智能蜂場(chǎng)研究進(jìn)展

呂純陽(yáng) 劉進(jìn)祖 吳忠高 王星 劉升平 │文

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所，北京 100081； 2 北京市蠶業(yè)蜂業(yè)管理站，北京 100029

中國(guó)是世界養(yǎng)蜂大國(guó)，蜂群數(shù)量、蜂產(chǎn)品產(chǎn)量和出口量均居世界前列，目前中國(guó)蜂蜜產(chǎn)量40多萬(wàn)噸，占世界蜂蜜總產(chǎn)量的四分之一以上[1]。而我國(guó)的蜂業(yè)發(fā)展存在嚴(yán)重的不足之處，如大多數(shù)蜂產(chǎn)品生產(chǎn)是以傳統(tǒng)的、分散的家庭生產(chǎn)模式，從業(yè)人員大多是為老年人且文化程度不高，出現(xiàn)了追求產(chǎn)量，不等蜂蜜成熟就搖蜜、藥物殘留、摻假等現(xiàn)象，對(duì)蜂產(chǎn)品產(chǎn)量造成了直接影響[2]。

智慧農(nóng)業(yè)是繼智慧地球的概念提出后出現(xiàn)的，一種觀點(diǎn)認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)是利用新一代IT技術(shù)、智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，以降低農(nóng)業(yè)成本、提高收入、提高資源利用率，保護(hù)環(huán)境；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)是高級(jí)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的衍生品，是集成多種先進(jìn)技術(shù)的高級(jí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[3]。智能蜂場(chǎng)就是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蜂群養(yǎng)殖、蜂產(chǎn)品加工、蜂產(chǎn)品質(zhì)量安全等蜂業(yè)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，從而節(jié)約蜂業(yè)養(yǎng)殖資源、提高蜂產(chǎn)品質(zhì)量和收益的一種現(xiàn)代化養(yǎng)蜂趨勢(shì)。

一、現(xiàn)代蜂場(chǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀

近年來(lái)，信息技術(shù)的快速發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，蜂產(chǎn)業(yè)也不例外，產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)十分明顯，就生產(chǎn)模式來(lái)說(shuō)，呈現(xiàn)出設(shè)備智能化、管理數(shù)字化的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。智能化蜂業(yè)生產(chǎn)在全世界受到廣泛關(guān)注，一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)推進(jìn)了養(yǎng)蜂機(jī)械化進(jìn)程，我國(guó)的養(yǎng)蜂業(yè)作為一個(gè)出口外向型行業(yè)，積極適應(yīng)這樣的變化是當(dāng)前我國(guó)蜂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大趨勢(shì)[4]。

中國(guó)傳統(tǒng)的蜂產(chǎn)品生產(chǎn)主體以個(gè)人及家庭為主，養(yǎng)蜂規(guī)模較小，生產(chǎn)分散，受自然和市場(chǎng)影響均較大，這種分散生產(chǎn)方式在很大程度上制約了養(yǎng)蜂業(yè)的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化[5]。由于零星分散的養(yǎng)殖戶達(dá)不到規(guī)?；a(chǎn)要求，許多標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)難以大規(guī)模實(shí)施，養(yǎng)蜂者常年在外風(fēng)餐露宿，缺乏安全性與穩(wěn)定性，加之養(yǎng)蜂成本連年上漲，突發(fā)性事故高發(fā)、保護(hù)政策缺乏，由此又會(huì)帶來(lái)許多質(zhì)量安全問(wèn)題[6]。

目前，我國(guó)養(yǎng)蜂落后于農(nóng)業(yè)其他產(chǎn)業(yè)，機(jī)械化程度較低，設(shè)施設(shè)備落后陳舊，蜂農(nóng)對(duì)蜂場(chǎng)的管理依然比較粗曠，基本以手工操作為主，比如多采取手動(dòng)開(kāi)箱檢測(cè)或者架設(shè)埋設(shè)測(cè)量線路的方式來(lái)測(cè)量蜂箱內(nèi)的溫度和濕度狀況；并且通過(guò)不定期的、頻繁的開(kāi)箱觀察的方式來(lái)判斷蜂蜜產(chǎn)量變化和蜂群蜂王健康等情況。這些傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方式實(shí)施起來(lái)非常的不方便，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下以及可操作性弱而且背離蜂群生產(chǎn)生活習(xí)性，對(duì)蜜蜂活動(dòng)穩(wěn)定性影響較大，同時(shí)難以獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的蜂場(chǎng)及蜂箱數(shù)據(jù)。由此造成經(jīng)營(yíng)規(guī)模小、產(chǎn)品質(zhì)量安全問(wèn)題多，并且傳統(tǒng)蜂場(chǎng)分布的現(xiàn)狀下受交通制約影響，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的蜜源難以得到充分利用。因此，推行智能化設(shè)備、數(shù)字化管理來(lái)消除與蜜蜂直接接觸帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升蜂產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展水平，是我國(guó)的蜂產(chǎn)品出口企業(yè)必須攻克的技術(shù)難關(guān)。

