導(dǎo)語：蜜蜂行為與人工智能探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文提供了一種人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng),從養(yǎng)蜂業(yè)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化及蜂農(nóng)的勞動強度著手,引入數(shù)字化管理,設(shè)計集北斗科技、大數(shù)據(jù)、5G通信、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)于一體的蜂箱,來幫助中國養(yǎng)蜂行業(yè)實現(xiàn)科學(xué)養(yǎng)蜂、蜂產(chǎn)品溯源、提高養(yǎng)蜂效率。本文基于蜜蜂行為的人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)已經(jīng)在浙江省大下姜莫島蜂業(yè)進行了連續(xù)養(yǎng)蜂探索,吸收養(yǎng)蜂業(yè)和人工智能的研究成果,并著力人工智能與蜜蜂行為的融合研究,總結(jié)幾年莫島蜂業(yè)在蜜蜂行為的人工智能方面所做的思考、實踐和應(yīng)用,以期人工智能養(yǎng)蜂提供借鑒。

關(guān)鍵詞:蜜蜂行為;人工智能;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

通過觀察和利用自然界中蜜蜂總能以極高的效率找到優(yōu)質(zhì)蜜源,由此而產(chǎn)生了人工蜂群算法[1],可見蜜蜂行為與人工智能研究早已結(jié)合在一起。相比于發(fā)達國家的養(yǎng)蜂產(chǎn)業(yè),中國養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模小效率低,蜂農(nóng)勞動強度大,加之摻假蜜和加工蜜擠占市場,使優(yōu)質(zhì)蜂蜜受到?jīng)_擊,影響到養(yǎng)蜂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。福建農(nóng)林大學(xué)和阿里巴巴集團最先探索人工智能技術(shù),并將其應(yīng)用于養(yǎng)蜂業(yè),試圖從理念上改變中國養(yǎng)蜂業(yè)重復(fù)、低效的勞動。中國養(yǎng)蜂行業(yè)暫無獲取數(shù)據(jù)的有效手段,且缺乏優(yōu)質(zhì)蜂蜜的篩選、認(rèn)證和分級體系,因此莫島蜂業(yè)從養(yǎng)蜂業(yè)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化及蜂農(nóng)的勞動強度著手,引入數(shù)字化管理,設(shè)計集北斗科技、大數(shù)據(jù)、5G通信、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)于一體的蜂箱[2],實現(xiàn)溫度、濕度、空氣質(zhì)量的調(diào)控,以及對天敵威脅的預(yù)警、蜜蜂生長狀態(tài)監(jiān)控、出勤情況監(jiān)測、重量實時監(jiān)控和蜂蜜可追溯等的功能。智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)能有效監(jiān)督蜂農(nóng)生產(chǎn)行為,建立蜂農(nóng)誠信生產(chǎn)檔案,預(yù)估蜂農(nóng)的年產(chǎn)量,有助于蜂農(nóng)準(zhǔn)確了解蜂箱內(nèi)的狀態(tài),及時給出對策,以減少蜂群的損失。系統(tǒng)主要包括軟件和硬件兩方面。其中,軟件包括溯源系統(tǒng)、蜂群狀況查看系統(tǒng)、時事通知手機軟件、農(nóng)場羅盤等,硬件包括溫濕度傳感器、蜂門進出紅外計數(shù)儀、精準(zhǔn)稱重組件、蜂門聲音檢測儀、GPS和北斗定位、通信設(shè)備、蓄電池、太陽能充電板等。其優(yōu)點是安裝簡易,經(jīng)久耐用,可作為蜂箱底座,不改變蜂農(nóng)使用的習(xí)慣,適用于方形蜂箱,在材料和操作上對蜜蜂友好,適宜山區(qū)或偏遠地區(qū)的低信號以及高溫高濕的環(huán)境。備選硬件有二氧化碳、有機揮發(fā)氣體等氣體檢測功能,可根據(jù)客戶需求進行更改組裝?，F(xiàn)對浙江省淳安縣下姜村探索人工智能養(yǎng)蜂情況加以總結(jié)。

1溫濕度數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)

