수위 센서
WWF HK
지난 수십 년 동안 이너 딥 베이 지역의 습지는 기존의 전통적인 방식으로 관리되어 왔지만, 기상이변과 노동력 부족과 같은 새로운 환경적, 사회적 도전이 습지 관리에 점점 더 큰 영향을 미치고 있습니다. 이 프로젝트는 이러한 습지 관리 문제를 해결하기 위해 혁신과 기술을 통합합니다.
이 프로젝트는 첨단 기술을 활용하여 습지 관리를 강화합니다:
- 특히 마이포 자연보호구역(MPNR)의 습지 경관 관리 및 보존에 기여할 수 있는 무선 사물인터넷(IoT) 센서를 도입하여 습지 모니터링을 위한 I&T 솔루션을 연구합니다;
- 무선 IoT 센서를 배치하고 습지 모니터링 데이터를 원격으로 수집하여 개념 증명을 검증하기 위해 습지 시범 사이트를 구축합니다.
- 수집된 데이터를 분석하여 IoT 센서 애플리케이션의 효과와 설정을 평가하고 습지 관리 커뮤니티의 관련 이해관계자들에게 경험을 공유합니다.
마지막 업데이트: 10 Oct 2025
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테크4네이처 어워드
기술 설명
마이포 자연보호구역(MPNR)과 같은 외딴 지역에서는 도시 전력과 인터넷 연결이 항상 어려운 과제입니다.
이 프로젝트는 마이포 자연보호구역의 습지 모니터링을 강화하기 위해 장거리 광역 네트워크(LoRaWAN) 기술을 사용하여 30개의 수위 센서, 2개의 수질 센서, 2개의 버팔로 추적 센서를 배치했습니다. 로라웬은 장거리 저전력 통신을 위해 설계되어 연결이 제한된 지역에 이상적입니다. 수 킬로미터에 걸쳐 데이터를 전송할 수 있으며 센서 배포의 비용과 복잡성을 줄여줍니다.
또한 홍콩특별행정구 정부의 전기 및 기계 서비스부(EMSD)는 정부 차원의 IoT 네트워크(GWIN) 게이트웨이 4개를 설치했습니다. 이 게이트웨이는 LoRa 호환 센서에서 LoRaWAN 신호를 수신하고 4G/5G 네트워크를 통해 GWIN 백엔드로 신호를 전송합니다. 그러면 중앙 관리 시스템(CMS)이 GWIN 백엔드에서 데이터를 검색하고 일상적인 운영 및 연구용으로 데스크톱 또는 모바일 장치에 데이터를 표시합니다. 3개의 게이트웨이는 도시 전력으로 작동하고, 갯벌 지역에 설치된 게이트웨이는 태양열 시스템으로 전력을 공급받습니다. 이 프로젝트를 위해 특별히 설치된 4대의 게이트웨이 외에도 MPNR 인근의 다른 정부 부처에서 설치한 게이트웨이가 데이터 수신 탄력성을 더욱 향상시킵니다.
많은 습지 생물종, 특히 물새는 수위에 매우 민감합니다. 적절한 시기에 수위를 조절하면 습지 기능이 크게 향상됩니다. 수위 센서는 습지 관리 직원에게 실시간 데이터를 제공하여 습지 종의 수위를 최적화하는 데 도움을 줍니다. 수위 센서는 배터리로 구동되며 배터리 수명은 약 2년입니다. 데이터 전송 주기는 각 위치의 데이터 샘플링 요건에 따라 10분, 20분 또는 30분으로 설정할 수 있습니다.
좋은 수질은 습지 야생동물의 생존에 필수적입니다. 마이포의 수질을 모니터링하는 것은 습지 관리의 핵심 요소입니다. 수질 센서는 수질 상태를 지속적으로 모니터링하여 필요한 관리 조치를 위한 정보를 제공합니다. 소형 극지 시스템으로 구동되는 이 센서는 60분마다 데이터를 전송합니다.