二、智能蜂場(chǎng)研究進(jìn)展

1.智能蜂場(chǎng)國(guó)際研究現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)特別是在發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)外研究人員也已經(jīng)開(kāi)始掀起了一場(chǎng)將最新的信息科技應(yīng)用到養(yǎng)蜂業(yè)領(lǐng)域中的熱潮。目前，美國(guó)蜂業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈已趨向機(jī)械化，生產(chǎn)有專門(mén)放置蜂箱的機(jī)械平臺(tái)，蜂箱、蜜桶的裝卸有裝卸車(chē)，搖蜜由機(jī)械化的搖蜜機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行，外出放蜂由專門(mén)的運(yùn)蜂車(chē)代替人工進(jìn)行轉(zhuǎn)地飼養(yǎng)。除了智能生產(chǎn)，近年來(lái)，在蜂場(chǎng)智能管理方面，Mahaman 團(tuán)隊(duì)成功搭建了蜜蜂蟲(chóng)害診斷專家系統(tǒng)[7]；Mc Clure 團(tuán)隊(duì)共同完成的蜜蜂病蟲(chóng)害和寄生蟲(chóng)診斷與管理專家系統(tǒng) BEE AWARE 能夠?yàn)閺V大蜂農(nóng)提供及時(shí)的最全最新的行業(yè)信息，這些信息涉及到各種學(xué)問(wèn)、診斷和病蟲(chóng)害與寄生蟲(chóng)的控制與管理[8]；Filis 團(tuán)隊(duì)則將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的方法與地理信息系統(tǒng)及專家系統(tǒng)相集成，形成集成地理專家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(GEDAS)，并將其在養(yǎng)蜂業(yè)中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用[9]。澳大利亞政府對(duì)養(yǎng)蜂業(yè)整體進(jìn)行現(xiàn)代化作業(yè)管理，在蜂場(chǎng)配置攝像頭、傳感器和網(wǎng)絡(luò)等，將每個(gè)蜂場(chǎng)的基本信息都進(jìn)行記錄，并建立了蜜蜂蟲(chóng)害診斷專家系統(tǒng)和蜂產(chǎn)品全程質(zhì)量追溯平臺(tái)[10]，這些嘗試都大大提高了蜂產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量追溯效率[11]。

2.智能蜂場(chǎng)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)蜂場(chǎng)智能化管理方面研究相對(duì)落后，技術(shù)運(yùn)用還不成熟，尤其是在現(xiàn)代養(yǎng)蜂智能化、信息化方面還處于起步探索階段，其中智能蜂場(chǎng)研究方面主要集中在對(duì)蜂箱內(nèi)部溫度、濕度等環(huán)境因素的檢測(cè)和控制上。通過(guò)智能蜂箱實(shí)現(xiàn)智能蜂場(chǎng)的管理，它與朗氏發(fā)明的主要精華技術(shù)相反，就是在不打開(kāi)蜂箱蓋、不驚動(dòng)蜜蜂、不能直觀蜂群活動(dòng)的前提下，運(yùn)用現(xiàn)代科技對(duì)蜂群狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)、適時(shí)地了解掌握并施加智能處置。也就是在確保不打擾蜜蜂正常生活的基礎(chǔ)上，運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的儀器設(shè)備及技術(shù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控并能夠完成智能處理，達(dá)到人和蜜蜂少接觸、不接觸。

