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Hive-Technology

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Tec-Hive


Die Tec-Hives sind reine Messstationen. Alle Erkenntnisse aus dem Tec-Hive Labor werden in die Tec-Hive übernommen.
unsere Tec-Hive

Alle Messwerte, die durch die Sensoren erfasst werden, werden dreimal pro Stunde auf der SD Karte festgehalten und jeweils zwischen 23-2 Uhr an den bee-my.world Server gesendet. Von hier aus holt sich der Cluster die Daten und berechnet die Populationsdynamik mit Hilfe von Algorithmen. Die aufbereiteten Daten werden an der Server zurückgesendet. Über die Monitoring App auf dem Server sieht der Imker dann eine visualisierte Darstellung der Daten in Form von interaktiven Diagrammen - welche es dem Anwender erleichtern soll, die Vorgänge auf einen Blick zu erfassen.


Hardware /Tec-Frame

Woraus besteht eine Messstation?
Der Tec-Frame wird in die obere Zarge eingesetzt.
Darin verbaut sind:

  • Arduino Uno - ist ein Microcontroller
  • Grove shield - darin sind die Sensoren zusammengefasst
  • SD card - hier werden die Sensorendaten abgelegt
  • Duino Peak - ist mit GPS, GPRS und Bluetooth ausgestattet, um die Kommunikation der Tec-Hive Queen mit den Tec-Hives und den Tec-Hives untereinander sicherzustellen (vorausgesetzt, sie liegen nicht mehr als 20 m auseinander
  • Waage - mit der man in Verbindung mit den Algorithmen die Honig Biomasse, die Bienen Biomasse und die Brut Biomasse genau bestimmen kann.

Arduino

Der Arduino

Funktionen

Welche Werte können erfasst werden?

  • Außentemperatur
  • Innentemperatur
  • Gewicht
  • Luftfeuchtigkeit
  • Standort und Bewegung der Beute über GPS (Diebstahlschutz)
  • diverse Gase und Botenstoffe *
  • der Sound
  • Barometer
  • Ultraschall

In einem Testlauf muss noch eruiert werden, welche Messungen wirklich sinnvoll sind. Erweiterungen bei neuen Erkenntnissen sind immer möglich. Sobald sich eine Veränderung (Standort & Sound) im Bienenstock ergibt, wird eine entsprechende Information an den Server gesendet und somit dem Imker Gelegenheit gegeben, unmittelbar einzugreifen. Der Sound Sensor und Gewichtssensor können darüber Auskunft geben, ob die Bienen geschwärmt oder schlimmstenfalls verendet sind.

Voraussetzung für die Sendung an den Server ist eine gute Datenübertragung, welche bei offenen Feldern überprüft werden muss.

Das System ist autark durch eine Solarzelle, die eine Batterie lädt. Auch ohne Sonneneinstrahlung ist damit die Energieversorgung für zwei Wochen gewährleistet. Wenn die Energieversorgung auf 25% gesunken ist, gibt der Bienenstock ein Warnsignal an den Server.

Da wir die Daten weltweit von Imkern sammeln, ergibt sich im Laufe der Zeit ein globaler Überblick über das Verhalten der Bienen, das Bienensterben durch Schädlingsbefall usw. Alle Daten stehen der Wissenschaft und Forschung zur Verfügung und werden anhand deren Vorgaben entsprechend weiter verarbeitet.

diverse Gase und Botenstoffe *

Sensoren

  • MQ-2 Allgemeines Brennbares Gas
  • MQ-3 Alkohol
  • MQ-4 Erdgas, Methan
  • MQ-5 LPG, Erdgas, Kohlegas
  • MQ-6 LPG, Propan
  • MQ-7 Kohlenmonoxid (CO)
  • MQ-8 Wasserstoff
  • MQ-9 CO und Brenngas
  • MQ216 Erdgas \ Kohlegas
  • MQ306A LPG, Propan
  • MQ309A Kohlenmonoxid (CO), Entzündbares Gas
  • MQ303A Alkohol
  • MQ131 Ozon Ozone O3
  • MQ135 Luftqualitätskontrolle (NH3, Benzin, Alkohol, Rauch)
  • Halbleitersensor für toxische Gase
  • MQ136 Schwefelwasserstoff (H2S)
  • MQ137Ammonia (NH3)
  • MQ138 VOC (Mellow, Benzol, Aldehyd, Keton, Ester)


beeScale

die beeScale ist eine Waage, auf der der Bienenstock steht. Mit dieser Waage kann man in Verbindung mit den Algorithmen die Honig Biomasse, die Bienen Biomasse und die Brut Biomasse genau bestimmen.


