Smart City (eBook)

Dr.-Ing. Markus Lauzi ist Professor für Mess- und Automatisierungstechnik an der Technischen Hochschule Bingen und Mitglied des erweiterten Vorstands im Bundesverband Smart City e.V.

Inhalt 8
1 Einleitung 10
1.1 Bestandteile einer Smart City 10
1.2 Treiber städtischer Transformation 13
2 Stadtentwicklung 16
2.1 Vom Siedlungskern zur Digitalstadt 18
2.2 Aktuelle Siedlungssituation in Deutschland 23
2.3 Globale Entwicklung von Siedlungsräumen 25
2.4 Gesellschaftlicher Einfluss auf die Stadtentwicklung 30
2.5 Öffentliche Infrastruktur 32
2.6 Rechenaufgaben 37
3 Digitalisierung 40
3.1 Grundbegriffe der Informationstechnik 41
3.2 Technologische Voraussetzung der Digitalisierung 47
3.2.1 Grundlagen moderner Mikroelektronik 47
3.2.2 Die mikroelektronische Roadmap 48
3.3 Automatisierung 52
3.3.1 Anwendung und Folgen von Automatisierung 52
3.3.2 Automatisierung für die smarte Stadt 54
3.3.3 Daten erfassen mit Mikroelektronik – die Messkette 56
3.3.4 Daten steuern die reale Welt – das Stellglied 61
3.4 Vernetzung 64
3.4.1 OSI-Schichtenmodell 64
3.4.2 Internet-Protokolle und Ethernet 65
3.4.3 Weitere wichtige Protokolle zur Datenübertragung 67
3.4.3.1 Protokoll OPC UA zur Verbindung von Steuerungen 68
3.4.3.2 Protokoll MQTT als schlankes Internetprotokoll 70
3.4.4 Erweiterung der LAN-Standards 71
3.4.5 Drahtlose lokale Netze 72
3.4.6 Mobilfunknetze 76
3.4.7 Festnetz und Netzkonvergenz 77
3.4.8 Datentransfer über elektrische Energienetze 79
3.5 Cloud Computing 80
3.6 Sichere Datenverbindungen über unsichere Netze 82
3.7 Energiebedarf digitaler Komponenten 83
4 Digitale Geschäftsmodelle 88
4.1 Bestandteile eines Geschäftsmodells 89
4.2 Beispiele digitaler Aufrüstung 94
4.2.1 Datentechnisch vernetzte Zahnbürste 94
4.2.2 Kühlschrank als Datenobjekt 95
4.3 Geschäftsmodelle in der Smart City 98
4.4 Anwendungsaufgabe: Geschäftsmodell Druckluftkompressoren 99
5 Digitale Anwendungen in der Smart City 102
5.1 Öffentliche Verwaltung 104
5.2 Verkehr und Mobilität 106
5.3 Energie und Umwelt 111
5.3.1 Gebäude 116
5.3.2 Straßen- und Außenbeleuchtung 120
5.4 Weitere Aufgabenfelder 126
5.4.1 Gesundheit und Pflege 126
5.4.2 Bildung und Kultur 126
5.4.3 Wirtschaftsförderung 127
5.5 Normungsaktivitäten 128
6 Zusammenfassung und Ausblick 132
7 Musterlösungen 136
Literatur und Normen 140
Index 148