Im Kontext der beiden Megatrends Digitalisierung und Klimawandel kann bewusst die Frage nach einer Verknüpfung und gemeinsamen Diskussion beider Trends gestellt werden. Auf Grund tiefgreifender Auswirkungen und weitgehender gesellschaftlicher Veränderungen können technische Potenziale stärker nachhaltige Prozesse und Lebensweisen fördern. Künstliche Intelligenz [K ] gilt als Schlüsseltechnologie der Digitalisierung. Denn gerade vor dem Hintergrund der Dekarbonisierung Deutschlands bis 2050, zur Erreichung der Pariser Klimaziele, steigt die Bedeutung digitaler Technologien im Umweltbereich an.
Politische Relevanz für KI-Anwendungen im Umweltbereich werden unter anderem durch die KI-Strategie der Bundesregierung deutlich. Beispielsweise will die Bundesregierung Forschung zu KI-Technologien intensivieren und Kriterien für Bewertungen von Umweltauswirkungen von KI-Anwendungen weiterentwickeln. In ähnlicher Weise sieht die Enquete-Kommission große Potenziale für KI-Verfahren im Umweltbereich, etwa durch Anwendungen bei Frühwarnsystemen zur Identifizierung von Extremereignissen. Auf der Konferenz" Bits und Bäume" von 2018 in Berlin wurde mit über 50 Autor*innen die bis dato größte Debatte um Digitalisierung und Nachhaltigkeit geführt.
Diese Ausarbeitung beschäftigt sich mit KI -Anwendungen innerhalb zweier Trendthemen und deren Bezug zur Stadt: Welche Rolle haben KI -Anwendungen in ausgewählten Trendthemen? Welchen Beitrag können die Anwendung in Bezug zur Stadtplanung und Smart City leisten? Auf Grundlage von Literaturrecherche wurde eine vergleichende und strukturierte Übersicht der Projektbeispiele erstellt. Hierbei wurden die Projekte nach den gleichen Kriterien untersucht. Die Frage nach der KI -Anwendung konnten hierbei nur hypothetisch erfolgen und aus anderen Referenzbeispielen von KI-Anwendungen abgeleitet werden. In der abschließenden Diskussion der Arbeit werden die Ergebnisse der Projektuntersuchung mit den Chancen und Herausforderungen aus der betrachteten Literatur verknüpft.
Inhaltsverzeichnis
00 Abstract
01 Einleitung
02 Grundlagen KI und Klima
2.1 Maschinelles Lernen
2.2 KI und Klima in der Smart City
2.3 Ausgewählte Trendthemen
03 Projektuntersuchungen
3.1 Projekt 1: Intelligente Luftqualitätsmessung
3.1.1 Schnittstelle Klima
3.1.2 Projektziel
3.1.3 Umsetzung
3.1.4 Anwendung KI
3.1.5 Schnittstelle Stadtplanung und Smart City
3.1 Projekt 2: Intelligente Software für Stoffkreisläufe
3.1.1 Schnittstelle Klima
3.1.2 Projektziel
3.1.3 Umsetzung
3.1.4 Anwendung KI
3.1.5 Schnittstelle Stadtplanung und Smart City
04 Diskussion und Fazit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht das Potenzial Künstlicher Intelligenz als Schlüsseltechnologie für nachhaltige Stadtentwicklung und Klimaschutz, indem sie konkrete Projekte in den Bereichen Luftreinhaltung und Kreislaufwirtschaft analysiert.
