Augsburg – die älteste Stadt Bayerns und eine der ältesten Städte Deutschlands – ruht sich nicht auf ihrer 2000-jährigen Geschichte aus. Als „Smart City“ treibt die Stadt mit Hilfe neuer Technologien zahlreiche Innovationen in Wirtschaft, Gesellschaft und zur Bewahrung ihrer bedeutenden Geschichte voran.
Seit 2019 gehört das „Augsburger Wassersystem“ zum UNESCO-Welterbe, darunter auch die drei historischen Wassertürme, die zwischen dem 15. und 17. Jahrhundert erbaut wurden. In einer „Smart City“ wie Augsburg, die auf eine lange Geschichte zurückblicken kann, werden historische Bauwerke smart. Lesen Sie in diesem Artikel, wie der Einsatz moderner GIS-Technologie aktiv dazu beitragen kann, die Wassertürme für zukünftige Generationen zu erhalten.
Erhalt der Wassertürme als Herausforderung
Der Große und der Kleine Wasserturm, sowie der Kastenturm haben über viele Jahrhunderte die Stadt Augsburg mit Wasser versorgt. Heute werden sie von zahlreichen Besucher:innen bewundert und die Stadtverwaltung hat das Ziel, diese bedeutenden Bauwerke zu erhalten. Die alte Bausubstanz der Türme weist je nach Jahreszeit und Belüftungsmöglichkeit eine hohe relative Luftfeuchtigkeit auf, die zu Feuchteschäden führen kann. Ebenso können extreme Innentemperaturen oder kurzfristige Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen die Bausubstanz schädigen. Besonderer Schutz gilt auch den vielen einzigartigen Holzelementen in den Wassertürmen.
Ausbau eines Sensor-Netzwerks
Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat sich die Stadt Augsburg gemeinsam mit den Stadtwerken Augsburg für eine Überwachung der Wassertürme mit Hilfe von stationären Sensoren entschieden. Gefahren für die Bauwerke können somit erkannt werden, bevor diese entstehen.
Mit einer Gutachterin für Denkmalpflege wurden zunächst Indikatoren und entsprechende Schwellenwerte definiert, die mittel- und langfristig die Bausubstanz beeinträchtigen und somit einen negativen Einfluss auf die Bauwerke haben können.
Durch die Stadtwerke Augsburg wurden insgesamt 45 Kombisensoren zur Echtzeitmessung des Außen- und Innenklimas, der Lichtstärke, des CO₂-Gehalts, der Besucherströme sowie Fensterkontaktsensoren und Sensoren zu Messung einer Wasserleckage verbaut und in das vorhandene LoRaWAN Netzwerk der Stadtwerke eingebunden.
Im Anschluss daran stellte sich die Frage, mit welcher Technologie die aufgebaute IoT Infrastruktur überwacht werden kann. Folgende Anforderungen wurden vom Geodatenamt der Stadt Augsburg, das für die Speicherung, Analyse und Visualisierung dieser Daten innerhalb der Stadtverwaltung verantwortlich ist, festgelegt:
- Datenintegration: Einfache Integration der Sensordaten in die städtische ArcGIS Enterprise Umgebung
- Datenmanagement: Qualitätssicherung der Daten, einheitliche Datenverfügbarkeit und -speicherung
- Analyse: Auswertung der Sensordaten in Echtzeit, Berechnung weiterer Indikatoren, um gegebenenfalls Maßnahmen einzuleiten
- Datenüberwachung: Überwachung von allen Indikatoren mit Hilfe von Dashboards und Benachrichtigungen.
- Kommunikation: Bereitstellung der Daten an interne Ämter wie Hochbauamt, Untere Denkmalschutzbehörde oder Gutachter für die Maßnahmenableitung und Erstellung von Jahresberichten
- Kooperation: Technische Umsetzung der Bedürfnisse aller beteiligten Akteure
ArcGIS als smarte Lösung für die Echtzeitüberwachung der historischen Gebäude
Mit dem ArcGIS GeoEvent Server konnten Sensordaten in das ArcGIS Enterprise System integriert werden. Durch die Filterungsmöglichkeiten und Analysewerkzeuge werden Redundanzen beseitigt, neue Erkenntnisse in Echtzeit gewonnen und die Ergebnisse gespeichert.
