Способ контроля скопления зимующих пчел

Название	Способ контроля скопления зимующих пчел
Разработчик (Авторы)	Рыбочкин Анатолий Федорович, Бондарь Олег Григорьевич, Окулов Николай Васильевич
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2724492
Дата регистрации	23.06.2020
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Область применения (класс МПК)	A01K 47/00 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.

Известны устройства для контроля распределения теплового поля на плоскости пчелиной рамки [Патент №2239997. Устройство для контроля распределения теплового поля на плоскости пчелиной рамки. // Рыбочкин А.Ф., Дрёмов Б.Б., Захаров И.С. Опубл. 20.11.2004 Бюл. №32, Патент 2377769. Автоматизированная система для контроля состояний пчелиных семей по распределению тепловых полей в улье // Рыбочкин А.Ф., Дрёмов Б.Б., Захаров И.С. Опубл. 10.01.2010 Бюл. №1], данные изобретения используют способ контроля распределения температурного поля в улье с использованием матриц температурных датчиков установленных в средостении сотпчелиных рамок (промежуточные значения температур сот по площади пчелиных рамок между датчиками вычислили путём интерполирования, также в меж сотовом пространстве в пределах размеров сот вычисли температуры путём интерполирования), что позволяет по распределению температурных полей в объёме улья визуализировать скопление зимующих пчёл.

Известен способ контроля количества пчёл в ульях в пассивный период их жизнедеятельности (Патент № 2239996).

Способ контроля количества пчёл в ульях в пассивный период их жизнедеятельности // [Патент №2239996. Способ контроля количества пчёл в пассивный период их жизнедеятельности // Рыбочкин А.Ф. Опубл. 20.11.2004. Бюл. 32 (прототип)], реализующий периодическое измерение температуры зимнего клуба и температуры за пределами улья, при этом пчелиные семьи в начале зимовки находятся на своих летних местах. Для повышения информативности контроля до постановки ульев в зимовник все контролируемые пчелосемьи без ульев взвешиваются, а после возврата их в ульи осуществляют контроль всех пчелосемей пасеки путём периодического измерения внешней температуры и температур внутри пчелиного клуба каждой пчелиной семьи. Затем для каждой пчелосемьи устанавливают корреляционную зависимость между внешней и внутренней температурами и определяют коэффициенты уравнений регрессии, а затем по коэффициентам корреляции и коэффициентам регрессии путём сопоставления с контролируемыми семьями устанавливают количество пчёл неконтролируемых пчелосемей.

Недостаток данного способа заключается в громоздкости реализации, так как информациюо объёмном распределении температурных полей в улье осуществляют с использованием матриц датчиков установленных в средостении пчелиных сот пчелиных рамок, что позволяет получать вертикальные сечения температурных полей по всем пчелиным рамкам улья.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение получение объёмной информации распределения температур (6-40)°С, при воздействующей внешней температуре меньше 6°С, соответствующей скоплению зимующих пчёл, с использованием их срединного сечения, так как скопление зимующих пчёл с достаточной для практики точностью может быть описано эллипсоидом.

Способ контроля скопления зимующих пчёл представленным эллипсоидом с полуосями а, c, b по результатам измерения распределения температур в плоскости срединного сечения по полуосям, а и с и известному количеству обсиживаемых пчёлами пчелиных рамок, определяющему полуось b, осуществляемый измерением распределения температур в интервале (6-40)°C в вертикальной плоскости в середине сечения скопления зимующих пчёл, установлением размером полуосей а и с, с использованием съёмного температурного адаптера с матрицей температурных датчиков 8х4 установленного в улочку между рамками, вычислением температур в пределах размеров сотовых ячеек интерполированием по всем трём координатам х, y, z, при этом объём скопления зимующих пчёл V зависит от внешней воздействующей внешней температуры t_ж и количества пчёл в скоплении и вычисляется из выражения , полученного в результате регрессионного анализа, определяемого параметризацией по экспериментальным данным, построением на основе знаний объёма скопления зимующих пчёл и распределения температур в центральном плоском сечении, визуального изображения объёма скопления зимующих пчёл на экране видеомонитора в виде эллипсоида в пространстве улья.

