Smart Wetland" - Dove la gestione tradizionale incontra l'innovazione e la tecnologia
Soluzione completa
Sensore di livello dell'acqua
WWF HK
Negli ultimi decenni, le zone umide dell'area di Inner Deep Bay sono state gestite con approcci convenzionali e tradizionali. Tuttavia, le sfide ambientali e sociali emergenti, come gli eventi meteorologici estremi e la carenza di manodopera, hanno avuto un impatto crescente sulla gestione delle zone umide. Questo progetto integra innovazione e tecnologia per affrontare queste sfide di gestione delle zone umide.
Questo progetto sfrutta la tecnologia all'avanguardia per migliorare la gestione delle zone umide attraverso:
- la ricerca di soluzioni I&T per il monitoraggio delle zone umide, in particolare attraverso l'introduzione di sensori wireless dell'Internet delle cose (IoT) che possono contribuire alla gestione e alla conservazione del paesaggio delle zone umide nella Riserva naturale di Mai Po (MPNR);
- creazione di un sito pilota di zona umida per convalidare il proof of concept attraverso l'implementazione di sensori IoT wireless e la raccolta in remoto dei dati di monitoraggio della zona umida; e
- analizzare i dati raccolti per valutare l'efficacia e le impostazioni delle applicazioni dei sensori IoT e condividere l'esperienza con le parti interessate della comunità di gestione delle zone umide.
Ultimo aggiornamento: 10 Oct 2025
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Premio Tech4Nature
Descrizione della tecnologia
L'accesso alla corrente elettrica e alla connessione internet è sempre una sfida in aree remote come la Riserva Naturale di Mai Po (MPNR).
Questo progetto ha distribuito 30 sensori di livello dell'acqua, 2 sensori di qualità dell'acqua e 2 sensori di tracciamento dei bufali utilizzando la tecnologia LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) per migliorare il monitoraggio della zona umida nella Riserva Naturale di Mai Po. La tecnologia LoRaWAN è progettata per comunicazioni a lungo raggio e a basso consumo, ed è quindi ideale per le aree con connettività limitata. Consente la trasmissione di dati per diversi chilometri e riduce i costi e la complessità dell'installazione dei sensori.
Inoltre, 4 gateway della Government-Wide IoT Network (GWIN) sono stati installati dall'Electrical and Mechanical Services Department (EMSD) del governo di Hong Kong SAR. Questi gateway ricevono il segnale LoRaWAN dai sensori compatibili LoRa e lo trasmettono al backend GWIN tramite rete 4G/5G. Il sistema di gestione centrale (CMS) recupera quindi i dati dal backend GWIN e li visualizza su dispositivi desktop o mobili per l'uso operativo e di ricerca quotidiano. Tre gateway funzionano con l'energia elettrica della città, mentre quello installato nell'area delle distese di fango è alimentato da un sistema solare. Oltre ai quattro gateway installati appositamente per questo progetto, i gateway installati da altri dipartimenti governativi nelle aree circostanti l'MPNR migliorano ulteriormente la capacità di ricezione dei dati.
Molte specie di zone umide, in particolare gli uccelli acquatici, sono estremamente sensibili al livello dell'acqua. Regolare il livello dell'acqua quando è opportuno migliora notevolmente la funzione delle zone umide. I sensori di livello dell'acqua forniscono dati in tempo reale al personale addetto alla gestione delle zone umide, aiutando a ottimizzare i livelli dell'acqua per le specie delle zone umide. Il sensore di livello dell'acqua è alimentato a batteria con un'autonomia di circa 2 anni. La frequenza di trasmissione dei dati può essere impostata su 10, 20 o 30 minuti, a seconda delle esigenze di campionamento dei dati di ciascuna località.
Una buona qualità dell'acqua è essenziale per la sopravvivenza della fauna delle zone umide. Il monitoraggio della qualità dell'acqua a Mai Po è un elemento chiave della gestione della zona umida. I sensori di qualità dell'acqua monitorano continuamente le condizioni dell'acqua per fornire informazioni per le misure di gestione necessarie. Alimentati da un piccolo sistema polare, trasmettono i dati in 60 minuti.
