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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernverwaltung
und -überwachung
der Funktionsfähigkeit
einer Anlage von Bienenstöcken,
die über
einen bestimmten Bereich verteilt sind, sowie ein System das speziell
auf ein derartiges Verfahren ausgerichtet ist.
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Zahlreiche
Verfahren sind bekannt, welche die Fernverwaltung und -überwachung
von fixen oder beweglichen Einrichtungen ermöglichen, insbesondere im Rahmen
industrieller Abläufe,
wo die zu verarbeitenden Daten klar festgelegt sind. Diese Verfahren
verwenden beispielsweise Netzwerke, die aus einer Vielzahl von Sensoren
bestehen, die über
eine Drahtverbindung oder durch Fernübertragung mittels Sendern/Empfängern untereinander
oder mit einer Zentralstation verbunden sind. Diese Netzwerke sind zur
Verarbeitung von industriellen Daten geeignet.
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In
bestimmten speziellen Bereichen sind aber die bekannten Systeme
aufgrund der zu verarbeitenden Daten oder der Strukturen des Netzwerkes,
die es zu schaffen gilt, ungeeignet. Beispielsweise wurden im Bereich
der Bienenzucht verschiedene Arbeiten und Studien durchgeführt, um
die Bienenstockstrukturen zu untersuchen und die mit der Honigernte
in Zusammenhang stehenden Methoden, insbesondere zum Räuchern der
Bienenstöcke
oder zur Honigentnahme, zu verbessern, doch bedarf die Wartung und
die Überwachung
sowie die Honigernte noch immer der ständigen Gegenwart eines Menschen.
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Das
Gebrauchsmuster
DE 296 08 489 schlägt ein System
zum Sammeln von Informationen vor, das von entfernt angeordneten
Bienenstöcken ausgeht.
Gemäß diesem
System umfasst jeder Bienenstock Sensoren, die an einen Mikrocomputer
angeschlossen sind, in dem die Daten der Sensoren gespeichert werden
und der diese in vorbestimmten Intervallen über eine Telefonverbindung
an eine Fernstelle überträgt. Ein
derartiges System ist jedoch nicht zufriedenstellend, da die Gegenwart
eines Mikrocomputers in jedem Bienenstock aufwendige Rahmenbedingungen
für die
Isolierung und den Schutz der Anlage und deren Stromversorgung voraussetzt.
Zudem muss eine Telefonleitung für
jeden Bienenstock bereitgestellt werden, also in einer aggressiven,
die Funktionstüchtigkeit
der Telefonleitung beeinträchtigenden
Umgebung. Außerdem
arbeitet dieses System in nur eine Richtung.
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Nun
hat der Anmelder in den von ihm durchgeführten Forschungen herausgefunden,
dass eine Bienenstockanlage wirksam verwaltet und überwacht werden
kann, indem in festgelegten und programmierbaren Intervallen gewisse
vorbestimmte Parameter erhoben werden, wodurch der Imker sich nun nicht
mehr wiederholt zu den Bienenstöcken
begeben muss, um deren Entwicklung zu überwachen, diese zu warten
und den Honig zu entnehmen. So wurde unter Beweis gestellt, dass
die vergangene, gegenwärtige
und zukünftige
Aktivität
eines Bienenstocks wirksam nachvollzogen werden können, indem
in festgelegten und programmierbaren Intervallen die Parameter der
Temperatur, der Feuchtigkeit, des Gewichts des Bienenstocks und
der Geräusche im
Bienenstock erhoben werden. Zudem können auch andere, externe Parameter,
wie etwa die Windgeschwindigkeit, der Atmosphärendruck, die Sonneneinstrahlung,
Niederschlagsbedingungen und andere Parameter, wie etwa das Verhalten
der Königin oder
Populationsschwankungen im Bienenstock, berücksichtigt werden, um die vorhersehbare
Entwicklung der Aktivität
des Bienenstocks abzuschätzen.
