IoT-Anwendungen

Auf der Anwendungsebene kann das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) scheinbar überall eingesetzt werden. Zumindest ist das der medialen Berichterstattung zu entnehmen. Hier findet man hauptsächlich Konzepte, die in der Regel den Begriff „smart“ im Namen tragen. Desweiteren bieten Hersteller „smarte“ Geräte an, die ein Teil des Internet of Things (IoT) sind. Und dann gibt es viele verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Bereichen und Branchen. Anstatt alles durcheinander zu werfen, grenzen wir hier IoT-Konzepte, angebotene smarte Geräte und IoT-Anwendungen voneinander ab.

• Konzepte: Konzepte der Vernetzung mit IoT-Bezug
• Geräte: Vernetzte und computerähnliche Geräte
• Anwendungen: Typische IoT-Anwendungen und sinnvolle Use Cases

Übersicht: IoT-Konzepte

Ein grundlegendes Konzept der Vernetzung ist das Internet, das eine globale Vernetzung von Computern und Netzwerken ermöglicht. Die meisten Konzepte der Vernetzung sind anwendungsbezogen und oft als Schlagwort aus Marketing, PR und der medialen Berichterstattung bekannt.

• Smart Home
• Smart City
• Smart Grid
• Smart Factory / Industrie 4.0
• Ambient Assisted Living

Konzept: Smart Home

Smart Home ist eine Weiterentwicklung der Heimautomation und sieht die elektronische Vernetzung von Gegenständen des Alltags mit selbständigem Informationsaustausch ohne menschliches Zutun vor.

• Smart Home

Konzept: Smart City

Smart City bezeichnet städtische Gebiete in denen städtische Systeme und Infrastruktur vernetzt sind, um Bürgerdienste für mehr Effizienz, Nachhaltigkeit und Lebensqualität bereitzustellen. Hauptsächlich im Bereich Verkehr, Energie und Sicherheit.

• Smart City

Konzept: Smart Grid

Im Smart Grid geht es darum, die Erzeugung, Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie an den Bedarf anzupassen. Dabei spielt die Datenkommunikation zwischen allen Beteiligten eine wichtige Rolle. Dadurch kann der Strom effizienter genutzt werden, es können Ressourcen geschont und Kosten gespart werden. Das Smart Grid kann auch mit anderen Ressourcen wie Wasser und Gas verbunden sein, um eine ganzheitliche und nachhaltige Energieversorgung zu ermöglichen.

• Smart Grid

Konzept: Smart Factory / Industrie 4.0

Smart Factory und vergleichbare Begriffe bezeichnen eine Produktionsstätte, in der mit Hilfe von Technik und Lösungen aus dem Bereich Internet der Dinge (IoT) und künstliche Intelligenz ein hohe Automatisierung mit optimierten Produktionsprozessen eine flexible Fertigung ermöglichen.

• Industrie 4.0 / Industrial Internet

Konzept: Ambient Assisted Living (AAL)

Ambient Assisted Living (AAL) bezieht sich auf die Integration technischer Systeme in die alltägliche Umgebung von Menschen. Ziel ist es, ihre Lebensqualität zu verbessern, ihre Unabhängigkeit zu fördern und die Sicherheit zu erhöhen, indem technische Lösungen in den Wohnraum integriert werden.

Übersicht: IoT-Geräte

Durch das IoT entstanden völlig neue Gerätekategorien, die allerdings erst ihren Weg in das tägliche Leben finden und integriert werden müssen.

• Persönliche Geräte
• Digitale Assistenten / Assistenzsysteme
• Wearables
• Smart Meter
• Vernetzte Autos

Geräte-Kategorie: Persönliche Geräte

Persönliche Geräte bieten eine Vielzahl von Funktionen, die unser tägliches Leben bereichern. Diese Geräte sind in verschiedenen Bereichen wie Sport und Fitness, Gesundheit, Unterhaltung, Spielzeug und Altenpflege allgegenwärtig.