I bufali sono gli "ingegneri delle zone umide" di Mai Po. L'intensità del loro pascolo controlla l'altezza delle piante e crea micro-habitat che attraggono vari uccelli e animali delle zone umide. La tecnologia GPS viene impiegata per seguire gli spostamenti dei bufali d'acqua attaccando un sensore di localizzazione al loro collare. I dati sulla posizione del bufalo vengono trasmessi ogni 20 minuti per analizzarne l'uso dell'habitat e aiutarlo nella cura quotidiana. La batteria del sensore può durare 1,5 anni.
Il sistema di gestione centrale opera sulla rete cloud AWS e fornisce un backup dei dati in tempo reale su un server secondario per ottenere una resilienza dei dati su larga scala. L'utente può accedere ai dati in tempo quasi reale tramite un'applicazione basata sul web su dispositivi desktop o mobili. Gli avvisi personalizzati, come il livello alto dell'acqua, il livello anomalo del pH, l'uscita dei bufali dal recinto, possono essere inviati via e-mail o SMS, con soglie e impostazioni di notifica regolabili.
Grazie all'integrazione di sensori e di un sistema di gestione digitale, questo progetto ha migliorato in modo significativo l'efficienza del monitoraggio delle zone umide, aumentando la frequenza dei dati e consentendo nuove potenziali opportunità di ricerca per la conservazione delle zone umide.
Donatori e finanziamenti
Donatore: Ufficio per la conservazione delle aree rurali del governo della RAS di Hong Kong - Schema di finanziamento per la conservazione delle aree rurali - Attività di ricerca sulla conservazione e la rivitalizzazione delle aree rurali
Contesto
Sfide affrontate
Sfide ambientali:
- Il controllo preciso del livello dell'acqua è necessario per mantenere gli habitat per gli uccelli acquatici.
- Un regolare ricambio d'acqua è essenziale per mantenere una buona qualità dell'acqua.
- Il monitoraggio continuo della qualità dell'acqua aiuta ad informare le azioni di ricambio necessarie.
- Il controllo della vegetazione garantisce paesaggi aperti per gli uccelli acquatici.
- Gli eventi meteorologici estremi indotti dai cambiamenti climatici minacciano la stabilità degli habitat.
- Luoghi di monitoraggio lontani o inaccessibili rendono difficili valutazioni ambientali regolari.
Sfide sociali:
- La carenza di manodopera limita gli sforzi di monitoraggio manuale e il lavoro di conservazione.
- Sono necessari ulteriori sforzi di allevamento e monitoraggio per i bufali introdotti come "ingegneri delle zone umide".
Sfide economiche:
- L'accesso limitato alla rete elettrica e a Internet e la carenza di manodopera aumentano i costi operativi.
Posizione
Hong Kong
Asia orientale
Processo
Sintesi del processo
Come le 4 fasi del ciclo di vita dello sviluppo del progetto sono collegate tra loro:
- Dalla fase di fondazione a quella di implementazione: Una solida base con obiettivi chiari e il coinvolgimento degli stakeholder assicurano che la fase di implementazione sia ben preparata e allineata con gli obiettivi del progetto.
- Dalla distribuzione all'implementazione e alla valutazione: Una distribuzione efficace pone le basi per un'implementazione senza intoppi. Il monitoraggio continuo durante l'implementazione fornisce un feedback che migliora le pratiche di implementazione, migliorando le implementazioni future.
- Implementazione e valutazione - Diffusione: La fase di valutazione genera intuizioni e dati preziosi, che sono fondamentali per la diffusione. Metriche chiare e risultati positivi rafforzano l'impatto degli sforzi di diffusione.
- Diffusione alla Fondazione: Le lezioni apprese e il feedback della divulgazione informano la fase di fondazione dei progetti futuri, favorendo il miglioramento continuo. La divulgazione può essere pianificata strategicamente durante il ciclo di vita del progetto, con attività specifiche programmate in fasi diverse per massimizzare l'impatto.
