CN110290181A - 蜂场数据采集系统及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供蜂场数据采集系统及分析方法，通过温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元对蜂箱内部环境以及蜜蜂活性进行实时监测以及分析，判断蜂箱内蜂群状态，并通过建立云管理平台对蜂场监测数据进行处理，利用云计算技术提供远程监控、养殖数据分析等信息化服务，蜂农或科研工作者可以使用移动终端通过网络方便地访问云管理平台并使用相关服务，在蜂箱内蜜蜂出现分蜂热等异常情况时，可及时通知蜂农或科研人员进行查看。
Description
技术领域
本发明涉及蜜蜂养殖技术领域，尤其涉及蜂场数据采集系统及分析方法。
背景技术
人类养殖蜜蜂的历史已有数千年，中国也是养蜂大国，养蜂是国内许多专业养蜂场的重要经济来源，蜜蜂养殖需要考虑许多因素，特别是养蜂场所的环境条件，对于养蜂的成败和蜂产品的产量至关重要，目前在蜜蜂养殖行业，且养蜂场地多设于人迹罕至的户外，管理上存在诸多弊端和不便，蜂农无法实时获知蜂箱内的具体情况，在蜜蜂出现分蜂预兆时，往往无法提前做出反应。
发明内容
本发明的目的在于提供蜂场数据采集系统及分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：蜂场数据采集系统，所述系统包括云管理平台以及若干蜂箱、移动终端、网络通讯设备、云端服务器，所述蜂箱内设有若干巢脾以及温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元，所述温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元与所述网络通讯设备电性相连，所述网络通讯设备与所述云端服务器信号相连，所述云管理平台运行于所述云端服务器上，所述移动终端通过通讯网络或网络通讯设备与云端服务器相连接以访问所述云管理平台；
所述温度检测单元用于检测蜂箱内的温度；
所述声音检测单元用于检测蜂箱内的声音强度；
所述湿度检测单元用于检测蜂箱内的湿度；
所述称重单元用于测量蜂箱内的重量；
所述计数单元用于测量蜂箱内出入的个体蜂的数量；
所述云管理平台用于分析处理蜂场监测数据，管理蜂场信息；
所述移动终端用于识别蜂箱上的RFID标签获取蜂箱信息，访问云管理平台以获取服务。
优选的，所述云管理平台包括数据处理模块、数据分析模块、存储模块，
所述数据处理模块用于接收以及预处理温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元上传的监测数据，并将预处理后的数据传输至数据分析模块，还用于处理移动终端发起的服务请求；
所述数据分析模块用于分析温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元的监测数据，生成相应的分析结果；
所述存储模块用于建立蜂场的多维数据库，所述多维数据库用于存储蜂场的基本信息和监测数据。
优选的，所述温度检测单元为温度传感器，所述温度传感器数分别设置于若干巢脾上，且每个巢脾上的温度传感器的数量至少为六个，均等距离设置于巢脾两边；所述声音检测单元为声传感器，所述声传感器布设于蜂箱的内壁上；所述称重单元为压力传感器，所述压力传感器设置于蜂箱的箱体与底板的连接处。
优选的，所述声传感器对称布设于蜂箱的内壁上。
优选的，所述蜂箱两侧内壁对称设有曲线导轨，所述曲线导轨上设有电动滑台，所述电动滑台上设有红外微距摄像头，所述电动滑台可沿曲线导轨进行往复运动。
优选的，所述曲线导轨倾斜放置，所述曲线导轨的倾斜角不小于45°。
优选的，所述计数单元包括若干组光电传感器，每组光电传感器设置于蜂箱的出入口处，所述每组光电传感器包括第一光电传感器以及第二光电传感器，所述第一光电传感器设置于第二光电传感器的前方。
优选的，所述数据分析模块的数据分析方法为：
从红外微距摄像头中获得连续的图像序列，所述图像序列包括不同时间点的多张蜂群图片；
计算所述图像序列中某一时间点对应的蜂群图片与下一蜂群图片的差值；
通过声传感器获得与蜂群图片时间节点一致的蜂群声音信息，并计算提取所述时间点处的声音强度；
建立以时间为X轴的图像坐标系，将所述时间点对应的图片与其在所述图像序列中下一图片的差值在图像坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建差值曲线；