Die Populationsdynamik bei Honigbienen

Modell der Populationsdynamik eines Bienenvolkes

(HoPoMo = Honeybee population model)

basierend auf: A mathematical model of the population-dynamics in a honeybee colony von Thomas Schmickl Die Populationsstärke von Honigbienenvölkern zeigt einen charakteristischen Jahresverlauf. Die Größe und Alterszusammensetzung der Bienen innerhalb einer Kolonie wird maßgeblich von der Eilegetätigkeit der Königin, von der Überlebensrate der Brut und von der Lebenserwartung der adulten Bienen bestimmt. In diesem Artikel wird ein mathematisches Populationsmodell einer Bienenkolonie vorgestellt, mit dem die Auswirkungen verschiedener Umwelteinflüsse auf die Kolonie untersucht werden können.

In den beiden ‘Stock-and-flow’-Modellen sieht man den Unterschied zweier Berechnungen von Populationsstrukturen innerhalb eines Jahres: eine ‘natürliche’ Entwicklung und eine unter Einfluss imkerlicher (und/oder wissenschaftlicher) Eingriffe wie Brutentnahme, Bruthinzufügung, Honigentnahme, Zufütterung, Pollenentnahme, etc. Es ist deutlich erkennbar, dass das Bienenvolk, das diesen Einflüssen ausgesetzt ist, wesentlich mehr Stress erlebt, als das ‘natürlich’ lebende Volk. Die Darstellung basiert auf einer Eilegerate der Bienenkönigin, (oben links in einer kleinen Wolke dargestellt), die in einer Kohorte* zusammengefasst wird. In den Kästen ‘Eier’, ‘Larven’, ‘Puppen’ und ‘erwachsene Bienen’ sind die Entwicklungsstadien über den Jahresverlauf, der über den Parameter ‘ELRbase’ moduliert werden kann, simuliert. Schwankungen, bzw. Abweichungen können über den Parameter ‘ELRstroch’ in das Modell inkludiert werden. Da in der Natur nicht alle Eier überleben, sind jedem Stadium ‘Sterberaten’ zugeordnet. Gestorbene Individuen verlassen über sogenannte ‘Senken’ (dargestellt als kleine Wolke unter den Kästen) das Modell. Unter dem Aspekt der Fitness der Gesamtkolonie als Superorganismus zeigt sich, dass die Überlebenschancen im Winter durch das erfolgreiche Sammeln von Nektar und Pollen optimiert werden.

*In der Soziologie, Demographie und Statistik sind Kohorten (lat. cohors „umfriedeter Raum“) Gruppen von Personen (in unserem Fall von Bienen), die gemeinsam ein bestimmtes längerfristig prägendes Ereignis erlebt haben.

Tec-Hive Labor

Das Tec-Hive Labor ist – wie auf dem Bild (hier Ansicht von oben) zu sehen – ein Bienenstock, der größer ist, als die Norm und besteht aus einem Vorderteil mit Zargen im Normmaß mit Rückwänden aus Glas und einem Rückteil, in dem die Festplatten und ein Router, mit dem drei PIs verbunden sind, untergebracht sind.
Das Labor

Im Zentrum des vorderen Beutenteils befindet sich ein Glasschacht, in dem zwei Kameras für Videoaufnahmen hoch und runter geführt werden. Eine dieser Kameras ist eine Nachtsichtkamera, die andere eine so genannte Pixy Cam, die buchstäblich Hunderte von Objekten erkennt. Sie verwendet einen angeschlossenen Komponenten-Algorithmus um zu bestimmen, wo ein Objekt beginnt und das Andere aufhört. Pixy kompiliert dann die Größen und Positionen der einzelnen Objekte und meldet sie durch eine seiner Schnittstellen.

Eine dritte Video Kamera ist eine Wärmebildkamera, die fest an der Rückwand installiert ist. Eine weitere nimmt von außen die Flugbahnen der ein- und ausfliegenden Bienen auf und filmt das Geschehen im Eingangsbereich. Zwei der zu bauenden Tec-Hive Labore sind im unteren Bereich mit Glaswannen ausgestattet, in denen zusätzliche Kameras und Sensoren angebracht sind. In dieser Glaswanne werden Varroamilben gesammelt, die die Bienen am Eingang zum Bienenstock durch ein Lochbrett abstreifen. In der Glaswanne werden die Milben mit einer intelligenten Kamera beobachtet und ihre Ausdünstungen unabhängig von den Bienen gemessen. Damit können wir erkennen, ob im Bienenstockklima von Bienen mit oder ohne Milben ein Unterschied feststellbar ist. In der oberen Zarge befindet sich der sogenannte [Tec-Frame]. Dieser Rahmen enthält die Sensoren für die Datenmessung. In dem Tec-Hive Labor sind drei Raspberry pi3 für die Verarbeitung der Messdaten verbaut. Über dem schräg aufliegenden Dach des Bienenstocks sind Solarzellen angebracht, die das Tec-Hive Labor mit Energie versorgen.

