IoT-basiertes Klimamonitoring

Starkregen, Hochwasser, Hitzewellen, Dürre, extreme Kälte und Stürme treten häufiger und intensiver auf. Die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels stellen Städte und Kommunen beim Aufbau einer resilienten Stadtstruktur vor erhebliche Herausforderungen. Aus vergangenen Extremwetterereignissen wird deutlich, wie eng die Beschaffenheit und Funktionsweise städtischer Räume mit der Planung und Bauweise der umgebenden Gebäude und Infrastrukturen zusammenhängen und welche sich gegenseitig verstärkenden Effekte dabei zu beobachten sind. Trotz dieser offensichtlichen Zusammenhänge fehlt es derzeit an einer validen Informationsbasis, die einerseits einen aktuellen Monitoring-Überblick über den lokalen Status-Quo bieten kann (z. B. Wo ist es besonders warm?) und die durch Potenziale aktueller, intelligenter Technologien die Erprobung verschiedener Was-Wäre-Wenn-Szenarien ermöglicht. Kleinräumige Klimadaten können dazu beitragen, Entscheidungen im Kontext der Stadt- und Raumplanung fundierter zu treffen.

Anwendungsfelder eines IoT-basierten Klimamonitorings:

• Gefährdungsanalysen und Stadtklimaanalysen (Status-Quo und Was-Wäre-Wenn-Szenarien)
• Identifikation von Gefahrenstellen wie Hitzeinseln und Ableitung von Gegenmaßnahmen wie Entsiegelung, Begrünung, Hitzewarnungen und gezielter Baum- bzw. Pflanzenbewässerung
• Überwachung von Maßnahmen und deren Wirkungen
• Erkennen von kleinräumigen Wechselwirkungen und Ableitung von besseren Planungsparametern
• Schaffung von Transparenz und Akzeptanz durch Bürgerbeteiligung (OpenCitySense Ansatz)

Zum Schutz vor den negativen Folgen dieser Ereignisse können Sensorik und künstliche Intelligenz effektiv eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Sensoren können wichtige Umweltparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchte, Windgeschwindigkeit und Niederschlagsmenge überwacht werden. Diese Daten ermöglichen es uns, kleinräumig aktuelle Gefahrenpotenziale zu erfassen. Durch die kontinuierliche Überwachung können wir sowohl rechtzeitig auf sich entwickelnde Extremwetterereignisse reagieren als auch bisher unentdeckte kleinräumige Wechselwirkungen in der Stadt erkennen und sinnvolle Schutzmaßnahmen ableiten.

Forschungsschwerpunkte eines IoT-basierten Klimamonitorings:

• Möglichkeiten der Ausgabe von Klimahinweisen basierend auf kleinräumigen Messungen wie Temperatur, Luftdruck, Bodenfeuchte und Niederschlag
• Verwendung verschiedener Messtechniken wie Radar, Ultraschall und optische Messverfahren sowie Kommunikationsnetze wie LoRaWAN, NoB-IoT und LTE-M
• Anomalieerkennung und Datenkorrekturen (KI-basiert) 
• Sensor Placement Design (Wo ist welcher Sensor sinnvoll?) 
• Verstehen von kleinräumigen Wirkungszusammenhängen (Wie viel Sensorik brauchen wir wofür?)
• Wie lassen sich dynamische und statische Daten kombinieren?