建立以时间为X轴的声音坐标系，将所述时间点的声强在声音坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建声强曲线；
联立差值曲线与声强曲线，确定某一时间点处的蜂群状态。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：
本发明提供的蜂场数据采集系统及分析方法，基于物联网技术，通过温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元对蜂箱内部环境以及蜜蜂活性进行实时监测以及分析，判断蜂箱内蜂群状态，并通过建立云管理平台对蜂场监测数据进行处理，利用云计算技术提供远程监控、养殖数据分析等信息化服务，蜂农或科研工作者可以使用移动终端通过网络方便地访问云管理平台并使用相关服务，在蜂箱内蜜蜂出现分蜂热等异常情况时，可及时通知蜂农或科研人员进行查看。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的蜂场数据采集系统的整体原理框图；
图2为本发明实施例提供的整体系统框图；
图3为本发明实施例提供的蜂箱内壁示意图；
图4为本发明实施例提供的分析方法流程图。
图中，1-云端服务器，2-网络通讯设备，3-移动终端，4-温度传感器，5-声传感器，6-压力传感器，7-红外微距摄像头，8-光电传感器，81-第一光电传感器， 82-第二光电传感器，9-数据处理模块，10-数据分析模块，11-存储模块，12-云管理平台，13-蜂箱，14-曲线导轨，15-电动滑台。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1至图4，蜂场数据采集系统，所述系统包括云管理平台13以及若干蜂箱13、移动终端3、网络通讯设备2、云端服务器1，所述蜂箱13内设有若干巢脾以及温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元，所述温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元与所述网络通讯设备2电性相连，所述网络通讯设备2与所述云端服务器1信号相连，所述云管理平台13运行于所述云端服务器1上，所述移动终端3通过通讯网络或网络通讯设备2与云端服务器1相连接以访问所述云管理平台13；
所述温度检测单元为温度传感器4，所述温度传感器4数分别设置于若干巢脾上，且每个巢脾上的温度传感器4的数量至少为六个，均等距离设置于巢脾两边，通过上述设置能方便的检测蜂箱13内单个巢脾附近的温度；
所述声音检测单元为声传感器5，所述声传感器5布设于蜂箱13的内壁，用于检测蜂箱13内的声音强度；
同时所述声传感器5同时也布设于蜂箱13的外壁上，用于检测外界环境声音，在外壁上设置的声传感器5，能在后期数据分析过程中消除对环境噪声的干扰。
所述称重单元为压力传感器6，所述压力传感器6设置于蜂箱13的箱体与底板的连接处，通过上述设置，压力传感器6能有效测量蜂箱13内的重量，便于更直接的获取蜂蜜增长情况；
所述计数单元包括若干组光电传感器8，每组光电传感器8设置于蜂箱13 的出入口处，所述每组光电传感器8包括第一光电传感器81以及第二光电传感器82，所述第一光电传感器81设置于第二光电传感器82的前方，在检测时，如果第一光电传感器81先向外发送电信号，第二光电传感器82后向外发送电信号，则认为蜜蜂从出入口处飞出，如果第二光电传感器82先向外发送电信号，第一光电传感器81后向外发送电信号，则认为蜜蜂从出入口处飞入蜂箱13中。
所述云管理平台13用于分析处理来自温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元的监测数据，并对蜂场信息进行管理；
所述移动终端3用于识别蜂箱13上的RFID标签获取蜂箱13信息，访问云管理平台13以获取服务。
在上述实施例的基础上，所述蜂箱13两侧内壁对称设有曲线导轨14，所述曲线导轨14倾斜放置，所述曲线导轨14的倾斜角不小于45°，所述曲线导轨 14上设有电动滑台15，所述电动滑台15上设有红外微距摄像头7，所述电动滑台15可沿曲线导轨14进行往复运动。当电动滑台15运动时，红外微距摄像头 7可以不间断的拍摄蜂箱13中的内部图像信息，同时由于曲线导轨14倾斜放置，因此红外微距摄像头7可以由上至下不间断的拍摄蜂箱13中的内部图像信息。
具体的，红外微距摄像头7通过网络通讯设备2与云管理平台13信号互连。
