Der sogenannte Urbane Digitale Zwilling Wuppertals ist ein lebendiges, dreidimensionales digitales Abbild der Stadt, das komplexe städtische Prozesse miteinander vernetzt – von Geodaten bis Echtzeitinformationen.
Im Zentrum stehen fünf spezialisierte Fachzwillinge, die jeweils ein konkretes Thema in den Blick nehmen: von nachhaltige Stadtentwicklung, Klimawandel und Anpassung, zukunftsfähige Mobilität, Parks und Grünanlagen sowie urbane Resilienz.
Fachzwillinge und Teilzwillinge
1) Fachzwilling Nachhaltige Stadtentwicklung
In diesem Fachzwilling finden Anwendungen im Bereich Wohnen, Wirtschaft und Beschäftigung, Bildung, Kultur und Sport sowie Teile der Mobilität einen Kontext. Die Analysen von ‚Was-wäre-wenn-Szenarien‘ helfen allen Beteiligten, richtige Entscheidungen für das Wuppertal der Zukunft zu treffen.
Grundlage dafür sind aktuelle Daten zu allen Facetten der Stadtentwicklung. Dazu gehören nicht nur vorhandene Geodaten und ausgewertete Echtzeitsensordaten, sondern auch die Informationen, die durch sogenanntes ‚Citizen Sensing‘ gewonnen werden. Dabei handelt es sich um Daten, die von Bürger*innen der Stadt zum Prozess beigetragen werden.
Aktuell zu wissen, wo Gebäude abgerissen werden oder neue entstehen, welche Brachflächen für bestimmte Vorhaben geeignet sind oder wie sich die soziale Struktur in bestimmten Quartieren darstellt, ist sehr relevant für nachhaltige und ganzheitliche Stadtentwicklung. Bauvorhaben können ohne große physische und finanzielle Investitionen im Zwilling simuliert und ausgewertet werden. Ein Gewinn durch die Nutzung des DigiTal Zwillings in diesem Kontext ist die Möglichkeit der nutzergerechten Darstellung von Informationen.
2) Fachzwilling Klimawandel
Mit den Folgen des Klimawandels umzugehen ist für Wuppertal eine zentrale Herausforderung. Für das Verständnis der Auswirkungen und Entwicklung des Klimawandels sind aussagekräftige, aktuelle Daten und eine anschauliche Simulation anzunehmender Ereignisse notwendig. Temperaturanstieg, ansteigende Frequenz der Starkregen- und Unwetterereignisse und Wasserressourcenknappheit sind Auswirkungen, denen begegnet werden muss.
Die Weiterentwicklung dieser Teilzwillinge umfasst die Ergänzung um realistisch wirkende 3D-Visualisierungen sowie die Anreicherung mit Wetterprognosen und Echtzeitdaten von Sensoren, die im Stadtgebiet verbaut sind. Dazu gehören sowohl Wetterdaten von Wuppertal als auch Pegelstandsdaten an der Wupper.
Im Rahmen dieses Fachzwillings werden in Zukunft auch Fernerkundungsdaten von Satelliten des Europäischen Copernicus Programms in die Analysen und Simulationen einfließen. Interessante Fragen sind u.a. die Hitzeentwicklung (urbane Hitzeinseln) und die Auswirkung von Dürreperioden auf Wasserressourcen und Vegetation in der Stadt. Der DigiTal Zwilling erlaubt die Präsentation von Satellitenbild-Zeitreihen. Sie unterstützen das Erkennen von langfristigen Phänomenen und helfen, durch Erkenntnisse aus der Vergangenheit bessere Entscheidungen für die Zukunft zu treffen.
3) Fachzwilling zukunftsfähige Mobilität
Ein weiterer Fachzwilling wird sich der nachhaltigen Mobilität widmen und befasst sich mit Zentren und Verkehrswegen, sowie unterschiedlichsten Verkehrsmitteln und deren Einfluss auf nachhaltige Mobilitätslösungen. Die Verkehrswende ist in Wuppertal ein Thema mit herausragender Bedeutung für die Entwicklung der Stadt, das auch mit der Abmilderung des Klimawandels bzw. der Anpassung an seine Folgen korreliert.
Inhaltlich kann dieser Fachzwilling an die Ergebnisse des Förderprojekts Bergisch.Smart_Mobility, gefördert durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie, anknüpfen, welches im März 2022 ausgelaufen ist. Im Zuge des Projekts wurden beispielsweise Sensoren für automatisiertes Fahren und durch künstliche Intelligenz gesteuerte Lichtsignalanlagen erprobt.
4) Fachzwilling Parks und Grünanlagen
Im Fachzwilling Parks und Grünanlagen werden Anwendungen im Bereich der grünen Stadtentwicklung platziert. Stadtgrün, Vegetationsentwicklung, klimaangepasste Bepflanzung und Vernetzung von Parks und Grünanlagen bei anspruchsvoller Topografie sind Beispiele aus dem grünen Zwilling. Durch den Klimawandel spielt die Vegetation eine immer größere Rolle, da insbesondere die Hitzeentwicklung in der Stadt große Einschränkungen mit sich bringt. Vegetation kann zur Kühlung beitragen, aber auch Wasser aufnehmen, wenn es zu Starkregenevents kommt. Daher ist es wichtig, Vegetation in der Stadt zu erhalten.
Beispielanwendungen im Fachzwilling Parks und Grünanlagen sind das Monitoring von Bäumen und der Bedarf an Bewässerung, Park-Erreichbarkeitsanalysen für soziale Gerechtigkeit in der Stadt als Grundlage für Stadtplanung oder die Beobachtung von Waldsterben und der Einsatz von geeigneten Maßnahmen, um dem entgegenzuwirken.