버팔로는 마이포의 '습지 엔지니어'입니다. 물소의 방목 강도에 따라 식물의 높이가 조절되고 다양한 습지 새와 동물이 모여드는 미세 서식지가 만들어집니다. 물소의 목줄에 추적 센서를 부착하여 물소의 움직임을 추적하는 데 GPS 기술을 사용합니다. 버팔로의 위치 데이터는 20분 단위로 전송되어 서식지 이용 현황을 분석하고 일상적인 버팔로 관리를 지원합니다. 센서에 전원을 공급하는 배터리는 1.5년 동안 사용할 수 있습니다.
중앙 관리 시스템은 AWS 클라우드 네트워크에서 작동하며 보조 서버에 실시간 데이터 백업을 제공하여 데이터 복원력을 확보합니다. 사용자는 데스크톱 또는 모바일 디바이스의 웹 기반 애플리케이션을 통해 실시간에 가까운 데이터에 액세스할 수 있습니다. 임계값 및 알림 설정을 조정하여 높은 수위, 비정상적인 pH 수준, 버팔로 울타리 이탈 등의 맞춤형 알림을 이메일 또는 SMS를 통해 전송할 수 있습니다.
이 프로젝트는 센서와 디지털 관리 시스템을 통합함으로써 습지 모니터링 효율성을 크게 향상시키고 데이터 빈도를 높였으며 습지 보존을 위한 새로운 잠재적 연구 기회를 창출했습니다.
기부자 및 펀딩
기부자: 홍콩특별행정구 정부 시골 보존 사무소 - 시골 보존 기금 제도 - 시골 보존 및 활성화에 관한 연구 활동
컨텍스트
해결 과제
환경 문제:
- 물새의 서식지를 유지하려면 정확한 수위 조절이 필요합니다.
- 좋은 수질을 유지하려면 정기적인 물 교환이 필수적입니다.
- 지속적인 수질 모니터링은 필요한 물 교환 조치를 알리는 데 도움이 됩니다.
- 식생 관리는 물새를 지원하는 개방된 경관을 보장합니다.
- 기후 변화로 인한 기상이변은 서식지의 안정성을 위협합니다.
- 멀리 떨어져 있거나 접근하기 어려운 모니터링 위치는 정기적인 환경 평가를 어렵게 만듭니다.
사회적 도전:
- 노동력 부족으로 수작업 모니터링과 보존 작업에 한계가 있습니다.
- "습지 엔지니어"로 도입된 버팔로에 대한 추가적인 사육 및 모니터링 노력이 필요합니다.
경제적 어려움:
- 도시 전력 및 인터넷 네트워크에 대한 접근성이 제한되고 노동력 부족으로 운영 비용이 증가합니다.
위치
홍콩
동아시아
프로세스
프로세스 요약
이 프로젝트 개발 라이프사이클의 4단계가 서로 어떻게 연결되어 있는지 알아보세요:
- 기초부터 배포까지: 명확한 목표와 이해관계자의 참여로 탄탄한 토대를 마련하면 배포 단계가 잘 준비되고 프로젝트의 목표와 일치할 수 있습니다.
- 배포에서 구현 및 평가까지: 효과적인 배포는 원활한 구현을 위한 발판을 마련합니다. 구현하는 동안 지속적인 모니터링을 통해 배포 관행을 개선하고 향후 배포를 개선하는 피드백을 제공합니다.
- 구현 및 평가에서 배포까지: 평가 단계에서는 배포를 위한 중요한 인사이트와 데이터를 생성합니다. 명확한 지표와 성공적인 결과는 보급 노력의 영향력을 강화합니다.
- 재단으로의 전파: 전파를 통해 얻은 교훈과 피드백은 향후 프로젝트의 기초 단계에 정보를 제공하여 지속적인 개선을 촉진합니다. 프로젝트 수명 주기 전반에 걸쳐 전략적으로 배포를 계획할 수 있으며, 각 단계별로 특정 활동을 예약하여 영향을 극대화할 수 있습니다.