Geräte-Kategorie: Digitale Assistenten / Assistenzsysteme

Die Vorläufer digitaler Assistenten sind Navigationssysteme in Autos, die per Sprachausgabe die Richtung anweisen können und die Verkehrsinformationen, wie Staus, Unfälle, Sperrungen, usw., berücksichtigen.
In Smartphones kennt man sie als integrierte Sprachassistenten, denen man Fragen stellen oder Anweisungen geben kann. Im Smart Home handelt es sich meist um die selben Sprachassistenten, die über vernetzte Mikrofone und Lautsprecher bedient werden können.
Die Sprachsteuerung ist eine Form der Bedienung von „Things“ bzw. „Dingen“. Das bedeutet nicht, dass vernetzte Gerät über Mikrofone verfügen, sondern ein digitaler Assistent in der Cloud die vernetzten Geräte steuert. Dazu werde die Geräte herstellerseitig mit der Cloud verknüpft.

Geräte-Kategorie: Wearables

Klassischerweise handelt es sich bei Wearables um Fitness-Tracker und deren Erweiterungen zur Smart-Watch. Zukünftig vielleicht auch Video- und Datenbrillen.

• Wearables

Geräte-Kategorie: Smart Meter

Ein Smart Meter ist ein elektronischer Stromzähler, der über ein Display verfügt, auf dem der aktuelle Stromverbrauch und der Zählerstand abgelesen werden kann. In Kombination mit einem Smart Meter Gateway ist es möglich, den Stromzähler zu vernetzen, um den Zählerstand aus der Ferne abzulesen.

• Smart Meter

Geräte-Kategorie: Vernetzte Autos

Bei vernetzten Autos geht es um den Austausch von Informationen über Verkehrslage und Gefahren zwischen Fahrzeugen und dem direkten Umfeld. Die grundsätzliche Idee dahinter ist, dass Autofahrer frühzeitig Informationen über Gefahrensituationen im Straßenverkehr erhalten.

• Car-to-Car-Kommunikation

Übersicht: IoT-Anwendungen und Use Cases

Das Internet der Dinge (IoT) hat sich zu einem Bestandteil verschiedener Lebensbereiche entwickelt. Gefragt sind sinnvoller Use Cases für die vielfältigen Einsatzfelder.
Diese spezifischen Anwendungsszenarien erstrecken sich über viele Lebensbereiche und Branchen und bieten innovative Lösungen für alltägliche Herausforderungen. Durch eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten ist das IoT eine treibende Kraft für Innovationen und Wandel in verschiedenen Lebensbereichen.

• Gebäudeautomation
• Landwirtschaft
• Energie
• Smart City
• Gesundheitswesen und Medizintechnik
• Umwelt
• Logistik und Transport
• Verkehr und Mobilität
• Industrie
• Einzelhandel

Anwendungen: Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation nutzt die Vernetzung, um verschiedene Aspekte des Gebäudemanagements effizienter zu gestalten, den Komfort zu steigern und die Sicherheit in Gebäuden zu erhöhen.

• Beleuchtung: In der Gebäudeautomation ermöglicht die intelligente Steuerung der Beleuchtung eine optimierte Nutzung von Energie. Sensoren erfassen Tageslicht, Anwesenheit und Aktivitäten, um die Beleuchtung automatisch anzupassen. Das führt nicht nur zu einer verbesserten Energieeffizienz, sondern auch zu einem komfortableren und produktiveren Raumklima.
• Lüftung: Die Automatisierung der Lüftungssysteme sorgt für eine bedarfsgerechte Belüftung von Räumen. Sensoren überwachen Luftqualität und das CO2-Niveau, um die Lüftung entsprechend anzupassen. Dadurch wird nicht nur der Komfort erhöht, sondern auch die Energieeffizienz verbessert, indem unnötiger Energieverbrauch vermieden wird.
• Heizung: Die Gebäudeautomation optimiert die Heizsysteme durch die Integration von Thermostaten und Sensoren. Die Regelung der Raumtemperatur erfolgt dann auf Nutzerpräferenzen, Anwesenheit und Außentemperaturen. Die Folge ist eine effiziente Nutzung von Energieressourcen und ein angenehmes Raumklima.
• Rauchmelder: Die Automatisierung von Rauchmeldern erhöht die Sicherheit in Gebäuden erheblich. Vernetzte Rauchmelder können nicht nur lokale Alarme auslösen, sondern auch automatisch andere Sicherheitsmaßnahmen einleiten, wie zum Beispiel das Abschalten von elektrischen Geräten oder das Öffnen von Fluchtwegen.