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Ziel
dieser vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens
nach Anspruch 1, das die Fernverwaltung und -überwachung einer Anlage von
Bienenstöcken
ermöglicht,
die über
einen bestimmten Bereich verteilt sind und Sensoren zur Messung
physikalischer Werte umfassen, welche insbesondere in der Bienenzucht
nützlich
sind, sowie eines Systems nach Anspruch 4, das speziell auf ein
solches Verfahren ausgerichtet ist.
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Das
System zur Bienenstockverwaltung gemäß der Erfindung ermöglicht nicht
nur die Gewährleistung
der Nachvollziehung der Aktivität,
damit der Imker auf kompetente Weise eingreifen kann, sondern auch
eine auf die Vorhersagung gestützte
Verwaltung der Aktivität
der Bienenstöcke.
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Das
System gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet den Vorteil, in zwei Richtungen zu arbeiten, wodurch
nicht nur Daten von den Sensoren über die einzelnen, als Zwischenstellen
fungierenden Basisstationen gesammelt werden, sondern auch das Übertragungsprogramm
abhängig
von den Ergebnissen der Verarbeitung der Daten und von der Jahreszeit
angepasst werden kann und so beispielsweise der Rhythmus der Übertragungen
an die Aktivität
der Bienenstöcke
angepasst werden kann.
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Die
Sekundärstationen
bestehen aus Bienenstöcken,
welche die passenden Sensoren enthalten, und sind in der Nähe der Basisstation
angeordnet, mit welcher sie kommunizieren, während Letztere vorzugsweise
ausschließlich
die Mittel zur Verarbeitung und zur Übertragung der Signale umfasst.
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Die
Mittel zur Übertragung
bestehen aus Sendern/Empfängern,
die in den Sekundärstationen angeordnet
sind und die Sendung der von den Sensoren gesammelten Daten ermöglichen,
und aus Sendern/Empfängern,
die in der Basisstation angeordnet sind, um die Daten zu empfangen
und an die Hauptstelle zu senden. Zudem umfasst die Basisstation
Mittel zum Speichern der Daten in einem Speicher, um diese zu verarbeiten
und letztendlich an die Hauptstelle, die über eine geeignete Software
verfügt,
oder an eine mobile Stelle, etwa ein Mobiltelefon, das die Funktion
der Hauptstelle ausführen
kann, zu übertragen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Sekundärstationen
von der mobilen Station aus abgefragt werden und die Ergebnisse
an ebendiese mobile Station gesendet werden.
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Wie
oben bereits angesprochen, ermöglichen
automatische Analysen der an der Hauptstelle oder an der mobilen
Station empfangenen Daten die Vorhersage und die Vorwegnahme des
Verhaltens der Bienen und der Bienenstöcke sowie die Vorausplanung
der vom Benutzer auszuführenden
Tätigkeiten.
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Das
System der Erfindung kann auch vorteilhaft zur Auslösung eines
Alarms im Falle eines Diebstahls oder einer unbefugten räumlichen
Bewegung einer oder mehrerer Bienenstöcke sowie zur ständigen und
aus der Ferne ausgeführten
Ortung des Standorts der Bienenstöcke verwendet werden. Zu diesem
Zweck umfasst die Basisstation Mittel zur Übertragung von Alarmmeldungen
an die Hauptstelle.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Sensoren sind zumindest
einem physikalischen Phänomen
gegenüber
empfindlich, und es werden temperaturempfindliche Sensoren, feuchtigkeitsempfindliche
Sensoren, gewichtsempfindliche Sensoren, geräuschempfindliche Sensoren und
bewegungsempfindliche Sensoren verwendet. In Betrieb, ermöglichen
diese Sensoren die Erzeugung eines elektrischen Signals, das ein
physikalisches Phänomen
darstellt, welches daraufhin verarbeitet, mit einem Schwellwert
verglichen und/oder durch geeignete Mittel übertragen werden kann.