在本发明的可选实施例中，所述网络通讯设备2包括无线路由器和低功耗网络设备，所述温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元通过所述低功耗网络设备向无线路由器发送监测数据，所述无线路由器通过无线网络与云端服务器1进行数据交互。采用低功耗网络设备建立温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元与云端服务器1的连接可以有效降低能耗，并提高系统续航性能。所述低功耗网络设备可以是NB-IoT网络设备或者ZigBee网络设备。
在本发明的可选实施例中，所述蜂箱13箱身上设有RFID标签，所述RFID 标签内存储有蜂箱13的唯一识别信息，所述蜂箱13的唯一识别信息与云管理平台13的唯一识别信息建立有一一对应的绑定关系，蜂农或者科研工作者可以通过移动终端3获取RFID标签内的蜂箱13识别信息，并据此信息从云管理平台13获取相应蜂箱13的监测数据。所述RFID标签也可以用二维码代替。
具体的，所述云管理平台13包括数据处理模块9、数据分析模块10、存储模块11，
所述数据处理模块9用于接收以及预处理温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元上传的监测数据，并将预处理后的数据传输至数据分析模块10，还用于处理移动终端3发起的服务请求；
所述存储模块11用于建立蜂场的多维数据库，所述多维数据库用于存储蜂场的基本信息和监测数据，方便工作人员查询、管理。
所述数据分析模块10能重点分析红外微距摄像头7、声音检测单元的数据，并且辅助分析湿度检测单元、称重单元、计数单元的监测数据，生成相应的分析结果，其重点分析方法如下：
从红外微距摄像头7中获得连续的图像序列，所述图像序列包括不同时间点的多张蜂群图片；
计算所述图像序列中某一时间点对应的蜂群图片与下一蜂群图片的差值，其具体过程为：将蜂群图片划分为多个像素块，取所述时间点对应的图片与下一图片的每个像素块的颜色平均值；
本步骤中，将监控录像的图像区域划分为n*n像素的像素块。分别计算图像序列中各图片的每个像素块的颜色平均值；
对所述时间点对应的图片与下一图片的对应位置像素块的颜色平均值取差值的绝对值；
本步骤中，求取像素块内的颜色平均值，然后以块为单位与相邻图片做差，取差值的绝对值，这样可以避免图像细微的变化引起的误差，且不会引进正负差值之间的相互抵消；
将全部像素块的颜色平均值差值的绝对值相加，得到的结果即为所述时间点对应的图片与下一图片的差值；
通过声传感器5获得与蜂群图片时间节点一致的蜂群声音信息，并计算提取所述时间点处的声音强度；
建立以时间为X轴的图像坐标系，将所述时间点对应的图片与其在所述图像序列中下一图片的差值在图像坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建图像的差值曲线，上述差值曲线表示图像的波动变化量；
建立以时间为X轴的声音坐标系，将所述时间点的声强在声音坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建声强曲线；
联立差值曲线与声强曲线，当差值曲线波动变化大且声强曲线存在较大波动时，可以确定蜂群发生变化，例如蜂群将要发生分蜂热等情况。
在本发明的可选实施例中，所述移动终端3可以是智能手机、平板电脑或 PC。
工作原理为：本发明采用温度传感器4对蜂箱13内部各个巢脾处的温度进行检测，同时采用声传感器5获得蜂箱13内部的声信号以及蜂箱13周围的环境声信号，环境声信号能在后期数据分析过程中消除对环境噪声的干扰；采用压力传感器6有效测量蜂箱13内的重量，便于更直接的获取蜂蜜增长情况；同时采用若干组光电传感器8，检测蜜蜂的出入信息，进而判断蜜蜂的活性，在检测时，如果第一光电传感器81先向外发送电信号，第二光电传感器82后向外发送电信号，则认为蜜蜂从出入口处飞出，如果第二光电传感器82先向外发送电信号，第一光电传感器81后向外发送电信号，则认为蜜蜂从出入口处飞入蜂箱13中；还通过红外微距摄像头7获得蜂箱13内不同位置的图像信息。
本申请中的云管理平台13能获取上述监测信号，同时还能通过移动终端3 将所获得的检测结果进行查看，同时云管理平台13还能图像数据以及声数据进行综合分析，获得图像变化曲线与声强度曲线，当监控范围内的蜜蜂无大动作时，图像变化曲线趋近一条直线，而声强度曲线保持相对平稳趋势，当监控范围内的蜜蜂出现聚集等分蜂热先兆时，图像变化曲线为一条波动曲线，同时声强度曲线出现大幅变化，云管理平台13持续向移动终端3发送上述监控信息，并能在监控数据阈值时，通知蜜蜂养殖人员现场查看处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.蜂场数据采集系统，其特征在于，所述系统包括云管理平台以及若干蜂箱、移动终端、网络通讯设备、云端服务器，所述蜂箱内设有若干巢脾以及温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元，所述温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元与所述网络通讯设备电性相连，所述网络通讯设备与所述云端服务器信号相连，所述云管理平台运行于所述云端服务器上，所述移动终端通过通讯网络或网络通讯设备与云端服务器相连接以访问所述云管理平台；
所述温度检测单元用于检测蜂箱内的温度；
所述声音检测单元用于检测蜂箱内的声音强度；
所述湿度检测单元用于检测蜂箱内的湿度；
所述称重单元用于测量蜂箱内的重量；
所述计数单元用于测量蜂箱内出入的个体蜂的数量；
所述云管理平台用于分析处理蜂场监测数据，管理蜂场信息；
所述移动终端用于识别蜂箱上的RFID标签获取蜂箱信息，访问云管理平台以获取服务。
2.根据权利要求1所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述云管理平台包括数据处理模块、数据分析模块、存储模块，
所述数据处理模块用于接收以及预处理温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元上传的监测数据，并将预处理后的数据传输至数据分析模块，还用于处理移动终端发起的服务请求；
所述数据分析模块用于分析温度检测单元、声音检测单元、称重单元、计数单元的监测数据，生成相应的分析结果；
所述存储模块用于建立蜂场的多维数据库，所述多维数据库用于存储蜂场的基本信息和监测数据。
3.根据权利要求1所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述温度检测单元为温度传感器，所述温度传感器数分别设置于若干巢脾上，且每个巢脾上的温度传感器的数量至少为六个，均等距离设置于巢脾两边；所述声音检测单元为声传感器，所述声传感器布设于蜂箱的内壁上；所述称重单元为压力传感器，所述压力传感器设置于蜂箱的箱体与底板的连接处。
4.根据权利要求3所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述声传感器对称布设于蜂箱的内壁上。
5.根据权利要求4所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述蜂箱两侧内壁对称设有曲线导轨，所述曲线导轨上设有电动滑台，所述电动滑台上设有红外微距摄像头，所述电动滑台可沿曲线导轨进行往复运动。
6.根据权利要求5所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述曲线导轨倾斜放置，所述曲线导轨的倾斜角不小于45°。
7.根据权利要求1所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述计数单元包括若干组光电传感器，每组光电传感器设置于蜂箱的出入口处，所述每组光电传感器包括第一光电传感器以及第二光电传感器，所述第一光电传感器设置于第二光电传感器的前方。
8.根据权利要求1-7任一项所述的蜂场数据采集系统，其特征在于，所述数据分析模块的数据分析方法为：
从红外微距摄像头中获得连续的图像序列，所述图像序列包括不同时间点的多张蜂群图片；
计算所述图像序列中某一时间点对应的蜂群图片与下一蜂群图片的差值；
通过声传感器获得与蜂群图片时间节点一致的蜂群声音信息，并计算提取所述时间点处的声音强度；
建立以时间为X轴的图像坐标系，将所述时间点对应的图片与其在所述图像序列中下一图片的差值在图像坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建差值曲线；
建立以时间为X轴的声音坐标系，将所述时间点的声强在声音坐标系上建立坐标，将多个坐标联立构建声强曲线；
联立差值曲线与声强曲线，确定某一时间点处的蜂群状态。
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