人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測涉及若干程序。首先,感知所處環(huán)境的溫濕度,給出判斷;若感測到溫濕度有異常,則判斷這個狀態(tài)時間持續(xù)是否超過預(yù)設(shè)時間,如果出現(xiàn)異常,超過預(yù)設(shè)時間,則向主控機輸出異常信號,隨后判斷異常處理是否完成,完成后報警將被取消。利用控制器與主控電腦可實現(xiàn)蜂箱溫濕度遠程控制,從而實現(xiàn)更有效及時的環(huán)境溫濕度管理。數(shù)據(jù)通信是要實現(xiàn)串口異常檢測及串口初始化。數(shù)據(jù)發(fā)送是與單片機發(fā)送信號進行通信握手,使整個數(shù)據(jù)傳輸過程同步。數(shù)據(jù)接收是對從單片機傳送到輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行讀取,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與計算就是對采集到的原始數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、補償,并利用公式計算所需。數(shù)據(jù)檢測是對數(shù)據(jù)進行檢驗,判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確和完整,并進行處理。數(shù)據(jù)存儲、分析是要把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來,建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,并進行查詢、統(tǒng)計[3]。近端與遠端通信過程中,采用串行RS-232C,RS485標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)PC機與單片機間的數(shù)據(jù)傳輸[4]。蜜蜂社會以蜂王繁殖為中心,蜂箱最適溫度為25~30℃,最適濕度為75%~80%[5]。由于蜂巢是較封閉的空間,夏天氣溫高時,輻射溫度很容易達到40℃以上,溫度過高很有可能導(dǎo)致蜜蜂逃亡或者發(fā)生蜂病;冬天氣溫驟降,山區(qū)氣溫常在0℃以下,可能導(dǎo)致蜜蜂無法安全越冬。在傳統(tǒng)蜂箱模式下,溫度的控制一般是憑借養(yǎng)蜂人經(jīng)驗,或者人工測定養(yǎng)蜂現(xiàn)場的溫度,從而確定輔助降溫措施,若不能及時發(fā)現(xiàn)和解決異常情況,可能會造成較大損失。下姜村莫島蜂業(yè)的蜂農(nóng)在采用智能蜂箱后,利用內(nèi)置的溫濕度傳感器,實時采集蜂箱內(nèi)部的溫濕度,并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)時事傳輸至統(tǒng)一管理平臺和養(yǎng)蜂人手機程序(APP),實現(xiàn)對蜂箱溫濕度的實時監(jiān)控,同時系統(tǒng)根據(jù)季節(jié)的變換,設(shè)置不同的報警溫濕度。當(dāng)溫濕度與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍有差異時,會以手機APP推送信息,并以手機短信的形式進行警示[5]。

2蜜蜂分蜂預(yù)警技術(shù)

蜜蜂分蜂時,蜂王會帶領(lǐng)一半以上的工蜂和一些雄蜂從原先的蜂巢中飛走,在樹叢或別的地方形成新的分蜂群。對于分蜂群,追回捕獲是件麻煩事,經(jīng)常會面臨危險,即使付出代價也無法保證都能收回。利用人工智能系統(tǒng)將蜜蜂作為研究對象,能預(yù)測蜜蜂分蜂行為,及時進行處理來防止蜂王從蜂群中飛出的方法[6]。在蜂箱內(nèi)放入麥克風(fēng)探頭和溫濕度探頭,可以利用聲波標(biāo)簽的聲學(xué)原理來預(yù)測蜜蜂的行為。在分蜂活動出現(xiàn)的初期階段,聲波頻率大概為110Hz,當(dāng)聲波達到300Hz時,分蜂現(xiàn)象就會出現(xiàn),當(dāng)蜂群進入快速分蜂期時,群內(nèi)的聲波范圍為150~500Hz[7]。根據(jù)文獻統(tǒng)計,蜂群在分蜂初期,蜂巢中心溫度為33℃,當(dāng)溫度急升至35℃時會產(chǎn)生分蜂現(xiàn)象,蜜蜂高度活躍,翅膀的扇風(fēng)會增強蜂巢內(nèi)的空氣流通,使蜂巢溫度降至32℃以下,這個溫度表示分蜂活動的結(jié)束。在蜜蜂分群后,蜂箱內(nèi)的溫度又會上升。利用蜂箱內(nèi)的聲波特性、溫度變化可作為預(yù)測蜜蜂分群的重要指標(biāo)[6]。

