數(shù)字化智慧蜂場(chǎng)的研究與開發(fā)

趙海紅 李昂 王紅堯 銀帥, 佟偉男 于慧 龔勛│文

1 遼寧葫蘆島市工業(yè)和信息化發(fā)展中心，125060；2 遼寧葫蘆島市龍港區(qū)政務(wù)服務(wù)中心，125000；3 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，110866；4 遼寧關(guān)東白蜜生物科技有限公司，125060；5 沈陽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，110159；6 遼寧葫蘆島市龍港區(qū)人民政府，125000

目前，我國(guó)養(yǎng)蜂業(yè)落后于農(nóng)業(yè)其他產(chǎn)業(yè)，蜜蜂養(yǎng)殖主要以個(gè)人、家庭為單位，憑經(jīng)驗(yàn)人工操作為主，設(shè)備落后陳舊，受氣候影響較大，蜂農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入不穩(wěn)定，工作量大，藥殘超標(biāo)，蜂蜜產(chǎn)量和質(zhì)量得不到保證，這些因素限制了現(xiàn)代養(yǎng)蜂業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。因此，開發(fā)數(shù)字化智慧蜂場(chǎng)，提升蜂產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展水平，是養(yǎng)蜂業(yè)急需解決的首要問題。

一、數(shù)字化蜂箱的設(shè)計(jì)及功能

數(shù)字化蜂箱是智慧蜂業(yè)的核心技術(shù)，是根據(jù)我國(guó)養(yǎng)蜂實(shí)際情況開發(fā)的，具有計(jì)算處理能力、感知功能、思維與判斷功能以及執(zhí)行功能的智能蜂箱。數(shù)字化蜂箱1.0版結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能介紹：

1.材料設(shè)計(jì)

蜂箱體是防老化的食品級(jí)材料一體成型，耐候性超強(qiáng)，可放置在-30℃～70℃環(huán)境中，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年；箱體內(nèi)用高隔熱性材料填充，具有很好的保溫隔熱作用。

2.溫濕度報(bào)警

蜂箱內(nèi)有溫度傳感器和濕度傳感器，溫濕度是對(duì)蜜蜂生命活動(dòng)影響最大的環(huán)境因素。溫濕度傳感器能采集蜂箱內(nèi)溫度和濕度數(shù)據(jù)，最佳溫度是34℃，當(dāng)溫濕度超出一定范圍，報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)。傳統(tǒng)蜂箱沒有控制和調(diào)節(jié)功能，溫度高，蜂群易發(fā)生分蜂熱；溫度低，影響工蜂的出勤率和幼蜂發(fā)育，數(shù)字化蜂箱不會(huì)發(fā)生分蜂。

3.GPS定位

GPS定位模塊，能接收GPS信息，準(zhǔn)確定位蜂箱位置。

4.巢門可調(diào)節(jié)

旋轉(zhuǎn)式巢門設(shè)計(jì)，可以調(diào)節(jié)四種方式出入。大流蜜期，蜂群大量進(jìn)蜜，巢門調(diào)到最大，方便蜜蜂出入，提高采蜜效率；蜂群有飛逃現(xiàn)象時(shí)，調(diào)整巢門大小，阻止蜂王爬出蜂箱；發(fā)生盜蜂時(shí)，巢門全部關(guān)閉；通風(fēng)使用。

二、數(shù)字化蜂箱2.0版

在1.0版數(shù)字化蜂箱原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，新升級(jí)的2.0版數(shù)字化蜂箱不僅結(jié)構(gòu)上有所改進(jìn)，而且數(shù)字化部分增加4個(gè)功能（見表1）。

表1 數(shù)字化蜂箱功能介紹

1.蜂箱結(jié)構(gòu)

（1）依據(jù)國(guó)標(biāo)中蜂箱尺寸和傳統(tǒng)郎式蜂箱尺寸，2.0版數(shù)字化蜂箱有兩種蜂箱設(shè)計(jì)中蜂箱和意蜂箱，分別適合中華蜜蜂與西方蜜蜂。

（2）蜂箱水平控制設(shè)計(jì)和蜂箱支架（選配）是升級(jí)后新增的結(jié)構(gòu)。

（3）數(shù)字化蜂箱2.0版沒有隔王板（見圖1）。

圖1 數(shù)字化蜂箱1.0和2.0的功能比較

2.數(shù)字化功能模塊

數(shù)字化蜂箱2.0功能模塊主要包括：蜂箱重量監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警、蜜蜂出入數(shù)量統(tǒng)計(jì)、蜂箱氣象五參數(shù)監(jiān)測(cè)等（見圖2）。

圖2 數(shù)字化蜂箱2.0的功能模塊和相關(guān)信息化管理系統(tǒng)

（1）蜂箱重量監(jiān)測(cè)：蜂箱的重量傳感器能感應(yīng)巢脾重量的變化，當(dāng)蜜脾達(dá)到一定重量時(shí)，傳感器做出提示，精確度達(dá)到0.1g，蜂農(nóng)不開箱就能掌握蜜脾的儲(chǔ)蜜情況。

（2）蜂箱防盜報(bào)警：當(dāng)蜂箱被移動(dòng)和箱蓋被打開時(shí)，防盜系統(tǒng)會(huì)做出判斷并發(fā)出警報(bào)，提示蜂農(nóng)及時(shí)查看蜂箱，避免損失。

