Умные болота" - где традиционное управление сочетается с инновациями и технологиями
Полное решение
Датчик уровня воды
WWF HK
За последние несколько десятилетий управление водно-болотными угодьями в районе залива Внутренняя Глубокая осуществлялось с помощью традиционных подходов. Однако возникающие экологические и социальные проблемы, такие как экстремальные погодные явления и нехватка рабочей силы, оказывают все большее влияние на управление водно-болотными угодьями. Данный проект объединяет инновации и технологии для решения этих проблем управления водно-болотными угодьями.
В рамках данного проекта используются передовые технологии для улучшения управления водно-болотными угодьями путем:
- исследования научно-технических решений для мониторинга водно-болотных угодий, особенно путем внедрения беспроводных датчиков Интернета вещей (IoT), которые могут способствовать управлению и сохранению водно-болотного ландшафта в заповеднике Май По (MPNR);
- создание пилотного участка водно-болотных угодий для проверки концепции путем установки беспроводных датчиков IoT и дистанционного сбора данных мониторинга водно-болотных угодий; и
- анализ собранных данных для оценки эффективности и параметров применения датчиков IoT и обмен опытом с соответствующими заинтересованными сторонами в сообществе по охране водно-болотных угодий.
Последнее обновление: 10 Oct 2025
251 Просмотров
Премия Tech4Nature
Описание технологии
Доступ к городскому электричеству и интернету всегда является проблемой в отдаленных районах, таких как заповедник Май По (MPNR).
В рамках этого проекта было установлено 30 датчиков уровня воды, 2 датчика качества воды и 2 датчика слежения за буйволами с использованием технологии глобальной сети дальнего радиуса действия (LoRaWAN) для улучшения мониторинга водно-болотных угодий в заповеднике Май По. Технология LoraWAN предназначена для передачи данных на большие расстояния с низким энергопотреблением, что делает ее идеальной для районов с ограниченной связью. Она позволяет передавать данные на расстояние до нескольких километров и снижает стоимость и сложность установки датчиков.
Кроме того, 4 шлюза Government-Wide IoT Network (GWIN) были установлены Департаментом электрических и механических услуг (EMSD) правительства САР Гонконг. Эти шлюзы принимают сигнал LoRaWAN от LoRa-совместимых датчиков и передают сигнал в бэкэнд GWIN по сети 4G/5G. Центральная система управления (CMS) получает данные из бэкэнда GWIN и отображает их на настольных или мобильных устройствах для ежедневного использования в оперативной и исследовательской деятельности. Три шлюза работают от городской электросети, а один, установленный на грязевой площадке, питается от солнечной системы. Помимо четырех шлюзов, специально установленных для этого проекта, шлюзы, установленные другими государственными ведомствами в окрестностях MPNR, еще больше повышают устойчивость приема данных.
Многие виды водно-болотных угодий, в частности водные птицы, чрезвычайно чувствительны к уровню воды. Регулировка уровня воды при необходимости значительно улучшает функционирование водно-болотных угодий. Датчики уровня воды предоставляют данные в режиме реального времени персоналу по управлению водно-болотными угодьями, помогая оптимизировать уровень воды для водно-болотных видов. Датчик уровня воды питается от батареи, срок службы которой составляет около 2 лет. Частота передачи данных может быть установлена как 10, 20 или 30 минут в зависимости от требований к выборке данных в каждом конкретном месте.
Хорошее качество воды необходимо для выживания водно-болотной фауны. Мониторинг качества воды в Май По является ключевым элементом управления водно-болотными угодьями. Датчики качества воды постоянно следят за состоянием воды, чтобы предоставить информацию для принятия необходимых мер по управлению. Работающие от небольшой полярной системы, они передают данные каждые 60 минут.
Буйволы - "инженеры водно-болотных угодий" Май По. Интенсивность их выпаса контролирует высоту растений и создает микропритоны, привлекающие различных водно-болотных птиц и животных. Для отслеживания передвижения водяных буйволов используется технология GPS, для чего к их ошейнику прикрепляется датчик слежения. Данные о местонахождении буйвола передаются каждые 20 минут для анализа использования им среды обитания и ежедневного ухода за ним. Батарея, питающая датчик, может работать 1,5 года.