3蜂箱稱重數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)

蜂蜜群體及蜂蜜總體重量的實時監(jiān)控技術(shù)是通過巢框下方沿蜂箱邊框安裝的壓力感知裝置,金屬結(jié)構(gòu)承重條,將重量信息傳遞至位于蜂箱四角的傳感器。在傳統(tǒng)養(yǎng)蜂下,蜂農(nóng)需經(jīng)常打開蜂箱來檢查蜂群情況,而智能蜂箱壓力感知裝置能通過蜂箱數(shù)據(jù)采集DTU(datatransferunit),將重量數(shù)據(jù)上傳到管理平臺,做到實時監(jiān)測蜂蜜的生產(chǎn)進程[5]。蜂農(nóng)可對數(shù)據(jù)進行監(jiān)視,人工智能系統(tǒng)會通過數(shù)據(jù)學(xué)習(xí),預(yù)測每個蜂箱的最佳開箱采蜜或者添加空巢框的時間,減少對蜜蜂活動的干擾,保持箱內(nèi)的正常溫度及蜂群的正?；顒覽5]。

4蜂群綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)

人工智能養(yǎng)蜂監(jiān)測系統(tǒng)引入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念,生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般指生物的大腦神經(jīng)元,由細胞、觸點等組成的網(wǎng)絡(luò),用于產(chǎn)生生物的意識,幫助生物進行思考和行動。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿動物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的行為特征,進行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型。這種網(wǎng)絡(luò)依靠系統(tǒng)的復(fù)雜程度,通過調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點之間相互連接的關(guān)系,從而達到處理信息的目的,并具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力[8]。生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是產(chǎn)生生物意識、幫助生物體思考和行動的必備產(chǎn)品。圖1為中蜂養(yǎng)殖綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)方法,通過模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)形成智能蜂窩神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),并將兩者結(jié)合起來,通過影響蜜蜂的生物習(xí)性,提高蜜蜂的工作效率,同時提高蜂蜜產(chǎn)量。本研究在分析蜂群行為與檢測特征的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蜂群多特征長期監(jiān)測系統(tǒng),采用無線局域網(wǎng)(Wi-Fi)作為一個蜂場的內(nèi)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信,可實現(xiàn)視距100m的信號覆蓋。如果以1m的間隔部署蜂箱,理論上可實現(xiàn)上萬箱的信號覆蓋,能夠滿足實際部署的需求?；谏鲜隹紤],研究構(gòu)建了蜂群監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu),每個智能蜂箱上布置一套用于采集蜂群信息的檢測裝置,并通過Wi-Fi上傳至路由器,再經(jīng)過移動網(wǎng)絡(luò)上傳至云服務(wù)器中進行存儲和分析,用戶則可通過訪問云服務(wù)器了解蜂群狀態(tài),進行蜂群管理。該系統(tǒng)采用太陽能供電,融合多種傳感器,能夠檢測蜂群的多個特征(蜂箱內(nèi)部的溫度、濕度、蜂群重量、聲音和蜜蜂的進出量),并利用無線數(shù)據(jù)同步傳輸技術(shù),將這些數(shù)據(jù)上傳到遠程云服務(wù)器中[9]。通過智能蜂箱執(zhí)行算法,由偵查蜂出發(fā)尋找更遠處的優(yōu)質(zhì)食物源,提高被誘回巢的蜜蜂數(shù)量,利用蜜蜂種群的固有屬性,提高偵查蜂的活力,形成新的生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在不斷的算法執(zhí)行中,準(zhǔn)確性逐步提高,功能更完善,工作效率提升,蜂蜜產(chǎn)量增加。