предлагается вести по срединному вертикальному сечению.

Способ реализуется на основе устройства - адаптера для съёма распределения температурных полей зимующих пчёл (фиг. 1). В его состав входят планка -1, контроллер адаптера -2, планка датчиков – 3 с температурными датчиками - 4) [1. Патент №2239997. Опубл. 20.11.2004. Бюл. №32. Патент №2377769. Опубл. 10.01.2010. Бюл. №1.].

Адаптер устанавливается в середину скопления зимующих пчёл в улье приведённом на фиг. 2 (моделирование пчелиного улья с пчелиными рамками и сформированным пчелиным клубом при температуре +8,1°С (вид сверху), стрелками показано размещение съемного адаптера).

С достаточной для практики точностью можно полагать, что форма клуба зимующих пчёл имеет форму эллипсоида фиг, 7 у которого полуось а ориентирована по координате х, полуось с ориентирована по координате y, полуось b ориентирована по координате z. Зная срединное вертикальное плоское сечение эллипсоида, воздействующую внешнюю температуру на зимующих пчёл, а также используя графики полученные в ходе эксперимента, приведенные на Фиг. 3, регрессионную зависимость [Иванова, В.М. Математическая статистика / В.М. Иванова, В.Н. Калинина, Л.А. Нешумова, И.О. Решетникова" // Москва "Высшая школа" 1981.-368 с. (Нелинейная регрессия.-С 258-264). Еськов, Е.К. Моделирование процессов терморегуляции в гнёздах зимующих пчёл / Е.К. Еськов, В.А. Тобоев // Пчеловодство № 3.- 2016.- С 20-24.] объема агрегировавшихся пчел V от внешней температуры t_ж, при разной их численности: (10,0±0,2) тыс. особей; (15,0±0,2) тыс. особей; (20,0±0,2) тыс. особей; (25,0±0,2) тыс. особей; (30,0±0,2) тыс. особей, можно визуализировать объёмное размещение пчёл на пчелиных рамках удалённых по обе стороны от температурного адаптера, фиг.1.

По своей форме скопление зимующих пчёл близко к эллипсоиду вытянутому по полуоси «b» фиг. 7. Зная срединное плоское сечение эллипсоида, воздействующую на зимующих пчёл внешнюю температуру t_ж, а также функциональные зависимости, приведённые на Фиг. 3, где приведены количества пчёл, ими занимаемые объёмы при разных воздействующих внешних температурах, по которым можно установить размещение пчёл на пчелиных рамках.

Объём эллипсоида Vcм³ определяется по формуле:

где - а, b, c полуоси эллипсоида в см, Фиг. 7.

Объём скопления зимующих пчёл зависит от их количества в улье и воздействующей внешней температуры. Представим регрессионные модели функциональных зависимостей объёма количества пчёл, для разных значений количества (10000, 15000, 20000, 25000, 30000) при воздействующих значениях внешних температур t_ж в интервале от минус 20°С до +10°С.

1. Общий вид зависимости полученной в результате регрессионного анализа: где t_ж - внешняя температура, в °С; Параметризация функциональной зависимости осуществленапо экспериментальным данным. Для различного количества пчёл табличные данные и вид параметризованных зависимостей приведен на фиг. 3-6.[Иванова, В.М. Математическая статистика / В.М. Иванова, В.Н. Калинина, Л.А. Нешумова, И.О. Решетникова" // Москва "Высшая школа" 1981.-368 с. (Нелинейная регрессия.-С 258-264). Еськов, Е.К. Моделирование процессов терморегуляции в гнёздах зимующих пчёл / Е.К. Еськов, В.А. Тобоев // Пчеловодство № 3.- 2016.- С 20-24.]