Die Hälfte der zu bauenden Tec-Hive Labore sind im unteren Bereich mit Glaswannen ausgestattet, in denen zusätzliche Kameras und Sensoren angebracht sind. In dieser Glaswanne werden Varroamilben gesammelt, die die Bienen am Eingang zum Bienenstock durch ein Lochbrett abstreifen. In der Glaswanne werden die Milben mit einer intelligenten Kamera beobachtet und ihre Ausdünstungen unabhängig von den Bienen gemessen. Da die Labore jeweils paarweise aufgestellt werden (1 x mit Glaswanne, 1 x ohne Glaswanne) können wir erkennen, ob im Bienenstockklima von Bienen mit oder ohne Milben ein Unterschied feststellbar ist.

Im Boden ist die Waage eingebaut. Alle Messwerte, die durch die Sensoren erfasst werden, werden dreimal pro Stunde auf der SD Karte festgehalten und jeweils zwischen 23-2 Uhr an den bee-my.world Server gesendet. Von hier aus holt sich der Cluster die Daten und berechnet die Populationsdynamik mit Hilfe von Algorithmen. Die aufbereiteten Daten werden an der Server zurückgesendet. Über die Monitoring App auf dem Server sieht der Imker dann eine visualisierte Darstellung der Daten in Form von interaktiven Diagrammen - welche es dem Anwender erleichtern soll, die Vorgänge auf einen Blick zu erfassen.
Mehr Details findet man in der Beschreibung der Tec-Hive

beeMonitoring

Bienenmonitoring

Das Bienen Monitoring System (beeMonitoring) vom bee-my.world umfasst um einiges mehr, als was Du von diesen Systemen bisher kennst. Es ist klar, das hierüber Zustände und Verhalten von Bienen in und um ihre Bienenstöcke in Diagrammen und Grafiken visualisiert werden. Wie umfangreich sind aber diese Beobachtung und welche sind wirklich sinnvoll? Das bee-my.world beeMonitoring spiegelt einen großen Teil des Mikrokosmosses einen Bienenstocks wider. Mit Hilfe von Kameras wird das Verhalten der Bienen unter verschiedenen und wechselnden Bedingungen festgehalten. Die Messung von Daten zu Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Gasentwicklung, usw im Bienenstock zeigt, wie sich das Verhalten der Bienen in Relation dazu verändert. Auch der Schädlingsbefall wird ermittelt. Es kann festgestellt werden, in welchem Bienenstock-Klima und in welchem Entwicklungsstadium sich Schädlinge am meistern vermehren und kann als Imker darauf reagieren. Die Feststellung erfolgt anhand eines Rasters, das über der Wabe liegt. (Bild) Hier kann man sehen, welcher Prozentsatz der verdeckelten Brut in der Wabe befallen ist. Ein wichtiger Bestandteil des beeMonitoring ist die Hive History (Bienenstock-Geschichte). Aus unserer Beschreibung der Tec-Hive wisst Ihr, wozu sie da ist. Sie ist eine Messstation und in dieser Eigenschaft eine Kombination aus Zuchtbuch, Beobachtungen und Messdaten. Im Laufe der Zeit ergibt sich aus den Messungen eine History, d.h. eine Entwicklungsgeschichte, die die Visualisierung von Bienenpopulation, Schwarmverhalten, Schädlingsbefall usw. auch auf Regionen bezogen ermöglicht. Es gibt für jede Schädlingsform eine eigene Heatmap, die zeigt, welcher Schädling in welcher Region am häufigsten in Erscheinung tritt.

Das 3-Komponenten-System

Drei Komponenten System
Der Begriff steht für die Technologien in unserer Tec-Hive. Ein Imker muss keinen kompletten neuen Bienenstock kaufen, wenn er unsere Technologien nutzen möchte. Die Komponenten - Solarzelle, Tec-Frame und beeScale - sind so ausgerichtet, dass sie für jeden Bienenstock-Typ adaptierbar sind. Die Funktionsweise der Tec-Hive siehst Du in der Beschreibung der Tec-Hive.