiv unterstützt und zum Beispiel mobile Wassersäcke an Stämmen installiert, um des Stadtbaums Durst zu löschen. Das ist eine analoge Methode zu bewässern. Die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim gehen digitale Wege in der Baumbewässerung. „Unser Testfeld ist Kornwestheim, die Kooperationspartner sind das Grünflächenamt der Stadt sowie das Kornwestheimer Unternehmen mm-lab“, erklärt Andreas Pfeif, Leiter der Unternehmensentwicklung der SWLB, und ergänzt:

Foto: Andreas Pfeif, SWLB, Arthur Teuber, mm-lab, Jörg Raff, Stadt Kornwestheim (v.l.n.r.)

„Ein Zeitungsartikel brachte uns auf die Idee, mithilfe von Sensoren Stadtbäume zu bewässern und über die Datenanalyse zukünftig die Baumbewässerung zu digitalisieren.“ Für die Datenübertragung nutzen die Stadtwerke ihr bestehendes LoRaWAN-Funknetz als Infrastruktur, für die Datenverarbeitung ihre IoT-Plattform.

Arthur Teuber, Projektleiter bei mm-lab, bestätigt: „Das ist ein ganz innovatives Konzept, an dem wir seit zwei Jahren feilen. Daher freuen wir uns, dass die Stadtwerke mit uns auf einer Wellenlänge sind und einen ersten Baumpiloten umgesetzt haben. Unsere Idee ist, dass wir anhand der Bodenfeuchte die Menge an Wasser berechnen, die diesem Testbaum und im Anschluss an den Piloten allen besonders durstigen Bäumen im öffentlichen Raum zugeführt werden muss. Über die Kopplung mit dem städtischen Baumkataster, das ist das Verwaltungsverzeichnis aller städtischen Bäume, können wir zukünftig die Gießmenge automatisch steuern und die Routen der Gießfahrzeuge optimieren. So können Ressourcen bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität in der Versorgung der Pflanzen und Bäume geschont werden.“ Für mm-lab steckt weit mehr dahinter als Datenverkehr über das Wurzelnetzwerk der Bäume. Ziel von mm-lab ist es, die bereits vorhandene Telematik-Lösung für kommunale technische Dienste um eine smarte mobile Lösung für die Bewässerung von städtischen Bäumen und Wechselbepflanzungen zu ergänzen. „Wir entwickeln ein Bodenfeuchtemodell, das Daten nur über exemplarisch an bestimmten Baumstandorten vergrabenen Sensoren abrufen kann. So muss nicht jeder Baum mit einem Sensor ausgestattet werden, was die Nutzung für Kommunen interessant und finanzierbar macht“, erläutert Teuber und führt aus: „Die Optimierung der Baumbewässerung auf Basis von Datenanalysen ist im kommunalen Anwendungsbereich ganz neu und mit der bisherigen LoRaWAN-Übertragungstechnologie der Stadtwerke optimal umsetzbar.“
Der erste Baum (im Moldengraben) wurde noch im Oktober mit einem Sensor ausgestattet. Seither werden die Daten täglich abgerufen und verarbeitet. Bei einer kritischen Bodenfeuchte erfolgt eine Warnmeldung. Über eine smarte Anwendung in Verbindung mit den Daten über die jeweiligen Bäume vermittelt das neue System die optimale Gießmenge. So kann verhindert werden, dass der Baum überwässert wird oder gar vertrocknet.
„Noch ist das ein Baumpilot. Denkt man sich das perspektivisch flächendeckend an daten-bringenden Standorten in Kornwestheim, ergeben sich daraus effizientere Routen, exakt befüllte Einsatzfahrzeuge – insgesamt eine Optimierung der Fahrzeugeinsätze“, erklärt Strategiemanager Pfeif. Jörg Raff, Leiter der Stadtgärtnerei, unterstreicht: „Wir haben bei diesem Pilotprojekt sofort zugesagt. Wenn wir darüber zukünftig unsere Routen optimieren und Einsatzmittel und Zeit sparen können, kommt uns das gelegen. Zudem profitieren davon natürlich unsere Stadtbäume, weil sie datengesteuert genau die Menge Wasser bekommen, die sie brauchen.“ Sensoren übermitteln die notwendigen Daten, deren smarte Modellierungen optimiert weitergenutzt werden. Die Vernetzung unterschiedlichster Sensoren und Systeme bietet jede Menge Möglichkeiten, aus denen immer neue Dienstleistungen entwickelt werden können.