Центральная система управления работает в облачной сети AWS и обеспечивает резервное копирование данных в реальном времени на вторичном сервере для достижения полномасштабной отказоустойчивости данных. Пользователь может получить доступ к данным практически в режиме реального времени через веб-приложение на настольных или мобильных устройствах. Пользовательские оповещения - например, о высоком уровне воды, ненормальном уровне pH, выходе буйвола за пределы зоны безопасности - могут быть отправлены по электронной почте или SMS, с настраиваемыми пороговыми значениями и параметрами уведомления.
Благодаря интеграции датчиков и цифровой системы управления этот проект позволил значительно повысить эффективность мониторинга водно-болотных угодий, увеличить частоту сбора данных и открыть новые потенциальные возможности для исследований в области сохранения водно-болотных угодий.
Доноры и финансирование
Донор: Управление по сохранению сельской местности правительства САР Гонконг - Схема финансирования сохранения сельской местности - Исследовательская деятельность по сохранению и возрождению сельской местности
Контекст
Решаемые задачи
Экологические проблемы:
- Точный контроль уровня воды необходим для поддержания среды обитания водоплавающих птиц.
- Регулярный водообмен необходим для поддержания хорошего качества воды.
- Постоянный мониторинг качества воды помогает определить необходимые действия по водообмену.
- Контроль растительности обеспечивает открытые ландшафты, поддерживающие водоплавающих птиц.
- Экстремальные погодные явления, вызванные изменением климата, угрожают стабильности среды обитания.
- Удаленные или труднодоступные места мониторинга затрудняют регулярную оценку состояния окружающей среды.
Социальные проблемы:
- Нехватка рабочей силы ограничивает возможности ручного мониторинга и природоохранных работ.
- Необходимы дополнительные усилия по содержанию и мониторингу буйволов, которые будут использоваться в качестве "инженеров водно-болотных угодий".
Экономические проблемы:
- Ограниченный доступ к городской электросети и интернету, а также нехватка рабочей силы увеличивают операционные расходы.
Расположение
Гонконг
Восточная Азия
Процесс
Краткое описание процесса
Как связаны между собой 4 фазы жизненного цикла разработки проекта:
- Основание - Развертывание: Прочная основа с четкими целями и вовлечением заинтересованных сторон гарантирует, что фаза развертывания будет хорошо подготовлена и согласована с целями проекта.
- Развертывание - реализация и оценка: Эффективное развертывание закладывает основу для успешной реализации. Непрерывный мониторинг в ходе внедрения обеспечивает обратную связь, которая улучшает практику развертывания, повышая эффективность будущих внедрений.
- Внедрение и оценка - распространение: На этапе оценки генерируются ценные сведения и данные, которые становятся основой для распространения. Четкие метрики и успешные результаты усиливают воздействие усилий по распространению.
- Распространение в фонд: Извлеченные уроки и отзывы о распространении служат основой для будущих проектов, способствуя непрерывному совершенствованию. Распространение информации можно стратегически планировать на протяжении всего жизненного цикла проекта, планируя конкретные мероприятия на разных этапах для достижения максимального эффекта.
Строительные блоки
Основание - Консультации с заинтересованными сторонами, определение и приоритизация подходящих устройств, платформ и сетей, которые будут использоваться в МПР для эффективного мониторинга водно-болотных угодий
Цель: Заложить основу для интеграции решений в области ИиТ в традиционное управление водно-болотными угодьями
Задачи:
- Представить три предлагаемых приложения IoT заинтересованным сторонам водно-болотных угодий и секторам науки и технологии
- Провести консультации с заинтересованными сторонами водно-болотных угодий и секторами науки и технологий для получения их мнений и комментариев
- Провести обзор потенциальных приложений IoT, полезных для управления МПВР
- Выявление и интеграция соответствующих решений IoT для работы gei wai и исследования водно-болотных угодий в MPNR
Благоприятные факторы
Исследования проводились с целью определения и приоритизации подходящих устройств, платформ и сетей, которые будут использоваться в MPNR для эффективного мониторинга водно-болотных угодий:
Консультации с заинтересованными сторонами водно-болотных угодий:
- Консультации с Комитетом по управлению Май По (MPMC), состоящим из представителей Департамента сельского хозяйства, рыболовства и охраны природы, Гонконгского общества наблюдения за птицами, ученых, независимых экспертов по водно-болотным угодьям и орнитологов. Получение рекомендаций по предлагаемому применению IoT.
- Консультации с местными деревенскими общинами. Их мнение помогло согласовать проект с ценностями и потребностями сообщества.
