数字化智慧蜂场的研究与开发

赵海红 李昂 王红尧 银帅, 佟伟男 于慧 龚勋│文

1 辽宁葫芦岛市工业和信息化发展中心，125060；2 辽宁葫芦岛市龙港区政务服务中心，125000；3 沈阳农业大学经济管理学院，110866；4 辽宁关东白蜜生物科技有限公司，125060；5 沈阳理工大学材料科学与工程学院，110159；6 辽宁葫芦岛市龙港区人民政府，125000

目前，我国养蜂业落后于农业其他产业，蜜蜂养殖主要以个人、家庭为单位，凭经验人工操作为主，设备落后陈旧，受气候影响较大，蜂农经济收入不稳定，工作量大，药残超标，蜂蜜产量和质量得不到保证，这些因素限制了现代养蜂业的高质量发展。因此，开发数字化智慧蜂场，提升蜂产业规模化发展水平，是养蜂业急需解决的首要问题。

一、数字化蜂箱的设计及功能

数字化蜂箱是智慧蜂业的核心技术，是根据我国养蜂实际情况开发的，具有计算处理能力、感知功能、思维与判断功能以及执行功能的智能蜂箱。数字化蜂箱1.0版结构设计及功能介绍：

1.材料设计

蜂箱体是防老化的食品级材料一体成型，耐候性超强，可放置在-30℃～70℃环境中，使用寿命长达30年；箱体内用高隔热性材料填充，具有很好的保温隔热作用。

2.温湿度报警

蜂箱内有温度传感器和湿度传感器，温湿度是对蜜蜂生命活动影响最大的环境因素。温湿度传感器能采集蜂箱内温度和湿度数据，最佳温度是34℃，当温湿度超出一定范围，报警装置发出警报。传统蜂箱没有控制和调节功能，温度高，蜂群易发生分蜂热；温度低，影响工蜂的出勤率和幼蜂发育，数字化蜂箱不会发生分蜂。

3.GPS定位

GPS定位模块，能接收GPS信息，准确定位蜂箱位置。

4.巢门可调节

旋转式巢门设计，可以调节四种方式出入。大流蜜期，蜂群大量进蜜，巢门调到最大，方便蜜蜂出入，提高采蜜效率；蜂群有飞逃现象时，调整巢门大小，阻止蜂王爬出蜂箱；发生盗蜂时，巢门全部关闭；通风使用。

二、数字化蜂箱2.0版

在1.0版数字化蜂箱原有设计基础上，新升级的2.0版数字化蜂箱不仅结构上有所改进，而且数字化部分增加4个功能（见表1）。

表1 数字化蜂箱功能介绍

1.蜂箱结构

（1）依据国标中蜂箱尺寸和传统郎式蜂箱尺寸，2.0版数字化蜂箱有两种蜂箱设计中蜂箱和意蜂箱，分别适合中华蜜蜂与西方蜜蜂。

（2）蜂箱水平控制设计和蜂箱支架（选配）是升级后新增的结构。

（3）数字化蜂箱2.0版没有隔王板（见图1）。

图1 数字化蜂箱1.0和2.0的功能比较

2.数字化功能模块

数字化蜂箱2.0功能模块主要包括：蜂箱重量监测、防盗报警、蜜蜂出入数量统计、蜂箱气象五参数监测等（见图2）。

图2 数字化蜂箱2.0的功能模块和相关信息化管理系统

（1）蜂箱重量监测：蜂箱的重量传感器能感应巢脾重量的变化，当蜜脾达到一定重量时，传感器做出提示，精确度达到0.1g，蜂农不开箱就能掌握蜜脾的储蜜情况。

（2）蜂箱防盗报警：当蜂箱被移动和箱盖被打开时，防盗系统会做出判断并发出警报，提示蜂农及时查看蜂箱，避免损失。

（3）蜜蜂出入数量统计：巢门区远红外光电传感器的设计，能使蜂箱识别蜂群出入蜂箱的次数，统计进出巢蜜蜂的数量。

（4）蜂箱气象五参数监测：二代蜂箱能监测温度、湿度、气压、风向和风速气象参数，为蜂场提供气象服务。

三、数字化智慧蜂场的研究与开发

数字化智慧蜂场以数字化蜂箱为最小个体，利用物联网、北斗定位、移动网络通信等信息感知技术，并结合大数据、区块链、人工智能及云计算等信息处理技术管理蜂场及产业链，在蜂群养殖和蜂产品加工销售、蜂产品质量安全、蜂产品物流以及蜂业电子商务环节建立跟踪体系，促进蜂产业数字化、智能化发展。

数字化智慧蜂场管理系统由多蜂箱控制平台和蜂箱管理Web网站构成，管理系统包括数字化监控系统、数字化饲养管理系统、数字化监测系统、溯源管理系统。

1.数字化监控系统

多箱体控制平台通过无线串口定时逐个访问蜂场内所有蜂箱，获取数字化蜂箱内的温度、湿度和蜂箱重量等参数，控制平台将蜂场内所有蜂箱参数综合处理后,通过IRCP协议和自主设计的数据包格式通过信息化无线传输网络将数据同步到Web网站。GPS定位系统用于蜂箱位置信息的收集，当蜂箱被人为移动或者被移出到某一个范围，GPS会报警提示。

2.数字化饲养管理系统

蜂农通过IRCP协议直接接入端，通过控制平台在蜂场进行蜂群管理，借助蜂农APP可远程实时查看、了解蜂群生活和蜂王健康状态，获得实时、准确的蜂场及蜂箱数据。蜂农随时随地记录蜂群管理、蜂病防治和蜂具消毒、蜂产品的原料加工等信息，还可通过手机将信息上传至网端。数字化饲养管理系统可在不惊扰蜜蜂正常生活环境条件下，实现蜂群智能化管理。

3.数字化监测系统

配置无线传感技术和设备，设定数据上传间隔，对蜂场的气象进行快速采集，监测温度、湿度、气压、风向和风速气象参数，通过有线或无线通讯方式将数据上传至云平台，系统数据库具备海量存储功能，可以记录所有历史数据，能自动生成曲线及报表，便于进行趋势分析。

4.溯源管理系统

溯源系统包括产品基本信息、溯源轨迹、质检信息、基地信息四个版块。单位蜂产品的包装上都有不同的溯源码，每个溯源码就是该产品的“身份证”，通过二维码识别技术可以追溯到具体的蜂场编号、产地、花源等信息，实现蜂产品从源头生产、入库检测、加工记录、成品出入等各个环节的全程监控，严格把关每一道工序的质量，并形成有据可依的产品流程报告，真正实现蜂产品追溯的信息化、快捷化、透明化，使得产品可控、可溯，避免掺杂使假和药物残留，确保消费者吃到的每一口蜂蜜都是天然原生态、无污染的，蜂产品质量有了源头上的保障。

智慧蜂场是蜂业发展的高级阶段，能够实现信息采集和生产管理的有机结合，提高蜂业信息化水平，改变依靠人工肉眼观察蜜蜂生活状态来判断蜂蜜产量变化和蜂群健康等情况，以最大幅度降低蜂业养殖劳动强度，节约蜂业养殖资源，提高蜂产品质量和收益，实现蜂业整体利益平衡发展。智能化管理、机械化生产，是养蜂业实现现代化生产的最终目标，研究和开发数字化智能蜂场对于推动蜂业转型升级具有重要意义。