Blocchi di costruzione
Fondazione - Consultazione con le parti interessate, identificazione e priorità dei dispositivi, della piattaforma e della rete adatti da applicare all'MPNR per un monitoraggio efficiente delle zone umide.
Obiettivo: gettare le basi per l'integrazione di soluzioni I&T nella gestione tradizionale delle zone umide.
Obiettivi:
- Presentare tre applicazioni IoT proposte agli stakeholder delle zone umide e ai settori I&T.
- Consultare gli stakeholder delle zone umide e i settori I&T per ottenere le loro opinioni e i loro commenti.
- Esaminare le potenziali applicazioni IoT utili alla gestione delle MPNR.
- Identificare e integrare le soluzioni IoT rilevanti per il funzionamento del gei wai e la ricerca sulle zone umide nella MPNR.
Fattori abilitanti
Sono stati condotti studi per identificare e dare priorità ai dispositivi, alle piattaforme e alla rete adatti da applicare alla MPNR per un monitoraggio efficiente delle zone umide:
Consultazione con gli stakeholder della zona umida:
- Consultazione con il Comitato di gestione di Mai Po (MPMC), che comprende rappresentanti del Dipartimento di Agricoltura, Pesca e Conservazione, della Hong Kong Bird Watching Society, accademici, esperti indipendenti di zone umide e ornitologi. Ottenimento di pareri sull'applicazione IoT proposta.
- Consultazione con le comunità locali dei villaggi. Il loro contributo ha aiutato ad allineare il progetto ai valori e alle esigenze della comunità.
- Consultazione con i settori dell'innovazione e della tecnologia. Consulenza tecnica sulla selezione delle applicazioni IoT proposte, sul sistema di rete di trasmissione e sui requisiti di implementazione da parte del Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, della Commissione per l'innovazione e la tecnologia, della società membro del Programma Incu-Tech, del Parco scientifico e tecnologico di Hong Kong.
Revisione delle potenziali applicazioni IoT nella conservazione delle zone umide:
- È stata creata una sintesi di revisione tecnica delle potenziali applicazioni IoT (come allegato).
Lezione imparata
Le opinioni e i suggerimenti dell'MPMC sono riassunti come segue:
- Dato che le soluzioni I&T potrebbero essere costose, è necessario trovare un compromesso tra la frequenza di campionamento dei dati e il costo.
- La scelta dei luoghi in cui installare i sensori fornisce informazioni dettagliate per la gestione dell'habitat.
- Il controllo della qualità dei dati è fondamentale
- Il sistema di monitoraggio IoT automatizzato e in tempo reale migliora l'efficienza della raccolta dei dati. I dati possono essere correlati con altre ricerche scientifiche.
- L'installazione di sensori potrebbe influenzare visivamente il paesaggio naturale delle zone umide.
Le opinioni e i suggerimenti del settore I&T sono riassunti di seguito:
- Le tre applicazioni proposte sono fattibili
- L'ambito del servizio deve essere chiaramente definito. Questo potrebbe includere un piano di esecuzione, un servizio di implementazione dell'applicazione, un servizio di consulenza tecnologica, un servizio di gestione del fornitore, l'installazione in loco, la creazione della piattaforma, il servizio di analisi dei dati e il servizio di manutenzione.
- La piattaforma deve essere in grado di acquisire i dati, stabilire una pipeline di dati e l'integrazione ed eseguire l'analisi dei dati.
- I requisiti funzionali della piattaforma, come l'accesso dell'utente, il modello informativo dell'edificio (BIM), l'allarme, lo streaming dei dati e il cruscotto analitico, devono essere chiaramente indicati.
- I requisiti tecnici della piattaforma, come le specifiche del computer per il funzionamento della piattaforma, il formato e la capacità BIM, la sicurezza dei dati, devono essere chiaramente indicati.
Implementazione - Partnership con il dipartimento governativo locale - Electrical and Mechanical Services Department (EMSD) per l'utilizzo della Government-Wide IoT Network (GWIN).