- Консультации с представителями инновационного и технологического секторов. Технические консультации по выбору предлагаемых приложений IoT, системе сети передачи данных и требованиям к развертыванию были получены от отдела электрических и механических услуг, Комиссии по инновациям и технологиям, компании-участника программы Incu-Tech, Научно-технологического парка Гонконга.
Обзор потенциальных приложений IoT для сохранения водно-болотных угодий:
- Был подготовлен краткий технический обзор потенциальных приложений IoT (прилагается).
Извлеченный урок
Мнения и предложения MPMC сводятся к следующему:
- Учитывая, что решения в области ИиТ могут быть дорогостоящими, необходимо найти компромисс между частотой отбора данных и стоимостью.
- Выбор мест для размещения датчиков обеспечивает подробную информацию для управления средой обитания
- Контроль качества данных имеет решающее значение
- Автоматизированная система IoT-мониторинга в режиме реального времени повышает эффективность сбора данных. Данные могут коррелировать с другими научными исследованиями
- Размещение датчиков может визуально повлиять на естественный ландшафт водно-болотных угодий
Мнения и предложения сектора ИиТ сводятся к следующему:
- Три предложенных варианта применения являются осуществимыми
- Объем услуг должен быть четко определен. Он может включать план выполнения, услуги по внедрению приложений, консультации по технологиям, услуги по управлению поставщиками, установку на месте, создание платформы, услуги по анализу данных, техническое обслуживание.
- Платформа должна быть способна собирать данные, создавать конвейер данных, интегрировать их и выполнять анализ данных.
- Функциональные требования к платформе, такие как доступ пользователей, информационная модель здания (BIM), оповещение, потоковая передача данных и аналитика приборной панели, должны быть четко сформулированы.
- Технические требования к платформе, такие как спецификация компьютера для работы с платформой, формат и возможности BIM, безопасность данных, должны быть четко указаны.
Развертывание - партнерство с местным правительственным департаментом - Департаментом электрических и механических услуг (EMSD) для использования правительственной сети IoT (GWIN).
Партнерство с EMSD позволяет нам использовать сеть GWIN в качестве уровня передачи данных для всех датчиков, установленных для этого проекта в заповеднике Май По (MPNR), без необходимости постоянных затрат на сеть.
Эта технология обладает рядом преимуществ, которые делают ее хорошо подходящей для беспроводной передачи данных в приложениях IoT. Ее дальнобойность позволяет передавать данные на большие расстояния, что делает ее идеальной для таких обширных сельских районов, как MPNR. Кроме того, эффективное энергопотребление LoRa продлевает срок службы устройств с батарейным питанием. Передача данных LoRa также обеспечивает конфиденциальность и целостность данных с помощью безопасных протоколов.
В рамках этого проекта EMSD установила четыре шлюза GWIN LoRa на территории заповедника Май По (MPNR). Датчики, установленные в MPNR, подключаются к шлюзам через маломощную и частную сеть LoRa и в конечном итоге соединяются с бэкэндом GWIN через сеть 4G. Помимо этих четырех шлюзов, специально установленных для данного проекта, другие шлюзы GWIN вблизи MPNR могут дополнительно обеспечить надежность передачи данных.
В свою очередь, эти четыре шлюза также могут помогать принимать сигнал от датчиков, установленных различными государственными ведомствами в окрестностях.
Благоприятные факторы
Традиционные датчики требуют подключения к центральным серверам через сеть 4G. В сети GWIN датчики подключаются к шлюзам через частную сеть LoRa (Long Range) с низким энергопотреблением. Сеть с низким энергопотреблением снижает стоимость и сложность установки датчиков и повышает безопасность системы и данных без необходимости использования сторонней сети.
Извлеченный урок
Налаживание тесных партнерских отношений с EMSD позволяет нам более эффективно решать проблемы, с которыми мы сталкиваемся в MPNR (ограниченный доступ к интернету и городской электроэнергии), благодаря их хорошо налаженной сети и поддержке.
