Der Supercomputer Hawk ist Teil des Höchstleistungsrechenzentrums an der Universität Stuttgart.

Der Supercomputer Hawk ist Teil des Höchstleistungsrechenzentrums an der Universität Stuttgart.

Digitale Planung für reale Städte

Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart hilft bei komplexen Themen (Teil I)

Kommunen sehen sich zunehmend mit komplexen Aufgaben konfrontiert. Die Themen müssen fachlich und strukturell im Blick behalten werden, um Einseitigkeit und Fehler zu verhindern. Unterstützung erhalten sie durch große Rechenpower: Das Höchstleistungsrechenzentrum (HLRS) der Universität Stuttgart bietet Hilfe an. Ein digitaler Zwilling der Kommune legt die Basis für Analysen und Simulationen.

Wenn es um Klimaschutz, Mobilität oder Katastrophenvorsorge geht, haben Städte und Gemeinden keine Möglichkeit, verschiedene Lösungen auszuprobieren. Es gibt nur einen Versuch – und der muss passen. Entscheidungen der Verwaltung können besser vorbereitet werden, wenn sie in ihren Auswirkungen und Folgen überschaubar sind. Die Visualisierung hilft auch bei der Beteiligung von Personen mit geringerer Expertise und kann zu einer höheren Akzeptanz der Bürger führen.

Benötigt werden umfangreiche Datensätze, um den Computer zu füttern. Das Wissen um die Nutzung von Höchstleistungsrechnern steuern die Forscher bei. Modellprojekte auf nationaler und europäischer Ebene unterstützen bei der Simulation und Visualisierung der stadtplanerischen Aufgaben.

Ein Workshop untersuchte die Möglichkeit, kommunale Planung und Verwaltung zu verbessern. Gute und nachhaltige Planungsentscheidungen werden insbesondere bei der Steuerung der Stadtentwicklung, der Katastrophenprävention, der Erfüllung der Klimaziele sowie der Gestaltung der Mobilität benötigt. Die Zusammenführung des unterschiedlichen Fachwissens auch mit der Beteiligung der Bürger erfordert die Fähigkeit, auf der Grundlage des gemeinsamen Verständnisses technischer Details klar zu kommunizieren. Die Lösungen des HLRS erleichtern anspruchsvolle Stadtplanungsprozesse.

Dafür wurde die Simulation mit dem digitalen Zwilling genutzt. In der Industrie ist der Einsatz des digitalen Zwillings vom Produkt bis zum Fertigungsbetrieb bereits in der Praxis angekommen – für die Verwaltung sind Technik und Lösung eher noch im Laborstadium. Dennoch zeichnen sich bereits spannende Projekte ab.

Mitten in der CAVE: In diesem Raum erleben Besucher die virtuelle Stadt.

Mitten in der CAVE: In diesem Raum erleben Besucher die virtuelle Stadt.

Urbaner Zwilling

Der digitale Zwilling einer Stadt ist ein detailliertes Modell eines Ortes in Form von virtueller Realität. Bei den vielen Details ist ein leistungsstarker Computer Voraussetzung. Elektronische Sensoren und Programme für die Datenanalyse und anschließende Visualisierung werden benötigt, um den Ort in digitalem Format aufzubauen. Dann kann der Betrachter sogar in diese Welt eintauchen (Immersion) und sie interaktiv verändern. Dafür werden eine 3D-Brille oder ein Headset für virtuelle Realität genutzt.

Am HLRS werden digitale Zwillinge für den Einsatz in der CAVE entwickelt. Das ist ein großer Raum, in dem Besucher sich virtuell in die digitale Stadt hineinversetzen können. So kann man sich beispielsweise als Fußgänger orientieren und im Wettstreit mit anderen mobilen Verkehrsteilnehmern ein Bild der geplanten Lösung machen.

Der digitale Zwilling einer Stadt kann jedes Merkmal aufbereiten, das in Form von Daten erfasst werden kann. Dazu gehören Luftströmungsmodelle oder etwa Verkehrssituationen. Die Daten können mit der realistischen Darstellung überlagert werden und einen Einblick in die Zusammenhänge erleichtern. Das virtuelle Modell kann beispielsweise veranschaulichen, wie sich die Sperrung einer Straße oder der Bau eines Gebäudes auf den Lärmpegel des Verkehrs auswirken.

Mit dem digitalen Zwilling hat Stuttgart den Kampf gegen die Luftverschmutzung unterstützt. Daten aus dem geographischen Informationssystem wurden mit Verkehrs-, Wetter- und Luftqualitätsdaten erweitert, um Hotspots der Luftverschmutzung zu identifizieren. In einem anderen Projekt wurde am Stuttgarter Marienplatz untersucht, wie sich Konflikte zwischen Fußgängern, Radfahrern und weiteren Verkehrsteilnehmern verringern lassen. Auf europäischer Ebene wurde für die estnische Hauptstadt Tallinn ein digitaler Zwilling erstellt, um die Vorteile neuer Bepflanzungen und Grünflächen zu untersuchen. Stadtbewohner, Planer und Innenstadtmanager nutzen die virtuelle Grünplanung als partizipatorisches Instrument.

Der erste digitale Zwilling erblickte für Herrenberg das Licht der Welt. Baubürgermeisterin Susanne Schreiber sieht darin die Chance, der Bürgerschaft die Stadtentwicklungsprozesse auf andere Weise nahezubringen. Die große Resonanz führte zur Weiterentwicklung. Zusätzliche Sensoren helfen bei der Datenerhebung. Gesammelte Wetterdaten erleichtern die Planung, wann die Grünpflanzen der Stadt bewässert werden müssen, oder wie das Parkplatzmanagement verbessert werden kann.

Das Hochwasser im Ahrtal hat den Blick für die Notwendigkeit von Katastrophenschutz geschärft. Mithilfe virtueller Modelle lassen sich gefährdete Orte identifizieren. Ebenso hilft der Blick auf den digitalen Zwilling bei der Bekämpfung von Pandemien. Das digitale Modell ermöglicht also eine bessere Entwicklung der Realität.    [ dlu ]

Herrenberg: Kommunale Planung kann auf digitale Modelle setzen, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Herrenberg: Kommunale Planung kann auf digitale Modelle setzen, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

 

Hinweis zum Beitrag:

Teil II folgt in der Herbstausgabe. Darin wirft KOMMUNALtopinform einen Blick auf die Umsetzung einzelner kommunaler Projekte.

Ob ganz klein oder ganz groß, über den digitalen Zwilling lässt sich die reale Welt neu erleben.

Ob ganz klein oder ganz groß, über den digitalen Zwilling lässt sich die reale Welt neu erleben.


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17. August 2022


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