Die intelligente Vernetzung von Daten ermöglicht neue Dienstleistungen. · Foto: © Illustration: Bilal Yousaf / stock.adobe.com
von Nikolaus Fecht
Urban.KI“ heißt das Zauberwort, mit dem die Ruhrgebietsstadt Gelsenkirchen die kommunale Welt digitalisieren will. Das Konzept des Projekts wird getragen von der Stadtverwaltung sowie der Westfälischen Hochschule Gelsenkirchen, Bocholt und Recklinghausen. Es bündelt wissenschaftliche Expertise und kommunale Praxis – und das so erfolgreich, dass es schon mehrfach ausgezeichnet wurde. So würdigte die Düsseldorfer Initiative „Die Deutsche Wirtschaft (DDW)“ Urban.KI als „Innovator des Jahres 2025“. Auch das Deutsche Innovationsinstitut wurde auf das Projekt aufmerksam und zeichnete es 2025 als Business Innovator für seine „visionäre, wegweisende und zukunftsfähige Handlungsweise“ aus.
Diese Preise sind nur die sichtbare Spitze – dahinter steht ein Forschungsteam, das an einer digitalen Intelligenz für die Stadt von morgen arbeitet. Die Vision: Kommunen, die mithilfe von Daten und Künstlicher Intelligenz (KI) ihre Umwelt verstehen – und daraus lernen, wie sie besser werden können. Im Mittelpunkt steht dabei der Gedanke: Wenn Städte ihre Daten vernetzen, können sie aus Erfahrung lernen – und sich selbst verbessern.
Der Ort, von dem aus diese Idee Gestalt annahm, liegt mitten im Herzen des Ruhrgebiets. Die Westfälische Hochschule, mit rund 8.000 Studierenden, deckt technische, naturwissenschaftliche und wirtschaftliche Disziplinen ab. Damit bildet sie einen wichtigen Wissensmotor in einer Region im Wandel. In Gelsenkirchen sind zudem zentrale Forschungseinrichtungen angesiedelt – etwa das Institut für Internetsicherheit, das Geospatial Lab für Künstliche Intelligenz und kommunale Geoinformationen, das Lehr- und Forschungsgebiet Autonome Systeme sowie das Institut für Journalismus und PR.
Wichtige Akteure des Projekts lehren an der Westfälischen Hochschule: Julia Frohne und Christian Kuhlmann bilden gemeinsam mit Karin Küffmann aus der Wirtschaftsinformatik das interdisziplinäre Leitungsgremium von Urban.KI. Frohne, Professorin am Institut für Journalismus und Public Relations, sorgt dafür, dass Forschung sichtbar wird. Erfahrung aus KI-Projekten, Stadt- und Umweltplanung bringt Christian Kuhlmann, Professor für Mathematik und Informatik, ein. Koordinator des Projekts ist Tobias Urban, Professor für Informatik mit Schwerpunkt IT-Sicherheit und Datenschutz. Er hat zuvor im Hochsicherheitsbereich gearbeitet – für NATO, Grenzschutz und Gesundheitswesen. Heute sorgt er dafür, dass die neu entwickelten KI-Anwendungen nicht nur leistungsfähig, sondern auch datenschutzkonform sind.
Mittlerweile gibt es rund 60 Anwendungsideen, von denen neun konkrete Konzepte mit Gemeinden aus dem ganzen Bundesgebiet umgesetzt werden. Zu den Projektpartnern gehören das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), Fraunhofer FOKUS, Fraunhofer IAIS und PROSOZ Herten.
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Ein Merkmal des Projekts ist die Praxisnähe. In Osnabrück hilft Urban.KI, sogenannte On-Demand-Busverkehre effizienter zu planen. Und in Leipzig entsteht barrierefreies Kartenmaterial – etwa für inklusive Spielplätze und Zugänge zu öffentlichen Gebäuden.
Eine zentrale Rolle bei vielen Anwendungsfällen spielt der Klimawandel. Dabei soll die KI helfen, Hitzeinseln zu erkennen oder Entsiegelung gezielt zu organisieren. Die Stadtplanung benötigt dazu umfangreiche Datensätze aus einer Vielzahl von Quellen. Eine wichtige Grundlage sind Luftbilder, aus denen die KI erkennt, wie Flächen genutzt werden – beispielsweise, ob sie bebaut, begrünt oder versiegelt sind. An der Westfälischen Hochschule entstehen Modelle, die mit Tausenden manuell markierten Bildern trainiert worden sind. „Anhand dieser Daten können Kommunen gezielt handeln – etwa Entsiegelung planen, Entwässerung verbessern oder geeignete Flächen für die Nutzung von Solarenergie identifizieren“, erklärt Christian Kuhlmann. „Da Luftbilder regelmäßig aktualisiert werden, lässt sich so auch nachvollziehen, ob Maßnahmen gegen Hitze oder Starkregen tatsächlich wirken.“
Damit diese Erkenntnisse im Alltag der Städte ankommen, entsteht im Projekt „Aviary“ eine universelle KI-Plattform für Geodaten. Sie soll zeigen, wie sich städtische Veränderungen sichtbar machen und bewerten lassen. Das System wird bereits in mehreren Städten erprobt.
Auf dem besten Weg befindet sich auch ein KI-Anwendungsfall in Schwerte (siehe das Interview auf der folgenden Seite). Dort soll ein System mithilfe von KI die Luftqualität vorhersagen – ein wichtiger Beitrag zum Schutz der Gesundheit, besonders für Menschen mit Atemwegserkrankungen. Die Grundlage dafür bilden etliche Sensorstationen im Stadtgebiet, die ständig messen, wie viele winzige Staubteilchen – sogenannte Feinstaubpartikel (PM10) – in der Luft schweben. Diese Partikel sind kleiner als ein Zehntel eines Haares und können tief in die Lunge eindringen. Schon ein Tagesmittelwert von 100 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft gilt als gesundheitlich kritisch.
Damit die KI solche Belastungen frühzeitig erkennen kann, verknüpft sie die Feinstaubdaten mit denen über Wetter, Temperatur und Windrichtung. Auf dieser Basis kann sie berechnen, wann und wo die Luftqualität sich voraussichtlich verschlechtern wird. So kann man rechtzeitig warnen, wenn zum Beispiel für den Nachmittag eine hohe Feinstaubbelastung zu erwarten ist. Die ersten Tests laufen derzeit. „Wir trainieren unsere Modelle zunächst mit öffentlich verfügbaren Datensätzen und passen sie dann an die lokalen Bedingungen in Schwerte an“, erklärt Projektmitarbeiter Karol Rösner.
Für das Projekt spricht, dass die Forscher dank Erfahrung aus früheren Kooperationen mit Feuerwehr und Katastrophenschutz nicht bei null anfangen müssen. Stattdessen können sie auf Erkenntnisse zurückgreifen, die etwa in Projekten mit dem Deutschen Rettungsrobotik-Zentrum in Dortmund gewonnen wurden, wo das Hochschulteam mithilfe von Drohnen und Wärmebildkameras Lagebilder erstellt hat. „Wir kommen aus der zivilen Sicherheit“, sagt Rösner. „Diese Erfahrung hilft uns jetzt, auch Umweltgefahren besser vorherzusagen.“
Doch Daten allein genügen nicht. Vertrauen ist ebenso wichtig – in die Technologie, in den verantwortungsvollen Umgang mit ihr und in die Sicherheit der Systeme. „Der Fokus liegt auf IT-Sicherheit: Wie kann man vertrauenswürdige KI-Lösungen betreiben?“, nennt Urban eine zentrale Frage. „Datenschutz betrifft uns kaum direkt, da wir selten personenbezogene Daten verarbeiten. Wichtig ist aber die Akzeptanz der Menschen in den Kommunen – die KI soll unterstützen, nicht ersetzen.“ ■
Nikolaus Fecht
war überrascht, dass ausgerechnet seine Wahlheimat zu den Treibern der kommunalen Digitalisierung zählt.
Jonathan Almus (*1998) ist Projektmanager im Smart-City-Vorhaben DOS 2030 (Digital Operating System Dortmund – Schwerte) und Mitarbeiter im Büro Smart City der Stadt Schwerte. Er begleitet dort die Umsetzung digitaler Transformationsprojekte im Rahmen des Bundesprogramms „Modellprojekte Smart Cities“. Das Gespräch führte Nikolaus Fecht.
Was genau untersucht Ihre Stadt?
Unser Schwerpunkt im Projekt „AirGuardAI“, eines von neun Projekten des Urban.KI-Konsortiums, liegt auf der Luftqualität. Gemeinsam mit der Hochschule entwickeln wir ein KI-System, das vorhersagt, wie sich die Feinstaubbelastung in den nächsten Stunden entwickeln wird. So entstehen Prognosen, mit denen wir die Bürger bei hohen Belastungen warnen können. Wir haben im Innenstadtgebiet auch Industrie – das ist ungewöhnlich. Uns interessierte, wie sich Emissionen und Verkehrsbelastungen tatsächlich auswirken. KI hilft uns, zeitlich und räumlich aufgelöste Daten zu nutzen. Damit erkennen wir Muster, die bisher unsichtbar waren.
Was war die größte Herausforderung?
Die Datenqualität. Eine KI ist nur so gut wie ihre Daten. Anfangs lieferten Sensoren fehlerhafte Werte, weil Batterien schwächelten. Nach der technischen Nachrüstung haben wir nun sehr präzise Messreihen. Diese Daten sind sogar international einzigartig, weil sie auf Einzelwerten statt Tagesmitteln beruhen.
Was versprechen Sie sich langfristig?
Wir wollen die Daten in die kommunale Planung einfließen lassen – etwa bei Verkehrskonzepten oder Grünflächen. Außerdem soll der Quellcode offen zugänglich bleiben, damit andere Städte darauf aufbauen können. Wenn sich solche Systeme bundesweit vernetzen, entsteht ein echtes Frühwarnsystem für Luftqualität – und ein Beitrag zu gesünderer Stadtentwicklung.
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