Anwendungen: Landwirtschaft

Die Anwendungen der Digitalisierung in der Landwirtschaft erstrecken sich über verschiedene Bereiche, wobei zwei Schlüsselaspekte im Fokus stehen: Bewässerung und Tierbewegung. Darüber hinaus zeigt die Einführung teilautonomer Mähdrescher, sowie die Vernetzung von Landmaschinen, wie durch technische Unterstützung die Effizienz und Produktivität in der Landwirtschaft steigt.

• Bewässerung: Die Integration von Internet of Things ermöglicht eine präzise und bedarfsgerechte Bewässerung. Sensoren im Boden messen Feuchtigkeit und liefern Daten, um den Bewässerungsbedarf genau zu bestimmen. Durch automatisierte Bewässerungssysteme können Landwirte Wasserressourcen effizienter nutzen und gleichzeitig eine optimale Wachstumsumgebung für ihre Pflanzen schaffen.
• Tracking für Nutztiere: Durch die Überwachung der Bewegungen von Nutztieren mit Hilfe von GPS-Tracking und Sensoren können Landwirte das Verhalten ihrer Tiere beobachten und analysieren. In entlegenen Gebieten ermöglicht das Tracking von Nutztieren eine bessere Kontrolle und Überwachung von Herden. Das unterstützt Landwirte bei der optimalen Bewirtschaftung ihrer Tiere, die Früherkennung von Gesundheitsproblemen oder das rechtzeitige Eingreifen bei ungewöhnlichem Verhalten.
• Teilautonome Landmaschinen: Der Einsatz von teilautonomen Landmaschinen ermöglicht es Landwirten, präzise Informationen über ihre Ernte in Echtzeit zu erhalten. Sie können auf dem Feld für jeden Quadratmeter erfassen, wie viel Getreide geerntet wird und in welcher Qualität. Diese Daten werden dann mit verschiedenen Gliedern der Transportkette geteilt, sodass jeder über Menge und Qualität der Ernte frühzeitig informiert ist.
• Lückenlose Dokumentation in der Bio-Landwirtschaft: Am Ende der Ernte bietet die Digitalisierung eine lückenlose Dokumentation. Landwirte können detaillierte Aufzeichnungen über ihre Ernte erstellen, was besonders für die Nachweisführung in der Landwirtschaft wichtig ist. Diese Dokumentation ermöglicht nicht nur eine bessere Rückverfolgbarkeit, sondern auch die Einhaltung von Qualitätsstandards und Vorschriften.

Anwendungen: Energie (Elektrizität, Gas, Wasser, Wärme)

Die Digitalisierung bringt auch im Energiebereich Vorteile. Insbesondere im Zusammenhang mit Elektrizität, Gas, Wasser und Wärme. Zwei bedeutende Anwendungen sind das Smart Grid und das Smart Metering:

• Smart Grid: Im Smart Grid sind die Systeme von Versorgern, Verbrauchern und Verteilern von Energie zusammengeschaltet, um insbesondere die Energieverteilung einfacher steuern und die Netzstabilität verbessern zu können.
• Smart Metering: Smart Metering bezieht sich auf die digitale Erfassung und automatische Übertragung von Verbrauchsdaten für Elektrizität, Gas, Wasser und Wärme. Smart Meter ersetzen dabei herkömmliche Verbrauchszähler und ermöglichen eine genauere und zeitnahe Erfassung von Verbrauchsdaten.

Anwendungen: Smart City

Smart-City-Lösungen dienen in der Regel dazu, um Kosten einzusparen, Ressourcen schonender zu nutzen und Daten zu erheben, um urbane Lebensräume nachhaltiger und lebenswerter zu gestalten.