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In
jeder Sekundärstation
wird eine Vielzahl an Sensoren verwendet, welche die Temperatur,
die Feuchtigkeit, das Gewicht, die Geräusche und die Bewegung messen.
Gemäß einer
Ausführungsform sind
die Sensoren ausschließlich
in den Sekundärstationen
angeordnet, während
eine Gruppe aus identischen Sensoren, die als Referenz für die Messungen
dienen, in der Basisstation bereitgestellt ist, um die gleichen
Parameter, die ausschließlich
auf die Umwelt reagieren, zu messen. Einer Variante gemäß sind die
Messsensoren in den Sekundärstationen und
in der Basisstation angeordnet, die in diesem Fall dann auch ein
tatsächlicher
Bienenstock ist, wenn es sich um eine Bienenzuchtanwendung handelt.
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Bei
den in der Erfindung verwendeten Sensoren kann es sich um Temperatursensoren,
etwa um Thermistoren, um Platinwiderstandssonden, um integrierte
Schaltungen auf Silicium, um Feuchtigkeitssensoren, wie etwa kapazitive
Sensoren oder Widerstandssensoren, um Gewichtssensoren, wie etwa
kapazitive Kraftmesssonden und Dehnungsmessungs-Kraftmesssonden,
um Geräuschsensoren,
wie Mikrophone oder Elektrete, oder um Verschiebungssensoren, wie
etwa Kugelrelais, Beschleunigungsmesser oder Transponder handeln. Um
eine auf Vorhersage basierende Verwaltung der Bienenstöcke zu vereinfachen,
stehen außerdem Sensoren
bereit, welche die Population der Bienenstöcke durch Zählen der Ein- und Ausflüge der Bienen
messen, sowie ein Sensor außen
und in der Nähe
des Basisbienenstocks, um mithilfe von Niederschlagsmessern den
Niederschlag, mithilfe optoelektronischer Senso ren die Sonneneinstrahlung oder
mithilfe von Windmessern oder mithilfe wärmeempfindlicher Systeme die
Windgeschwindigkeit zu messen.
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Die
Verarbeitung der Gesamtheit dieser so erfassten Parameter ermöglicht die
Definierung und Nachvollziehung einer Parameterdarstellung der Aktivität des Bienenstocks,
und durch die Fernübertragung
dieser Parameter mithilfe geeigneter Mittel kann der Imker überflüssige Wege
vermeiden und die Honigernte verbessert werden.
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Die
Analyse dieser Daten ermöglicht
außerdem
die Vorhersage der Entwicklung der Aktivität des Bienenstocks und beispielsweise
die Berechnung von Tendenzen, die sich in Abhängigkeit von Gewichtsänderungen
ergeben, welche wiederum mit unterschiedlichen Witterungsbedingungen
in Zusammenhang stehen, oder durch Kombinieren der Messungen des
Gewichts und der gleichzeitigen Messungen der Innen- und Außentemperaturen
der Bienenstöcke,
oder aber durch Kombinieren der Geräuschmessungen im Bienenstück mit der
Gewichtsmessung, um daraus die räumliche
Nähe einer Schwärmzeit abzuleiten.
Diese Berechnungen können
von geeigneten Mitteln ausgeführt
werden, beispielsweise durch einen Mikroprozessor, der entfernt im
Bienenstock oder der Sekundärstation,
in der Hauptstelle oder der mobilen Station untergebracht ist.
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So
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht nur die regelmäßige Fernübertragung
der sich aus den Messungen, die in regelmäßigen Abständen oder einem bestimmten
Programm folgend durchgeführt
werden, ergebenden Daten, sondern auch die Interpretation dieser
Daten und somit auch die Beeinflussung des Messungsprogramms, die
Vorhersage nahe bevorstehender (in einigen Minuten) oder zeitlich
entfernterer (in einigen Tagen) Phänomene sowie gegebenenfalls
auch ausgehend von diesen Vorhersagen die Auslösung eines Alarms ermöglicht. Diese
vorhersagbaren Phänomene
können
beispielsweise die Überbevölkerung
des Bienenstocks, die zu einem unkontrollierten Ausschwärmen führen kann,
oder die Anzeichen einer fortschreitenden Krankheit, die das Verhalten
der Bienen beeinflusst, oder die Sättigung der Honig- oder Pollenerntekapazität oder auch
die Regelmäßigkeit
der Nachfüllung der
Futtergabevorrichtungen des Bienenstocks sein.