- Verknüpfung der Megatrends Digitalisierung und Klimawandel
- Grundlagen von Maschinellem Lernen und KI-Anwendungen
- Fallbeispiel: Intelligente Luftqualitätsmessung in der Smart City
- Fallbeispiel: Digitale Lösungen für ressourcenschonende Stoffkreisläufe
- Potenziale und Herausforderungen für die stadtplanerische Praxis
Auszug aus dem Buch
3.1.3 UMSETZUNG
Um flächendeckend Luftqualitätsdaten messen zu können, werden Luftqualitätssensoren im öffentlichen Raum verteilt platziert. Mit ihrer kompakten Größe von etwa 9 cm sind diese im Vergleich zu herkömmlichen Messstationen wesentlich kleiner und ermöglichen die Installation an beispielsweise Straßenlaternen oder Stadtmobiliar. Mithilfe dieser Sensoren können die folgenden Parameter der Luftqualität gemessen werden: Temperatur (T), Luftfeuchtigkeit (RH), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Ammoniak (NH3), Stickstoffmonoxid (NO2), Stickstoffdioxid (NO2), Ozon (O3), Feinstaub (PM10 und PM2,5), Schwefeldioxid (SO2) und sogenannte flüchtige organische Verbindungen (VOCs). Durch ein Messintervall von 30 Sekunden werden die gemessenen Daten in Echtzeit über WLAN, LTE oder LoRa in eine Cloud übertragen, welche diese sammelt, analysiert und auswertet. Diese Cloud ermöglicht einen Zugriff auf historische und Echtzeit-Daten sowie einen Vergleich der Werte mit nationalen und internationalen Luftqualitätsstandards und -grenzwerten. Diese Datenauswertung basiert auf Algorithmen für Sensorenkalibrierung und Datenanalyse auf der Grundlage Künstlicher Intelligenz. (Breeze Technologies 2020)
Zusätzlich dient eine online Bürgerplattform als öffentlich zugängliche Anlaufstelle für interessierte Bürger*innen, um Daten zur Luftqualität, etwa in Nähe des Wohnort abrufen zu können. Die Bürgerplattform baut sich wie folgt auf: Auf Basis eines interaktiven Kartenportals werden die Sensoren im Stadtraum georeferenziert dargestellt. Durch das Anklicken und Aktivieren verorteter Sensoren lassen sich entweder der dort Ort gemessene Luftqualitätsindex oder einzelne Parameter der Luftqualität abrufen (siehe Abb.2). Zusätzlich bietet diese Plattform grundlegende Informationen wie Quellen, Auswirkungen und Grenzwerte zu den einzelnen Parametern der Luft. Durch das Wechselspiel zwischen der Cloud und den Sensoren diese in Abhängigkeit der vor Ort gemessenen Luftqualität farblich (sehr gut bis sehr schlecht) je nach gemessener Daten dargestellt.
Zusammenfassung der Kapitel
00 Abstract: Eine kurze Zusammenfassung, die den Fokus auf die Verknüpfung von Digitalisierung und Nachhaltigkeit anhand von zwei Hamburger Start-ups legt.
01 Einleitung: Beleuchtet die gesellschaftliche und politische Relevanz der Digitalisierung im Kontext der globalen Klimaziele.
02 Grundlagen KI und Klima: Vermittelt technisches Basiswissen zu Maschinellem Lernen und erläutert die Bedeutung für Smart City-Strategien.
03 Projektuntersuchungen: Analysiert zwei konkrete Praxisbeispiele zur Luftqualitätsmessung und zur Optimierung von Stoffkreisläufen.
04 Diskussion und Fazit: Reflektiert die Ergebnisse der Projektanalyse hinsichtlich Chancen und Limitationen in der stadtplanerischen Umsetzung.
Schlüsselwörter
Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen, Smart City, Klimawandel, Digitalisierung, Luftqualität, Nachhaltigkeit, Kreislaufwirtschaft, Stadtplanung, IoT, Datenanalyse, Ressourcenschonung, Umweltschutz, Start-ups, Vernetzung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie Künstliche Intelligenz genutzt werden kann, um ökologische Herausforderungen in städtischen Räumen und der Industrie effizienter zu bewältigen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Schnittstelle zwischen digitaler Transformation (KI, IoT) und den Themen Klimaschutz, Luftreinhaltung sowie Kreislaufwirtschaft.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Es soll analysiert werden, welche konkreten Beiträge KI-gestützte Projekte zur Stadtplanung und zum Erreichen von Nachhaltigkeitszielen in einer Smart City leisten können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autoren nutzen eine Literaturrecherche als Basis, um anschließend zwei konkrete Hamburger Start-up-Projekte vergleichend anhand definierter Kriterien zu analysieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologischen Grundlagen und eine detaillierte Projektuntersuchung zu den Themen Luftqualitätsmessung (Breeze Technologies) und Stoffkreisläufe (Loopsai).
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit charakterisieren?
Die zentralen Begriffe sind Künstliche Intelligenz, Smart City, Nachhaltigkeit, Kreislaufwirtschaft, Luftqualität und Digitalisierung.
Welche Rolle spielt das Internet der Dinge (IoT) in den untersuchten Projekten?
Das IoT dient in den Fallbeispielen als unverzichtbare Hardware-Infrastruktur zur flächendeckenden Datenerfassung, auf deren Basis die KI-Software Analysen und Vorhersagen erst ermöglichen kann.
Warum ist die räumliche Verteilung von Sensoren für die Stadtplanung relevant?
Die Daten ermöglichen eine detaillierte Auswertung kleinräumiger Umweltparameter, was wiederum gezieltere städtebauliche Maßnahmen, wie beispielsweise die Identifikation von Hitzeseinseln, unterstützt.
- Arbeit zitieren
- Elsa Günther (Autor:in), 2021, Künstliche Intelligenz und Klima in der Stadtplanung. Eine beispielhafte Betrachtung von Projekten und deren Anwendungen in der Stadtplanung und Smart City, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1149800