빌딩 블록
재단 - 이해관계자와 협의하여 효율적인 습지 모니터링을 위해 MPNR에 적용할 적합한 기기, 플랫폼 및 네트워크를 파악하고 우선순위를 정합니다.
목표: 전통적인 습지 관리에 I&T 솔루션을 통합하기 위한 토대를 마련합니다.
목표
- 습지 이해관계자 및 I&T 부문에 세 가지 제안된 IoT 애플리케이션을 소개합니다.
- 습지 이해관계자 및 I&T 부문의 견해와 의견을 수렴합니다.
- MPNR 관리에 도움이 되는 잠재적 IoT 애플리케이션을 검토한다.
- 지와이 운영 및 습지 연구를 위한 관련 IoT 솔루션을 식별하고 MPNR에 통합합니다.
활성화 요인
효율적인 습지 모니터링을 위해 MPNR에 적용할 적합한 기기, 플랫폼, 네트워크를 파악하고 우선순위를 정하기 위한 연구를 수행했습니다:
습지 이해관계자와의 협의:
- 농림수산부, 홍콩 조류 관찰 협회, 학계, 독립 습지 전문가 및 조류학자로 구성된 마이포 관리 위원회(MPMC)와의 협의. 제안된 IoT 애플리케이션에 대한 조언을 얻었습니다.
- 지역 마을 공동체와의 협의. 이들의 의견은 프로젝트가 지역사회의 가치와 요구에 부합하도록 조정하는 데 도움이 되었습니다.
- 혁신 및 기술 분야와의 협의. 홍콩 과학 기술 공원의 Incu-Tech 프로그램 회원사인 혁신 기술 위원회 전기 및 기계 서비스 부서로부터 제안된 IoT 애플리케이션, 전송 네트워크 시스템 및 배포 요구 사항의 선정에 대한 기술 자문을 얻었습니다.
습지 보전을 위한 잠재적 IoT 애플리케이션 검토:
- 잠재적 IoT 애플리케이션에 대한 기술 검토 요약이 작성되었습니다(첨부 파일 참조).
교훈
MPMC의 견해와 제안을 요약하면 다음과 같습니다:
- I&T 솔루션은 비용이 많이 들 수 있으므로 데이터 샘플링 빈도와 비용 사이에서 타협해야 합니다.
- 센서 배치 위치 선정은 서식지 관리를 위한 상세한 정보를 제공합니다.
- 데이터의 품질 관리가 중요
- 실시간 자동화된 IoT 모니터링 시스템은 데이터 수집의 효율성을 높여줍니다. 데이터는 다른 과학 연구와 상호 연관될 수 있습니다.
- 센서의 배치는 습지의 자연 경관에 시각적으로 영향을 미칠 수 있습니다.
I&T 부문의 견해와 제안은 다음과 같이 요약됩니다:
- 제안된 세 가지 애플리케이션은 실현 가능함
- 서비스 범위를 명확하게 정의해야 합니다. 여기에는 실행 계획, 애플리케이션 구현 서비스, 기술 자문 서비스, 공급업체 관리 서비스, 현장 설치, 플랫폼 구축, 데이터 분석 서비스, 유지보수 서비스가 포함될 수 있습니다.
- 플랫폼은 데이터 수집, 데이터 파이프라인 및 통합 구축, 데이터 분석 수행이 가능해야 합니다.
- 사용자 액세스, 빌딩 정보 모델 (BIM), 경고, 데이터 스트리밍 및 대시 보드 분석과 같은 플랫폼의 기능 요구 사항이 명확하게 명시되어야합니다.
- 플랫폼 운영을 위한 컴퓨터 사양, BIM 형식 및 용량, 데이터 보안 등 플랫폼에 대한 기술적 요구사항이 명확하게 명시되어야 합니다.
배포 - 지역 정부 부서 - 전기 및 기계 서비스 부서(EMSD)와의 파트너십을 통해 정부 차원의 IoT 네트워크(GWIN)를 활용합니다.