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Die
Mittel zur Übertragung
zwischen den Sekundärstationen
und der Basisstation können
durch eine Drahtverbindung oder vorzugsweise durch elektromagnetische
Wellen gegeben sein. Die Fernübertragungen
zwischen der Basisstation und der Hauptstelle können über ein beliebiges geeignetes
Mittel ablaufen, vorzugsweise aber über telefonische Kabel- oder
Funkverbindungen, wie etwa über
GSM oder Satellit, oder über
ein Internet-artiges Netzwerk.
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Die
Kommunikations- und Signalverarbeitungsmittel, die in der Erfindung
zur Anwendung gelangen, sorgen dafür, dass die Hauptstelle oder
die statt dieser verwendete mobile Station von einer Basisstation
aus aktiviert (alarmiert) werden, wenn ein Parameter oder eine bestimmte
Kombination von Parametern in Bezug auf die Referenzwerte abweicht. Vorzugsweise
wird ein Halbduplex-Kommunikationssystem verwendet, welches den
Datenaustausch zwischen der Hauptstelle und den Basisbienenstöcken zulässt.
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Im
Allgemeinen sind die Sekundärstationen einige
dutzend Meter von der Basisstation entfernt, an der sie angeschlossen
sind, während
die Basisstation einige Kilometer, ja sogar mehrere tausend Kilometer
von der Hauptstelle entfernt sein kann.
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Um
den Stromverbrauch einzudämmen, senden
die in den Sekundärstationen
untergebrachten Sender die aus ihren Sensoren stammenden Daten periodisch
in vom Benutzer aus der Ferne festgelegten und programmierbaren
Intervallen aus. Gemäß einer
Variante werden die Daten in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise
im 5- bis 8-Minutentakt, und von Bienenstock zu Bienenstock gestaffelten
Zeitabständen
ausgesendet. Durch die Zeitabstände
zwischen den Sendezeiten der einzelnen Bienenstöcke kann verhindert werden,
dass zwei Bienenstöcke
zur gleichen Zeit senden und das von der Basisstation empfangene
Signal gestört
wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
jede Basisstation nur für
einen Zeitrum in Betrieb genommen, der zum Empfang der von den Sekundärstationen übertragenen
Parameter der Sensoren ausreicht, um die zur Verfügung stehende
Energie einzusparen. Die Betriebsdauer kann programmiert sein oder
durch die Hauptstelle fernbestimmt werden.
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung deutlicher hervor,
welche eine schematische Darstellung der Gesamtheit der Stationen,
die ein erfindungsgemäßes System
bilden, darstellt.
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1 zeigt
schematisch drei Bienenstöcke R1,
R2 und R3, welche die Sekundärstationen
bilden und Gewichts-, Feuchtigkeits- Temperatur-, Geräusch- und
Verschiebungssensoren sowie einen Sender umfassen, welcher in definierten
und programmierbaren Abständen
die von Sensoren zugeführten
Parameter aussendet.
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Die
Basisstation B0 bildet einen Pseudobienenstock, der die von jedem
einzelnen Bienenstock R01, R02 und R03 übertragenen Parameter empfängt. Die
Station B0 enthält
zudem einen nicht flüchtigen
Speicher M0, in dem die von Bienenstöcken stammenden Parameter gespeichert
werden können,
sowie einen Sender, der die Weiterleitung dieser Parameter an die
Hauptstelle P1 ermöglicht.
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Wie 1 zu
entnehmen ist, umfasst das System weitere Bienenstöcke R11,
R12 und R13, die auf die gleiche Weise mit einer Basisstation B1
in Verbindung stehen, sowie eine dritte, mit der Basisstation B2
verbundene Gruppe Bienenstöcke
R21, R22 und R23. Das Gesamtsystem kann auf diese Weise bis auf
mehrere tausend Basisstationen ausgebaut werden.
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Jede
Basisstation B umfasst nicht nur Mittel zum Empfangen der in definierten
und programmierbaren Intervallen von den Bienenstöcken R ausgesendeten
Informationen, sondern auch Mittel zur Kontrolle des Empfangs, basierend
auf dem allgemeinen Konzept der Paritätsprüfung, Mittel zur Kontrolle
der Kohärenz
der übertragenen
Parameter sowie Berechnungsmittel, um die empfangenen Parameter,
falls notwendig, vor der Weitersendung an die Hauptstelle P zu kumulieren.
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Die
Kohärenz
der von den Sensoren kommenden Parameter wird durch den Vergleich
mit Referenzwerten verifiziert, die von den in der Basisstation
angeordneten Referenzsensoren bereitgestellt und im Vorfeld im Speicher
abgelegt worden sind oder die von der Hauptstelle aus übertragen
worden sind.
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Die
Basisstationen B werden von einer Elektrobatterie mit Strom versorgt,
deren Wiederaufladung zumindest teilweise durch Solarzellen sichergestellt
ist, wobei es sich bei all diesen Elementen um gewöhnliche
Teile handelt. Gemeinhin reicht eine einfache Batterie aus, um die
Versorgung der Bienenstöcke
R und deren Sensoren und Sender, die sie enthalten, für mehrere
Monate zu gewährleisten.
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Die
in den Bienenstöcken
R angeordneten Module aus Sender und Empfänger senden nach dem Erhalt
des Befehls vonseiten der Basis B, der auf die vom Benutzer bestimmte
Programmierung der Zeitpunkte der Abfrage der Bienenstöcke zurückzuführen ist,
die von den Sensoren stammenden Daten aus. Die Daten werden sequentiell
erfasst. Dies sorgt für
eine gute Übertragungstreue
der Parameter und spart gleichzeitig Energie.
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Jede
Basisstation B wird nur für
Zeiträume
in Betrieb genommen, die der zum Empfang der von den Bienenstöcken übertragenen
Parameter der Sensoren ausreicht, um die zur Verfügung stehende Energie
einzusparen. Die Inbetriebnahme kann aus der Ferne manuell durch
den Benutzer oder automatisch zu den Zeitpunkten ausgelöst werden,
die vorprogrammiert, definiert und vom Benutzer an der Hauptstelle
oder der mobilen Station abänderbar sind.
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Die
Funktionsweise der Basisstation kann fünf Betriebsarten entsprechend
ablaufen: automatisch, Ergebnisübertragung,
händisch,
Alarm und Konfiguration.
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Im
automatischen Modus gewährleistet
das System die Veranlassung der Messungen und des Speicherns der
erhaltenen Daten zu vorprogrammierten Zeitpunkten.
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Im
Ergebnisübertragungsmodus
wird nach Erhalt einer Anforderung seitens der Hauptstelle die Sendung
der während
des Zeitraums erhaltenen Messergebnisse durchgeführt.
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Im
händischen
Modus werden die Messungen und die sofortige Sendung der Ergebnisse
an den Anforderungssteller (Hauptstelle oder mobile Station) veranlasst.
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Im
Alarmmodus werden vorprogrammierte Alarmmeldungen an die Hauptstelle
oder die mobile Station gesendet, wenn ein Parameter oder eine Kombination
von Parametern außerhalb
spezifizierter Werte liegt.
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Schlussendlich
ermöglicht
der Konfigurationsmodus den Empfang von Konfigurationsparametern,
sodass die Hauptstelle autonom das unter seiner Verantwortung stehende
Bienenstocksystem verwalten kann.