Ресурсы
Распространение - Содействие применению технологии IoT для управления водно-болотными угодьями
В целях содействия применению технологии IoT для управления водно-болотными угодьями данный исследовательский проект и накопленный опыт распространяются на протяжении всего проекта путем:
- организации вебинаров для руководителей природоохранных служб и заинтересованных сторон, связанных с водно-болотными угодьями
- Установка наружных интерпретационных панелей в MPNR
- Продвижение через платформы социальных сетей и привлечение средств массовой информации
- Создание рекламных видеороликов
- Публикация технического отчета по проекту
- Организация общественных и школьных экскурсий для ознакомления с применением технологии IoT в управлении водно-болотными угодьями в МПР
Благоприятные факторы
Было проведено 3 семинара/вебинара по применению IoT для управления водно-болотными угодьями. В них приняли участие более 120 человек, включая специалистов-практиков из более чем 30 управляемых объектов по всему миру, Национальную администрацию лесного хозяйства и пастбищ материкового Китая, местные органы власти, НПО, государственные и частные учреждения.
Внутри MPNR были установлены информационные панели, рассказывающие посетителям о назначении 3 типов датчиков IoT.
В социальных сетях было опубликовано несколько постов, а средства массовой информации были привлечены для ознакомления общественности с основными компонентами проекта и важностью водно-болотных угодий и их проактивного управления.
Был подготовлен и опубликован 1 рекламный видеоролик, рассказывающий общественности о том, что мы сделали и чего достигли в рамках этого двухлетнего проекта.
Был создан и опубликован 1 технический отчет о применении IoT для сохранения водно-болотных угодий в заповеднике Май По, содержащий рекомендации для будущих внедрений IoT в аналогичных водно-болотных угодьях и подчеркивающий масштабируемость и воспроизводимость данного подхода.
Были проведены общественные и школьные экскурсии в MPNR для ознакомления с применением технологии IoT в управлении водно-болотными угодьями в MPNR.
Извлеченный урок
Этап распространения информации имеет решающее значение для того, чтобы результаты и итоги проекта были доведены до сведения заинтересованных сторон и широкой аудитории. Вот некоторые извлеченные уроки:
- Определение и нацеливание на нужную аудиторию очень важно. Это касается и внутренних заинтересованных сторон, и других проектов, и широкой общественности.
- Для распространения информации можно использовать различные методы, такие как отчеты, презентации, семинары, социальные сети и публикации.
- Распространение информации должно планироваться на протяжении всего жизненного цикла проекта, а конкретные мероприятия должны проводиться на разных этапах для достижения максимального эффекта.
- Привлечение заинтересованных сторон посредством распространения информации действительно помогает собрать отзывы, стимулировать сотрудничество и обеспечить устойчивость проекта.
- Важность тщательного документирования и четкой отчетности. Это гарантирует, что извлеченные уроки будут доступны и на них можно будет ссылаться в будущих проектах.
- Деятельность, осуществляемая на этапе распространения информации, может быть использована как возможность для выявления областей, требующих улучшения в процессах и методологиях проекта
Воздействие
Этот проект - первая исследовательская инициатива, направленная на изучение системы мониторинга на основе IoT для сохранения водно-болотных угодий в Гонконге. Он оказал положительное влияние на сохранение и управление водно-болотными угодьями:
- Повышение эффективности и результативности управления средой обитания, гидрологией и растительностью с помощью технологии IoT в MPNR
- Обеспечение круглосуточных параметров окружающей среды, таких как уровень воды и ее качество, что позволяет проводить анализ тенденций для поддержки долгосрочного сохранения, особенно для птиц, зависящих от водно-болотных угодий.
- Сбор экологических параметров в режиме реального времени для выявления аномалий, что обеспечивает оперативное реагирование и смягчение последствий.
- Перенаправление ресурсов с ручного сбора данных и нецелевого патрулирования на понимание и эффективное устранение угроз.
- Повышение инновационного и управленческого потенциала в МПРР и среди его стратегических заинтересованных сторон путем сотрудничества и коммуникации.
- Повышение осведомленности общественности и укрепление понимания сообществом водно-болотных угодий важности Рамсарского угодья и водно-болотных угодий с точки зрения инноваций и технологий (I&T).
- Демонстрация широкой общественности сотрудничества заинтересованных сторон в деле сохранения водно-болотных угодий.
- Создание живого примера для будущего использования или тиражирования при управлении парками сохранения водно-болотных угодий, предложенных в рамках стратегии развития Северного мегаполиса правительством САРГ, в соответствии с планом "Умный город" для Гонконга (Blueprint 2.0).
Бенефициары
- Практикующие специалисты по водно-болотным угодьям, работающие в условиях, аналогичных MPNR.
