УДК 638.124.3
1 Независимый исследовательский проект Apivox, glebskij@gmail.com,
Аннотация
В рамках проекта Apivox Smart Monitor мы провели аналитические исследования более пятидесяти работ известных ученых с мировым именем и на основе их работ смогли разработать теоретические основы акустического контроля пчел. Далее, несколько лет практических исследований на экспериментальной пасеке позволили получить представление об истинных процессах, происходящих в улье, которые отражаются в акустических сигналах пчел.
Оказалось, что на самом деле то, что раньше считалось истинными сигналами пчел и что пытались проанализировать и использовать те, кто занимался акустическим контролем до нас, оказалось лишь звуками крыльев пчел, занятых различные работы в улье.
Эти знания помогли нам создать устройство, в котором были учтены недостатки всех его предшественников. Возможности устройства (приложение + смартфон на базе ОС Android) достаточно широки – это: получение общей картины о состоянии пчелиной семьи, получение данных об относительном количестве открытого расплода, о возможности роения, о состоянии матки, о ее расположении в разделенной семье, о возможности получения товарного меда от пчелиной семьи в текущих условиях. Прибор уже пять лет работает на экспериментальных пасеках, а также пасеках пчеловодов США и Европы и показывает хорошие результаты.
Ключевые слова
Пчеловодство, акустический контроль
Annotation
Within the frameworks of the Apivox Smart Monitor project, we carried out analytical studies of more than fifty works of well-known world-famous scientists and on the basis of their work, we were able to develop the theoretical foundations of acoustic control of bees. Further, several years of practical research in an experimental apiary made it possible to gain an understanding of the true processes taking place in the hive, which are reflected in the acoustic signals of bees.
It turned out that in fact, what was previously considered to be the true signals of bees and that those who had been engaged in acoustic control before us tried to analyze and use, turned out to be only the sounds of the wings of bees engaged in various works in the hive.
This knowledge helped us to create a device that took into account the shortcomings of all its predecessors. The capabilities of the device (application + smartphone based on Android OS) are quite wide - these are: obtaining a general picture of the state of a bee colony, obtaining data on the relative amount of open brood, on the possibility of swarming, on the state of the queen, on her location in a divided colony, on the possibility of obtaining a commercial honey from a family of bees in the current conditions. Our device has been operating for five years in experimental apiaries, as well as apiaries of beekeepers in the USA and Europe, and shows good results.
Введение
Основной целью проекта Апивокс было создание такого прибора, который мог бы стать реальным помощником пчеловода на пасеке в его каждодневной работе. Задача осмотра семей пчел сталкивается с несколькими проблемами :
- беспокойство пчел и отвлечение их от работы;
- беспокойство пчел, их агрессия и нападение на окружающих людей и животных;
- невозможность, даже заглянув в улей, понять скрытые процессы происходящие в семье пчел;
И все эти проблемы возможно решить используя метод акустического контроля, если вы понимаете взаимосвязь создаваемых пчелами звуковых сигналов с состоянием семьи пчел и производимых ими работ.
Таким образом, основной задачей проекта Апивокс стало понимание взаимосвязи акустических сигналов создаваемых пчелами, с выполняемыми ими основными работами внутри улья, а также, создание стройной теории акустического контроля на базе систематизации знаний об истинных акустических сигналах пчел, и сигналах, являющихся побочным результатом их рабочей деятельности внутри улья.
Второй задачей стало решение технической проблемы получения значимых акустических сигналов пчел, их преобразования и анализа, что, как выяснилось, также находилось в зачаточном состоянии. Особенную важность имела задача приспособления к решению проблемы акустического контроля, математического метода обработки сигналов на основе преобразования Фурье, которое принципиально не подходит для решения проблемы контроля и изучения истинных сигналов пчел.