La partnership con EMSD ci permette di utilizzare la rete GWIN come livello di trasmissione per tutti i sensori installati per questo progetto presso la Riserva Naturale Mai Po (MPNR), senza alcun costo di rete ricorrente.
Questa tecnologia offre diversi vantaggi che la rendono adatta alla trasmissione di dati wireless nelle applicazioni IoT. Le sue capacità a lungo raggio consentono di trasmettere dati a distanza, rendendola ideale per vaste aree rurali come l'MPNR. Inoltre, il consumo energetico efficiente di LoRa prolunga la durata della batteria dei dispositivi alimentati a batteria. La trasmissione dei dati LoRa garantisce anche la riservatezza e l'integrità dei dati attraverso protocolli sicuri.
In questo progetto, quattro gateway GWIN LoRa sono stati installati da EMSD all'interno della Riserva Naturale Mai Po (MPNR). I sensori installati presso la MPNR sono collegati ai gateway tramite la rete LoRa privata e a bassa potenza e infine collegati al backend GWIN tramite la rete 4G. Oltre ai quattro gateway installati appositamente per questo progetto, altri gateway GWIN nelle vicinanze di MPNR possono garantire ulteriormente l'affidabilità della trasmissione dei dati.
In cambio, questi quattro gateway possono anche aiutare a ricevere il segnale dai sensori installati da vari dipartimenti governativi nell'area circostante.
Fattori abilitanti
I sensori tradizionali richiederebbero ciascuno una connessione 4G per collegarsi ai server centrali. Nella rete GWIN, i sensori sono collegati ai gateway tramite la rete privata LoRa (Long Range) a basso consumo energetico. La rete a basso consumo energetico riduce i costi e la complessità dell'installazione dei sensori e migliora la sicurezza del sistema e dei dati senza la necessità di utilizzare una rete di terzi.
Lezione imparata
La forte collaborazione con EMSD ci permette di affrontare in modo più efficiente le sfide che stiamo affrontando a MPNR (accesso limitato a Internet e alla rete elettrica cittadina) grazie alla loro rete e al loro supporto consolidati.
Risorse
Divulgazione - Promuovere l'applicazione della tecnologia IoT nella gestione delle zone umide.
Per promuovere l'applicazione della tecnologia IoT nella gestione delle zone umide, questo progetto di ricerca e l'esperienza acquisita sono stati condivisi nel corso del progetto attraverso:
- l'organizzazione di webinar per i responsabili della conservazione e gli stakeholder delle zone umide
- Installazione di pannelli interpretativi all'aperto nella MPNR
- Promozione attraverso la piattaforma dei social media e il coinvolgimento dei media
- Produzione di video promozionali
- Pubblicazione della relazione tecnica del progetto
- Organizzazione di tour pubblici e scolastici per presentare l'applicazione della tecnologia IoT nella gestione delle zone umide a MPNR
Fattori abilitanti
Si sono tenuti 3 seminari/webinar sull'applicazione dell'IoT alla gestione delle zone umide. Vi hanno preso parte oltre 120 partecipanti, tra cui operatori di oltre 30 siti gestiti in tutto il mondo, l'Amministrazione nazionale delle foreste e dei pascoli della Cina continentale, dipartimenti governativi locali, ONG, istituzioni pubbliche e private.
All'interno dell'MPNR sono stati installati pannelli interpretativi che illustrano ai visitatori lo scopo dei 3 tipi di sensori IoT.
Sono stati pubblicati diversi post sui social media e sono stati coinvolti i media per far conoscere al pubblico i principali componenti del progetto e l'importanza delle zone umide e della loro gestione proattiva.
È stato prodotto e pubblicato 1 video promozionale che racconta al pubblico ciò che abbiamo fatto e raggiunto in questo progetto di 2 anni.
È stato creato e pubblicato 1 rapporto tecnico sull'applicazione dell'IoT per la conservazione delle zone umide nella Riserva Naturale di Mai Po, che fornisce raccomandazioni per future implementazioni dell'IoT in ambienti umidi simili, evidenziando la scalabilità e la replicabilità di questo approccio.
