Hitzeinseln stellen im Zuge des Klimawandels auch in Mitteleuropa ein zunehmendes Gesundheitsrisiko für die Stadtbevölkerung dar und verursachen inzwischen beträchtliche Infrastrukturschäden und -kosten, z.B. durch aufgeplatzte Asphaltdecken und verformte Schienen. Mit vorausschauenden Maßnahmen lassen sich solche Hitzeinseln verringern oder ganz vermeiden. Bei dem Forschungsprojekt KLIPS (KI-basierte Informationsplattform für die Lokalisierung und Simulation von Hitzeinseln für eine innovative Stadt- und Verkehrsplanung) werden mithilfe einer Informationsplattform und einem Sensornetzwerk Hitzeinseln vermessen sowie über KI-Algorithmen die Auswirkungen möglicher Maßnahmen simuliert.

Die Software AG leitet als Konsortialführer das Forschungsprojekt. 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 Landeshauptstadt Dresden, die Pikobytes GmbH, die terrestris GmbH & Co. KG, meggsimum (Büro für Geoinformatik Christian Mayer) sowie die Stadt Langenfeld als assoziierter Partner.

Sensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit
In den Pilotstädten Dresden und Langenfeld wurden eigene Sensoren zur laufenden Messung der aktuellen Temperatur und Luftfeuchtigkeit entwickelt installiert. Dazu wurden zunächst die Anforderungen der Pilotstädte erhoben und mögliche Anwendungsfälle erarbeitet. Zum Einsatz kam neben anderen Technologien der Partner die IoT-Plattform „Cumulocity IoT“ der Software AG, mit der Geräte und Sensoren schnell angebunden werden können und sich die erzeugten Daten integrieren und analysieren lassen.

Nach einer erfolgreichen Testphase wurden in Dresden rund 300 und in Langenfeld 80 Sensoren an repräsentativen Standorten installiert. Diese liefern seither minütlich Messwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Zur Erfassung, Bereitstellung und Visualisierung der Sensordaten wurde eine Datenplattform entwickelt und Apps zur Bedienung der Messdaten bereitgestellt. Fokusräume wurden zuvor in Workshops, Experteninterviews und Fachgesprächen mit den jeweiligen Stadtverwaltungen ermittelt.

Daten und Analyse von Hitzeinseln
Neben den Sensordaten griff das Projekt auch auf Satellitendaten und bereits vorhandene Datenbestände der Pilotstädte zurück. Diese beiden Quellen lieferten unter anderem Informationen zu Wetter (historisch und aktuell), Klima, Landbedeckung, Luftschadstoffen, Verkehr, außerdem digitale Höhenmodelle sowie morphologische Informationen zur Bebauung. Auf Basis dieser Daten konnten detaillierte quantitative Analysen zum Zusammenhang zwischen Bebauung, Versiegelung, Verkehrsinfrastruktur und städtischer Erwärmung durchgeführt werden.

KI-gestützte Analyse für Hitzevorhersagen
Mehrere neuronale Netze wurden regelmäßig mit diesen Daten gefüttert und trainiert. KI-basierte Verfahren wurden entwickelt, um den Zusammenhang zwischen stadtstrukturellen Parametern wie Bebauung, Bodenbedeckung und Grünvolumen sowie der Entstehung und Ausprägung von Hitzeinseln zu modellieren. Diese Methoden sollen es Stadtplanern ermöglichen, die Auswirkungen von baulichen Veränderungen auf die Hitzeentwicklung genau zu erfassen und in die Stadtplanungsstrategien zu integrieren. Darüber hinaus wurden KI-basierte Modelle entwickelt, die eine 48-stündige Vorhersage der Hitzeentwicklung an heißen Sommertagen ermöglichen und als Grundlage für Hitzeaktionspläne dienen können.

Demonstrator mit integrierten KLIPS-Diensten
KLIPS-Dienste über die alle berechneten Daten abgerufen, verarbeitet und dargestellt werden können, bieten Städten Mess- und Prognosedaten, die sie über standardisierte Geoinformationsschnittstellen in ihre eigene IT und Stadtplanung integrieren können. Zur Veranschaulichung wurde im Projekt ein Demonstrator entwickelt, in den die KLIPS- Dienste integriert sind. Er bietet verschiedene Dashboards, auf denen die gemessene Lufttemperatur und -feuchtigkeit, der Hitzeindex, der Hitzeinseleffekt und die Temperaturdifferenz zum Umland zum aktuellen Zeitpunkt und in einer 48-Stunden-Prognose abgefragt werden können. Die Dashboards sind webbasiert und über einen Browser zugänglich.

Rechtliche Bewertung und Data Governance
Im Rahmen des Projektes wurden die verwendeten Daten rechtlich bewertet, um eine rechtskonforme Nutzung und Bereitstellung als Open Data in der Mobilithek, der Plattform des BMDV für offene Mobilitätsdaten, zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde eine Data Governance-Konzeption erstellt, welche der Umsetzung und Dokumentation der Einhaltung der rechtlichen Anforderungen bei der Datennutzung dient. Dabei wurden erste Ansätze zur Dokumentation der Datenqualität ermittelt, die die Haftung für datengetriebene Prozesse maßgeblich bestimmen.

KLIPS auf alle Kommunen übertragbar
„Das Besondere an KLIPS ist, dass es nicht nur einen flächendeckenden Überblick über die aktuellen Hitzeinseln im Stadtgebiet liefert, sondern mit Hilfe von KI-Verfahren auch Simulationen über zukünftige Hitzeinseln ermöglicht“, betont Christian Gengenbach, Vice President Research & Development beim Projektkoordinator Software AG. „Mit diesem Wissen kann die Entstehung von Hitzeinseln vorausschauend verhindert werden. Die im Projekt gewonnenen Daten können in Zukunft vielen Städten helfen, mit Hitzeereignissen umzugehen. Denn die Erkenntnisse und Ergebnisse von KLIPS sind grundsätzlich auf alle Kommunen übertragbar“. Als Ausblick ergänzt Steffen Rietzschel, Leiter des Amtes für Wirtschaftsförderung der Landeshauptstadt Dresden: "Mit der Verbindung von KI und Temperaturvorhersage hat das Projekt KLIPS gerade für Kommunen ein neues Themenfeld eröffnet. Dies sollte in Folgeprojekten zur Hitzevorsorge weiter vertieft werden."

Das Projekt KLIPS wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND mit insgesamt 2,3 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert.

Über das Förderprogramm mFUND des BMDV
Im Rahmen des Förderprogramms mFUND unterstützt das BMDV seit 2016 Forschungs- und Entwicklungsprojekte rund um datenbasierte digitale Innovationen für die Mobilität 4.0. Die Projektförderung wird ergänzt durch eine aktive fachliche Vernetzung zwischen Akteuren aus Politik, Wirtschaft, Verwaltung und Forschung und die Bereitstellung von offenen Daten auf der Mobilithek. Weitere Informationen finden Sie unter www.mfund.de.

Über die Software AG
Die Software AG macht die vernetzte Welt einfacher. Das 1969 gegründete Unternehmen stellt Mitarbeitern, Partnern und Kunden zeitgemäße digitale Erfahrungen bereit. Seine Technologie bildet das digitale Rückgrat, das Anwendungen, Geräte, Daten und Clouds integriert, optimierte Prozesse ermöglicht und Sensoren, Geräte und Maschinen miteinander verbindet. Die Software AG unterstützt die vollständige Vernetzung von mehr als 10.000 Organisationen und schafft die Grundlage für schnelle, intelligente Entscheidungen.

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