Das LoRaWAN-Netz der SWLB

SmartCity und Internet der Dinge (IoT) sind gängige Schlagworte der Digitalisierung und bereits jetzt im Lebens- wie Arbeitsalltag der Menschen verankert. Um Daten zu übertragen, werden vor allem Glasfaser und Mobilfunk genutzt. Die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim (SWLB) setzen flankierend zu Glasfaser auf die Übertragungstechnik LoRaWAN. Das bedeutet Long Range Wide Area Network, eine Funktechnologie, bei der kleine Sensordatenpakete über große Reichweiten bei einem gleichzeitig geringen Energieverbrauch transportiert werden können. LoRaWAN ist als Ergänzung zur Glasfaser gedacht. Die SWLB betreibt damit nicht nur ein superschnelles Netz, sondern auch eines, das von überall und kabellos erreichbar ist. Die Services der beiden ergänzen sich ideal. Im Internet der Dinge werden unzählige physische Dinge miteinander vernetzt. Diese besitzen eigene Zustandsinformationen. Das können der Füllstand einer Abfalltonne, der Zählerstand eines Wasserzählers oder auch die Belegung von E-Ladesäulen und Stellplätzen sein. Diese Daten können zur Weiterverarbeitung in einer Plattform bereitgestellt, mit Informationen aus weiteren Systemen angereichert, ausgewertet und visualisiert werden. Auch das Anstoßen von automatisierten, nachgelagerten Prozessen ist möglich. Derzeit gibt es unterschiedliche technische Möglichkeiten, wie ein Sensor seine Daten an eine Datenbank oder eine Plattform übergibt. Das Feld der Übertragungstechnik reicht von 5G bis Bluetooth - mit ganz unterschiedlichen Frequenzen, Reichweiten und entsprechenden infrastrukturellen Notwendigkeiten.
Mit Hilfe des energiesparsamen LoRaWAN werden Sensordaten wie etwa der CO2-Gehalt in der Luft über Reichweiten von über 30 Kilometern bei geringer Sendeleistung transportiert – in Abhängigkeit zu den vorherrschenden geologischen Gegebenheiten. Ludwigsburg und Kornwestheim sind bereits mit LoRaWAN ausgeleuchtet. Zunächst haben die Stadtwerke darüber interne Verbesserungen erprobt, um innerbetriebliche Kosten zu senken. So zum Beispiel die erfolgreiche Einbindung und Fernauslesung von Wasserzählern. Das reicht der SWLB noch lange nicht – sie arbeitet weiter an Ideen und Verbesserungen. Nicht nur für SWLB-Prozesse, sondern auch für die Bürger und Unternehmen in beiden Gesellschafterstädten. Darüber hinaus bietet die SWLB die Dienstleistungen für andere Kommunen im Landkreis an. So wird die Stadtwerke-eigene IoT-Plattform zur Vernetzung aller Sensoren angeboten. Die Infrastruktur ist aber auch für andere offen, die ihre eigenen Anwendungen realisieren wollen. SWLB setzt beispielsweise auch auf das intelligente Parkraum-Management, also die Anzeige und Auslastung von Parkplätzen in der smarten Stadt. Dieses ermöglicht unter anderem eine intelligente Parkplatzsuche, um den Parksuchverkehr zu reduzieren. Für die unterschiedlichen Anforderungen haben die Stadtwerke eine flexible, skalierbare und sichere Infrastruktur aufgebaut. Das betrifft insbesondere das „Gehirn“ des Netzwerks, die IoT-Plattform. Andreas Pfeif betont: „Wir haben diese Plattform sehr flexibel aufgebaut. Heißt: Wir können nicht nur Daten über LoRaWAN empfangen und weiterverarbeiten, sondern auch Daten beispielsweise über andere Übertragungsmöglichkeiten wie Bluetooth oder Wireless-M-Bus mit der Plattform empfangen. Das macht es uns einfach, die verschiedensten Anwendungsfälle abzubilden. Der Fantasie sind damit keine Grenzen mehr gesetzt. Wir sind sicher, dass heute erst ein Bruchteil dessen bekannt ist, was schon bald möglich sein wird. Für uns öffnet sich ein großer (Denk-) Spielraum.“

Infos zu LoRaWAN:

  • LoRaWAN wird als zusätzliches Übertragungsnetz (der Stadtwerke) genutzt
  • LoRaWAN-Sensoren haben eine Laufzeit von bis zu zehn Jahren aufgrund des geringen Energieverbrauchs
  • LoRaWAN weist eine äußerst geringe Sendeleistung auf (vergleichbar mit einem Garagentoröffner oder der Radiofrequenz)
  • LoRaWAN weist bei äußerst geringer Sendeleistung hohe Reichweiten von 2 bis 40 Kilometer auf
  • das LoRaWAN-Netzwerk ist einfach und kostengünstig zu installieren
  • eine LoRaWAN-Antenne ist maximal 36 Zentimeter hoch, das dazu gehörige Gateway 22 Zentimeter
  • LoRaWAN weist eine hohe Sicherheit durch verschlüsselte Datenübertagung auf (Ende-zu-Ende-Verschlüsselung)
Der Bewässerungssensor wird am Test-Baum angebracht.
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