Визуализация и аудиоидентификация для контроля функционирования пчелосемьи в улье Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Е^^™!!,,,,* ЖЭестеик АПК

ЖВ Ставрополья

научно-практическии журнал

УДК 638.142.8

Трошков А. М., Горденко Д. В., Кондрашов А. В., Токарева Г. В.

Troshkov A. M., Gordenko D. V., Kondrashov A. V., Tokareva G. V.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ И АУДИОИДЕНТИФИКАЦИЯ

ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПЧЕЛОСЕМЬИ В УЛЬЕ

VISUALIZATION AND AUDIO IDENTIFICATION FOR MONITORING OF FUNCTIONS OF A BEE COLONY IN A HIVE

Предлагается использовать информационные технологии в области пчеловодства АПК для визуализации динамики функционирования пчелосемьи, звукового мониторинга с последующей аутентификацией сигналов особей, их обработки с последующей передачей на АРМ пчеловода с целью оперативного принятия решения.

Ключевые слова: пчеловодство, пчелосемья, мониторинг, аутентификация, визуализация, аудиопрофиль, селекция.

It is proposed to use information technology in the field of beekeeping for visualization the dynamics of functioning of a bee colony, audio monitoring followed by authentication of individual signals, their processing and subsequent transfer to beekeeper workstation for on-line decision making.

Keywords: beekeeping, bee colony, monitoring, authentication, visualization, audio profile, selection.

Трошков Александр Михайлович -

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры прикладной информатики Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8-918-750-42-74 E-mail: troshkov1954@mail.ru

Горденко Дмитрий Владимирович -

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры прикладной информатики Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8-918-758-19-11 E-mail: dimongord@mail.ru

Кондрашов Александр Владимирович -

кандидат технических наук, заведующий кафедрой прикладной информатики Ставропольский государственный аграрный университет Тел.: 8-918-781-22-00 E-mail: dimongord@mail.ru

Токарева Галина Викторовна -

кандидат экономических наук, доцент кафедры

экономической теории и прикладной экономики

Ставропольский государственный

аграрный университет

Тел.: 8-903-444-06-67

E-mail: tokarewagalia@yandex.ru

Troshkov Aleksander Mikhailovich-

Ph.D. in Technical Sciences,

Docent of Department of Applied Informatics,

Stavropol State

Agrarian University,

Tel: 8-918-750-42-74

E-mail: troshkov1954@mail.ru

Gordenko Dmitry Vladimirovich -

Ph.D. in Technical Sciences, Docent of Department of Applied Informatics, Stavropol State Agrarian University, Tel: 8-918-750-42-74 E-mail: troshkov1954@mail.ru

Kondrashov Aleksandr Vladimirovich -

Ph.D. in Technical Sciences,

Head of the Department of Applied Informatics,

Stavropol State Agrarian University,

Tel: 8-918-781-22-00

E-mail: dimongord@mail.ru

Tokareva Galina Viktorovna -

Ph.D in Economics,

Docent of Department of Economic Theory

and Applied Economics,

Stavropol State

Agrarian University

Tel: 8-903-444-06-67

E-mail: tokarewagalia@yandex.ru

Пчеловодство является важнейшим структурным подразделением АКП Российской Федерации. Наряду с производством товарного меда оно способствует повышению урожайности крупяных (гречиха), масличных (подсолнечник, рапс), семян кормовых (донник, люцерна) культур. Особенно неоценима роль пчел в плодоводстве.

Одной из причин получения недостаточно высоких урожаев крупяных, масличных культур

и плодов является плохая организация по пче-лоопылению перекрестно опыляющихся растений. Особенно четко это проявляется в промышленном, коллективном, федеральном и частном садоводстве. Здесь это приводит к резкому уменьшению валовых сборов, возрастанию себестоимости и ухудшению качества продукции. Отмечается заметное ухудшение товарного вида плодов и ягод. В этих условиях рынок ЮФО и СКФО насыщается зарубежными

товаропроизводителями сельскохозяйственной продукции.

Чтобы эффективнее использовать благоприятные условия СКФО, необходимо применять новые инновационные продукты и инновационные телекоммуникационные ресурсы. Одним из направлений повышения результативности контроля, объективного анализа функционирования пчелосемей и оперативного принятия решения специалистами является внедрение визуализации и аудиоидентификации для сбора объективных характеристик динамичного функционирования улья. С этой целью предлагается применение высокочувствительных микрофонов, видеоконтроля и устройства селекции с передачей сигналов, используемых в пчелосемье для нормальной жизнедеятельности [1].

На рисунке 1 представлена система расстановки предлагаемых устройств и элементов (в том числе микрофонов).

