Immer mehr Menschen zieht es in die Metropolen – eine Herausforderung. Ob Lärm oder Feinstaubbelastung: Damit das Leben in der Stadt lebenswert bleibt, müssen Kommunen rasch und zuverlässig planen. Das Konzept „Smart District Data Infrastructure” (SDDI) gibt Planern das dafür nötige, flexibel einsetzbare Werkzeug an die Hand. Städte oder einzelne Stadtteile lassen sich damit als virtuelle 3D-Stadtmodelle abbilden, die mit dynamischen Daten – etwa zum Verkehrsaufkommen – verknüpft sind. So können zukünftige Entwicklungen anschaulich simuliert und Lösungsansätze frühzeitig fachübergreifend erarbeitet werden.
Projektbeschreibung
Die Smart District Data Infrastructure ist modular aufgebaut und definiert einen organisatorischen und technischen Rahmen, der aus den Akteuren, Anwendungen, Sensoren, urbanen Analysewerkzeugen und einem virtuellen Distriktmodell besteht. Akteure können neben den Bürgern und der Stadtverwaltung u.a. auch die Ver- und Entsorger, Verkehrsbetriebe und die Immobilienwirtschaft sein. Sensoren können u.a. Stadtklimamessstellen, Wetterradar, Verbrauchsmessgeräte / Smart Meter, Videokameras und verkehrstechnische Sensoren sein. Urbane Analysewerkzeuge sind Softwarekomponenten, die beispielsweise die Energiebedarfe oder das Solarenergiepotenzial für alle Gebäude schätzen, Verkehrsdichte und Personenströme simulieren oder Lärmausbreitungs- und Überflutungssimulationen durchführen. Die SDDI setzt auf offene Standards und ist herstellerunabhängig.
Das Besondere an der SDDI ist, dass alle Informationen, Sensoren und Anwendungen unterschiedlicher Fachdisziplinen in einem gemeinsamen, sogenannten semantischen 3D-Stadtmodell, das auf dem internationalen CityGML-Standard basiert, verortet sind. Dieses 3D-Modell dient dabei zu mehr als nur der hübschen Visualisierung: es ist zugleich fachübergreifende Datendrehscheibe und wesentliche Grundlage für die meisten Simulationen und Analysewerkzeuge. So können z. B. der Energiebedarf der Gebäude mit ihren baulichen Zuständen und sozio-ökonomischen Kennzahlen im virtuellen Distriktmodell miteinander in Beziehung gesetzt werden und die Auswirkungen geplanter Umbauprojekte auf die verschiedenen Bereiche wie Umwelt, Mobilität, Energie und Soziales gleichzeitig betrachtet werden. Mit der SDDI werden dabei bestehende Informationssysteme nicht ersetzt, sondern auf der Basis internationaler Standards intelligent miteinander vernetzt.
Europaweiter Einsatz
Die SDDI wurde überwiegend im Rahmen des Projekts „Smart Sustainable Districts“ (SSD) entwickelt, welches von der europäischen Spitzenforschungseinrichtung Climate-KIC gefördert wird. Dabei geht es um die Unterstützung von Stadtumbauprojekten auf Distriktebene, um u.a. Reduktionen von Emissionen, Erhöhung der Energieeffizienz und der Nutzung erneuerbarer Energien sowie eine generelle Verbesserung der Lebensqualität in Städten zu erreichen. Die SDDI wird bereits in drei laufenden Stadtumbauprojekten eingesetzt:
- London, Queen Elizabeth Olympic Park: Hier geht es um die Umgestaltung des ehemaligen Olympiageländes zur gemischten Wohn- und Freizeitnutzung.
- Paris, Docks de St. Ouen: Hier entsteht ein komplett neuer Wohn- und Geschäftsdistrikt auf einer Industriebrache.
- Berlin, Green Moabit: Hier geht es um die energetische Sanierung eines Großteils der Gebäude sowie nachhaltige Konzepte zum Wassermanagement.
Aufgrund der Verwendung offener Standards können die meisten Analysewerkzeuge und Anwendungen, die für einen Distrikt entwickelt wurden, direkt in den anderen Distrikten wiederverwendet werden.
Securing the SDDI Framework - Demonstrator Application
The SDDI Security Demonstrator Application, developed by the Chair of Geoinformatics and Secure Dimension GmbH, presents a novel approach of securing distributed applications and web services being used in Smart City scenarios. The application has been realized for the district Queen Elizabeth Olympic Park, London as a part of the SDDI project.