Для того чтобы вычислить площадь сечения пчелиного скопления, устанавливаются крайние температуры датчиков (6-10) °С, соответствующие выживанию пчёл во время зимовки. Температура между соседними датчиками интерполируется. Термодатчики в количестве 8х4 размещены равномерно по всей плоскости специализированного съёмного адаптера температур, который соседствует с пчелиной рамкой с сотовыми ячейками. Количество пчелиных ячеек в пчелиной рамке по координате Х для пчелиной рамки улья системы Дадан десяти рамочной составляет 76, количество пчелиных ячеек по координате Х между соседними термодатчиками составит 8, по Y количество пчелиных ячеек между датчиками i,k составит 11. Вычисляется градиент температур Δt_ik, как разница температур между соседними датчиками i,k выбранного направления в плоскости специализированного съёмного адаптера температур, делённая на количество сотовых ячеек между ними n,. Температура сотовой ячейки определяется согласно выражений (2), (3)

, (2)

, (3)

где i номер текущей ячейки от начала отсчёта и Δt_x, Δt_y градиент температуры вдоль соответствующих координат. Т – значение температуры от начала отсчёта.

1. Для контроля состояния пчелиной семьи во время зимовки контролируется распределение температур внутри пчелиного скопления, несущих информацию о размещении пчелиного скопления [Патент №2239997. Опубл. 20.11.2004. Бюл. №32.].

Для контроля объёма скопления зимующих пчёл: слева и справа от съёмного температурного адаптера (фиг. 1) установленного в улочку срединного сечения зимующих пчёл (фиг. 2) вычисляются температуры в размерах сотовых ячеек в направлении полуоси b температура сотовой ячейки определяется согласно выражению по направлению оси z (4)

, (4)

где i номер текущей ячейки от начала отсчёта и Δt_z, градиент температуры вдоль координаты z (Δt_z равно разнице текущей температуры границы пчелиного скопления и температуры внутри пчелиного скопления делённое на k, где k=b/m, b размер полуоси эллипсоида установленный пчеловодом в cм, m размер сотовой ячейки равный 0,6 см, k количество виртуальных сотовых ячеек по направлению полуоси b). Т – значение температуры от начала отсчёта.

Температуры виртуальных ячеек вычисляются от начала отсчёта, т.е. температуры поверхности пчелиного скопления (6-10) °С до 40°С значений температур внутри скопления зимующих пчёл, замеренных адаптером установленном в середину скопления зимующих пчёл. Температура поверхности пчелиного скопления t_ж может изменяться в интервале температур (6-10) °С, зависит от воздействующей внешней температуры, при t_ж равное минус 20°С температура поверхности пчелиного скопления равна +6°С, при температуре t_ж = +10°С температура поверхности пчелиного скопления равна +10°С. При температуре t_ж выше +10°С скопление пчёл разваливается и пчёлы могут занять все рамки улья. Максимальная температура внутри пчелиного скопление может изменяться в интервале температур (+35 - +40) °С, также зависит от внешней воздействующей температуры,

На Фиг. 3 приведены графики зависимостей объёма зимующих пчёл (V) от внешней температуры (Т) при разной их численности 10000 особей, 15000 особей, 20000 особей, 25000 особей, 30000 особей, полученные в ходе эксперимента.

На Фиг. 5 приведены графики зависимостей объёма зимующих пчёл (V) от внешней температуры (Т) при разной их численности 10000 особей, 15000 особей, 20000 особей, 25000 особей, 30000 особей, полученные в ходе регрессионного анализа.

На Фиг. 4, 6 приведены таблицы табулированных значений объёмов в см³ установленных количеств зимующих пчёл при воздействующих внешних температурах.

На фиг. 7 приведён эллипсоид представляющий объём скопления зимующих пчёл.

На фиг.1 приведён температурный адаптер.

На фиг. 2 приведён улей с пчелиными рамками и установленный температурный адаптер в улочку срединного сечения зимующих пчёл.