Крыша упья - -солнечная батарея

Накопитель электрической энергии

|------1

-

Ь£нкрофон стенка улы

_Lъ¡í

_Лклн я лет зк ид к связь

Контрольный фотодиод

Мелкоячеистая сетка

Улей

Мк1

а)

'6} Зона 1

МкЗ

а)

видеосистема Зона 3

5)

Зона 4 6}

Рисунок 1 - Установка высокочувствительных микрофонов улья и видеосистемы: а) размещение в улье; б) установка на стенках улья; в) установка видеосистемы

Рисунок 2 - Визуальное соотношение членов пчелосемьи

В зонах 1, 2, 3, 4 установлены рамки с сотами, на которых в постоянной динамике находятся пчелосемья [2].

Основными членами пчелосемьи являются:

1) матка;

2) рабочая пчела;

3) трутень.

В настоящее время информационные технологии по контролю, управлению, анализу состояния функционирования пчелосемьи в закрытом пространстве находится в исследовательской фазе. Анализ исследовательских работ, инновационной деятельности, изобретательских направлений в области пчеловодства (любительского и промышленного) показывает, что инновационные технологии в процессе управления пчеловодом (АРМ-пчеловода) внедряются в недостаточном количестве и не находят «дружественной» поддержки со стороны специалистов, это объясняется рядом существенных причин, основными из которых являются:

- разобщенность научных исследований;

- отсутствие совместных межсекционных встреч ученых различных сельскохозяйственных направлений;

- недостаточная координация инновационных проектов и технических решений.

Исходя из этого предлагается два направления исследований по контролю функционирования пчелосемьи в улье:

- визуализация движения членов семьи и определения их нахождения в улье;

- аудиоидентифика-ция звукового сопровождения извлекаемых при функционировании улья.

Первое направление имеет цель определения количественного и качественного состава пчелосемьи исходя из рисунка 2. Оно базируется на визуальном отображении особи и ее принадлежности к виду пчелосемьи (рис. 2, 1, 2, 3) Далее в визуальном видеозахвате заданного образа и дальнейшего его сопровождения с отображением на мониторе АРМ-пчеловода (рис. 3) [3].

Использование видеосопровождения (возможная запись) матки по рамке улья, позволяющее определить динамику работы основного звена функционирования

Устройство селекции и передачи сигналов

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

естник АПК

Ставрополья

Рисунок 3 - Визуализация пчелосемьи

улья - матки, по данным видеосопровождения решаются задачи, представленные на графике (рис. 4).

Б

Яйце-откладка

Состояние здоровья

Период замедленной Период Период высокой динамики движения интенсивности

Рисунок 4 - График данных видеосопровождения

Смена пчел

1 = 25 °С -

Передвижение

Интервал сжатия-растяжения

Рисунок 5 - Пчелосемейный клуб

Из рисунка 4 видно, что основными контролируемыми характеристиками являются:

- яйценосность (откладка);

- состояние «здоровья» матки.

По этим характеристикам, которые отображаются на экране монитора АРМ-пчеловода, можно производить оценку динамики функционирования с целью принятия специализированных решений специалистом-пчеловодом.

Кроме того, видеосопровождение позволяет контролировать еще один из важных факторов - активность пчел, особенно осенне-зимне-весенний период. Для этого объектом контроля становится объединенный клуб, который представлен на рисунке 5.

Видеосопровождение осуществляется следующим образом: программной обработкой рассчитывается площадь клуба по формуле

Эклуб = Ах . Ау, (1)

где Ах = х2 - х1 - высота клуба, Ау = у2 - у1 - ширина клуба.

При известной площади клуба в первоначальном образовании производится видеонаблюдение Эклуб. Если воздуха идет на понижение, клуб сжимается «-А8клу6», при повышении расширяется «+А8клуб». Это позволяет информационной системе обрабатывать параметр клуба ± АЭклуб, причем по Эклуб можно контролировать потребление запасов корма, так как при - А8клуб потребление в 20-25 раз меньше, чем при +А8клуб. Еще одним показателем для принятия решений пчеловодом является ±А8клуб и освобождение ложи в центре эллипса, что говорит о благоприятных условиях яйцекладки матки (точка (•)С, рис. 4).

Кроме того, на рисунке 5 отображены различные виды передвижения 8клуб, что позволяет на мониторе АРМ-пчеловода сделать вывод о кормовых запасах, а передвижение 8клуб на другие рамки приводит к трагическим последствиям для пчелосемьи.

Второе направление имеет цель аудиозвукового сопровождения и оценки состояния динамики функционирования пчелосемьи и аудиоидентификации - появление молодых маток (рис. 6).

