Hitzeinseln in Städten per Sensornetzwerk und KI vermeiden

Hitzeinseln in Städten per Sensornetzwerk und KI vermeiden

Software AG Klips Projektfoto

Das Forschungsprojekt KLIPS wird Hitzeinseln lokalisieren und über KI-Algorithmen prognostizieren und simulieren. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur fördert das Projekt im Rahmen der Förderrichtlinie Modernisierungsfonds („mFUND“) mit rund 2,3 Millionen Euro. Konsortialführer für KLIPS ist das AIF-Mitglied Software AG in Darmstadt.

Städte stehen vor vielerlei Herausforderungen. Einerseits verdichten sie sich durch den Ausbau der Verkehrsinfrastruktur und dem seit Jahren anhaltenden Zuzug. Andererseits werden durch dichte Bebauung klimatisch wichtige Frei- und Grünflächen versiegelt und machen die Stadt anfälliger für die Folgen des Klimawandels.

Große Beton-, Glas- und Asphaltflächen speichern Wärme weit mehr als Parks und andere Grünflächen. Die Folge sind Hitzeinseln, deren Temperaturunterschied im Vergleich zu ihrer Umgebung bis zu 10 Kelvin betragen kann. Hitzeinseln können für besonders gefährdete Teile der Bevölkerung zu gesundheitlichen Problemen führen und durch aufgeplatzte Asphaltdecken und verzogene Gleise außerdem hohe Schäden und Kosten an der Infrastruktur verursachen.

Innovative Stadt- und Verkehrsplanung

Hitzeinseln lassen sich jedoch durch vorausschauende Maßnahmen bekämpfen. Dies zeigt das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderte und kürzlich gestartete Forschungsprojekt KLIPS – KI-basierte Informationsplattform für die Lokalisierung und Simulation von Hitzeinseln für eine innovative Stadt- und Verkehrsplanung.

Ziel von KLIPS ist die Entwicklung einer digitalen Informationsplattform zur Lokalisierung, Prognose und Simulation von Hitzeinseln. Die Plattform soll es möglich machen, durch den kombinierten Einsatz eines lokalen Sensornetzwerks („Schwarmsensorik“) und künstlicher Intelligenz Hitzeinseln nicht nur in Echtzeit zu lokalisieren, sondern auch vorherzusagen.

Pilotstädte Leipzig und Langenfeld

Besser informierte und vorausschauende Planungen könnten Hitzeinseln verhindern oder zumindest minimieren. Gleichzeitig wäre es möglich, die Maßnahmen zur Eindämmung von Hitzeinseln im Vorhinein abzuschätzen und von allen Alternativen diejenige mit dem größten Effekt und/oder den geringsten Einschränkungen für Wohnen, Arbeiten und Verkehr auszuwählen.

Für KLIPS wird in den Pilotstädten Leipzig und Langenfeld im Rheinland ein Sensornetzwerk aufgebaut, das kontinuierlich aktuelle Temperaturdaten liefert. Beide Städte sind, wie viele andere (Groß-) Städte auch, von Hitzeinseln betroffen. Die gewonnenen Sensordaten werden mit weiteren Daten (zum Beispiel Fernerkundungsdaten, Katasterdaten sowie Wetter- und Klimadaten) zusammengeführt und in Echtzeit ausgewertet. So lassen sich etwaige Hitzeinseln im Stadtgebiet lokalisieren. Zugleich werden mit den gesammelten Daten KI-Algorithmen zur Prognose und Simulation von Hitzeinseln angelernt.

Das Projekt läuft drei Jahre

Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren. Konsortialführerin ist die Software AG. Forschungspartner sind die ERGO Umweltinstitut GmbH, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, das Institut für Informationssysteme der Hochschule Hof, das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung, die Stadt Leipzig, die Pikobytes GmbH, die terrestris GmbH & Co. KG, meggsimum (Büro für Geoinformatik Christian Mayer) sowie als assoziierter Partner die Stadt Langenfeld. KLIPS wird vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Rahmen des mFUND gefördert, der sich mit digitalen datenbasierten Anwendungen rund um Mobilität 4.0 befasst.

“Wir freuen uns sehr darauf, das nachhaltige, zukunftsweisende Forschungsprojekt KLIPS als Konsortialführer zu leiten. Mit “Cumulocity IoT“, einer der weltweit führenden IoT-Plattformen, und ihrer anwendungsspezifischen Weiterentwicklung zu einer KLIPS-Plattform wird die Software AG auch einen wichtigen technischen Beitrag zum Gelingen des Vorhabens leisten“, sagt Christian Gengenbach, Vice President Research der Software AG.

300 Temperatursensoren allein in Leipzig

Die Stadt Leipzig steht als Testfeld zur Verfügung und stellt wichtige Grundlagendaten sowie ihre Erfahrung im Bereich Stadtklima für das Projekt bereit. Sie übernimmt die Beschaffung von bis zu 300 Temperatursensoren und, zusammen mit anderen Partnern, deren Installation an vorausgewählten Punkten im Stadtgebiet.

„Die Stadt Leipzig steht durch die Klimakrise vor besonderen stadtklimatischen Herausforderungen. KLIPS soll dazu beitragen, besonders betroffene Quartiere in Echtzeit zu identifizieren und auf Defizite schneller als bislang reagieren zu können. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, unsere Stadt zukunftsfähig zu entwickeln“, heißt es seitens der Stadt.

Kleinteilige Analyse des Langenfelder Stadtklimas

Die Stadt Langenfeld engagiert sich schon seit mehr als Jahren intensiv für den Klimaschutz und in den vergangenen Jahren ebenfalls immer mehr für die Anpassung an Klimafolgen. Ein aktuelles Projekt der Stadt Langenfeld ist hierzu die Erstellung einer kleingliedrigen Analyse des Stadtklimas mit einem Untersuchungsraster von nur 10 x 10 m, welche die Kommune im Rheinland mit in das Projekt einbringen wird.

„Das KLIPS-Projekt bedeutet für Langenfeld einen sinnvollen Schulterschluss zwischen den Themen Klimafolgenanpassung und Digitalisierung“, sagt Langenfelds Bürgermeister Frank Schneider und fügt an: „Ich freue mich auf eine spannende Projektzusammenarbeit.“

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