Sono state organizzate visite pubbliche e scolastiche alla MPNR per presentare l'applicazione della tecnologia IoT nella gestione delle zone umide della MPNR.
Lezione imparata
Questa fase di disseminazione è fondamentale per garantire che i risultati e i prodotti di questo progetto siano condivisi con le parti interessate e con un pubblico più ampio. Ecco alcune lezioni apprese:
- È essenziale identificare e indirizzare il pubblico giusto. Questo comprende gli stakeholder interni, gli altri progetti e la comunità più ampia.
- Per la divulgazione si possono utilizzare diversi metodi, come relazioni, presentazioni, workshop, social media e pubblicazioni.
- La divulgazione deve essere pianificata durante tutto il ciclo di vita del progetto, con attività specifiche programmate in fasi diverse per massimizzare l'impatto.
- Coinvolgere gli stakeholder attraverso la divulgazione aiuta davvero a raccogliere feedback, a promuovere la collaborazione e a garantire la sostenibilità del progetto.
- L'importanza di un'accurata documentazione e di una chiara rendicontazione. Questo assicura che le lezioni apprese siano accessibili e possano essere utilizzate in progetti futuri.
- Le attività svolte nella fase di disseminazione possono essere utilizzate come opportunità per identificare aree di miglioramento nei processi e nelle metodologie del progetto.
Impatti
Questo progetto è la prima iniziativa di ricerca volta a studiare il sistema di monitoraggio basato sull'IoT per la conservazione delle zone umide a Hong Kong. Ha avuto un impatto positivo sulla conservazione e sulla gestione delle zone umide:
- Migliorando l'efficacia e l'efficienza della gestione dell'habitat, dell'idrologia e della vegetazione attraverso la tecnologia IoT nella MPNR.
- fornendo parametri ambientali 24 ore su 24, 7 giorni su 7, come il livello e la qualità dell'acqua, consentendo l'analisi delle tendenze per sostenere la conservazione a lungo termine, in particolare per gli uccelli che dipendono dalle zone umide.
- Raccolta di parametri ambientali in tempo reale per rilevare le anomalie, assicurando una risposta e una mitigazione tempestive.
- Riorientare le risorse dalla raccolta manuale dei dati e dal pattugliamento non mirato per concentrarsi sulla comprensione e sulla gestione efficace delle minacce.
- Aumentare l'innovazione e la capacità di gestione all'interno del MPNR e tra i suoi stakeholder strategici attraverso la collaborazione e la comunicazione.
- Sensibilizzazione dell'opinione pubblica e rafforzamento della comprensione da parte della comunità delle zone umide dell'importanza del sito Ramsar e delle zone umide dal punto di vista dell'innovazione e della tecnologia (I&T).
- Dimostrare al grande pubblico la cooperazione delle parti interessate nella conservazione delle zone umide.
- Stabilire un caso vivente da utilizzare come riferimento futuro o da replicare nella gestione dei parchi di conservazione delle zone umide proposti dal governo della RASD nell'ambito della strategia di sviluppo della metropoli settentrionale, in linea con la Smart City Blueprint per Hong Kong (Blueprint 2.0).
Beneficiari
- Professionisti delle zone umide che lavorano in contesti ambientali simili al MPNR.
- Abitanti dei villaggi locali che beneficiano della notifica di allarme per il livello alto dell'acqua da parte del sistema.
- Personale dell'MPNR responsabile della gestione quotidiana dell'idrologia e della vegetazione.
Inoltre, spiegate il potenziale di scalabilità della vostra soluzione. Può essere replicata o estesa ad altre regioni o ecosistemi?
Come proof of concept, questo progetto ha convalidato la funzionalità del sistema e ha gettato le basi per future implementazioni su larga scala. Si tratta di un caso di riferimento per le zone umide lungo la East Asian - Australasian Flyway, dove le zone umide costiere naturali sono state precedentemente convertite in stagni e ora vengono ripristinate per fornire siti di roosting, alimentazione e svernamento essenziali per gli uccelli acquatici.
