智能蜂场研究进展

吕纯阳 刘进祖 吴忠高 王星 刘升平 │文

1 中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081； 2 北京市蚕业蜂业管理站，北京 100029

中国是世界养蜂大国，蜂群数量、蜂产品产量和出口量均居世界前列，目前中国蜂蜜产量40多万吨，占世界蜂蜜总产量的四分之一以上[1]。而我国的蜂业发展存在严重的不足之处，如大多数蜂产品生产是以传统的、分散的家庭生产模式，从业人员大多是为老年人且文化程度不高，出现了追求产量，不等蜂蜜成熟就摇蜜、药物残留、掺假等现象，对蜂产品产量造成了直接影响[2]。

智慧农业是继智慧地球的概念提出后出现的，一种观点认为，智慧农业是利用新一代IT技术、智能技术和网络技术等应用于农业，以降低农业成本、提高收入、提高资源利用率，保护环境；另一种观点认为，智慧农业是高级农业发展模式的衍生品，是集成多种先进技术的高级农业生产模式[3]。智能蜂场就是利用物联网技术、移动互联网技术、人工智能技术和现代互联网技术在蜂群养殖、蜂产品加工、蜂产品质量安全等蜂业领域的综合应用，从而节约蜂业养殖资源、提高蜂产品质量和收益的一种现代化养蜂趋势。

一、现代蜂场发展的现状

近年来，信息技术的快速发展和社会经济结构发生了巨大的变化，蜂产业也不例外，产业发展方式转变的趋势十分明显，就生产模式来说，呈现出设备智能化、管理数字化的转变趋势。智能化蜂业生产在全世界受到广泛关注，一些西方发达国家陆续推进了养蜂机械化进程，我国的养蜂业作为一个出口外向型行业，积极适应这样的变化是当前我国蜂产业发展的一大趋势[4]。

中国传统的蜂产品生产主体以个人及家庭为主，养蜂规模较小，生产分散，受自然和市场影响均较大，这种分散生产方式在很大程度上制约了养蜂业的专业化、标准化和现代化[5]。由于零星分散的养殖户达不到规模化生产要求，许多标准化技术难以大规模实施，养蜂者常年在外风餐露宿，缺乏安全性与稳定性，加之养蜂成本连年上涨，突发性事故高发、保护政策缺乏，由此又会带来许多质量安全问题[6]。

目前，我国养蜂落后于农业其他产业，机械化程度较低，设施设备落后陈旧，蜂农对蜂场的管理依然比较粗旷，基本以手工操作为主，比如多采取手动开箱检测或者架设埋设测量线路的方式来测量蜂箱内的温度和湿度状况；并且通过不定期的、频繁的开箱观察的方式来判断蜂蜜产量变化和蜂群蜂王健康等情况。这些传统的人工检测方式实施起来非常的不方便，劳动强度大、效率低下以及可操作性弱而且背离蜂群生产生活习性，对蜜蜂活动稳定性影响较大，同时难以获得实时、准确的蜂场及蜂箱数据。由此造成经营规模小、产品质量安全问题多，并且传统蜂场分布的现状下受交通制约影响，一些偏远地区的蜜源难以得到充分利用。因此，推行智能化设备、数字化管理来消除与蜜蜂直接接触带来的安全风险，提升蜂产业规模化发展水平，是我国的蜂产品出口企业必须攻克的技术难关。

二、智能蜂场研究进展

1.智能蜂场国际研究现状

随着信息技术的发展，各国特别是在发达国家，国外研究人员也已经开始掀起了一场将最新的信息科技应用到养蜂业领域中的热潮。目前，美国蜂业全产业链已趋向机械化，生产有专门放置蜂箱的机械平台，蜂箱、蜜桶的装卸有装卸车，摇蜜由机械化的摇蜜机统一进行，外出放蜂由专门的运蜂车代替人工进行转地饲养。除了智能生产，近年来，在蜂场智能管理方面，Mahaman 团队成功搭建了蜜蜂虫害诊断专家系统[7]；Mc Clure 团队共同完成的蜜蜂病虫害和寄生虫诊断与管理专家系统 BEE AWARE 能够为广大蜂农提供及时的最全最新的行业信息，这些信息涉及到各种学问、诊断和病虫害与寄生虫的控制与管理[8]；Filis 团队则将关系型数据库的方法与地理信息系统及专家系统相集成，形成集成地理专家数据库系统(GEDAS)，并将其在养蜂业中进行实际应用[9]。澳大利亚政府对养蜂业整体进行现代化作业管理，在蜂场配置摄像头、传感器和网络等，将每个蜂场的基本信息都进行记录，并建立了蜜蜂虫害诊断专家系统和蜂产品全程质量追溯平台[10]，这些尝试都大大提高了蜂产品生产和质量追溯效率[11]。