• Verkehrssteuerung: Durch die Implementierung eines Verkehrsmanagementsystems können Städte den Verkehrsfluss optimieren und mit Richtungsanzeiger Staus minimieren.
• Adaptive Straßenbeleuchtung: Beleuchtungssysteme passen sich an Umgebungsbedingungen an und verbessern die Energieeffizienz. Sensoren erfassen Tageslicht, Verkehrsdichte und Wetterverhältnisse, um die Beleuchtung bedarfsgerecht zu steuern und den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Mülleimer mit Füllstandssensoren: Mülleimer mit Füllstandssensoren melden, wenn sie voll sind. Das ermöglicht eine effizientere Abfallentsorgung, da die Müllabfuhr gezielt zu den Standorten geschickt werden kann, an denen tatsächlich der Bedarf einer Leerung besteht.
• Parkplatzmanagement: Parkplatzmanagementsysteme nutzen Sensoren, um die Verfügbarkeit von Parkplätzen zu erfassen. Das erleichtert Autofahrern das Finden eines freien Parkplatzes, reduziert den Verkehr und den Abgasausstoß.
• Luftqualität: Durch den Einsatz von Luftverschmutzungssensoren können Städte die Luftqualität überwachen und Maßnahmen ergreifen, um diese zu verbessern.

Anwendungen: Gesundheitswesen und Medizintechnik

Im Gesundheitswesen und in der Medizintechnik kann die Digitalisierung und Vernetzung die Patientenversorgung verbessern und die Überwachung von Gesundheitsdaten vereinfachen.

• Mobile Healthcare (mHealth): Mobile Gesundheitsanwendungen nutzen die Verbreitung von Smartphones und Tablets, um den Zugang zu medizinischen Informationen und Dienstleistungen zu verbessern. Das umfasst Telemedizin, virtuelle Arztbesuche, Medikamentenerinnerungen und Gesundheitsüberwachung über mobile Plattformen. mHealth bietet eine flexible und benutzerfreundliche Möglichkeit für Patienten, ihre Krankheit oder Gesundheit zu übewachen und mit medizinischem Fachpersonal in Verbindung zu bleiben.
• Wearables: Wearables wie Fitnessarmbänder und Smartwatches ermöglichen die kontinuierliche Überwachung von Gesundheitsdaten. Sie erfassen Parameter wie Puls, Blutdruck, Aktivitätsniveau und sogar Schlafmuster. Spezielle medizinische Wearables bieten nicht nur präventive Gesundheitsdaten, sondern können auch bei der frühzeitigen Erkennung von Gesundheitsproblemen unterstützen. Diese Geräte bieten eine personalisierte und kontinuierliche Überwachung, was besonders für Patienten mit chronischen Erkrankungen von Vorteil ist.
• IT-gestützte medizinische Überwachung: Durch IT-gestützte Systeme kann die medizinische Überwachung effizienter und präziser gestaltet werden. Risikopatienten, die normalerweise regelmäßige Arztbesuche benötigen würden, können ihre Vitalwerte mithilfe von Sensoren und tragbaren Geräten bequem von zu Hause aus überwachen. Kritische Werte werden automatisch an eine zentrale Einrichtung übermittelt, wo medizinisches Fachpersonal eingreifen kann, wenn erforderlich. Das ermöglicht nicht nur eine zeitnahe Reaktion bei Gesundheitsproblemen, sondern erspart den Patienten die vielen Routinebesuche beim Arzt.

Anwendungen: Umweltschutz

Moderne Technologien im Bereich des Umweltschutzes bieten innovative Lösungen zur Überwachung und Bewältigung verschiedener Umweltauswirkungen. Es geht darum, die Sicherheit der Bevölkerung zu erhöhen und natürliche Ressourcen besser zu schützen. Durch den Einsatz von technischen Lösungen können Umweltgefahren schneller erkannt und entsprechende Schutzmaßnahmen eingeleitet werden.

• Luftqualität messen: Sensoren sammeln die Luftqualitätsdaten, Luftverschmutzung und ihre Quellen zu identifizieren, die Verbreitung von Schadstoffen zu überwachen und frühzeitig Maßnahmen zur Luftreinhaltung zu ergreifen.
• Frühwarnsysteme für Erdbeben: Seismische Sensoren erfassen Anzeigen von Erdbeben und ermöglichen die schnelle Übermittlung von Warnungen, um Menschen und Infrastrukturen zu schützen und rechtzeitig Evakuierungsmaßnahmen ergreifen zu können.
• Lawinenwarnung: Sensor erfassen in bergigen Gebieten Bewegungen und Wetterbedingungen, um das Risiko von Lawinen frühzeitig zu erkennen. Das ermöglicht Warnungen in gefährdeten Gebieten und unterstützt Rettungsdienste bei präventiven Maßnahmen.
• Wasserstand und Flutwarnung: Sensoren an Flüssen und Küsten überwachen den Wasserstand kontinuierlich. Bei steigendem Wasserstand oder drohenden Überschwemmungen werden automatisch Warnmeldungen gesendet, um betroffene Gebiete rechtzeitig zu informieren und vor den Auswirkungen von Hochwasser zu schützen.
• Waldbrände erkennen: Drohnen, Satellitenbilder und Sensoren werden eingesetzt, um Waldbrände frühzeitig zu erkennen und bei einem Ausbruch weiterhin zu überwachen. Zusätzliche Systeme können die Ausbreitung von Bränden prognostizieren, um Feuerwehreinsätze effektiver zu koordinieren.

Anwendungen: Logistik und Transport

Technische Lösungen haben die Logistik- und Transportbranche schon immer effektiver gemacht. Vernetzte Lösungen tragen dazu bei, die Effizienz zu steigern, Verluste zu minimieren und die Sicherheit von Waren und Fahrzeugen zu verbessern.

• Warenbewegung: Durch den Einsatz von Tracking und Sensoren können Unternehmen die Bewegung ihrer Waren in Echtzeit verfolgen. Das ermöglicht eine präzise Bestandsverwaltung, Optimierung von Lieferketten und die Vermeidung von Verlusten oder Diebstählen.
• Ortung von Fahrzeugen: Ortungssysteme ermöglichen das Feststellen der genauen Position von Fahrzeugen. Sie ermöglichen auch die Überwachung von Fahrzeugbewegungen und die Optimierung von Routen für eine effiziente Logistik.
• Findme-Tracker: Tracker ermöglichen es, verlorene oder verlegte Gegenstände wie Schlüssel, Fahrräder oder Gepäckstücke wiederzufinden. Die Standortverfolgung erfolgt über eine mobile App, die den Nutzern hilft, ihre verlorenen Gegenstände schneller aufzuspüren.
• Ortung von Kunstobjekt: Kunstobjekte können mit Tracking-Technologien ausgestattet werden, die bei Diebstahl oder unautorisierten Bewegungen automatisch Alarm auslösen.
• Fahrzeug- und Gegenstandsverfolgung: Von Fahrrädern über Motorräder bis hin zu Containern können Ortungssysteme eine breite Palette von Gegenstände verfolgen.
• Autonome Fahrzeuge: Autonome Fahrzeuge werden ohne menschliche Intervention gesteuert. Dies steigert die Effizienz, senkt die Betriebskosten und verbessert die Verkehrssicherheit.

Anwendungen: Industrie

Viele industrielle IoT-Anwendungen zeigen, wie vernetzte Technologien Prozesse optimieren können. Von der intelligenten Fertigung mit Echtzeitüberwachung bis zur effizienten Ressourcennutzung durch vorausschauende Wartung.

• Vernetzung von Produktionsanlagen: Maschinen werden mit Sensoren ausgestattet und mit IT-Systemen verbunden. Das ermöglicht einen reibungslosen Informationsaustausch und eine integrierte Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Teilen der Produktionsumgebung.
• Vorausschauende Wartung: Bei der vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) sammeln zahlreiche Sensoren Prozess- und Maschinendaten, deren Auswertung beeinflusst, wann und wie oft Maschinen und Anlagen gewartet werden. Das Verfahren soll die Ausfallzeiten minimal halten. Fernwartung und Überwachung von Komponenten sind abseits aller Digitalisierung in der Industrie längst im Einsatz.
• Digital Twin / Digitaler Zwilling: Ein digitaler Zwilling ist das virtuelle Abbild einer Maschine in der vernetzten Industrieproduktion.

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• Internet der Dinge / Internet of Things (IoT)
• IoT-Architektur
• IoT-Schichtenmodell
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• Konzepte der Vernetzung

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