На фиг. 3 приведены графики зависимостей объёма зимующих пчёл (V) от внешней температуры (Т) при разной их численности 10000 особей, 15000 особей, 20000 особей, 25000 особей, 30000 особей, полученные в ходе эксперимента.

На фиг. 4 приведена таблица регрессионных моделей, данные объёмов пчелиных скоплений в зависимости от воздействующей внешней температуры при разной численности пчёл.

На фиг. 5 приведены графики зависимостей объёма зимующих пчёл (V) от внешней температуры (Т) при разной их численности 10000 особей, 15000 особей, 20000 особей, 25000 особей, 30000 особей, полученные в ходе регрессионного анализа.

На фиг. 6 приведена таблица табулированных значений объёмов зимующих пчёл (V) от внешней температуры (Т) при разной их численности 10000 особей, 15000 особей, 20000 особей, 25000 особей, 30000 особей.

На фиг. 7 приведён эллипсоид представляющий объём скопления зимующих пчёл с пространственными осями X, Y, Z.

На фиг. 8 приведено распределение температур срединного сечения пчелиного улья.

На фиг. 9 приведён алгоритм обеспечивающий формирование трёхмерных изображений ульев и скоплений зимующих пчёл.

На фиг.10 приведён рисунок смоделированного пчелиного улья с пчелиными рамками и сформированным пчелиным скоплением при воздействующей внешней температуре -5,1°С (вид сбоку), благоприятное расположение пчёл.

На фиг. 11 приведён рисунок смоделированного пчелиного улья с пчелиными рамками и сформированным пчелиным клубом при воздействующей внешней температуре -5,1°С (вид сбоку), неблагоприятное расположение пчёл.

На фиг. 12 приведено устройство реализующее способ контроля скопления зимующих.

Пример: Наблюдалось распределение температурных полей (9-40)°С,

На пасеке применены ульи системы Дадан-десятирамочные. Пчелиные рамки размером 43,5 х 30 см. Пространство занимаемое пчёлами на пчелиной рамке 42 х 27 см. Для количества пчёл 30000, что соответствует их массе 3 кГ, одна пчела весит в среднем 100 млГ, которые полностью находились в улье. В улье при установленных всех десяти рамок с сотами с мёдом, что соответствует одинадцать улочек, т.е. одинадцать межсотовых пространств. Размер пчелиной рамки по ширине в местах флянцев соответствует 3,7 см. Размер пчелиного сота с мёдом составил 2 см. При внешней температуре +10°С в каждой улочке находилось 2727 пчёл. С использованием адаптера (фиг.1.) [Патент №2239997. Опубл. 20.11.2004. Бюл. №32.] имеющего температурную матрицу 8х4 (промежуточные значения температур в ячейках сота между датчиками вычислили путём интерполяции согласно выражений (2), (3), промежуточные значения температур в сотах между датчиками адаптеров в направлении координаты Z вычислили согласно выражения (4).

Установили площадь срединного плоского сечения эллипсоида, фиг. 8 (программная модель срединного сечения, при температуре минус 7,5°С).

На фиг. 4, 6 приведены табулированные значения, объём занимаемый зимующими пчёлами при разном их количестве и воздействующих внешних температурах.

Исходя из графика, приведенного на фиг. 3, а также с использованием регрессионной модели фиг.5 и табулированных значений фиг. 4, 6 определили объём занимаемый пчёлами при разных воздействующих внешних температурах при количестве 30000 пчёл.

С помощью температурного адаптера установленного в срединное сечение скопления пчёл (фиг. 2) определелили зону температур +(9-40) °С, отсюда определили координату а полуоси элепсоида, которая в пограничной температуре +9°С, составила 20 см, координата с полуоси эллипсоида равна 14,2 см. Десять пчелиных рамок (фиг. 2) заняли 37 см, отсюда ось b элипсоида, фиг 7 имеет 37 см. Полуось b эллипсоида равна 18,5 см. Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре +9^оС.