Итогом этой работы должен был стать прибор, который позволил бы «перевести» звуки пчел в понимаемую человеком форму – в текстовые сообщения, графики и т.д. Еще одной задачей, решаемой при создании такого прибора, должна была стать задача минимизации средств, которые должен потратить пчеловод на приобретение такого прибора, его удобство и доступность, что в итоге и предопределило его появление в виде приложения для смартфонов на базе ОС Андроид.
Из исследований биологов работавших в разных областях известно, что "язык" любых животных очень ограничен и представляет собой набор звуков, которые имеют различное значение в разных ситуациях. И их задача в основном привлекать внимание к положению или действиям индивида, издающего сигнал. Пчелы так же издают звуки и создают вибрации. Это часть их "языка". Еще есть тактильные контакты и феромоны. Человек уже давно начал слушать пчел и стараться их понять. Ухом, стетоскопом, Апидиктором Вудса… Ученые из разных стран мира в свое время потратили много времени и сил на изучение поведения пчел и их сигнализации. Но изучение вибраций, создаваемых пчелами, было эпизодическим и никогда не было основной целью проводившихся исследований. Кроме того, все ученые пытались исследовать и понять частные сигналы отдельных пчел в ситуациях, в основном так или иначе связанных с медосбором. Частично им это удалось.
Механизм создания вибро-акустических сигналов пчелами и их восприятие уже хорошо изучены. Известны некоторые ситуации в которых используются вибро-акустические сигналы - во время танца фуражиров ( это самый известный и заметный пример), во время "пения" матки и "пения" рабочих пчел. Но до сих пор не было стройной теории использования пчелами этих звуков и вибраций, не известно их значение в различных ситуациях, не известны их точные параметры. Не известна система построения этих вибро-акустических сигналов. Все это не позволило понять и активно использовать систему акустических коммуникаций пчел в практической деятельности пчеловодов, не смотря на бывшие попытки такие приборы и системы создать, и на миллионы евро потраченные Евросоюзом на проведение таких работ с 2019 по 2021 года.
Материалы и методы
Проект Апивокс пошел по пути, радикально отличающемуся от путей ранее использовавшихся. Мы пошли по пути попытки понять, как устроены сигналы и что они означают в разных конкретных ситуациях, связанных с отдельными видами выполняемых пчелами массовых работ, таких как вентиляция, обогрев гнезда, удаление влаги из меда, уход за расплодом, работы на медосборе. Именно такой подход к анализу наиболее массовых акустических и вибрационных сигналов пчел, создаваемых ими в основном непроизвольно в процессе выполнения работ внутри улья, позволил узнать о жизни и поведении пчел много нового, а это в свою очередь, позволило создать свою собственную теорию коммуникации пчел с использование акустических и вибрационных сигналов.
Для создания этой теории были использованы более пятидесяти работ известных ученых биологов и энтомологов, работавших в разные годы с пчелами. Это стало базисом нашей работы, но еще более важным фактором стала работа с первой версией прибора Apivox Auditor и наблюдательными ульями и экспериментальными семьями.
Главным методом исследования связи интересовавших нас акустических сигналов с реальной деятельностью пчел был метод видео и акустической фиксации, когда в течение многих часов велась видео запись диаграмм частотного распределения акустических сигналов пчел, запись этих сигналов и видеозапись событий на летке и в улье. Для этого нами использовались профессиональные видеокамеры, прибор Apivox Auditor (рис.1),
наблюдательные ульи с прозрачными стенками, сделанными из оргстекла, с просверленными в них отверстиями, позволявшими вводить микрофон в интересующую нас область сотов с нектаром или расплодом (рис.2). Использовались также семьи пчел, находившиеся в специфических состояниях, которые в первую очереди интересуют пчеловодов – практиков. Это состояние подготовки к роению, состояние семьи с маточниками, состояние активного медосбора, состояние, когда в семье много открытого и запечатанного расплода и другие состояния.
