Connected Urban Twin – Methodik / Method
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DEUTSCH

Was zu sehen ist
Ein fiktives Stadtquartier mit simulierten Daten. Es zeigt keine reale Stadt,
kein reales Projekt und hat keine Live-Anbindung an Sensoren oder Netze.
Alle Gebäude, Straßen, Bäume, Leuchten und Sensoren entstehen aus einem
eigenen, deterministischen Generator (Startwert 20261004). Es werden keine
fremden 3D-Modelle, Texturen oder Geodaten verwendet.

Quartier
- Kern aus 16 Baublöcken auf rund 410 × 410 m: Blockrandbebauung mit Flach-
  und Satteldächern, Punkthochhäuser, Hallen, eine Schule, ein Park, ein
  Quartierspeicher und ein Hochhaus mit Funkmast als zentralem Gateway.
- Umgebung aus einem gröberen Raster, einem niedrigen Stadtteppich und
  einer fernen Silhouette, nur zur Einordnung; sie wird nicht analysiert.

Sonnenstand
- Gleichungen des NOAA Solar Calculator (nach Meeus) für München
  (48,14° N, 11,58° O) am 22. September 2026, Mitteleuropäische Sommerzeit,
  einschließlich atmosphärischer Refraktion.
- Zur Kontrolle wird ein zweites, unabhängiges Näherungsverfahren
  (Astronomical Almanac) mitgeprüft; beide stimmen auf 0,2° überein.

Verschattung und Solarpotenzial
- Jede Dachfläche (Flachdach innerhalb der Attika oder Satteldachseite)
  wird mit Stichpunkten im Abstand von etwa 1,25 m abgetastet, sodass auch
  der Schatten der Attika am Dachrand erfasst wird.
- Von 6 bis 20 Uhr in 10-Minuten-Schritten wird für jeden Punkt geprüft,
  ob Gebäude, Attiken oder Dachaufbauten den Strahl zur Sonne verdecken.
- Klarhimmel-Einstrahlung: Direktnormalstrahlung nach Meinel,
  Globalstrahlung nach Haurwitz, diffuser Anteil als Differenz.
- Solarpotenzial = Tagessumme der Einstrahlung auf die Dachfläche im
  Verhältnis zu einer unverschatteten, nach Süden geneigten 35°-Fläche.
- Photovoltaik erhalten geeignete Dächer ab 50 % Potenzial (mit einer
  angenommenen Umsetzungsquote); Wirkungsgrad 21 %, Systemverluste 14 %.
- Der Ertrag wird in der Modulebene gerechnet: auf Flachdächern nach Süden
  um 15° geneigte Reihen, auf Satteldächern die Dachneigung; Verschattung
  wie oben. Gegenseitige Verschattung der Reihen ist nicht modelliert.
- Darstellung: Dachfläche und Module tragen die Farbe ihrer
  Potenzialklasse (grau unter 50 %, gelb 50–80 %, orange ab 80 %); die
  Helligkeit der Module zeigt den aktuellen Ertrag.

Energiebilanz (simuliert)
- Lastprofile für Wohnen sowie Büro und Gewerbe über 24 Stunden in
  5-Minuten-Schritten, skaliert mit der Geschossfläche.
- Quartierspeicher 1,6 MWh / 350 kW, Wirkungsgrad 92 %, mit dem
  Netzanschluss des Quartiers; alle Energieflüsse enden im Anschlusskasten
  zwischen den Containern. Er lädt mit Überschuss und deckt ab
  16:30 Uhr die Abendspitze; ist er voll, fließt der Überschuss ins Netz.
- In jedem Schritt gilt: PV + Netzbezug + Entladung = Last + Ladung
  + Einspeisung; Wandlungsverluste mindern den Speicherstand. Der
  Tagesablauf ist periodisch.

Sensorik (simuliert)
- Sensorknoten an jeder dritten Straßenleuchte (auf einem Ausleger), an
  Parkleuchten und auf einem Mast auf dem höchsten Dach je Block; Gateways
  nach Funkreichweite (240 m, schräg zur Antenne gemessen) auf eigenen
  Masten, abseits der Technikräume.
- Jeder Knoten sendet an das Dach-Gateway mit dem kürzesten Funkweg in
  Reichweite; die Dach-Gateways leiten über das zentrale Gateway auf dem
  Hochhaus an die Plattform weiter (Uplink).
- Energieflüsse und Funkstrecken sind schematisch als Bögen über den
  Dächern gezeichnet; sie zeigen, wer mit wem verbunden ist, nicht den
  Verlauf von Leitungen oder Funkwellen. Die Bögen der Funkstrecken
  überqueren alle Gebäude, Masten, Leuchten und Baumkronen mit Abstand;
  das ist eine Darstellung, keine Funkplanung.
- Messwerte, Paketraten und Latenzen sind deterministische Simulationen,
  keine Messdaten.
- Knoten, Gateways und Datenpakete haben eine feste Mindestgröße auf dem
  Bildschirm, damit sie auch aus der Entfernung lesbar bleiben.

