Schutz vor Hitze und Trockenheit mit Hilfe von digitalen Zwillingen

• Digital-Projekt in Erlangen wird bis September fortgeführt
• 70 Bodensensoren & 16 Wetterstationen helfen bei der Bewässerung von Bäumen
• Erste Erkenntnisse: Wasser eingespart und Neupflanzungen reduziert
• Maschinen-Netz übermittelt Sensordaten besonders zuverlässig & energiesparend – auch unter der Erde
• In Berlin, Potsdam, Bamberg, Hannover, Garbsen & Pirmasens kommt die Technik jetzt ebenfalls zum Einsatz

Am 01. Juni beginnt der meteorologische Sommer. Der bringt immer öfter auch Hitze, Hagel und anhaltende Trockenperioden. Solche Extremwetter belasten vor allem aufgrund von steigender Bodenversiegelung die immer heißer werdenden Städte. Die Böden werden immer trockener. Die Bäume sterben. Vor allem dann, wenn sie zu spät, zu viel oder nicht ausreichend bewässert werden. In Erlangen kommen deshalb seit mehreren Monaten digitale Zwillinge von Bäumen zum Einsatz. Gemeinsam mit der heimischen Friedrich-Alexander-Universität, dem Start-up Agvolution und Vodafone hat die Stadt bei einem Pilotprojekt insgesamt 70 Feuchte- und Temperatur-Sensoren verbaut. Sie erfassen Echtzeit-Daten rund 45 Zentimeter tief unter der Erde. Zudem wurden 16 Wetterstationen aktiviert, die unter anderem Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Niederschlagsmenge ermitteln. Aus all diesen Daten werden mit Hilfe von künstlicher Intelligenz digitale Zwillinge von Bäumen erstellt. So kann für jeden Baum die optimale Bewässerung ermittelt und angepasst werden. Damit die Daten, die von den Sensoren auch tief unter der Erde und an abgelegenen Orten erfasst werden, zuverlässig und verzögerungsfrei aktualisiert werden, hat Vodafone vor Ort zusätzlich zu einem lokalen Netz der Stadt (MIOTY) das Maschinen-Netz Narrowband IoT aktiviert. Sämtliche Sensoren sind durch diese Mobilfunk-Technologie im Internet der Dinge miteinander verbunden. Heute teilen die Projektpartner in Erlangen gemeinsam mit Bayerns Staatsminister für Digitales, Dr. Fabian Mehring, erste Erkenntnisse. Das Digital-Projekt, das ursprünglich im März enden sollte, wird über den Sommer hinaus bis September verlängert. Agvolution ist Teil von Uplift, der Initiative für neue Innovationspartnerschaften bei Vodafone. Uplift unterstützt gezielt Start-Ups.

Bewässerung von Bäumen mit Daten besser planen

Die ersten Erkenntnisse zeigen: Die Daten der Sensoren werden zuverlässig übermittelt, sodass die digitalen Zwillinge zu jeder Zeit aktualisiert werden und wichtige Hinweise zum aktuellen Zustand der Bäume liefern. Diese Erkenntnisse helfen die Bewässerung der Bäume im Sommer besser zu planen und zu organisieren – so lassen sich in Erlangen mit Hilfe der Sensoren rund 250 Kubikmeter Wasser und 600 Fahrkilometer einsparen. Zudem kann durch den Erhalt vorhandener Bäume, die Neupflanzung von 20 Bäumen vermieden werden. Das entspricht rund 70 Prozent der Ersatzpflanzungen vergangener Jahre, die aufgrund von Trockenheit nötig sind. Mittlerweile kommt die Digital-Technik an immer mehr Orten in Deutschland zum Einsatz. In Pirmasens, Bamberg, Hannover, Berlin, Potsdam und Garbsen haben Agvolution und Vodafone insgesamt 300 Sensoren verbaut und vernetzt.

Warum helfen digitale Zwillinge von Bäumen den Städten?

Digitale Zwillinge kommen normalerweise in Fabrikhallen zum Einsatz. Dabei wird im Computer eine digitale Kopie einer Maschine oder einer ganzen Fertigungsstraße geschaffen – in Erlangen wurden erstmals digitale Zwillinge von Bäumen erschaffen. Gerade in den Trockenmonaten ist es mit dem Bodenfeuchtesystem möglich, einen Überblick über die benötigten Gießtouren zu erhalten und vor allem flexible Anpassungen durchzuführen. Das ist wichtig, weil die Wetterunbeständigkeit schlecht für die Bäume ist – sowohl zu wenig als auch zu viel Wasser beeinträchtigt die Baumgesundheit massiv. Durch den Einsatz der Sensoren ist also nicht nur dieses Verständnis für die Reaktions- und Planungsgeschwindigkeit gestiegen, sondern auch eine Möglichkeit der Priorisierung gegeben. Kritischere Bäume können in die unmittelbare Route aufgenommen werden, während Bäume mit einer ausreichenden Bodenfeuchte etwas später bewässert werden. Die Daten werden über ein lokales Netz der Stadt und aus weiter entfernten Gebieten der Stadt über das Maschinen-Netz von Vodafone übertragen.