Все материалы собирались и архивировались. Дальнейший анализ записей и видеоматериалов позволял проводить анализ соответствий акустических сигналов, их изменений и сочетаний определенным событиям в жизни семьи пчел. Это позволяло разрабатывать новые режимы работы прибора Apivox Smart Monitor и уже его использовать в дальнейших экспериментах и наблюдениях, в процессе которых проходила одновременно отработка программного обеспечения и алгоритмов работы прибора ( рис.3).
Результаты
Такой подход к постановке задачи дал в итоге положительный результат и привел к разработке технических основ анализа звуков живых существ и пчел в том числе. Стало ясно, почему никто не мог получить четких и ясных сигналов пчел и не смог их нормально проанализировать - истинные сигналы пчел очень короткие. Они длятся менее секунды. И при их исследовании с помощью алгоритмов Фурье возникают эффекты, с которыми борются специалисты по боевым радиолокационным системам! А то, что считалось до сих пор "языком" пчел, оказалось набором сигналов обогрева, вентиляции, и др. И все это было учтено в дальнейшей работе над алгоритмом анализа сигналов пчел системы Apivox.
Новая теория, и ее проверка привела к пониманию того, о чем раньше только догадывались ученые и разработчик первого прибора Эдди Вудс.
· Что сигналы вентиляции могут дать информацию о состоянии семьи и ее загрузке работой на медосборе.
· Что сигналы, которые Вудс называл "Пением улья" на самом деле издают не безработные пчелы, а пчелы, ухаживающие за открытым расплодом ( рис.4).
· Что этих сигналов действительно становится больше перед роением, так как перед роением семья наращивает свою мощь и увеличивает количество расплода (рис.5).
· Что этих сигналов действительно становится больше при потере матки, так как пчелы усиливают уход за оставшимся открытым расплодом перед закладкой новых маточных ячеек. Их нужно много и в разных местах, и поэтому весь открытый расплод имеет для семьи огромную ценность.
· Стало известно, что этот сигнал в нормальной семье имеет циклический характер, а при потере матки, когда рабочие пчелы начинают откладку не оплодотворенных яиц, сигнал держится постоянно, хотя и имеет меньшую силу. Это пчелы ухаживают за личинками трутней, которых много и разбросаны они хаотично по всем рамкам...
· Что существуют сигналы напрямую связанные с обогревом гнезда и улья. Именно их раньше считали сигналами пассивных пчел, так как издают их рабочие пчелы, которые почти неподвижно сидят внизу рамок вне зоны расплода... Что именно этот сигнал становится главными перед роением, когда пчелы начинают обогрев всего улья для того, чтобы матка отложила как можно больше яиц везде, где только можно и в том числе в маточники, разбросанные по разным рамкам. Поэтому-то именно он стал главным маркером близкого роения.
· Что существует сигнал экстренного обогрева, когда пчелы изо всех сил восстанавливают температурный режим в гнезде или зимнем кластере. Иногда этот сигнал можно увидеть летом в слабом отводке, в котором слишком мало пчел, для того, чтобы обогреть расплод и маточники обычным способом ( рис.6).
· Понимание того, как и почему пчелы обогревают гнездо, особенно перед роением, в момент, когда пчелы начинают готовиться к закладке маточников, дало понимание необходимости утепления ульев именно в это время, для того чтобы не падал ранний медосбор. Ведь обогревом улья занимаются только старые летные пчелы, отрываемые ради этого от медосбора.
Кроме всего этого сложилась стройная классификация истинных коммуникационных сигналов пчел, которые они используют в основном при работах на медосборе: Это группы коммуникационных сигналов - сигналы фуражиров-разведчиков, сигналы фуражиров зовущих пчел к источнику нектара, сигналы разгружаемых фуражиров говорящие о качестве найденного источника нектара, сигналы рекрутов готовых стать фуражирами, пение рабочих пчел или фуражиров, не дождавшихся быстрой разгрузки. Это и маркерные сигналы, говорящие о том, чем занята пчела или кластер пчел (рис.7).