. (5)

С использованием значений фиг. 3-6 устанавливаем по вычисленному объёму количество зимующих пчёл.

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре +9°С соответствует количеству 30000 пчёл

Зимующие пчёлы при численности 30 тысяч особей при температуре минус 20°С по направлению полуоси а имела размер 15,8 см, по направлению полуоси b имела 18,5 см, по направлению полуоси с имела размер 11,2 см.

Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре -20°С

. (6)

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре -20°С соответствует количеству 30000 пчёл.

2. Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре +9°С, второго улья обсиживаемого пчёлами 9 пчелиных рамок. С помощью съёмного адаптера установили полуосьа=18 см, полуось b=16,9 см, полуось с=13,3 см

. (7)

С использованием значений фиг. 3-6 устанавливаем по вычисленному объёму количество зимующих пчёл.

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре +10°С соответствует количеству 25000 пчёл.

Зимующие пчёлы при численности 25 тысяч особей при температуре минус 20°С по направлению полуосиа имела размер 13,2 см, по направлению полуоси b имела 16,9 см, по направлению полуоси с имела размер 9,4 см.

Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре -20°С

. (8)

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре -20°С соответствует количеству 25000 пчёл.

3. Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре +9°С, второго улья обсиживаемого пчёлами 7 пчелиных рамок. С помощью съёмного адаптера установили полуосьа=17 см, полуось b=13 см, полуось с=13 см, фиг. 7

. (9)

С использованием значений фиг. 3-6 устанавливаем по вычисленному объёму количество зимующих пчёл. Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре +10°С соответствует количеству 20000 пчёл.

Зимующие пчёлы при численности 20 тысяч особей при температуре минус 20°С по направлению полуоси а имела размер 11,2 см, по направлению полуоси b имела 13 см, по направлению полуоси с имела размер 9,1 см.

Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре -20°С

. (10)

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре -20°С соответствует количеству 20000 пчёл.

Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре +9°С, второго улья обсиживаемого пчёлами 5 пчелиных рамок. С помощью съёмного адаптера установили полуосьа=16,6 см, полуось b=9,2 см, полуось с=12,5 см

. (11)

С использованием значений фиг. 3-6 устанавливаем по вычисленному объёму количество зимующих пчёл.

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре +10°С соответствует количеству 15000 пчёл.

Зимующие пчёлы при численности 10 тысяч особей при температуре минус 20°С по направлению полуосиа имела размер 10,0 см, по направлению полуоси b имела 9,2 см, по направлению полуоси с имела размер 8 см.

Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре -20^оС

. (12)

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре -20°С соответствует количеству 15000 пчёл.

5. Определяем объём скопления пчёл в начале зимовки при температуре +9°С, второго улья обсиживаемого пчёлами 3 пчелиные рамки. С помощью съёмного адаптера установили полуось а=15,4 см, полуось b=5,6 см, полуось с=11,4 см

. (13)

С использованием значений фиг. 3-6 устанавливаем по вычисленному объёму количество зимующих пчёл.

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре +9°С соответствует количеству 10000 пчёл.

Зимующие пчёлы при численности 10 тысяч особей при температуре минус 20^оС по направлению полуосиа имела размер 9,5 см, по направлению полуоси b имела 5,6 см, по направлению полуоси с имела размер 7,6 см.

Определяем объём скопления пчёл при температуре -20°С

. (14)

Данный объём скопления зимующих пчёл при температуре -20°С соответствует количеству 10000 пчёл.

Приведён алгоритм обеспечивающий формирование трёхмерных изображений ульев и скоплений зимующих пчёл, фиг.9.

На фиг.10 (моделирование пчелиного улья с пчелиными рамками и сформированным пчелиным скоплением при воздействующей внешней температуре -5,1°С (вид сбоку)) изображено благоприятное расположение пчелиной семьи по состоянию на конец марта начало апреля, которое обеспечит их кормом.