EMSD와의 파트너십을 통해 네트워크 반복 비용 없이 마이포 자연보호구역(MPNR)에 이 프로젝트를 위해 설치된 모든 센서의 전송 계층으로 GWIN 네트워크를 활용할 수 있게 되었습니다.
이 기술은 IoT 애플리케이션의 무선 데이터 전송에 적합한 여러 가지 이점을 제공합니다. 장거리 기능을 통해 데이터를 먼 거리까지 전송할 수 있어 MPNR과 같은 광활한 시골 지역에 이상적입니다. 또한 LoRa의 효율적인 전력 소비는 배터리로 구동되는 디바이스의 배터리 수명을 연장합니다. 또한 LoRa 데이터 전송은 보안 프로토콜을 통해 데이터의 기밀성과 무결성을 보장합니다.
이 프로젝트에서 EMSD는 마이포 자연보호구역(MPNR) 내에 4개의 GWIN LoRa 게이트웨이를 설치했습니다. MPNR에 설치된 센서는 저전력 및 사설 LoRa 네트워크를 통해 게이트웨이에 연결되고 4G 네트워크를 통해 GWIN 백엔드에 다시 연결됩니다. 이 프로젝트를 위해 특별히 설치된 4개의 게이트웨이 외에도 MPNR 근처의 다른 GWIN 게이트웨이를 통해 데이터 전송 안정성을 더욱 확보할 수 있습니다.
이 네 개의 게이트웨이는 주변 지역의 여러 정부 부처에서 설치한 센서로부터 신호를 수신하는 데도 도움을 줄 수 있습니다.
활성화 요인
기존 센서는 중앙 서버에 연결하기 위해 각각 4G 연결이 필요했습니다. GWIN 네트워크에서 센서는 저전력 및 사설 LoRa(장거리) 네트워크를 통해 게이트웨이에 연결됩니다. 전력 소비가 낮은 네트워크는 센서 설치 비용과 복잡성을 줄이고 타사 네트워크를 사용할 필요 없이 시스템과 데이터의 보안을 향상시킵니다.
교훈
EMSD와의 강력한 파트너십을 통해 잘 구축된 네트워크와 지원을 통해 MPNR에서 직면하고 있는 문제(인터넷 및 도시 전력에 대한 제한된 접근)를 보다 효율적으로 해결할 수 있게 되었습니다.
보급 - 습지 관리에 IoT 기술 적용을 촉진하기 위해
습지 관리에 IoT 기술을 적용하는 것을 장려하기 위해 이 연구 프로젝트에서 얻은 경험을 다음과 같이 공유했습니다:
- 보존 관리자와 습지 이해관계자를 위한 웨비나 개최
- MPNR에 야외 해석 패널 설치
- 소셜 미디어 플랫폼 및 미디어 참여를 통한 홍보
- 홍보 영상 제작
- 프로젝트 기술 보고서 발간
- MPNR의 습지 관리에 IoT 기술을 적용하는 방법을 소개하기 위한 일반인 및 학교 투어 조직
활성화 요인
습지 관리에 대한 IoT 적용 세미나/웹세미나가 3차례 개최되었습니다. 전 세계 30개 이상의 관리 현장의 실무자, 중국 본토의 국가임업초원관리국, 지방 정부 부처, NGO, 공공 및 민간 기관 등 120여 명이 참석했습니다.
MPNR 내부에는 방문객에게 세 가지 유형의 IoT 센서의 목적을 설명하는 해석 패널이 설치되었습니다.
소셜 미디어를 통해 여러 게시물을 게시하고 언론을 통해 프로젝트의 주요 구성 요소와 습지의 중요성 및 선제적 관리를 대중에게 알렸습니다.
2년간의 프로젝트에서 이룬 성과를 대중에게 알리는 홍보 영상 1편 제작 및 게시
1 마이포 자연보호구역의 습지 보전을 위한 IoT 적용에 관한 기술 보고서가 작성 및 발행되어 유사한 습지 환경에서의 향후 IoT 배포를 위한 권장 사항을 제공하고 이 접근 방식의 확장성과 복제 가능성을 강조했습니다.
