智能蜂場研究進展

呂純陽 劉進祖 吳忠高 王星 劉升平 │文

1 中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081； 2 北京市蠶業蜂業管理站，北京 100029

中國是世界養蜂大國，蜂群數量、蜂產品產量和出口量均居世界前列，目前中國蜂蜜產量40多萬噸，占世界蜂蜜總產量的四分之一以上[1]。而我國的蜂業發展存在嚴重的不足之處，如大多數蜂產品生產是以傳統的、分散的家庭生產模式，從業人員大多是為老年人且文化程度不高，出現了追求產量，不等蜂蜜成熟就搖蜜、藥物殘留、摻假等現象，對蜂產品產量造成了直接影響[2]。

智慧農業是繼智慧地球的概念提出后出現的，一種觀點認為，智慧農業是利用新一代IT技術、智能技術和網絡技術等應用于農業，以降低農業成本、提高收入、提高資源利用率，保護環境；另一種觀點認為，智慧農業是高級農業發展模式的衍生品，是集成多種先進技術的高級農業生產模式[3]。智能蜂場就是利用物聯網技術、移動互聯網技術、人工智能技術和現代互聯網技術在蜂群養殖、蜂產品加工、蜂產品質量安全等蜂業領域的綜合應用，從而節約蜂業養殖資源、提高蜂產品質量和收益的一種現代化養蜂趨勢。

一、現代蜂場發展的現狀

近年來，信息技術的快速發展和社會經濟結構發生了巨大的變化，蜂產業也不例外，產業發展方式轉變的趨勢十分明顯，就生產模式來說，呈現出設備智能化、管理數字化的轉變趨勢。智能化蜂業生產在全世界受到廣泛關注，一些西方發達國家陸續推進了養蜂機械化進程，我國的養蜂業作為一個出口外向型行業，積極適應這樣的變化是當前我國蜂產業發展的一大趨勢[4]。

中國傳統的蜂產品生產主體以個人及家庭為主，養蜂規模較小，生產分散，受自然和市場影響均較大，這種分散生產方式在很大程度上制約了養蜂業的專業化、標準化和現代化[5]。由于零星分散的養殖戶達不到規模化生產要求，許多標準化技術難以大規模實施，養蜂者常年在外風餐露宿，缺乏安全性與穩定性，加之養蜂成本連年上漲，突發性事故高發、保護政策缺乏，由此又會帶來許多質量安全問題[6]。

目前，我國養蜂落后于農業其他產業，機械化程度較低，設施設備落后陳舊，蜂農對蜂場的管理依然比較粗曠，基本以手工操作為主，比如多采取手動開箱檢測或者架設埋設測量線路的方式來測量蜂箱內的溫度和濕度狀況；并且通過不定期的、頻繁的開箱觀察的方式來判斷蜂蜜產量變化和蜂群蜂王健康等情況。這些傳統的人工檢測方式實施起來非常的不方便，勞動強度大、效率低下以及可操作性弱而且背離蜂群生產生活習性，對蜜蜂活動穩定性影響較大，同時難以獲得實時、準確的蜂場及蜂箱數據。由此造成經營規模小、產品質量安全問題多，并且傳統蜂場分布的現狀下受交通制約影響，一些偏遠地區的蜜源難以得到充分利用。因此，推行智能化設備、數字化管理來消除與蜜蜂直接接觸帶來的安全風險，提升蜂產業規模化發展水平，是我國的蜂產品出口企業必須攻克的技術難關。

二、智能蜂場研究進展

1.智能蜂場國際研究現狀

隨著信息技術的發展，各國特別是在發達國家，國外研究人員也已經開始掀起了一場將最新的信息科技應用到養蜂業領域中的熱潮。目前，美國蜂業全產業鏈已趨向機械化，生產有專門放置蜂箱的機械平臺，蜂箱、蜜桶的裝卸有裝卸車，搖蜜由機械化的搖蜜機統一進行，外出放蜂由專門的運蜂車代替人工進行轉地飼養。除了智能生產，近年來，在蜂場智能管理方面，Mahaman 團隊成功搭建了蜜蜂蟲害診斷專家系統[7]；Mc Clure 團隊共同完成的蜜蜂病蟲害和寄生蟲診斷與管理專家系統 BEE AWARE 能夠為廣大蜂農提供及時的最全最新的行業信息，這些信息涉及到各種學問、診斷和病蟲害與寄生蟲的控制與管理[8]；Filis 團隊則將關系型數據庫的方法與地理信息系統及專家系統相集成，形成集成地理專家數據庫系統(GEDAS)，并將其在養蜂業中進行實際應用[9]。澳大利亞政府對養蜂業整體進行現代化作業管理，在蜂場配置攝像頭、傳感器和網絡等，將每個蜂場的基本信息都進行記錄，并建立了蜜蜂蟲害診斷專家系統和蜂產品全程質量追溯平臺[10]，這些嘗試都大大提高了蜂產品生產和質量追溯效率[11]。

