數字化智慧蜂場的研究與開發

趙海紅 李昂 王紅堯 銀帥, 佟偉男 于慧 龔勛│文

1 遼寧葫蘆島市工業和信息化發展中心，125060；2 遼寧葫蘆島市龍港區政務服務中心，125000；3 沈陽農業大學經濟管理學院，110866；4 遼寧關東白蜜生物科技有限公司，125060；5 沈陽理工大學材料科學與工程學院，110159；6 遼寧葫蘆島市龍港區人民政府，125000

目前，我國養蜂業落后于農業其他產業，蜜蜂養殖主要以個人、家庭為單位，憑經驗人工操作為主，設備落后陳舊，受氣候影響較大，蜂農經濟收入不穩定，工作量大，藥殘超標，蜂蜜產量和質量得不到保證，這些因素限制了現代養蜂業的高質量發展。因此，開發數字化智慧蜂場，提升蜂產業規模化發展水平，是養蜂業急需解決的首要問題。

一、數字化蜂箱的設計及功能

數字化蜂箱是智慧蜂業的核心技術，是根據我國養蜂實際情況開發的，具有計算處理能力、感知功能、思維與判斷功能以及執行功能的智能蜂箱。數字化蜂箱1.0版結構設計及功能介紹：

1.材料設計

蜂箱體是防老化的食品級材料一體成型，耐候性超強，可放置在-30℃～70℃環境中，使用壽命長達30年；箱體內用高隔熱性材料填充，具有很好的保溫隔熱作用。

2.溫濕度報警

蜂箱內有溫度傳感器和濕度傳感器，溫濕度是對蜜蜂生命活動影響最大的環境因素。溫濕度傳感器能采集蜂箱內溫度和濕度數據，最佳溫度是34℃，當溫濕度超出一定范圍，報警裝置發出警報。傳統蜂箱沒有控制和調節功能，溫度高，蜂群易發生分蜂熱；溫度低，影響工蜂的出勤率和幼蜂發育，數字化蜂箱不會發生分蜂。

3.GPS定位

GPS定位模塊，能接收GPS信息，準確定位蜂箱位置。

4.巢門可調節

旋轉式巢門設計，可以調節四種方式出入。大流蜜期，蜂群大量進蜜，巢門調到最大，方便蜜蜂出入，提高采蜜效率；蜂群有飛逃現象時，調整巢門大小，阻止蜂王爬出蜂箱；發生盜蜂時，巢門全部關閉；通風使用。