Информацию в виде звукового тона можно использовать как аудиопрофиль, где ^ - тихий , // - основной и Л - громкий аудиопрофиль звуков, посылаемых матками друг другу.

С

1

С

Рисунок 6 - Аудиопрофиль и частоты звуковых сигналов пчел

Матки, как особая особь в пчелиной семье, по размерам и массе превосходят всех остальных пчел (рис. 2) и хорошо распознаются визуализацией. Анализ современного состояния науки в отношении пчелиного направления позволяет сделать вывод, что звуковые частоты пчелосемьи различны (рис. 7).

Частота Частота звукового

1 функциониров ания ( Л ] сигнала

1 1 1

0 е «г

Рисунок 7 - Полоса звуковых частот пчелосемьи

Спектрально-частотное состояние сигнала ^ (рис. 7) изучено достаточно широко, о чем сви-

детельствует цифровая обработка (рис. 8).

Исходя из этого звуковой сигнал молодой матки предполагается принимать высокочувствительными микро-фонами,установленны-ми в улье (см. рис. 1), а обработку и передачу на АРМ-пчеловода осуществлять устройством, структурная схема которого представлена на рисунке 9 [4].

Структурная схема селекции и передачи сигнала состоит из следующих элементов: Мк1....Мк4, размещенных внутри улья, с входа которых через разъем Р-1 подключается селективно-частотный блок (СЧБ), основной функцией которого является выделение с помощью

Рисунок 8 - Обработанный сигнал матки внутри улья

Рисунок 9 - Структурная схема селекции и передачи сигнала

76

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

в

Рисунок 10 - Принципиальная схема усилителя НЧ для снятия сигналов в улье

резонансно-частотного контура полезного звукового сигнала, который усиливается в усилителе (УС) (рис. 10).

Далее сигнал передается в исполнительное устройство (ИУ), которое выдает управляющей сигнал для включения передающего устройства (ПРУ), которое преобразует сигнал в вид, удобный для передачи и приема на АРМ-пчеловода.

По этому сигналу пчеловод получает информацию о молодой новой матке в улье и принимает решение о пересадке в улей [5].

Исходя из проведенных экспериментов можно сделать вывод, что, применяя новые информационные технологии в пчеловодстве, снижается время мониторинга функционирования пчелосемьи, повышается оперативность принятия решения пчеловодом, таким образом, возможно увеличение пасеки без увеличения обслуживающего персонала и потерь трудозатрат и, как следствие, повышение урожайности различных сельскохозяйственных культур, медосбора и его производных.

Литература

1. Трошков А. М., Богданова С. В. Повышение эффективности работы пчел регуляцией микроклимата улья // Научная жизнь. 2012. № 4. С. 6-10.

2. Трошков А. М., Богданова С. В., Герасимов В. П. Регуляция оптимального функционирования улья и сопряжение с АРМ-пчеловода с целью повышения урожайности плодовых культур // Вестник АПК Ставрополья. 2012. № 4. С. 42-45.

3. Трошков А. М., Трошков М. А., Кондра-шов А. В., Горденко Д. В. Биометрический каталог в мандате пользователя для разграничения управления допуском к информационным ресурсам // Актуальные

References

1. Troshkov A. M., Bogdanova S. V. Enhancement of bees operational efficiency by regulating hive microclimate. // Scientific life. 2012. № 4. P. 6-10.

2. Troshkov A. M., Bogdanova S. V., Gerasi-mov V. P. Regulation of hive optimum performance and connection with beekeeper workstation for increase in productivity of horticultural crops // Agricultural Bulletin of Stavropol region. 2012. № 4. P. 42-45.

3. TroshkovA. M., TroshkovM. A., KondrashovA. V., Gordenko D. V. Biometric catalogue in a user's mandate for delimitation of information resources access management // Issues of human and nature sciences. 2013. № 1. P 43-47.

проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. № 1. С. 43-47.

4. Горденко Д. В., Резеньков Д. Н., Яйлаха-нов С. В. Высоконадежные комплексы и средства связи на нейросетевых элементах. М.: Илекса, 2010. 184 с.

5. Горденко Д. В., Токарева Г В. Принципы построения модулярных отказоустойчивых специализированных процессоров для обработки экономической информации // Актуальные проблемы развития агробизнеса в условиях модернизации экономики. 2012. С. 71-77.

Gordenko D. V., Rezenkov D. N., Yayla-khanov S. V. Highly reliable complexes and communications tools in neural network elements - M.: Ileksa, 2010. 184 p. Gordenko D. V., Tokareva G. V. Construction principles for modular failsafe specialized processors for economic data processing // Issues of agribusiness development in modernization of the economy. 2012. P. 71-77.