- Местные жители, которым выгодно получать от системы оповещения о высоком уровне воды.
- Сотрудники MPNR, отвечающие за ежедневное управление гидрологией и растительностью.
Кроме того, объясните потенциал масштабируемости вашего решения. Можно ли его тиражировать или распространить на другие регионы или экосистемы?
Этот проект, являющийся доказательством концепции, подтвердил функциональность системы и заложил основу для будущего крупномасштабного развертывания. Он служит эталонным примером для водно-болотных угодий вдоль Восточно-Азиатско-Австралийского пролетного пути, где естественные прибрежные водно-болотные угодья ранее были превращены в пруды, а теперь восстанавливаются, чтобы обеспечить важнейшие места насесты, кормежки и зимовки для водных птиц.
В этом проекте датчики использовались в основном для мониторинга. Однако потенциал IoT выходит далеко за рамки пассивного зондирования - он может функционировать как активный эффектор, динамически реагируя на обнаруженные стимулы. Эта преобразующая способность значительно улучшает стратегии управления окружающей средой. Например, умные шлюзовые ворота, оснащенные автоматизированным управлением, могут быть запрограммированы на открытие, когда датчики уровня воды определят, что уровень превысил заданный порог, что позволит излишкам воды вытечь и предотвратить потенциальное наводнение. Такие системы реагирования не только снижают риски, связанные с экстремальными погодными условиями, но и оптимизируют управление водными ресурсами. Благодаря интеграции вмешательства в режиме реального времени IoT позволяет применять более проактивный подход к мониторингу и управлению окружающей средой, способствуя созданию более устойчивой экосистемы.
Помимо мониторинга и управления средой обитания, технология IoT предлагает дополнительные преимущества для управления водно-болотными угодьями, включая управление посетителями, вовлечение, участие и информирование сообщества (CEPA), а также наблюдение. Опыт, полученный при разработке и внедрении архитектуры IoT в рамках данного проекта, закладывает прочную основу для более широкого применения в области сохранения и управления водно-болотными угодьями, прокладывая путь к более эффективному и действенному природопользованию.
Глобальная рамочная программа по биоразнообразию (ГРП)
Задача 1 ГБФ - планирование и управление всеми территориями для сокращения потерь биоразнообразия
Задача 2 ГБФ - Восстановить 30% всех деградированных экосистем
Задача 3 ГБФ - сохранить 30% земель, вод и морей
Задача 9 ГБФ - Устойчивое управление дикими видами в интересах людей
Цели устойчивого развития
ЦУР 1 - Нет бедности
ЦУР 3 - Хорошее здоровье и благополучие
ЦУР 11 - Устойчивые города и сообщества
ЦУР 13 - Действия в области климата
ЦУР 15 - Жизнь на земле
История
Определив проблемы, с которыми сталкивается сохранение водно-болотных угодий, и изучив последние достижения в области IoT, группа специалистов по сохранению водно-болотных угодий, работающих в Май По, инициировала и разработала проект. Проект был разработан совместно с различными заинтересованными сторонами, включая несколько правительственных департаментов, которые предоставили финансирование, профессиональную и техническую поддержку в области управления водно-болотными угодьями и инноваций и технологий. Благодаря вкладу других членов команды и экспертов, в том числе советам Комитета по управлению Mai Po, проектная группа успешно реализовала инициативу. Полученные знания и опыт были переданы другим менеджерам водно-болотных угодий как на местном, так и на международном уровне, что способствовало расширению усилий по сохранению природы.
Данный проект был направлен на оценку эффективности работы системы мониторинга IoT в полевых условиях и ее содействия в управлении гидрологией и растительностью в MPNR. Применение IoT эффективно поддержало запланированное управление на месте. Анализируя данные, собранные с помощью системы, команда смогла оценить оптимальный уровень воды для водоплавающих птиц, определить частоту замены воды и проследить за использованием территории буйволами. Эти данные принесли пользу как полевым работникам, так и менеджерам, занимающимся управлением, исследованиями и мониторингом.
Испытания подтвердили функциональность системы и заложили основу для будущих масштабных внедрений, послужив эталонным примером для парков сохранения водно-болотных угодий в рамках стратегии развития Северного мегаполиса. Благодаря интеграции IoT можно более эффективно отслеживать и сохранять ресурсы сельской местности, развивая модель управления сохранением водно-болотных угодий.