2.智能蜂場國內研究現狀

我國蜂場智能化管理方面研究相對落后，技術運用還不成熟，尤其是在現代養蜂智能化、信息化方面還處于起步探索階段，其中智能蜂場研究方面主要集中在對蜂箱內部溫度、濕度等環境因素的檢測和控制上。通過智能蜂箱實現智能蜂場的管理，它與朗氏發明的主要精華技術相反，就是在不打開蜂箱蓋、不驚動蜜蜂、不能直觀蜂群活動的前提下，運用現代科技對蜂群狀態進行精準、適時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上，運用當代先進的儀器設備及技術對其進行監控并能夠完成智能處理，達到人和蜜蜂少接觸、不接觸。

我國蜂業領域有關智能養蜂技術的井噴式出現在2014年，一大批與智能蜂場身材管理相關的專利、發明及論文涌現出來。這些專利、發明、論文大多圍繞蜂群的溫度、濕度、蜂群的量等幾個方面進行研究，實施監測、管理和人工智能化調控，有些還加進了HTTP協議和web網站等應用。江勇萍[12]等定義智能蜂箱為能夠運用現代先進的探測技術獲取蜂群的相關數據，并對數據進行科學處理后再反作用于蜂群，以期完成人對蜂群的科學管理的蜂箱。2014年，程巍等研發“蜜蜂之家”智能蜂箱管理系統[13]，將大量蜂箱互聯統一管理，可以減少人力投入，降低勞動強度，大幅度減少開箱次數，減少蜂箱內環境的人為干擾，增加了蜂業生產的科學性，對蜂業生產有實際的指導意義。2013年，中北大學的呂俊峰[14]在蜂箱內多點溫度檢測系統研究當中，提出了一種針對蜂箱內部溫度的測量方法。2015年，李想、江朝暉[15]等基于微傳感器陣列的蜂巢溫度監測與分析系統中，利用微型溫濕度傳感器構建蜂巢內部傳感器陣列，采集多點溫濕度數據，并實現采集數據的無線傳輸。

三、結論

面對智慧農業和蜂業信息化的發展趨勢，借助現代化的技術手段幫助蜂農科學養蜂，提高蜂農的工作效率，減輕養蜂過程中的勞動強度，并且為蜜蜂提供舒適的繁殖和采蜜環境，這些都是亟需研究的方向，針對目前蜜蜂養殖過程中存在的這些問題與需求，智能蜂場研究通過設計一種基于物聯網技術的智慧蜂場與智慧蜂箱系統，將物聯網技術應用到蜂箱環境采集控制及蜂蜜產量監測系統，從而實現蜂群的智慧養殖，降低蜂農的勞動強度，提高企業的管理水平。

提高養蜂的智能化水平，集成物聯網、移動互聯網及大數據挖掘技術構建智能蜂場，可以為蜂農提供氣象預報，以便蜂農確定繁殖蜂時間，提早規劃場地；利用智能蜂箱監控好蜂群生產環境，從而可減少氣候因素的影響。同時智能蜂場應用于蜂群養殖、蜂產品生產、蜂產品物流以及蜂業電子商務等眾多領域，將最大幅度降低蜂業養殖勞動強度，提升蜂產品原料質量，從而提高蜂蜜的單位產量、質量和產值，完成蜂業由傳統化向信息化的轉型。

借鑒發達國家的經驗，我國養蜂業必將實行智能化養蜂，加快蜜蜂機具的機械化與現代化，使快速繁蜂、強群安全轉場、搖蜜等問題都以機械操作解決，全面促進養蜂業向機械化方向發展。隨著蜂業生產模式的轉變，科學性的提升，有利于蜂農投入更少人力為蜜蜂營造更適宜的環境，掌握更適宜的搖蜜時機。智能蜂場中的智能蜂箱技術和數字化管理平臺的使用不僅可以節約成本，還可以使增加蜂蜜產量，同時也有利于蜂蜜質量的提升，市場應用前景十分廣闊。