Sensorik

Sensoren für eine Smarte Stadt

Wireless Sensing oder Wireless Sensor Network?

Sensorik ist aus der heutigen Technik nicht mehr wegzudenken.

Sensoren sind in zahlreichen Bereichen des alltäglichen Lebens, wie beispielsweise in Automobilen, Haushaltsgeräten, Kommunikationsmedien, Video- und Audiomedien sowie der Spieltechnik zu finden. Die Omnipräsenz von Sensorik führt zu tiefgreifenden wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Veränderungen.

Die Funktionsweise der Sensorik: Nicht-elektrische Messgrößen werden in elektrische Signale umgewandelt. Dadurch werden Zustandsveränderungen exakt gemessen und überwacht. Insbesondere in Smart-City-Anwendungen bietet sich der Einsatz von Sensorik an.

Zusammengestellt vom Redaktionsteam des Fachmagazins für RFID & Wireless IoT RFID im Blick

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Wireless Sensing oder Wireless Sensor Network?

RFID-Sensorik ist eine Form von ‚Wireless Sensing‘ – Sensoren, die drahtlos mit einem Lesegerät angesteuert werden können. Wireless Sensing, wie RFID-Sensorik, enthält in der Regel keine signifikante eigene Intelligenz im Sensor.

Die gemessenen Daten werden durch ein Lesegerät erfasst, in einer zentralen Plattform gesammelt und dort interpretiert und analysiert. Wireless Sensing kann passiv arbeiten, erhält die Energie also vom Lesegerät.

 Ein ‚Wireless Sensor Network‘ hingegen bezeichnet eine Vernetzung von autonom arbeitenden Sensorknoten. Sensorknoten in Wireless Sensor Networks sind Edge Computing Devices. Sie messen und kommunizieren selbstständig und können Daten vor der Weitergabe bereits aufbereiten.

Solche autonomen Sensoren mit eigener Intelligenz erfordern stets eine Stromversorgung, wie Batterien oder einen Kabelanschluss. Dadurch erschließen sich unterschiedliche Anwendungsfelder für beide Technologien.

RFID Sensorik im Überblick

RFID-Sensorik ist die Verbindung von RFIDStandardschaltkreisen mit einem Sensor, um physikalische Parameter wie Druck, Feuchtigkeit, Erschütterung oder Temperatur zu erfassen. Die Anwendungsmöglichkeiten sind breit gefächert: passive Systeme sind wartungsfreier und benötigen keine Stromversorgung, wodurch sie sich unkompliziert in unterschiedliche Produkte, Maschinen und Objekte integrieren lassen.

Aufbau eines Sensortransponders

Die Basisvariante eines RFID-Sensors ist ein RFID-Tag mit einer Leiterplatte, deren Dimensionen vorrangig durch die Antenne bestimmt werden. Alternativ und je nach Anforderung kann auch ein Tag mit einer runden Antenne genutzt werden. Der Tag enthält eine Sensor-Bridge mit I²C, an die Sensoren angeschlossen werden können. Im Grunde lässt sich jeder energieeffiziente Sensor einbinden.

Da passive Transponder keine eigene Stromversorgung besitzen, muss das elektrische Feld des Lesegerätes ausreichen, um per Energy Harvesting den Transponder anzusprechen und den Sensor zu betreiben.

Einfache Sensoren, etwa Temperatursensoren, lassen sich direkt in den Schaltkreis integrieren. Zudem können analoge Sensorwerte direkt im Tag-IC für die Übertragung zum Reader digitalisiert werden.

Anwendungsbeispiele

Bochum: „Smart Poles“

Intelligente Laternen sollen in Zukunft freie Parkplätze in Bochum melden. 2019 startete ein Pilotprojekt, das zunächst für zwei Jahre ausgelegt ist. Die Laternen erkennen freie Parkplätze und gewährleisten somit ein effizientes Parkraummanagement. Über Sensorik werden Informationen zur Anzahl sowie zur Richtung von Bewegungsströmen erfasst. Diese Daten bieten Ansätze zur Optimierung und Lenkung von Besuchern auf Veranstaltungen.

Außerdem sind die Laternen mit WLAN ausgestattet, um einen einfachen und schnellen Aufbau von öffentlichen Internetzugängen zu gewährleisten. Als Sicherheitsfunktion wurde ein Notrufknopf integriert und mit einer Leitstelle verbunden.