Именно маркерные сигналы, по нашему мнению, позволяют лучше организовывать групповые работы пчел, которые строго зависят от их возраста. Анализируя такие сигналы, пчела включает свой алгоритм принятия решений - может ли она по возрасту принять участие в этой работе, если она свободна...
Изучая эти сигналы, мы научились выделять интересующие нас группы и на их основе квалифицировать преимущественное состояние семьи пчел - наличие внутри ульевых работ или работ на медосборе. Мы научились понимать их относительную силу. Были проведены аналитические исследования, которые дали понимание наилучшего места для проведения измерений в различное время года, и лучшего времени для проведения измерений, позволяющих понять состояние семьи (рис.8).
Все это легло в основу новой версии прибора Апивокс Смарт Монитор. В этом приборе, кроме хорошо зарекомендовавших себя режимов - режима Контроля Общего состояния, режима Контроля Роения, и режимов, используемых при замене матки, и при делении семьи пополам без поиска матки, были добавлены новые полезные пчеловодам- практикам режимы... Режим контроля расплода для проверок весной и осенью, и режим Контроля Готовности к Товарному Медосбору для проверки рабочего состояния семьи летом. Все это расширило возможности прибора и позволило проводить комплексный контроль семьи с использованием нескольких режимов, позволяющих взглянуть на ситуацию с разной стороны... Для этого, в итоге, есть семь режимов и их зимняя версия.
Приложение Апивокс Смарт Монитор сделано для смартфонов на базе операционной системы Андроид и это ограничивает ее применение теми, кто пользуется смартфонами на базе iOS, то есть владельцами Айфонов. Но, в этом году алгоритмы Апивокс были проверены на аудио записях звуков семей пчел. Мы дистанционно работали с пасекой, расположенной в Аргентине. Результат был отличный. Правильно сделанная запись звука дает достаточно информации для качественного анализа и выдачи адекватных рекомендаций пчеловоду практически в реальном времени в любом конце Мира. Эта возможность легла в основу разработанной нами Системы Дистанционной Диагностики (рис.9), которая находится сейчас в тестовом режиме и ждет заинтересованных людей для дальнейшего развития.
Обсуждение
Можно много говорить о значении наших экспериментов для научной деятельности, но наша задача была более практичной – дать пчеловодам инструмент для получения дополнительной информации о состоянии семьи пчел, причем такой, какую иногда невозможно получить даже при личном осмотре семьи. Так что же получат пчеловод, который решил загрузить в свой смартфон наше приложение…
ВОЗМОЖНОСТЬ ПРОВЕРКИ УЛЬЯ БЕЗ ЕГО ОТКРЫТИЯ ЗА 15 СЕКУНД
Используя наше приложение, которое превращает ваш смартфон в инструмент для акустического контроля семейств пчел, вы можете проверить состояние своих пчел, не открывая улей и не нарушая спокойствие пчел. Даже самые агрессивные пчелы будут продолжать свою работу, не обращая на вас никакого внимания. Особенно полезно это для тех, у кого пасека находится вблизи жилья или в населенном пункте.
ВОЗМОЖНОСТЬ ПОЛУЧАТЬ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ОТЧЕТЫ ОБ ОБЩЕМ СОСТОЯНИИ СЕМЬИ . APIVOX SMART MONITOR генерирует диагностические сообщения после изучения всего спектра «голосов» пчел. Диагностические сообщения расскажут вам об общем состоянии семьи пчел, о том, как она работает, не собирается ли роиться, о расплоде и матке.
ПРИБОР СООБЩИТ О ГОТОВНОСТИ ИЛИ НЕ ГОТОВНОСТИ СЕМЬИ К ТОВАРНОМУ МЕДОСБОРУ. APIVOX SMART MONITOR определяет состояние семьи в части ее сбалансированности и готовности принять участие в медосборе. Прибор отличает состояние семьи, когда пчелы сами потребляют приносимый мед, используя его для наращивания сил семьи, и состояние, когда семья поддерживает свои силы без ущерба для получения товарного меда. Этот режим позволит пчеловоду понять даст ли семья мед, или нужно принимать соответствующие меры.