二、數字化蜂箱2.0版

在1.0版數字化蜂箱原有設計基礎上，新升級的2.0版數字化蜂箱不僅結構上有所改進，而且數字化部分增加4個功能（見表1）。

表1 數字化蜂箱功能介紹

1.蜂箱結構

（1）依據國標中蜂箱尺寸和傳統郎式蜂箱尺寸，2.0版數字化蜂箱有兩種蜂箱設計中蜂箱和意蜂箱，分別適合中華蜜蜂與西方蜜蜂。

（2）蜂箱水平控制設計和蜂箱支架（選配）是升級后新增的結構。

（3）數字化蜂箱2.0版沒有隔王板（見圖1）。

圖1 數字化蜂箱1.0和2.0的功能比較

2.數字化功能模塊

數字化蜂箱2.0功能模塊主要包括：蜂箱重量監測、防盜報警、蜜蜂出入數量統計、蜂箱氣象五參數監測等（見圖2）。

圖2 數字化蜂箱2.0的功能模塊和相關信息化管理系統

（1）蜂箱重量監測：蜂箱的重量傳感器能感應巢脾重量的變化，當蜜脾達到一定重量時，傳感器做出提示，精確度達到0.1g，蜂農不開箱就能掌握蜜脾的儲蜜情況。

（2）蜂箱防盜報警：當蜂箱被移動和箱蓋被打開時，防盜系統會做出判斷并發出警報，提示蜂農及時查看蜂箱，避免損失。

（3）蜜蜂出入數量統計：巢門區遠紅外光電傳感器的設計，能使蜂箱識別蜂群出入蜂箱的次數，統計進出巢蜜蜂的數量。

（4）蜂箱氣象五參數監測：二代蜂箱能監測溫度、濕度、氣壓、風向和風速氣象參數，為蜂場提供氣象服務。

三、數字化智慧蜂場的研究與開發

數字化智慧蜂場以數字化蜂箱為最小個體，利用物聯網、北斗定位、移動網絡通信等信息感知技術，并結合大數據、區塊鏈、人工智能及云計算等信息處理技術管理蜂場及產業鏈，在蜂群養殖和蜂產品加工銷售、蜂產品質量安全、蜂產品物流以及蜂業電子商務環節建立跟蹤體系，促進蜂產業數字化、智能化發展。

數字化智慧蜂場管理系統由多蜂箱控制平臺和蜂箱管理Web網站構成，管理系統包括數字化監控系統、數字化飼養管理系統、數字化監測系統、溯源管理系統。

1.數字化監控系統

多箱體控制平臺通過無線串口定時逐個訪問蜂場內所有蜂箱，獲取數字化蜂箱內的溫度、濕度和蜂箱重量等參數，控制平臺將蜂場內所有蜂箱參數綜合處理后,通過IRCP協議和自主設計的數據包格式通過信息化無線傳輸網絡將數據同步到Web網站。GPS定位系統用于蜂箱位置信息的收集，當蜂箱被人為移動或者被移出到某一個范圍，GPS會報警提示。

2.數字化飼養管理系統

蜂農通過IRCP協議直接接入端，通過控制平臺在蜂場進行蜂群管理，借助蜂農APP可遠程實時查看、了解蜂群生活和蜂王健康狀態，獲得實時、準確的蜂場及蜂箱數據。蜂農隨時隨地記錄蜂群管理、蜂病防治和蜂具消毒、蜂產品的原料加工等信息，還可通過手機將信息上傳至網端。數字化飼養管理系統可在不驚擾蜜蜂正常生活環境條件下，實現蜂群智能化管理。

3.數字化監測系統

配置無線傳感技術和設備，設定數據上傳間隔，對蜂場的氣象進行快速采集，監測溫度、濕度、氣壓、風向和風速氣象參數，通過有線或無線通訊方式將數據上傳至云平臺，系統數據庫具備海量存儲功能，可以記錄所有歷史數據，能自動生成曲線及報表，便于進行趨勢分析。

4.溯源管理系統

溯源系統包括產品基本信息、溯源軌跡、質檢信息、基地信息四個版塊。單位蜂產品的包裝上都有不同的溯源碼，每個溯源碼就是該產品的“身份證”，通過二維碼識別技術可以追溯到具體的蜂場編號、產地、花源等信息，實現蜂產品從源頭生產、入庫檢測、加工記錄、成品出入等各個環節的全程監控，嚴格把關每一道工序的質量，并形成有據可依的產品流程報告，真正實現蜂產品追溯的信息化、快捷化、透明化，使得產品可控、可溯，避免摻雜使假和藥物殘留，確保消費者吃到的每一口蜂蜜都是天然原生態、無污染的，蜂產品質量有了源頭上的保障。

智慧蜂場是蜂業發展的高級階段，能夠實現信息采集和生產管理的有機結合，提高蜂業信息化水平，改變依靠人工肉眼觀察蜜蜂生活狀態來判斷蜂蜜產量變化和蜂群健康等情況，以最大幅度降低蜂業養殖勞動強度，節約蜂業養殖資源，提高蜂產品質量和收益，實現蜂業整體利益平衡發展。智能化管理、機械化生產，是養蜂業實現現代化生產的最終目標，研究和開發數字化智能蜂場對于推動蜂業轉型升級具有重要意義。