我國(guó)蜂業(yè)領(lǐng)域有關(guān)智能養(yǎng)蜂技術(shù)的井噴式出現(xiàn)在2014年，一大批與智能蜂場(chǎng)身材管理相關(guān)的專利、發(fā)明及論文涌現(xiàn)出來(lái)。這些專利、發(fā)明、論文大多圍繞蜂群的溫度、濕度、蜂群的量等幾個(gè)方面進(jìn)行研究，實(shí)施監(jiān)測(cè)、管理和人工智能化調(diào)控，有些還加進(jìn)了HTTP協(xié)議和web網(wǎng)站等應(yīng)用。江勇萍[12]等定義智能蜂箱為能夠運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)獲取蜂群的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理后再反作用于蜂群，以期完成人對(duì)蜂群的科學(xué)管理的蜂箱。2014年，程巍等研發(fā)“蜜蜂之家”智能蜂箱管理系統(tǒng)[13]，將大量蜂箱互聯(lián)統(tǒng)一管理，可以減少人力投入，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度減少開(kāi)箱次數(shù)，減少蜂箱內(nèi)環(huán)境的人為干擾，增加了蜂業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性，對(duì)蜂業(yè)生產(chǎn)有實(shí)際的指導(dǎo)意義。2013年，中北大學(xué)的呂俊峰[14]在蜂箱內(nèi)多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)研究當(dāng)中，提出了一種針對(duì)蜂箱內(nèi)部溫度的測(cè)量方法。2015年，李想、江朝暉[15]等基于微傳感器陣列的蜂巢溫度監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)中，利用微型溫濕度傳感器構(gòu)建蜂巢內(nèi)部傳感器陣列，采集多點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

三、結(jié)論

面對(duì)智慧農(nóng)業(yè)和蜂業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)，借助現(xiàn)代化的技術(shù)手段幫助蜂農(nóng)科學(xué)養(yǎng)蜂，提高蜂農(nóng)的工作效率，減輕養(yǎng)蜂過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且為蜜蜂提供舒適的繁殖和采蜜環(huán)境，這些都是亟需研究的方向，針對(duì)目前蜜蜂養(yǎng)殖過(guò)程中存在的這些問(wèn)題與需求，智能蜂場(chǎng)研究通過(guò)設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧蜂場(chǎng)與智慧蜂箱系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到蜂箱環(huán)境采集控制及蜂蜜產(chǎn)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)蜂群的智慧養(yǎng)殖，降低蜂農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)的管理水平。

提高養(yǎng)蜂的智能化水平，集成物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)構(gòu)建智能蜂場(chǎng)，可以為蜂農(nóng)提供氣象預(yù)報(bào)，以便蜂農(nóng)確定繁殖蜂時(shí)間，提早規(guī)劃場(chǎng)地；利用智能蜂箱監(jiān)控好蜂群生產(chǎn)環(huán)境，從而可減少氣候因素的影響。同時(shí)智能蜂場(chǎng)應(yīng)用于蜂群養(yǎng)殖、蜂產(chǎn)品生產(chǎn)、蜂產(chǎn)品物流以及蜂業(yè)電子商務(wù)等眾多領(lǐng)域，將最大幅度降低蜂業(yè)養(yǎng)殖勞動(dòng)強(qiáng)度，提升蜂產(chǎn)品原料質(zhì)量，從而提高蜂蜜的單位產(chǎn)量、質(zhì)量和產(chǎn)值，完成蜂業(yè)由傳統(tǒng)化向信息化的轉(zhuǎn)型。

借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)養(yǎng)蜂業(yè)必將實(shí)行智能化養(yǎng)蜂，加快蜜蜂機(jī)具的機(jī)械化與現(xiàn)代化，使快速繁蜂、強(qiáng)群安全轉(zhuǎn)場(chǎng)、搖蜜等問(wèn)題都以機(jī)械操作解決，全面促進(jìn)養(yǎng)蜂業(yè)向機(jī)械化方向發(fā)展。隨著蜂業(yè)生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，科學(xué)性的提升，有利于蜂農(nóng)投入更少人力為蜜蜂營(yíng)造更適宜的環(huán)境，掌握更適宜的搖蜜時(shí)機(jī)。智能蜂場(chǎng)中的智能蜂箱技術(shù)和數(shù)字化管理平臺(tái)的使用不僅可以節(jié)約成本，還可以使增加蜂蜜產(chǎn)量，同時(shí)也有利于蜂蜜質(zhì)量的提升，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。