Smarte Städtebauliche Objekte für eine adaptive Stadt : ein Verfahren der Künstlichen Intelligenz zur Erhöhung der Wohlfahrt

Abstract

The objective of the thesis is the advancement of urban areas with intelligent information technology to enhance urban life. In doing so, social inclusion of people with motor impairments is of particular interest. At this, an important group is the set of older adults. The aspired advancement aims at enabling self-determined participation in urban life, and hence in social life, up until old age: Participation in social life essentially depends on the opportunities for self-determined exertion of outdoor activities. Motor impairments in old age lead to a perceived significant reduction of safety in urban areas and hence concerned people are worried of using the urban area. To counteract the resulting avoidance of outdoor activities the thesis pursues the approach to transform urban objects by means of technologies of the Internet of Things into novel so-called Smart Urban Objects that actively provide support in outdoor activities. Smart Urban Objects are equipped with sensors, actuators and information processing capabilities and can adapt to individual requirements of pedestrians. Due to age-correlated motor impairments, there are for example special requirements for seating. Besides the information technological transformation of single urban objects, there are furthermore important requirements for networked Smart Urban Objects. By means of intelligently coordinated, goal-oriented availability of the supportive functionalities of single Smart Urban Objects, the urban area as overall system is enabled for adaptivity with respect to pedestrians requirements. The thesis studies the conception for an adaptive city with a safety-engineering approach at the example of smart seating and develops a method for an intelligent coordination of the networked Smart Urban Objects. For an accurate allocation of single smart seats as public objects with respect to individual requirements a welfare criterion is applied which shall avoid unfairness. Using methods of Artificial Intelligence the thesis develops a heuristic procedure for finding a solution according to the welfare criterion. This implements aspects of the theory of justice by John Rawls that underlie the welfare criterion for the example of the urban area. A scenario-based simulation substantiates that the developed solution approach can effectively enhance the safety-oriented welfare in the urban area.

Zielstellung der Arbeit ist die Weiterentwicklung urbaner Räume mittels intelligenter Informationstechnologien, um das Leben in der Stadt zu verbessern. Hierbei gilt ein besonderes Interesse der Inklusion von Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen. Eine bedeutende Gruppe ist dabei die Menge hochbetagter Bürger. Die angestrebte Weiterentwicklung zielt darauf ab, dass bis ins hohe Alter selbstbestimmte Teilhabe am städtischen Leben und somit am Leben in der Gesellschaft möglich sein soll. Denn Teilhabe am Leben in der Gesellschaft konkretisiert sich wesentlich an der selbstbestimmten Ausübung außerhäuslicher Aktivitäten. Motorische Beeinträchtigungen im Altersgang führen allerdings zu einer signifikant wahrgenommenen Abnahme der Sicherheit (Safety) im urbanen Raum und dazu, dass betroffene Menschen Angst haben, den außerhäuslichen urbanen Raum zu benutzen. Um der daraus folgenden Meidung des außerhäuslichen urbanen Raumes entgegenzuwirken, verfolgt die Arbeit den Ansatz städtebauliche Objekte mittels Technologien des Internets of Things zu neuartigen sogenannten Smarten Städtebaulichen Objekten zu transformieren, die aktive Unterstützung für außerhäusliche Aktivitäten leisten. Smarte Städtebauliche Objekte sind mit Sensorik, Aktuatorik und Informationsverarbeitungskapazitäten ausgestattet und fähig, sich an individuelle Erfordernisse von Passanten zu adaptieren. Aufgrund altentypischer motorischer Beeinträchtigungen bestehen beispielsweise besondere Erfordernisse für Sitzgelegenheiten. Neben der informationstechnologischen Transformation einzelner städtebaulicher Objekte bestehen im urbanen Raum darüber hinaus wichtige Anforderungen an smarte städtebauliche Objektverbünde. Mittels einer intelligent koordinierten, gezielten Zurverfügungstellung der unterstützenden Funktionalitäten einzelner Smarter Städtebaulicher Objekte wird der urbane Raum als Gesamtsystem zu Adaptivität an Passantenerfordernisse ertüchtigt. Die Arbeit eruiert die Konzeption für eine adaptive Stadt mit einem Safety-Engineering-Ansatz am Beispiel smarter Sitzgelegenheiten und entwickelt ein Verfahren zur intelligenten Koordination für den smarten städtebaulichen Objektverbund. Für eine erfordernisgenaue Allokation einzelner smarter Sitzgelegenheiten als öffentliche Objekte wird dazu ein Wohlfahrtskalkül zugrunde gelegt, welches in dem Sinne gerecht sein soll, dass eine Übervorteilung einzelner Passanten vermieden wird. Mithilfe von Methoden der Künstlichen Intelligenz entwickelt die Arbeit ein heuristisches Verfahren für die Suche nach einer Lösung gemäß des Wohlfahrtskalküls. Dies implementiert dem Wohlfahrtskalkül zugrundeliegende Aspekte der Theorie der Gerechtigkeit nach John Rawls für das Beispiel des urbanen Raums. Eine szenariobasierte Simulation weist nach, dass der entwickelte Lösungsansatz die Safety-orientierte Wohlfahrt im urbanen Raum effektiv erhöhen kann.