5人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)的溯源體系

人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)了蜂產(chǎn)品溯源體系。如圖2所示,通過劃分商家-縣-鄉(xiāng)鎮(zhèn)-蜂農(nóng)的地塊,具體行為追溯至每個蜂箱和蜂農(nóng)的地塊。溯源系統(tǒng)包括以下三個模塊:蜂群狀況查看模塊(蜂群進出、蜂群環(huán)境、蜂箱重量等一鍵可知)、一鍵通知模塊(通知可直接通過釘釘APP送達蜂農(nóng)、商家,做到即時提醒)、農(nóng)場羅盤模塊(一屏顯示品控進度,產(chǎn)蜜數(shù)量,違規(guī)生產(chǎn)行為數(shù)量,蜂農(nóng)成熟蜜采收行為的信息)。原產(chǎn)地身份證利用IoT+區(qū)塊鏈+溯源模式,利用阿里云物聯(lián)網(wǎng)獲取對農(nóng)事生產(chǎn)全鏈路關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù),通過現(xiàn)場布設(shè)的傳感器、攝像頭、專用PDA等設(shè)備進行自動采集,將農(nóng)產(chǎn)品從田間到餐桌的全鏈路信息傳到區(qū)塊鏈中,創(chuàng)建唯一的“原產(chǎn)地身份證”,實現(xiàn)來源可查、去向可追、責(zé)任可究。在區(qū)塊鏈溯源系統(tǒng),由于蜂產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈長,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范,自身生產(chǎn)工藝復(fù)雜,蜂產(chǎn)品質(zhì)量難以保證[10]。蜂蜜進行生產(chǎn)技術(shù)工藝設(shè)計流程的復(fù)雜性和質(zhì)量追溯管理體系可用性的限制,不可能將生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的信息系統(tǒng)作為追溯信息來構(gòu)建質(zhì)量追溯鏈。人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)盡可能精確地記錄影響蜂產(chǎn)品質(zhì)量的要素,找到影響蜜蜂質(zhì)量的重要質(zhì)量控制點,以確定可追溯性信息。主要由以下兩部分構(gòu)成:

5.1追溯條碼

采用EAN/UCC-128條碼技術(shù),對蜂產(chǎn)品編碼系統(tǒng)的主要編碼,如飼養(yǎng)人、季節(jié)、蜜源、加工節(jié)點、批次、可追溯編碼、商品碼等進行界定[10]。隨著原料蜜→收割濃縮→加工包裝→物流→銷售等將各環(huán)節(jié)中的追溯點信息記錄到條碼標(biāo)簽上,通過技術(shù)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫,方便消費者和管理者的查詢。

5.2采用關(guān)鍵控制點

(HACCP)質(zhì)量管理系統(tǒng)實現(xiàn)條碼過程追溯,對重要質(zhì)量控制點進行規(guī)范化界定,采用HACCP管理理念,確立影響蜂蜜質(zhì)量的重要質(zhì)量采集點及關(guān)鍵控制點,建立蜂產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)[11]。引入養(yǎng)蜂日志和環(huán)境信息,對蜂產(chǎn)品原料進行詳細的管理和記錄,蜂產(chǎn)品的養(yǎng)蜂日志可在網(wǎng)站的養(yǎng)蜂日志查詢。關(guān)鍵控制點選擇蜜蜂飼養(yǎng)點的地理環(huán)境和天氣條件、養(yǎng)蜂路線、蜜源、蜂群管理、蜂病防治等,綜合形成每個蜂箱的數(shù)據(jù)[10]。

6小結(jié)

在中華蜜蜂定地飼養(yǎng)的條件下,人工智能養(yǎng)蜂系統(tǒng)取得較好的效果;硬件加軟件的模式,輔助互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和加工檢測,通過算法計算的成熟率較高,確保蜂蜜經(jīng)充分釀造,實現(xiàn)成熟采收。通過養(yǎng)蜂標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的積累,通過人工智能系統(tǒng)形成養(yǎng)蜂技術(shù)指導(dǎo),提高了養(yǎng)蜂效率,引導(dǎo)養(yǎng)蜂技術(shù)的升級。

作者：岳萬福 蘇君璽 李繡華 游衛(wèi)云 施心雨 單位：浙江農(nóng)林大學(xué)a動物科技學(xué)院動物醫(yī)學(xué)院 數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院