2.智能蜂场国内研究现状

我国蜂场智能化管理方面研究相对落后，技术运用还不成熟，尤其是在现代养蜂智能化、信息化方面还处于起步探索阶段，其中智能蜂场研究方面主要集中在对蜂箱内部温度、湿度等环境因素的检测和控制上。通过智能蜂箱实现智能蜂场的管理，它与朗氏发明的主要精华技术相反，就是在不打开蜂箱盖、不惊动蜜蜂、不能直观蜂群活动的前提下，运用现代科技对蜂群状态进行精准、适时地了解掌握并施加智能处置。也就是在确保不打扰蜜蜂正常生活的基础上，运用当代先进的仪器设备及技术对其进行监控并能够完成智能处理，达到人和蜜蜂少接触、不接触。

我国蜂业领域有关智能养蜂技术的井喷式出现在2014年，一大批与智能蜂场身材管理相关的专利、发明及论文涌现出来。这些专利、发明、论文大多围绕蜂群的温度、湿度、蜂群的量等几个方面进行研究，实施监测、管理和人工智能化调控，有些还加进了HTTP协议和web网站等应用。江勇萍[12]等定义智能蜂箱为能够运用现代先进的探测技术获取蜂群的相关数据，并对数据进行科学处理后再反作用于蜂群，以期完成人对蜂群的科学管理的蜂箱。2014年，程巍等研发“蜜蜂之家”智能蜂箱管理系统[13]，将大量蜂箱互联统一管理，可以减少人力投入，降低劳动强度，大幅度减少开箱次数，减少蜂箱内环境的人为干扰，增加了蜂业生产的科学性，对蜂业生产有实际的指导意义。2013年，中北大学的吕俊峰[14]在蜂箱内多点温度检测系统研究当中，提出了一种针对蜂箱内部温度的测量方法。2015年，李想、江朝晖[15]等基于微传感器阵列的蜂巢温度监测与分析系统中，利用微型温湿度传感器构建蜂巢内部传感器阵列，采集多点温湿度数据，并实现采集数据的无线传输。

三、结论

面对智慧农业和蜂业信息化的发展趋势，借助现代化的技术手段帮助蜂农科学养蜂，提高蜂农的工作效率，减轻养蜂过程中的劳动强度，并且为蜜蜂提供舒适的繁殖和采蜜环境，这些都是亟需研究的方向，针对目前蜜蜂养殖过程中存在的这些问题与需求，智能蜂场研究通过设计一种基于物联网技术的智慧蜂场与智慧蜂箱系统，将物联网技术应用到蜂箱环境采集控制及蜂蜜产量监测系统，从而实现蜂群的智慧养殖，降低蜂农的劳动强度，提高企业的管理水平。

提高养蜂的智能化水平，集成物联网、移动互联网及大数据挖掘技术构建智能蜂场，可以为蜂农提供气象预报，以便蜂农确定繁殖蜂时间，提早规划场地；利用智能蜂箱监控好蜂群生产环境，从而可减少气候因素的影响。同时智能蜂场应用于蜂群养殖、蜂产品生产、蜂产品物流以及蜂业电子商务等众多领域，将最大幅度降低蜂业养殖劳动强度，提升蜂产品原料质量，从而提高蜂蜜的单位产量、质量和产值，完成蜂业由传统化向信息化的转型。

借鉴发达国家的经验，我国养蜂业必将实行智能化养蜂，加快蜜蜂机具的机械化与现代化，使快速繁蜂、强群安全转场、摇蜜等问题都以机械操作解决，全面促进养蜂业向机械化方向发展。随着蜂业生产模式的转变，科学性的提升，有利于蜂农投入更少人力为蜜蜂营造更适宜的环境，掌握更适宜的摇蜜时机。智能蜂场中的智能蜂箱技术和数字化管理平台的使用不仅可以节约成本，还可以使增加蜂蜜产量，同时也有利于蜂蜜质量的提升，市场应用前景十分广阔。