MPNR의 습지 관리에 IoT 기술을 적용한 사례를 소개하기 위해 일반인 및 학교 투어가 진행되었습니다.
교훈
이 배포 단계는 이 프로젝트의 결과와 결과물을 이해관계자 및 더 많은 사람들과 공유할 수 있도록 하는 데 매우 중요합니다. 다음은 몇 가지 교훈입니다:
- 적절한 대상을 식별하고 타겟팅하는 것이 필수적입니다. 여기에는 내부 이해관계자, 다른 프로젝트, 더 넓은 커뮤니티가 포함됩니다.
- 보고서, 프레젠테이션, 워크샵, 소셜 미디어, 출판물 등 다양한 방법을 사용하여 배포할 수 있습니다.
- 전파는 프로젝트 수명 주기 전반에 걸쳐 계획되어야 하며, 영향력을 극대화하기 위해 단계별로 구체적인 활동을 계획해야 합니다.
- 배포를 통해 이해관계자를 참여시키면 피드백을 수집하고 협업을 촉진하며 프로젝트의 지속 가능성을 보장하는 데 큰 도움이 됩니다.
- 철저한 문서화와 명확한 보고의 중요성. 이를 통해 배운 교훈에 접근하고 향후 프로젝트에서 참조할 수 있습니다.
- 배포 단계에서 수행된 활동은 프로젝트 프로세스 및 방법론에서 개선이 필요한 부분을 파악하는 기회로 활용할 수 있습니다.
영향
이 프로젝트는 홍콩의 습지 보존을 위한 IoT 기반 모니터링 시스템을 연구하기 위한 최초의 연구 이니셔티브입니다. 이 프로젝트는 습지 보전 및 관리에 긍정적인 영향을 미쳤습니다:
- MPNR에서 IoT 기술을 통해 서식지, 수문학 및 식생 관리의 효과와 효율성 향상
- 수위 및 수질과 같은 환경 매개변수를 연중무휴로 제공하여 특히 습지에 의존하는 조류의 장기적인 보전을 지원하기 위한 추세 분석이 가능해졌습니다.
- 실시간 환경 매개변수를 수집하여 이상 징후를 감지하고 신속한 대응 및 완화.
- 수동 데이터 수집과 비표적 순찰에서 리소스를 재배치하여 위협을 효율적으로 파악하고 해결하는 데 집중할 수 있습니다.
- 협업과 소통을 통해 MPNR 내부와 전략적 이해관계자 간의 혁신과 관리 역량을 강화합니다.
- 혁신과 기술(I&T) 관점에서 람사르습지와 습지의 중요성에 대한 대중의 인식을 높이고 습지 공동체의 이해를 강화합니다.
- 일반 대중에게 습지 보전을 위한 이해관계자 협력 시연
- 홍콩 정부가 홍콩의 스마트 시티 청사진(청사진 2.0)에 따라 북부 대도시 개발 전략에 따라 제안한 습지 보호 공원 관리에 있어 향후 참고 또는 복제할 수 있는 살아있는 사례를 구축합니다.
수혜자
- MPNR과 유사한 환경 환경에서 일하는 습지 실무자.
- 시스템에서 높은 수위 경보 알림을 받아 혜택을 받는 지역 주민.
- 매일 수문 및 식생 관리를 담당하는 MPNR 직원.
또한 솔루션의 확장 가능성에 대해서도 설명하세요. 다른 지역이나 에코시스템으로 복제하거나 확장할 수 있나요?
이 프로젝트는 개념 증명으로서 시스템의 기능을 검증하고 향후 대규모 배포를 위한 기반을 구축했습니다. 이 프로젝트는 동아시아-대양주 철새 이동 경로를 따라 위치한 습지에 대한 참조 사례로, 과거에는 연못으로 변했던 자연 해안 습지를 복원하여 물새들에게 필수적인 보금자리, 먹이, 월동지를 제공하고 있습니다.
