Автоматический мониторинг и управление состоянием семьи

На сегодняшний день в сельском хозяйстве достаточно широко применяют автоматизированные системы и комплексы, позволяющие значительно снизить себестоимость выпускаемой продукции и трудозатраты (птицефабрики, животноводческие фермы и т. д.). Однако в области пчеловодства автоматизированные решения имеют ограниченное распространение. Предлагаемая авторами концепция объединит регулирование параметров деятельности пчелиной семьи с диагностикой ее жизненного цикла и позволит в большей степени контролировать ее развитие, а следовательно, и влиять на продуктивность.

Жизнь пчелиной семьи на протяжении годового цикла протекает в улье. От состояния среды жилища напрямую зависят интенсивность развития и продуктивность. Можно выделить несколько параметров, которые явным образом определяют микроклимат улья. Это в первую очередь температура и влажность.

Влияние температуры особенно важно. Пчелиной семье необходимо регулировать температуру в улье в любое время года. Особенно актуальным периодом является февраль—май, с момента начала работы матки в гнезде и до момента, когда устанавливается стабильная теплая погода в средней полосе России. В это время наблюдается резкий перепад температур от –20 до 30°С, что требует от семьи больших энергетических затрат. При резком понижении температуры наружного воздуха объем клуба уменьшается, и пчелы, находящиеся на его поверхности, сжимаются в более плотный клубок. В этом случае поверхность теплоотдачи уменьшается, а влажность воздуха в клубе приближается к 40–50%. Летом пчелы могут регулировать уровень влажности в улье, усиленно вентилируя его или интенсивнее принося воду и сливая ее в ячейки сотов. В результате этого влажность воздуха летом в различных местах улья отличается незначительно [1].

Пчелы расходуют значительное количество энергии на обогрев жилища и на поддержание оптимальной влажности в улье. Для этого они используют мед. Автоматическое поддержание оптимальной температуры и влажности позволит значительно сократить потребление пчелами меда, а следовательно, способствует интенсивному наращиванию силы и продуктивности семей.

Звуки, издаваемые отдельными пчелами или семьями, имеют большое значение в их жизни. Звуковой фон семьи характеризует ее состояние: перегрев гнезда, повышенную сухость воздуха в улье, готовность к роению и др. Пчелы издают звуки в диапазоне интенсивности 40 дБ с частотой от 60 до 8– 12 тыс. Гц. Различным состояниям пчелиной семьи соответствуют различные звуки. Пчелы в спокойном состоянии издают тихий равномерный гул, а на постукивание по улью они отвечают усилением гула.

Нормальная частота звукового потока улья — шум, производимый тысячами пчел. Частота звука в процессе обеспечения ими оптимальных условий для развития и жизнеобеспечения составляет 180 Гц, а перед роением, когда в семье появляются молодые пчелы, повышается до 255 Гц. Для создания устройства контроля и диагностики были проведены замеры различных звуков пчел на пасеке и создана библиотека звуков.

В летний сезон 2010 г. на одной из индивидуальных пасек Куюргазинского района Республики Башкортостан были проведены экспериментальные записи звуков, издаваемые семьей в различные этапы ее жизнедеятельности: спокойное состояние, вентиляция, пение матки, выход роя, облет пчел и др. Записи снимали с помощью измерительного микрофона, подключенного через микрофонный усилитель к компьютеру.

На рисунке 1 представлена характеристика звука, снятого в улье во время пения матки. Обработка звука позволяет кластеризировать частоты, характерные для определенного состояния пчелиной семьи (рис. 2).

Мы разработали прототип электронного устройства, способного анализировать звуковой фон пчелиной семьи на протяжении всего сезона и диагностировать ее состояние в режиме реального времени. Прибор позволяет своевременно уведомить пчеловода о текущем состоянии семьи, таким образом, у хозяина пасеки появляется возможность выполнения необходимых корректирующих действий.

Основным элементом устройства контроля и диагностики является микроконтроллер фирмы Atmel. К нему подключены цифровые датчики температуры DS1620, влажности HIH4000 и электретный микрофон SG72.

Алгоритм обработки сигнала микроконтроллером состоит из трех этапов: фильтрация сигнала КИХ-фильтром (фильтр с конечной импульсной характеристикой), выполнение преобразования Фурье, использование обученной искусственной нейронной сети (многослойный перспетрон) для непосредственной диагностики.

После обнаружения ситуации, требующей вмешательства пчеловода, устройство дистанционного контроля оповещает об этом пчеловода, который принимает необходимые меры по устранению причины.

Прототип системы (рис. 3) апробирован в весенне-летний сезон 2011 г. Результатом его использования стало заметное наращивание массы пчел (при наличии кормовой базы и плодовитой матки) к главному медосбору по сравнению с контрольными ульями. Также удалось полностью предупредить роение пчел.

Устройство устанавливается внутри улья. В полевых условиях, когда нет необходимости в подогреве улья, питание прибора осуществляется от батареи CR-2032. В весенний период для подогрева используется напряжение 36 В, которое подается по проводам через вентиляционное отверстие и питает нагревательные элементы. Таким образом, устройство позволяет вести непрерывный мониторинг биологического состояния семьи и обеспечивать контроль и поддержание важных параметров для ее жизнедеятельности.

В.В.СЕМЕНОВ,
кандидат технических наук
valdis.semenov@gmail.com

А.Р.ГАНЕЕВ,
кандидат технических наук
ganeev.arthur@gmail.com

ЛИТЕРАТУРА:
1. Комлацкий В.И., Логинов С.В., Плотников С.А. Пчеловодство. — Ростов н/Д: Феникс, 2009.

«

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

»