Wuppertal als grüne Großstadt ist 2031 Veranstaltungsort der Bundesgartenschau. Der DigiTal Zwilling kann bei der Planung und Entwicklung der Konzepte für die BUGA helfen. Schon im Vorfeld können Effekte und Auswirkungen unterschiedlicher Varianten visualisiert und analysiert werden.
5) Fachzwilling Urbane Resilienz
Die urbane Resilienz ist die Fähigkeit einer Stadt, robust, adaptiv und zukunftsfähig zu handeln. Sie soll eine Stadt befähigen, Krisen und Katastrophen zu bewältigen. Die Risiken sind vielfältig: extreme Wetterereignisse, Großunfälle, Terroranschläge, Stromausfälle, wirtschaftliche Krisen oder Pandemien.
Der DigiTal Zwilling integriert alle erforderlichen Daten und Informationen und befähigt unterschiedlichste Nutzende schnell und zielgerichtet zu handeln. Der DigiTal Zwilling macht aktuelle Informationen, Daten, Akteure und Prozesse einer Stadt sichtbar. Durch die Verknüpfung von Ort, Raum und Zeit mit verschiedensten Blickwinkeln auf ein Geschehen ermöglicht er eine bessere Grundlage für wichtige Entscheidungen. Mit dem Fachzwilling Urbane Resilienz will das Projektteam eine Umgebung schaffen, um Chancen für transformative Veränderungsprozesse zu nutzen und Wuppertal gegenüber Krisen und Katastrophen zu stärken.
Zusammenbringen von Menschen, Informationen und Daten
Der Aufbau eines Urbanen Digitalen Zwillings ist kein Selbstzweck. Er wird benötigt, um verschiedene Akteur*innen der Stadtgesellschaft und der Verwaltung mit ihren unterschiedlichen Informationen und Anforderungen zusammenzubringen. In allen Prozessen ist es wichtig relevante Informationen vernetzt in einem Modell erfassen zu können, um auf einer gesicherten und aktuellen Datengrundlage Entscheidungen treffen zu können, die für Wuppertal passend sind.
Geometrisches Grundgerüst
Das geometrische Grundgerüst des Urbanen Digitalen Zwillings bildet die bereits bestehende Geodateninfrastruktur der Stadt Wuppertal. Als Datenquellen dienen hochauflösende Luftbilder sowie aus Laserscanning gewonnene 3D-Punktwolken. Außerdem erfasst die Stadt verschiedenste Objekte über terrestrische Vermessungsverfahren. Die Luftbilder resultieren aus regelmäßig durchgeführten Befliegungen des Stadtgebietes. Panoramabild- und Laserscandaten entstehen durch ebenfalls regelmäßig durchgeführte Befahrungen des Wuppertaler Straßennetzes.
Als erster Schritt in der Umsetzungsphase des Urbanen Digitalen Zwillings wird die Visualisierung von Daten mit der dritten Dimension angereichert. Die Darstellung von dreidimensionalen Objekten wie z. B. Gebäuden kann das Verständnis der dargestellten Informationen für den Menschen verbessern. Bestimmte Anwendungsszenarien erfordern sogar eine dreidimensionale Betrachtung. Ein Beispiel ist die Planung eines neuen Gebäudes. In diesem Kontext können die Erreichbarkeit, der Einfluss auf vorhandene Grünflächen sowie die Auswirkungen auf urbane Hitze bzw. Kaltluftströmungen analysiert werden. Außerdem erlaubt eine solche Darstellung Sichtbarkeitsanalysen.
Die Stadt Wuppertal muss sich den folgenden Herausforderungen stellen:
- Durch den Klimawandel steht die Stadt vor großen Aufgaben. Der Einfluss von extremen Wetterereignissen wie z. B. Hitze oder Starkregen erfordert einen ganzheitlichen Blick. Es ist notwendig, aus der Vergangenheit zu lernen, die aktuelle Situation zu erfassen und die Zukunft klimaresilient zu gestalten.
- Die Teilhabe der Bevölkerung an stadtplanerischen Prozessen erfolgt meist nur durch Menschen, die entweder direkt von einem Thema betroffen ist oder generell sehr engagiert am Stadtleben teilnehmen. Die Bürger:innenbeteiligung soll diversifiziert und zugänglicher gemacht werden.
- Eine weitere Herausforderung ist die zukünftige Gestaltung von Mobilität. Private und wirtschaftliche Anforderungen treffen auf hohe Auslastung und Belastung der Stadt. Dazu kommen Umweltbelastung und der Verbrauch von endlichen Ressourcen. Um diese Herausforderung anzugehen, hat die Stadt eine integrierte Mobilitätsstrategie für die Zukunft entwickelt.
- In Planungsprozessen sind Flächennutzungskonflikte, limitierte Raumangebote und Einschränkungen durch klimarelevante Bedingungen Alltag. Die Lösung erfordert die Öffnung und Vernetzung von Datensilos sowie einen interdisziplinären Blickwinkel.
Netzwerk Modellprojekte Smart City
Viele Kommunen in Deutschland arbeiten aktuell an einem Urbanen Digitalen Zwilling. Wuppertal erhält durch das Modellprojekt Smart City nicht nur die Chance, gemeinsam mit der Stadtgesellschaft und weiteren beteiligten Akteur*innen und Institutionen einen Urbanen Digitalen Zwilling zu gestalten. Die Arbeit in einem großen Netzwerk mit anderen geförderten Kommunen ermöglicht auch einen engen Austausch von Ideen, Konzepten und Anwendungen, von denen alle Partner profitieren können. Die in Wuppertal in dem geförderten Projekt entwickelten Lösungen stehen als Open Source dann auch anderen Kommunen zur Verfügung.
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