The newly introduced concept establishes proper authorization and authentication to allow privacy, security and controlled access to all stakeholders and the respective components. The implementation combines the use of state-of-the-art concepts such as OAuth2 access tokens, OpenID Connect user claims and Security Assertion Markup Language (SAML) based Single-Sign-On (SSO) authentication. The application is conformant to the EU General Data Protection Regulation (GDPR).
Please find below important links:
Application Demonstration Link
Application Server
Authorization Server
Components used in the Demonstrator
- Virtual District Model based on the CityGML standard. It comprises of semantic 3D building and street models with spatial and thematic information stored in a 3D geodatabase.
- Web Feature Service allowing users to retrieve as well as modify objects from the Virtual District Model stored in the 3D geodatabases using interoperable interfaces.
- Sensor Observation Service 1 retrieving real-time observations from a weather station installed in the park. The weather station records properties such as temperature, humidity, wind speed etc.
- Sensor Observation Service 2 retrieving real-time observations from Smart Meters installed in important buildings such as stadium and aquatic center. The Smart Meters are managed within a proprietary platform of the company Engie and record electricity and gas consumptions for the buildings.
- 3DCityDB Web Map Client is a web-based front-end for the 3D City Database for 3D visualization and interactive exploration of large semantic 3D city models in CityGML.
Demonstrator Objectives
The demonstrator provides
- security layers to all of the resources, so that no resource can be accessed without proper authentication and authorization,
- federated login and Single-Sign-On access using different Identity Providers. This is demonstrated by showing that users can login using academic identity federations (such as eduGAIN service supporting approximately 2758 university identity providers worldwide) and public accounts (such as Google accounts) to all the secured resources hosted on distributed systems without repetitive logins, and
- access control to all the secured resources. Users can login via two different classes of identity providers: (i) a valid public account (e.g. Google) and (ii) a valid academic organization account linked to eduGAIN. In the scenario, if a user is not logged in, he/she can browse/view the 3D models but cannot connect to any further resource. Users logged in using the Google Identity Provider can access all resources except Sensor Observation Service 2 for Smart Meters, while users logged in using an eduGAIN based research organization's Identity Provider will be able to access all resources.
Below is a screenshot from the application visualizing a highlighted building (where Smart Meter is installed) and the timeseries observation graph for one week (retrieved from Sensor Observation Service for the Smart Meter).
Projektpartner
Im Projekt Smart Sustainable Districts allgemein
- Imperial College London, Centre for Process Systems Engineering, Prof. Nilay Shah
- Technische Universität Berlin, CHORA City & Energy, Prof. Raoul Bunschoten
- University of Utrecht
- Utrecht Sustainability Institute (USI)
- Institute for Sustainability London
- Aria
- TNO
In dem Distrikt London, Queen Elizabeth Olympic Park (QEOP)
- Imperial College London, Centre for Process Systems Engineering, Prof. Nilay Shah, Dr. Chris Mazur
- University College London, The Bartlett Centre for Advanced Spatial Analysis (CASA), Prof. Andrew Hudson-Smith, Oliver Dawkins
- London Legacy Development Corporation (LLDC), Jim Wood, Ben Edmonds
- Intel Labs Europe, ICRI Cities, Dr. Evangelos Theodoridis, Dr. Mo Haghighi
- Engie
In dem Distrikt Paris, Docks de St. Ouen (NUM-DOCKS)
- Aria, Denis Morin, Corinne Krzyzamiak
- Sequano
In dem Distrikt Berlin Moabit
- Technische Universität Berlin, CHORA City & Energy, Prof. Raoul Bunschoten, Nadine Kuhla von Bergmann, Daniel Rigamonti
- virtualCitySYSTEMS, Dr. Claus Nagel, Dr. Lutz Ross
Auszeichnung im Wettbewerb "Deutschland - Land der Ideen"
Das Projekt ist eines der 100 Preisträger des Wettbewerbs „Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen“ für das Jahr 2016, die von einer hochkarätigen Jury am 31. Mai 2016 aus rund 1.000 Bewerbungen ausgewählt wurden. Zitat aus der Gewinnbenachrichtigung: "Unter dem Motto „NachbarschafftInnovation – Gemeinschaft als Erfolgsmodell“ liefert das Projekt eine überzeugende Antwort auf die Frage, wie gemeinschaftliches Handeln innovative Lösungen für Herausforderungen von morgen bieten kann. Mit dem Wettbewerb würdigen die Initiative „Deutschland – Land der Ideen“ und die Deutsche Bank zukunftsweisende Ideen, die die Potenziale von Nachbarschaft im Sinne von Gemeinschaft, Kooperation und Vernetzung nutzen und so einen gesellschaftlichen Mehrwert zur Lösung von gegenwärtigen oder künftigen Herausforderungen schaffen."
