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智慧蜂箱-以智慧聯網技術因應養蜂產業的挑戰

資料來源:國立虎尾科技大學飛機工程系/ 宋朝宗教授

前言

養蜂產業目前正面臨嚴峻挑戰,環境汙染、棲地破壞、氣候變遷等導致全球蜜蜂數量持續驟減,依照我國行政院農委會農業統計年報的資料顯示,2018年蜂產品(蜂蜜、蜂皇漿)產值達新臺幣40億元,且養蜂戶數年年增加。然而在養蜂戶數持續增加的情況下,2020年蜂產品(蜂蜜、蜂皇漿)產值卻僅有新臺幣16億元,此跡象顯現出我國養蜂產業亦受這些嚴峻挑戰影響。

研究背景

近來國外研發了各種高科技的養蜂產品,可以即時遠端監控蜂箱、達成病蟲害預警等,反觀我國雖擁有領先世界資訊通訊技術,卻仍在使用傳統的方式進行蜂箱養育以及管理,這些傳統蜂箱使得養蜂人無法在不打開來觀察的前提下,顯示出蜂箱內的蜂蜜產量信息和蜜蜂的繁殖情況,使得人們為了獲取這些信息,需要經常打開蜂箱觀察,不僅增加了蜂農的工作量、工時,同時也會對蜂群的生活作息造成嚴重干擾。本研究以獲取溫、濕度、重量及GPS定位等數據為主軸,將傳統蜂箱整合微電腦晶片、感測元件與無線傳輸技術,完成智慧蜂箱系統,並結合行動通訊與雲端技術,利用智慧蜂箱系統蒐集之資料建置蜜蜂生態資訊監測系統,並將此系統實際設置於蜂場內,協助蜂農建立具即時監控系統、網路化及履歷溯源雲端化的蜂產品管理系統,智慧蜂箱系統與蜜蜂生態資訊監測系統網站如圖1所示。

圖 1、智慧蜂箱系統與蜜蜂生態資訊監測系統網站圖 1、智慧蜂箱系統與蜜蜂生態資訊監測系統網站

智慧蜂箱設計

此智慧蜂箱有四大面向的功能,溫、溼度感測用以掌握蜂群情況及確保蜂蜜品質;蜂箱定位用以防竊盜,且能讓蜂農方便找尋野放蜂箱的位置,同時紀錄每年每季蜂箱置放的準確位置,分析該位置的自然涵蓋率、採蜜紀錄、蜂群健康狀況等;重量感測可以掌握採蜜進度、紀錄每日養蜂的數據,減少蜂農干擾蜂箱的次數,降低因頻繁翻箱導致蜜蜂病蟲害傳播、發病和產蜜壓力,並降低蜂農的職業危險;無線感測網路,運用無線與物聯網技術,可即時收集蜂箱和蜂群的狀態,並且克服戶外施放收集資料的困難性,完成集體遠端蜂箱監測的功能。在系統零組件及感測元件的選擇上,本團隊以完成系統要求之最佳經濟效益的選擇,降低成本以提升蜂農裝設系統的意願。

蜂箱系統的濕度感測範圍為0~100%,用以判斷蜂箱內積水與否,或是放置地點過於乾燥;溫度感測範圍為攝氏-10~80度,可測量蜂箱放置位置的氣溫,蜂農能視需求將蜂箱放置於更適當位置;重量最大量測範圍為80kg,符合台灣的蜂農選用蜂箱的習慣。由於蜂箱置於戶外環境,智慧蜂箱系統皆有做防塵防水保護,智慧蜂箱的系統規格如圖2所示。

圖 2、智慧蜂箱系統規格圖 2、智慧蜂箱系統規格

智慧蜂箱與蜜蜂生態網路監測資訊系統架構
智慧蜂箱與蜜蜂生態網路監測資訊系統架構如圖3所示,圖3左側為完整系統架構,右側為完整架構圖之簡化架構圖。

圖 3、智慧蜂箱與蜜蜂生態網路監測資訊系統架構圖 3、智慧蜂箱與蜜蜂生態網路監測資訊系統架構

下文以圖3左側之完整架構圖對照右側簡化架構圖說明:綠色虛線框起的部分為「無線感測網路(Wireless Sensor Network)」,其對照為「智慧蜂箱」,該感測網路將蒐集蜂箱之溫度、濕度、重量等重要參數,以無線傳輸的方式透過ZigBee及WiFi將資料傳送至「系統監控中心(System Monitoring Center)」,再由系統監控中心把智慧蜂箱蒐集到的資料儲存至「系統資料庫(System Database)」,同時亦透過網際網路將資料傳送至「雲端資料庫」,作為產銷履歷製作用途,並也提供資料予「大數據分析系統」作為病蟲害預測用途。在此將上述「系統監控中心」、「系統資料庫」、「雲端資料庫」及「大數據分析系統」對照為右側簡化架構圖中的「資料庫」。紫色虛線框起的部分為「遠端人機介面(HMI)」,其為蜂箱資訊的顯示軟體,對照為「監控介面」。「監控介面」透過網際網路訪問「資料庫」獲取智慧蜂箱蒐集的資訊,並將其顯示在使用者設備的介面上(如手機、平板、電腦等具連網功能之設備)。智慧蜂箱蒐集之資訊內容及遠端監控介面顯示內容如圖4所示。

圖 4、智慧蜂箱資訊內容及遠端監控介面顯示內容圖 4、智慧蜂箱資訊內容及遠端監控介面顯示內容

每個智慧蜂箱都會有獨立的MAC識別碼,就像是蜂箱的身分證,而每個蜂箱的溫溼度、重量,還有位置就像是個人的戶籍謄本,這些資料皆會妥善儲存於資料庫,並讓遠端監控介面顯示給使用者,或做為後續產銷履歷製作、病蟲害預測之資料來源。

而監控介面會顯示每個蜂箱的溫度,濕度,重量,也可以查詢歷史紀錄,以及系統警示部分,當溫度太低、濕度過高等狀況皆會發出提醒。

圖 5、完整系統功能示意圖圖 5、完整系統功能示意圖

結論與未來研究方向

本研究現階段已完成智慧蜂箱、資料庫與監控介面之建置,期盼智慧蜂箱具備之即時環境監測功能能改善蜜蜂的居住環境,且未來若加入環境控制功能如溫溼度調節等,能讓蜜蜂有個溫暖舒適的家,提升蜂蜜的品質與產量。而監控介面能減輕蜂農的工作負擔,降低蜂農的工時以及提升管理的方便性。而存放於資料庫的資訊,可用作產銷履歷,且亦能運用大數據進行病蟲害的預測,能更有效的控管養育的風險。

▲研發團隊:國立虎尾科技大學飛機工程系生物科技系

聯絡人:宋朝宗 教授

電話:(05) 631-5547

E-mail:ccsong@nfu.edu.tw

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