Darstellung
- Echtzeit-3D mit three.js im Browser, statisch ausgeliefert; Zeitraffer
  von rund 48 Sekunden pro Tag.
- Das weiße Architekturmodell zeigt die Stärke von Sonne und Himmel, nicht
  ihre Farbe; die reale Stadt außerhalb des Scans behält das warme Licht.
- Dünne Wolken und Lichtspuren (Verkehr mit 50 km/h) sind Atmosphäre;
  die Ertragsrechnung gilt für einen klaren Tag.
- Poster und Standbilder sind Aufnahmen desselben Live-Renderers.

ENGLISH

What you see
A fictional city district with simulated data. It shows no real city and no
real project, and it has no live connection to sensors or networks. All
buildings, streets, trees, lights and sensors come from an own,
deterministic generator (seed 20261004). No third-party 3D models, textures
or geodata are used.

District
- A core of 16 blocks on about 410 × 410 m: perimeter blocks with flat and
  gable roofs, point towers, halls, a school, a park, a district storage
  and a high-rise whose radio mast is the central gateway.
- The surroundings are a coarser grid, a low city fabric and a distant
  skyline for context only; they are not analysed.

Sun position
- NOAA Solar Calculator equations (after Meeus) for Munich (48.14° N,
  11.58° E) on 22 September 2026, Central European Summer Time, including
  atmospheric refraction.
- A second, independent approximation (Astronomical Almanac) is checked as
  well; both agree within 0.2°.

Shading and solar potential
- Every roof face (flat roof inside the parapet, or one side of a gable
  roof) is sampled about every 1.25 m, so the parapet's shadow along the
  edge is caught too.
- From 6 a.m. to 8 p.m. in 10-minute steps, each sample checks whether
  buildings, parapets or rooftop equipment block the ray to the sun.
- Clear-sky irradiance: direct normal after Meinel, global after Haurwitz,
  diffuse part as the difference.
- Solar potential = daily irradiation on the roof face relative to an
  unshaded, south-facing surface tilted 35°.
- Suitable roofs from 50 % potential receive photovoltaics (with an assumed
  adoption rate); module efficiency 21 %, system losses 14 %.
- Yield is computed in the module plane: rows tilted 15° to the south on
  flat roofs, the roof pitch on gable roofs; shading as above. Rows shading
  each other are not modelled.
- Display: roof and modules carry the colour of their potential class
  (grey below 50 %, yellow 50–80 %, orange from 80 %); the brightness of
  the modules shows the current yield.

Energy balance (simulated)
- Load profiles for homes and for offices and businesses over 24 hours in
  5-minute steps, scaled by floor area.
- District storage 1.6 MWh / 350 kW, 92 % efficiency, next to the
  district's grid connection; every energy flow ends in the connection box
  between the containers. It charges from surplus and covers the
  evening peak from 4:30 p.m.; when it is full, surplus goes to the grid.
- Every step satisfies: PV + grid import + discharge = load + charge
  + feed-in; conversion losses reduce the state of charge. The daily
  course is periodic.

Sensors (simulated)
- Sensor nodes on every third street light (on a bracket), on park lights
  and on a mast on the highest roof of each block; gateways by radio range
  (240 m, measured along the slant path to the antenna) on their own masts,
  away from the plant rooms.
- Each node sends to the rooftop gateway with the shortest radio path
  within range; the rooftop gateways relay through the central gateway on
  the high-rise to the platform (uplink).
- Energy flows and radio links are drawn schematically as arcs above the
  roofs; they show what is connected, not the route of cables or the path
  of radio waves. The radio arcs clear every building, mast, street light
  and tree crown; this is a visualisation, not radio planning.
- Readings, packet rates and latencies are deterministic simulations, not
  measurements.
- Nodes, gateways and data packets keep a minimum size on screen, so they
  stay legible from a distance.

Rendering
- Real-time 3D with three.js in the browser, served statically; a
  time-lapse of about 48 seconds per day.
- The white architectural model shows the strength of sun and sky, not
  their colour; the real city outside the scan keeps the warm light.
- Thin clouds and light trails (traffic at 50 km/h) are atmosphere; the
  yield is computed for a clear day.
- Poster and stills are captures of the same live renderer.

Stefan Herrmann · www.stefan-herrmann.net