На фиг. 11 (моделирование пчелиного улья с пчелиными рамками и сформированным пчелиным клубом при воздействующей внешней температуре -5,1°С (вид сбоку)) изображено неблагоприятное расположение пчелиной по состоянию на конец марта начало апреля (температура -5,1°С). При таком расположении пчёлы погибнут от недостатка корма.

1. Устройство, реализующее способ контроля зимующих пчёл по распределению температурного поля в середине скопления пчёл приведено на фиг. 12 (устройство для контроля распределения теплового поля в плоскости пчелиной рамки. Структурная схема устройства состоит из следующих компонентов: 1 - усилитель, 2 - шина коммутирующего выхода, 3 - коммутатор, 4- микроконтроллер, 5 - блок питания, 6 - матрица температурных диодных датчиков, 7 -устройство для бесконтактной передачи температурной информации (радиомодуль), 8 - персональный компьютер (смартфон), 9 - адресная шина [Патент №2239997. Опубл. 20.11.2004. Бюл. №32.].

Таким образом, с использованием адаптера для съёма распределения температурных полей зимующих пчёл (распределения температур в плоскости адаптера), устанавливаемого в улочку между рамками улья в середину скопления зимующих пчёл, получаем информацию виде площади срединного сечения о состоянии зимующей пчелиной семьи. Затем по площади срединного сечения скопления зимующих при известной внешней воздействующей температуры, используя известные данные для разного количества пчёл обсиживаемых пчелиные рамки, а отсюда известна третья пространственная координата (полуось b) эллипсоида Программным путём осуществляется визуальный контроль объемного размещения пчелиного скопления во время зимовки пчел на экране видеомонитора наблюдаемой пчелиной семьи. Если пчёлы в течение зимовки сместятся от первоначального их расположения и адаптер окажется за пределами расположения пчёл, то это явится сигналом для пчеловода, что данная пчелосемья либо погибла или пчёлы не покрывают адаптер. Для этого пчеловоду необходимо повторно переставить адаптер на середину сечения скопления зимующих пчёл. При установке температурных адаптеров в ульи пасеки, пчеловод оценивает примерное количество пчёл по количеству обсиживаемых рамок, устанавливает размер полуоси b, привязывая к той градации количеств пчёл приведённых выше в описании изобретения. Такой контроль с использованием радиосвязи позволяет дистанционно с любого места расположения вести наблюдение за состоянием скопления зимующих пчёл, их пространственным расположением по отношению к стенкам улья, что снижает трудозатраты пчеловода, по сохранению зимующих пчёл.

Формула изобретения

Способ контроля скопления зимующих пчёл, представленного эллипсоидом с полуосями а, c, b, по результатам измерения распределения температур в плоскости срединного сечения по полуосям а и с и известному количеству обсиживаемых пчёлами пчелиных рамок, определяющему полуось b, отличающийся измерением распределения температур в интервале 6-40°C в вертикальной плоскости в середине сечения скопления зимующих пчёл, установлением размеров полуосей а и с, с использованием съёмного температурного адаптера с матрицей температурных датчиков 8х4, установленного в улочку между рамками, вычислением температур в пределах размеров сотовых ячеек интерполированием по всем трём координатам х, y, z, при этом объём скопления зимующих пчёл V зависит от внешней воздействующей внешней температуры t_ж и количества пчёл в скоплении и вычисляется из выражения , полученного в результате регрессионного анализа, определяемого параметризацией по экспериментальным данным, построением на основе знаний объёма скопления зимующих пчёл и распределения температур в центральном плоском сечении визуального изображения объёма скопления зимующих пчёл на экране видеомонитора в виде эллипсоида в пространстве улья.

Изобретение "Способ контроля скопления зимующих пчел" (Рыбочкин Анатолий Федорович, Бондарь Олег Григорьевич, Окулов Николай Васильевич) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога