VO:AN/0028/2023, Entwicklung der LoRaWAN-Use Cases

Dezernat, Dienststelle  
IX/IX/2 
 
Vorlagen-Nummer 01.03.2023 
 0211/2023 
Beantwortung einer Anfrage nach § 4 der Geschäftsordnung  
öffentlicher Teil 
Gremium Datum 
Digitalisierungsausschuss  
 
VO:AN/0028/2023, Entwicklung der LoRaWAN-Use Cases 
Die Fraktion Bündnis 90/Die Grünen im Kölner Rat und die Volt-Fraktion im Rat der Stadt Köln 
stellen folgende gemeinsame Anfrage gem. § 4 der Geschäftsordnung des Rates: 
 
Im Rahmen des Aufbaus des LoRaWAN-Netzes der NetCologne wurden verschiedene Use-
Cases (Sensorboards der RheinEnergie, Temperaturüberwachung bei Straßenbahnweichen, 
Füllstand bei Unterflurcontainern) vorgestellt.  
Vor diesem Hintergrund wird die Verwaltung um die Beantwortung der folgenden Fragen ge-
beten: 
(1) Welche Erkenntnisse liegen bisher aus der Umsetzung der LoRaWAN-Use-Cases vor? 
(2) Gibt es weitere geplante, aber noch nicht umgesetzte Use-Cases für das LoRaWAN-
Netz auf Seiten der Verwaltung oder der SWK (insbesondere der NetCologne)? 
 
Die Verwaltung nimmt hierzu wie folgt Stellung: 
 
(1) Zu Frage 1 - Welche Erkenntnisse liegen bisher aus der Umsetzung der LoRaWAN-
Use-Cases vor? 
Die hohe zeitliche Dynamik der technischen und gesellschaftlichen Entwicklung im Bereich 
der Digitalisierung stellt Städte vor die Herausforderung, sehr zeitnah zu agieren, zu reagieren 
und konstruktiv zu steuern, auch um die Steuerungshoheit nicht an Dritte zu verlieren. 
Mit dem von der Verwaltung und vom Stadtwerke Köln Konzern (nachfolgend SWK) initiierten 
Projekt „Digitale Zukunftsstadt“ soll ein Gesamtdach für die Digitalisierung im Stadtkonzern 
geschaffen, Initiativen der einzelnen Häuser gebündelt und über einen Inkubator verstärkt 
werden.  
Stadt und SWK haben sich darauf verständigt, zur Validierung dieses zunächst die folgenden 
Use-Cases näher zu betrachten: 
 
Die Datengrundlage in einem kommunalen Ökosystem besteht zu einem großen Teil aus 
Mess- und Zustandsdaten, welche zunächst aus den nachfolgend dargestellten Use-Cases 
resultieren. Ziel der Datenverarbeitung ist eine effiziente, automatische und transparente 
Steuerung von Ressourcen in diesen städtischen oder SWK-Anwendungsszenarien. 
Die Erhebung der relevanten Daten erfolgt durch Sensoren, welche in eine stadtweite IoT-
Plattform („Internet of Things“ bzw. „Internet der Dinge“) integriert werden. Diese dient den 
Partner*innen zur Aufbereitung und Analyse ihrer gewonnenen Daten und ist in der Lage, ne-

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ben der Weiterleitung von Sensordaten auch schwellwertbezogene Meldungen zu erzeugen 
und an definierte Ziele zu senden. Die Verbindung zwischen den Sensoren und der Plattform 
bildet ein im ganzen Stadtgebiet flächendeckendes LoRaWAN-Netz („Long Range Wide Area 
Network“, ein „Low-Power-Wireless“-Netzprotokoll, dessen Spezifikationen von der LoRa Alli-
ance festgelegt werden), das in Kooperation von NetCologne, der Stadt Köln sowie dem 
Stadtwerkekonzern ausgerollt wird. Hierzu hat NetCologne bereits LoRaWAN-Funkstationen 
(Gateways) auf Dächern städtischer Immobilien aufgebaut.  
 
LoRaWAN Netzaufbau 
Das Projekt zielt auf den Aufbau und Betrieb eines stadtweiten LoRaWAN-
Kommunikationsnetzes und der zugehörigen Dateninfrastruktur ab. Es ist Gegenstand einer 
gesonderten Vereinbarung der Partei-en mit der NetCologne GmbH vom 5. März 2020. Die 
Nutzung des LoRaWAN-Kommunikationsnetzes und der dazugehörigen Dateninfrastruktur 
wird individuell vereinbart.  
 
Prototypen und Demonstratoren 
 
Baustellentransparenz  
Das Projekt Baustellentransparenz dient der Erprobung der digitalen Echtzeit-Markierung von 
Baustellen und ihrer Visualisierung in den Systemen der Stadt Köln und der RheinEnergie AG.  
Ziel des für die Laufzeit von 01.2021 – 08.2022 terminierten Projekts „Automatische Baustel-
lenerfassung Köln“ ist die Bereitstellung von verlässlichen Informationen über aktuelle Ver-
kehrseinschränkungen aufgrund von Baumaßnahmen. Dadurch wird eine exakte Schaltung 
adäquater Verkehrssteuerungsstrategien der Stadt Köln zur Verbesserung von Sicherheit und 
Verkehrsfluss ermöglicht. 
Weiterhin ist die Einbindung dieser Informationen in einem Planungs- und Strategiewerkzeug 
vorgesehen (pwpTMPlattform). Bei der RheinEnergie erfolgt eine Optimierung der internen 
Prozesse zur Sicherstellung der optimierten Baustellenkoordinierung durch eine verbesserte 
Informationsqualität. Über den Mobilitäts Daten Marktplatz (MDM) erfolgt ein Datenzugang für 
alle Akteure im Verkehr. 
Die baustellentypischen Absperrobjekte (Baustellenleuchten) werden mit einer Kommunikati-
ons- und Positionierungstechnologie wie LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) und 
GNSS (Globales Satellitennavigationssystem) ausgestattet. 
Durch das standardisierte Funknetz „LoRaWAN“ wird es ermöglicht, künftig energieeffizient 
Sensordaten zu Standort, Baustellenkennung, Datum und Uhrzeit der Aktivschaltung zu über-
tragen und mit den Genehmigungsdaten der Baustelle abzugleichen. 
Die Datenübertragung erfolgt an die Geoinformations- (GIS) und „Monitoringsysteme“ der 
RheinEnergie sowie an die Systeme der Verkehrsleitzentrale der Stadt Köln. Dort werden 
Verkehrsmeldungen erzeugt und an den „MDM“ weitergegeben. Über den „MDM“ können 
Baustellenmeldungen von Navigationsdienstleistern abgerufen werden. 
Als Verbundkoordinator wurde die TransMIT GmbH gewonnen, die mit Stadt und RheinEner-
gie sowie dem weiteren Projektpartner pwp-Systems GmbH Meilensteine und Erfolgskriterien 
ausgearbeitet und umgesetzt hat.  
Die Arbeitspaketen zugeordneten Ziele wurden bisher zeitgerecht erreicht.  
Die Konzeption zur System und Netzwerkintegration, die Implementierung von Schnittstellen 
zur Datenintegration und die Anforderungsanalyse zur datenbasierten Anwendung sind abge-
schlossen. 
Die Implementierung des Moduls „automatisches Baustellen-Matching“, die Integration des 
Moduls Baustellen-Matching in pwpTMPlatform und die zentrale Erfassung der Sensordaten 
mit LoRaWAN sind in Bearbeitung. 
Die Implementierung der Schnittstelle Datenbereitstellung VSR/MDM, die Entwicklung des 
Geschäftsmodells und der Pilot zum Betrieb der automatischen Baustellenerfassung sind in 
Vorbereitung. 
 
Temperaturmonitoring  
Im Rahmen des Projektes Temperaturmonitoring wird ein Pilot zur Erfassung und Visualisie-
rung von Temperaturdaten an Weichenheizungen der Kölner Verkehrs-Betriebe AG erarbeitet 
werden.  
Ziel des Projekts Temperaturmonitoring ist den Betrieb der vorhandenen Weichenheizungen 
zu optimieren und somit den Verkehrsfluss zu verbessern und erforderliche Wartungs-, Repa-

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raturarbeiten zu minimieren. Gleichzeitig werden die Daten an das „cologne weather network“ 
geliefert um weitere Berechnungsgrundlagen für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck in 
der Stadt zu generieren. 
Gesetzte Ziele sind bisher zeitgerecht erreicht. 
 
Die Installation der Sensorik inklusiver der Inbetriebnahme ist abgeschlossen. 
 
Der weitere Ausbau der Sensorik und des Netzbetriebs werden vorangetrieben und datenge-
stützt optimiert. Dabei wird laufend die Wirtschaftlichkeit des Use-Cases evaluiert. 
 
 
Smart Fleet Befahrbarkeit von Straßen und Stadtzustand 
Im Rahmen der Digitalen Zukunftsstadt wird ein Use-Case „Cologne Mobility-Board (CMB) 
aufgebaut. In diesem Use-Case werden verschiedene Datenquellen zusammengeführt. Unter 
anderem werden hier Daten zu Straßenzuständen einfließen. Das entsprechende Smart-fleet-
Projekt hat das Hauptziel, eine digitale Stadtkarte mit aktuellen Daten zur Befahrbarkeit von 
Straßen für schwere Nutzfahrzeuge zu realisieren. Als Erweiterungsoption strebt das Projekt 
eine urbane Daten Karte zum „Stadtzustand“ an. 
 
Ziel des Projekts ist die Erstellung einer Online-Stadtkarte, die in Echtzeit die Befahrbarkeit 
städtischer Straßen für schwere Nutzfahrzeuge abbildet. Hierfür sollen dreiachsige Abfall-
sammelfahrzeuge der AWB mit GPS-Erfassungseinrichtungen zur Ortung ausgestattet und 
mit LoRaWAN-Übertragung die Daten in ein geeignetes IT-System überstellt werden. 
Gesetzte Ziele sind bisher zeitgerecht erreicht. 
 
Die Pilotierung, Ausbringung der Sensorik und das Training der zugehörigen KI sind dabei 
abgeschlossen und sollen nunmehr optimiert werden. 
 
Die Erweiterung um Darstellung und die Prognose Stadtzustand sind in Planung/Bearbeitung. 
 
 
Zu 2 - Gibt es weitere geplante, aber noch nicht umgesetzte Use-Cases für das LoRaWAN-
Netz auf Seiten der Verwaltung oder der SWK (insbesondere der NetCologne)? 
Straßenmusik 
Im Rahmen der vom Rat beschlossenen 2-jährigen Erprobungsphase zu Regelungen der 
Straßenmusik im Bereich des Domumfeldes wurden unter anderem an den gekennzeichneten 
Standorten Schallmessgeräte nach Vorgabe eines Lärmgutachters ausgebracht. Diese identi-
fizieren Lärm, wie zum Beispiel Musik, messen die gespielte Lautstärke und geben bei Über-
schreitung eines definierten Schallpegels unmittelbar ein Signal an Rechner und Mobiltelefone 
des Ordnungsdienstes, die dann unmittelbar einschreiten können. Diese Überschreitungen 
werden nach datenschutzrechtlichen Vor-gaben beweissichernd für einen definierten Zeitraum 
gespeichert. Die Geräte sind dabei die Nachfolgegeneration der mit der Community entwickel-
ten Stickoxydsensoren. Neben dem oben genannten vorrangigen Ziel, werden diese Geräte 
aber auch als Test für weitere Übertragungswege wie z.B. W-LAN oder Narrowband-IoT (NB-
IoT) sowie effiziente Solarstromversorgung von Sensorik genutzt. Derzeit wird vorrangig der 
NB-IoT Übertragungsweg getestet. Die Ergebnisse aus diesem Szenario werden in die unter-
schiedlichen Arbeitsgruppen kommuniziert und können in weiteren Szenarien wie-der ver-
wendet werden. 
 
 
Grundsätzlich 
Entsprechende Vorschläge zu weiteren „Use-Cases“ aus digitalen Handlungsfeldern wie z.B. 
Mobilität, Leben, Umwelt, Bürgerservice, Sicherheit, Gesundheit werden von den einzelnen 
Häusern der beteiligten Projektpartner Stadt und Stadtwerke in ihren jeweiligen Arbeitsfeldern 
und unter Berücksichtigung von Ideen aus der Stadtgesellschaft, eingebracht und dann so-
wohl in Hinsicht auf Bewertung, Ausarbeitung und Nutzung von allen Beteiligten gleichberech-
tigt geprüft.

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Innerhalb der Stadt dienten STEK und die Lotsenrunde als Plattformen zur Diskussion und 
Entwicklung von Use-Cases. Der monatlich tagende „runde Tisch IoT“ wird derzeit organisato-
risch und inhaltlich überarbeitet. Künftig wird er einen stärkeren Fokus auf technische Frage-
stellungen im Bereich Internet of Things haben. 
 
Die Digitalen Lots*innen sind Multiplikator*innen für den Themenbereich „Digitalisierung“ in 
der Stadtverwaltung. Sie sind das Bindeglied zwischen den einzelnen thematischen Hand-
lungsfeldern unserer Stadt und der gesamtstädtischen Sicht der Verwaltung auf die Digitale 
Stadt. 
 
Seitens der SWK wird diese Funktion durch den Entwicklerkreis wahrgenommen. 
Wird eine Priorisierung erforderlich, wird diese nach Prüfung von u.a. Umsetzbarkeit, Nutzen 
und Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung aller vorliegenden Interessenlagen erfolgen. 
 
Grundsätzlich kann bei IoT-Anwendungen unterschieden werden, ob es sich um massive IoT 
oder critical IoT handelt. 
Massive IoT impliziert Use-Cases, bei denen eine große Anzahl an Sensoren Daten liefert, die 
aber nicht in Echtzeit bzw. mit sehr geringer Verzögerung (Latenz) transportiert werden muss. 
Für diese Anwendungen ist unter anderem LoRaWAN eine geeignete Übertragungstechnolo-
gie, die zudem lizenzfrei ist. 
Im Gegensatz dazu impliziert critical IoT Anwendungen, welche hohe Anforderungen an die 
Latenz oder Verfügbarkeit der Anbindung stellen. Im Bereich der kommunalen Anwendungs-
felder kommt insoweit dem vernetzten Fahren eine hohe Bedeutung zu. Critical IoT baut ins-
besondere auf Mobilfunkstandards wie 5G auf, die sich durch extrem niedrige Latenz aus-
zeichnen. Dabei handelt es sich um lizenzpflichtige Netzwerke, die höhere Kosten verursa-
chen. 
Critical IoT-Use-Cases sind zwar bislang nicht seitens der Verwaltung in Entwicklung, sie 
zeichnen sich aber bereits jetzt ab. Daher berücksichtigt die Verwaltung bei den aktuellen 
Verhandlungen zur Bereitstellung städtischer Infrastruktur für den aktuellen 5G-Rollout auch 
die Bereitstellung flächendeckender Konnektivität für künftige kommunale critical IoT-Use-
Cases. 
 
 
 
Gez. Haack