이 프로젝트에서 센서는 주로 모니터링 목적으로 사용되었습니다. 그러나 IoT의 잠재력은 수동적인 감지에 그치지 않고 감지된 자극에 동적으로 반응하는 능동적인 이펙터로 기능할 수 있습니다. 이러한 혁신적인 기능은 환경 관리 전략을 크게 향상시킵니다. 예를 들어 자동 제어 기능이 탑재된 스마트 수문은 수위 센서가 수위가 미리 정해진 임계값을 초과한 것을 감지하면 열리도록 프로그래밍하여 과도한 물을 배출하고 잠재적인 홍수를 방지할 수 있습니다. 이러한 대응 시스템은 극한 기상 조건과 관련된 위험을 완화할 뿐만 아니라 수자원 관리도 최적화합니다. IoT는 실시간 개입을 통합함으로써 환경 모니터링 및 관리에 대한 보다 사전 예방적인 접근 방식을 가능하게 하여 보다 탄력적인 생태계를 조성합니다.
IoT 기술은 모니터링 및 서식지 관리 외에도 방문자 관리, 지역사회 참여, 참여 및 인식(CEPA), 감시 등 습지 관리에 추가적인 이점을 제공합니다. 이 프로젝트에서 IoT 아키텍처를 개발하고 구현하면서 얻은 경험은 습지 보존 및 관리의 광범위한 적용을 위한 강력한 기반을 제공하여 보다 효율적이고 효과적인 환경 관리를 위한 길을 열어줍니다.
글로벌 생물다양성 프레임워크(GBF)
GBF 목표 1 - 생물다양성 손실을 줄이기 위해 모든 지역을 계획하고 관리합니다.
GBF 목표 2 - 모든 저하된 생태계의 30% 복원
GBF 목표 3 - 토지, 수역 및 바다의 30% 보존
GBF 목표 9 - 야생종을 지속 가능하게 관리하여 인류에게 혜택 제공
지속 가능한 개발 목표
SDG 1 - 빈곤 퇴치
SDG 3 - 건강과 웰빙
SDG 11 - 지속 가능한 도시와 커뮤니티
SDG 13 - 기후 행동
SDG 15 - 육지에서의 삶
스토리
마이포에서 일하는 습지 보호 전문가 그룹은 습지 보존이 직면한 문제를 파악하고 최신 IoT 기술을 탐구한 후 이 프로젝트를 시작하고 설계했습니다. 이 프로젝트는 습지 관리와 혁신 및 기술에 대한 자금, 전문 및 기술 지원을 제공한 여러 정부 부처를 포함한 다양한 이해관계자들과 함께 만들어졌습니다. 마이포 관리 위원회의 조언을 비롯한 다른 팀원들과 전문가들의 기여로 프로젝트 팀은 이니셔티브를 성공적으로 실행했습니다. 얻은 지식과 경험은 국내외의 다른 습지 관리자와 공유되어 더 광범위한 습지 보전 노력을 촉진했습니다.
이 프로젝트는 IoT 모니터링 시스템의 현장 성능을 평가하고 MPNR의 수문 및 식생 관리에서 IoT가 얼마나 효과적인지 평가하는 데 중점을 두었습니다. IoT 애플리케이션은 현장에서 계획적인 관리를 효과적으로 지원했습니다. 연구팀은 시스템을 통해 수집한 데이터를 분석하여 물새를 위한 최적의 수위를 평가하고, 물 교환 빈도를 결정하고, 버팔로의 면적 사용량을 모니터링할 수 있었습니다. 이러한 인사이트는 관리, 연구 및 모니터링 활동 전반에 걸쳐 현장 작업자와 관리자 모두에게 도움이 되었습니다.
개념 증명으로서 이 시험은 시스템의 기능을 검증하고 향후 대규모 배포를 위한 기반을 마련하여 북부 대도시 개발 전략에 따른 습지 보호 공원의 참조 사례로 활용되었습니다. IoT의 통합을 통해 습지 보존을 위한 관리 모델을 육성하는 동시에 시골 자원을 보다 효과적으로 모니터링하고 보존할 수 있습니다.