In questo progetto, i sensori sono stati utilizzati principalmente per il monitoraggio. Tuttavia, il potenziale dell'IoT può andare ben oltre il rilevamento passivo: può funzionare come un effettore attivo, rispondendo dinamicamente agli stimoli rilevati. Questa capacità di trasformazione migliora significativamente le strategie di gestione ambientale. Ad esempio, una paratoia intelligente dotata di controlli automatici può essere programmata per aprirsi quando i sensori di livello dell'acqua rilevano che i livelli hanno superato una soglia predeterminata, consentendo all'acqua in eccesso di defluire e prevenire potenziali inondazioni. Questi sistemi reattivi non solo mitigano i rischi associati a condizioni meteorologiche estreme, ma ottimizzano anche la gestione delle risorse idriche. Integrando interventi in tempo reale, l'IoT consente un approccio più proattivo al monitoraggio e alla gestione ambientale, favorendo un ecosistema più resiliente.
Oltre al monitoraggio e alla gestione degli habitat, la tecnologia IoT offre ulteriori vantaggi per la gestione delle zone umide, tra cui la gestione dei visitatori, il coinvolgimento, la partecipazione e la sensibilizzazione della comunità (CEPA) e la sorveglianza. L'esperienza acquisita nello sviluppo e nell'implementazione dell'architettura IoT in questo progetto fornisce una solida base per applicazioni più ampie nella conservazione e nella gestione delle zone umide, aprendo la strada a una gestione ambientale più efficiente ed efficace.
Quadro globale sulla biodiversità (GBF)
Obiettivo GBF 1 - Pianificare e gestire tutte le aree per ridurre la perdita di biodiversità
Obiettivo 2 del GBF - Ripristinare il 30% di tutti gli ecosistemi degradati
Obiettivo 3 del GBF - Conservare il 30% di terre, acque e mari
Obiettivo 9 del GBF - Gestire le specie selvatiche in modo sostenibile a beneficio delle persone
Obiettivi di sviluppo sostenibile
SDG 1 - Nessuna povertà
SDG 3 - Buona salute e benessere
SDG 11 - Città e comunità sostenibili
SDG 13 - Azione per il clima
SDG 15 - Vita sulla terraferma
La storia
Dopo aver identificato le sfide affrontate dalla conservazione delle zone umide e aver esplorato i più recenti progressi dell'IoT, un gruppo di ambientalisti che lavorano a Mai Po ha avviato e ideato il progetto. Il progetto è stato co-creato con una serie di soggetti interessati, tra cui diversi dipartimenti governativi che hanno fornito finanziamenti, supporto professionale e tecnico sulla gestione delle zone umide e sull'innovazione e la tecnologia. Con il contributo di altri membri del team e di esperti, compresa la consulenza del Comitato di gestione di Mai Po, il team del progetto ha attuato con successo l'iniziativa. Le conoscenze e le esperienze acquisite sono state condivise con altri gestori di zone umide sia a livello locale che internazionale, favorendo un più ampio impegno di conservazione.
Questo progetto si è concentrato sulla valutazione delle prestazioni sul campo del sistema di monitoraggio IoT e sulla sua facilitazione nella gestione dell'idrologia e della vegetazione nella MPNR. L'applicazione IoT ha supportato efficacemente la gestione pianificata in loco. Analizzando i dati raccolti attraverso il sistema, il team è stato in grado di valutare il livello d'acqua ottimale per gli uccelli acquatici, determinare la frequenza di ricambio dell'acqua e monitorare l'utilizzo dell'area da parte dei bufali. Questi dati sono stati utili sia agli operatori sul campo che ai responsabili delle attività di gestione, ricerca e monitoraggio.
Come proof of concept, la sperimentazione ha convalidato la funzionalità del sistema e posto le basi per future implementazioni su larga scala, fungendo da caso di riferimento per i parchi di conservazione delle zone umide nell'ambito della strategia di sviluppo della metropoli settentrionale. Grazie all'integrazione dell'IoT, le risorse paesaggistiche possono essere monitorate e conservate in modo più efficace, promuovendo al contempo un modello di gestione per la conservazione delle zone umide.