Einmal in das ArcGIS System integriert, wurden alle Daten vereinheitlicht und ließen sich einfach verwalten und visualisieren. Mit ArcGIS Dashboards sowie ArcGIS Experience Builder konnten interaktive Echtzeit-Anwendungen erstellt und den zuständigen Ämtern und Gutachter:innen zur Verfügung gestellt werden. Die ArcGIS Enterprise Umgebung liefert somit die Technologie, mit der alle gestellten Anforderungen umgesetzt werden können.
Konkret werden die Echtzeitmessungen über den ArcGIS GeoEvent Server alle paar Minuten über eine Schnittstelle abgefragt. Sobald die Daten im GeoEvent Server angekommen sind, werden Sie gefiltert, analysiert und weitere Berechnungen vorgenommen. So wird beispielsweise für jeden eintreffenden Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswert der zugehörige Taupunkt berechnet. Denn je mehr sich die Raumtemperatur dem Taupunkt nähert bzw. diesen unterschreitet, desto wahrscheinlicher ist die Bildung von Tau und Kondensat und es müssen Maßnahmen ergriffen werden. Mit Hilfe der Dashboards werden sowohl die Schwankungen der Innentemperatur als auch die Schwankungen der Luftfeuchtigkeit kontinuierlich überwacht.
Für ein umfassendes Monitoring des Raumklimas in den Wassertürmen wurde für die zuständigen Mitarbeiter:innen eine interaktive Expertenanwendung mit ArcGIS Experience Builder erstellt. Diese beinhaltet mehrere Dashboards und eine 3D-Szene, welche die Echtzeitwerte primär in Form von Langzeitdiagrammen sowie die Sensorstandorte in den verschiedenen Stockwerken der Wassertürme visualisiert. Die Anwendung wird innerhalb der Stadt Augsburg von mehreren Ämtern zur Überwachung der Wassertürme und zur Einleitung der notwendigen Maßnahmen zum Schutz der Bauwerke genutzt.
Wie geht es weiter?
In Zukunft soll die Nutzung und die Funktionalität der erfolgreich eingesetzten Anwendungen erweitert werden. Es soll ein automatisiertes Benachrichtigungssystem implementiert werden, das über Drittsysteme z.B. eine E-Mail an die zuständige Person sendet, sobald ein Wert über einen bestimmten Zeitraum konstant überschritten wird.
Die erfolgreiche Umsetzung dieses Use Cases hat die Stadt Augsburg bestärkt, die eingesetzte Technologie für zukünftige Projekte, wie beispielsweise zur Überwachung von Pegelständen oder Füllständen von Elektroschrottcontainern zu nutzen.
Zusammenfassung
Die Stadt Augsburg verbindet ihre reiche Geschichte und modernste Technologie, um als Smart City innovative Lösungen voranzutreiben. Um die historischen Wassertürme zu erhalten, die mittlerweile zum UNESCO-Weltkulturerbe gehören, haben die Stadtwerke Augsburg ein umfassendes Sensor-Netzwerk installiert, das Klima- und Besucherströme in Echtzeit überwacht. Durch den Einsatz der ArcGIS-Technologie in der städtischen Geodateninfrastruktur, werden die Echtzeitmessungen effizient integriert, analysiert und visualisiert, um eine proaktive Erhaltung der Bauwerke zu ermöglichen.
Auch in Zukunft plant Augsburg, die Funktionalität der entwickelten Systeme weiter auszubauen und das Know-how auch in anderen städtischen Projekten einzusetzen. So wird nicht nur das kulturelle Erbe nachhaltig gesichert, sondern eine nachhaltige und digitale Stadtentwicklung vorangetrieben.
Über die Stadt Augsburg
Augsburg, eine Stadt in Bayern mit über 300.000 Einwohnern. Die Stadt zeichnet sich einerseits durch Ihre sehr lange Geschichte und andererseits durch die digitale Transformation aus, die im Rahmen der Smart City Strategie der Geschäftsstelle Smart City vorangetrieben wird. Projekte, wie beispielsweise die digitale Bürgerbeteiligung, ein digitales Stadtarchiv, eine datengestützte Verkehrslenkung bis hin zum Einsatz von IoT-Technologien im Digitalen Zwilling der Stadt, tragen dazu bei, die Lebensqualität und die Effizienz in der Stadt zu steigern.
Autor: Stadt Augsburg, Geodatenamt – Bereich Geoinformation