（3）蜜蜂出入數(shù)量統(tǒng)計(jì)：巢門區(qū)遠(yuǎn)紅外光電傳感器的設(shè)計(jì)，能使蜂箱識(shí)別蜂群出入蜂箱的次數(shù)，統(tǒng)計(jì)進(jìn)出巢蜜蜂的數(shù)量。

（4）蜂箱氣象五參數(shù)監(jiān)測(cè)：二代蜂箱能監(jiān)測(cè)溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速氣象參數(shù)，為蜂場(chǎng)提供氣象服務(wù)。

三、數(shù)字化智慧蜂場(chǎng)的研究與開發(fā)

數(shù)字化智慧蜂場(chǎng)以數(shù)字化蜂箱為最小個(gè)體，利用物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信等信息感知技術(shù)，并結(jié)合大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能及云計(jì)算等信息處理技術(shù)管理蜂場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)鏈，在蜂群養(yǎng)殖和蜂產(chǎn)品加工銷售、蜂產(chǎn)品質(zhì)量安全、蜂產(chǎn)品物流以及蜂業(yè)電子商務(wù)環(huán)節(jié)建立跟蹤體系，促進(jìn)蜂產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展。

數(shù)字化智慧蜂場(chǎng)管理系統(tǒng)由多蜂箱控制平臺(tái)和蜂箱管理Web網(wǎng)站構(gòu)成，管理系統(tǒng)包括數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化飼養(yǎng)管理系統(tǒng)、數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溯源管理系統(tǒng)。

1.數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)

多箱體控制平臺(tái)通過無線串口定時(shí)逐個(gè)訪問蜂場(chǎng)內(nèi)所有蜂箱，獲取數(shù)字化蜂箱內(nèi)的溫度、濕度和蜂箱重量等參數(shù)，控制平臺(tái)將蜂場(chǎng)內(nèi)所有蜂箱參數(shù)綜合處理后,通過IRCP協(xié)議和自主設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)包格式通過信息化無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)同步到Web網(wǎng)站。GPS定位系統(tǒng)用于蜂箱位置信息的收集，當(dāng)蜂箱被人為移動(dòng)或者被移出到某一個(gè)范圍，GPS會(huì)報(bào)警提示。

2.數(shù)字化飼養(yǎng)管理系統(tǒng)

蜂農(nóng)通過IRCP協(xié)議直接接入端，通過控制平臺(tái)在蜂場(chǎng)進(jìn)行蜂群管理，借助蜂農(nóng)APP可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看、了解蜂群生活和蜂王健康狀態(tài)，獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的蜂場(chǎng)及蜂箱數(shù)據(jù)。蜂農(nóng)隨時(shí)隨地記錄蜂群管理、蜂病防治和蜂具消毒、蜂產(chǎn)品的原料加工等信息，還可通過手機(jī)將信息上傳至網(wǎng)端。數(shù)字化飼養(yǎng)管理系統(tǒng)可在不驚擾蜜蜂正常生活環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)蜂群智能化管理。

3.數(shù)字化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

配置無線傳感技術(shù)和設(shè)備，設(shè)定數(shù)據(jù)上傳間隔，對(duì)蜂場(chǎng)的氣象進(jìn)行快速采集，監(jiān)測(cè)溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速氣象參數(shù)，通過有線或無線通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具備海量存儲(chǔ)功能，可以記錄所有歷史數(shù)據(jù)，能自動(dòng)生成曲線及報(bào)表，便于進(jìn)行趨勢(shì)分析。

4.溯源管理系統(tǒng)

溯源系統(tǒng)包括產(chǎn)品基本信息、溯源軌跡、質(zhì)檢信息、基地信息四個(gè)版塊。單位蜂產(chǎn)品的包裝上都有不同的溯源碼，每個(gè)溯源碼就是該產(chǎn)品的“身份證”，通過二維碼識(shí)別技術(shù)可以追溯到具體的蜂場(chǎng)編號(hào)、產(chǎn)地、花源等信息，實(shí)現(xiàn)蜂產(chǎn)品從源頭生產(chǎn)、入庫檢測(cè)、加工記錄、成品出入等各個(gè)環(huán)節(jié)的全程監(jiān)控，嚴(yán)格把關(guān)每一道工序的質(zhì)量，并形成有據(jù)可依的產(chǎn)品流程報(bào)告，真正實(shí)現(xiàn)蜂產(chǎn)品追溯的信息化、快捷化、透明化，使得產(chǎn)品可控、可溯，避免摻雜使假和藥物殘留，確保消費(fèi)者吃到的每一口蜂蜜都是天然原生態(tài)、無污染的，蜂產(chǎn)品質(zhì)量有了源頭上的保障。

智慧蜂場(chǎng)是蜂業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集和生產(chǎn)管理的有機(jī)結(jié)合，提高蜂業(yè)信息化水平，改變依靠人工肉眼觀察蜜蜂生活狀態(tài)來判斷蜂蜜產(chǎn)量變化和蜂群健康等情況，以最大幅度降低蜂業(yè)養(yǎng)殖勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約蜂業(yè)養(yǎng)殖資源，提高蜂產(chǎn)品質(zhì)量和收益，實(shí)現(xiàn)蜂業(yè)整體利益平衡發(fā)展。智能化管理、機(jī)械化生產(chǎn)，是養(yǎng)蜂業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)的最終目標(biāo)，研究和開發(fā)數(shù)字化智能蜂場(chǎng)對(duì)于推動(dòng)蜂業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。