Dublin: Smarte Regensensoren

Pro Jahr kosten Überschwemmungen und Hochwasserschäden die Stadt durchschnittlich 8 Millionen Euro. 2017 reagierte die Verwaltung und integrierte Sensoren. Diese Sensoren überwachen Regenfälle, Wetterbedingungen und Flusspegel.

Ein Sensor kostet rund 10 Prozent so viel wie ein herkömmlicher Hochwasserdetektor und weist eine erheblich längere Batterielebensdauer auf. Alle gesammelten Daten werden an den Stadtrat übermittelt, dieser kann somit die Wasserstände analysieren und entsprechende Maßnahmen ergreifen.

Ziel des Pilotprojekts: Frühwarnungen vor möglichen Überschwemmungen in der Region zu generieren. Im zweiten Teil soll die Skalierung von Fluss- und Niederschlagssensoren auf weiteren Standorten erfolgen.

San Diego: Smart Streetlights

Das Projekt begann als Kosteneinsparungsmaßnahme, um Straßenlaternen mit hohem Energieverbrauch durch effizientere LED-Leuchten zu ersetzen. Die Sensoren generieren Daten zu Parkplätzen, Fahrzeugzählungen, Fahrrad- und Fußgängerzählung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Nahezu in Echtzeit übermitteln die Sensoren die Daten an Beamte und Bürger der Stadt.

Alle gesammelten Daten laufen auf einer frei zugänglichen Plattform zusammen. Die Folge: Optimierte öffentliche Sicherheit, Umweltüberwachung und Hilfestellung zur Stadt- und Immobilienentwicklung. Somit kann die Lebensqualität in San Diego erheblich erhöht und das Wirtschaftswachstum angekurbelt werden.

Amsterdam: „Blue Force Tracking“

In einem Pilotprojekt 2020 in Amsterdam kommen medizinisch zertifizierte Körpersensoren zum Einsatz. Diese sollen unerwartetes Verhalten erkennen und gegebenenfalls einen Alarm auslösen. In einem Kommando- und Kontrollraum werden dann umgehend Maßnahmen eingeleitet, um die Kollegen vor Ort zu unterstützen.

Die Zielsetzung: Digitale Sicherheitsmaßnahmen nachzuweisen und zu verstärken. Die Sensoren werden beispielsweise bei Großveranstaltungen, wie etwa Fußballspielen, eingesetzt.

Paris: Parkbänke

Rund 3.000 Parkbänke in Paris werden mit Bluetooth- und IoT-Sensoren ausgestattet. In erster Linie dient die cloud-basierte Lösung – die 2019 startete – zur Überwachung von Standort- und Umweltdaten wie Temperatur oder Luftdruck, Häufigkeit des Verkehrs und Raumnutzung.

Durch den Einsatz von passiven Bluetooth-Beacons kann festgestellt werden, über welchen Zeitraum und wie viele Personen die Bänke benutzt haben. Im zweiten Schritt sollen die gesammelten Daten Analysen für die Stadtplanung ermöglichen.

Zudem ist eine aktive Interaktion mit Besuchern des Parks möglich, um die Zufriedenheit zu ermitteln. Via App können auch Umfragen versendet werden. Die Fragen variieren je nach Standort der Parkbank.

New York City: Smarte Abfallentsorgung

Täglich werden rund 10.500 Tonnen Müll in New York City eingesammelt. Intelligente Müllcontainer sind mit Sensoren ausgestattet, die den Füllstand überwachen. So können Abholtouren effizient geplant und gesteuert werden. Die cloud-basierte Lösung umfasst eine solarbetriebene Müllpresse, so dass der Container rund fünf Mal mehr Müll aufnehmen kann als herkömmliche Müllbehälter.

Die Folge: Die Häufigkeit der Müllabfuhr wird reduziert und die Planung effizient gesteuert. Zudem trägt der smarte Container zur Emissionskontrolle bei, indem die Verweildauer von Müllfahrzeugen auf Straßen reduziert wird.

Quelle: RFID im Blick, Ausgabe 04/2020

Niklas Van Bocxlaer
Niklas Van Bocxlaer
Exhibition Manager
Lüneburg bei Hamburg, Deutschland
Anja Van Bocxlaer
Anja Van Bocxlaer
Chefredakteurin und Konferenzmanagerin
Lüneburg, Deutschland
Jan Phillip Denkers
Jan Phillip Denkers
Stellvertretender Chefredakteur
Lüneburg, Deutschland
Vanessa Tan
Vanessa Tan
Redakteurin
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