ПРИБОР ПРЕДОСТАВИТ ВОЗМОЖНОСТЬ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ РОЕВОГО СОСТОЯНИЯ. APIVOX SMART MONITOR может предсказать роение в срок до 14 дней до выхода роя. Обычно, маточники удается застать на стадии строительства роевых мисочек. Пчеловод успеет предпринять какие-либо действия, чтобы предотвратить как сам процесс роения, так и уход роя.
С ПРИБОРОМ У ВАС БУДЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ КОНТРОЛЯ ЗИМОВКИ ПЧЕЛ БЕЗ ОТКРЫТИЯ УЛЬЯ. APIVOX SMART MONITOR, настроенный на зимний режим, поможет контролировать качество зимовки колонии пчел и ее потребность в помощи, а так же узнать о ее проблемах, таких как недостаток пищи или беспокойство от внешних причин. Кроме того в этом режиме вы можете получить предупреждение о начале вывода расплода пчелами во время зимовки.
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРИБОРА У ВАС БУДЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ПОТЕРИ МАТКИ И ДИАГНОСТИКИ ДРУГИХ ПРОБЛЕМ С МАТКОЙ. В процессе работы с пчелами большинство пчеловодов обеспокоены проблемой контроля потери матки или наличия проблем с маткой в семье пчел. APIVOX SMART MONITOR решает эту проблему при проведении регулярного контроля семей в режиме Контроля Общего Состояния, без использования каких-либо специальных дополнительных режимов.
ПРИБОР ПОМОЖЕТ ВАМ НАЙТИ МАТКУ, А ТОЧНЕЕ, ОПРЕДЕЛИТЬ ЕЕ ОТСУТСТВИЕ, ПРИ ДЕЛЕНИИ СЕМЬИ ПОПОЛАМ БЕЗ ПОИСКА МАТКИ
Очень часто пчеловоды используют такой способ, как деление семьи пополам для получения отводков и погашения роевого состояния. Обычно поиск матки становится достаточно сложной и , что самое главное долгой задачей. Если матка помечена, все проще, а если нет, то прибор APIVOX SMART MONITOR безошибочно определит половину семьи, в которой матки нет. Вы не потеряете ценную матку или маточник, ведь вы будете точно знать в какой улей их нужно дать, а в какой нельзя ни в коем случае.
ПРИБОР ПОМОЖЕТ ВАМ НАЙТИ ЛУЧШЕЕ ВРЕМЯ ДЛЯ ЗАМЕНЫ СТАРОЙ МАТКИ НА НОВУЮ МАТКУ ИЛИ МАТОЧНИК . APIVOX SMART MONITOR предназначен для выбора оптимального времени для ввода новой матки в семью пчел, и для контроля ее принятия пчелами. Это может предотвратить потерю дорогостоящей матки во время ее замены.
Заключение
Наши семилетние исследования и наблюдения показали, что сам по себе метод контроля пчел с использованием анализа их акустических сигналов возможен и дает вполне адекватные результаты, если использовать для анализа наиболее массовые сигналы групп пчел, создаваемые ими в процессе определенных видов работ.
Пять лет эксплуатации прибора на нашей опытной пасеке и пасеках пчеловодов США и Европы показали, что при правильном использовании прибора акустического контроля семей пчел Apivox Smart Monitor можно получать не открывая улей ( рис.10) и не вмешиваясь в жизнь пчел, информацию, которая позволяет пчеловоду при наличии минимального опыта, делать выводы и принимать решения, которые приводят к улучшению понимания жизни пчел и улучшению ухода за ними со стороны пчеловода.
Прибор показал, что он может стать простым и полезным помощником пчеловода, как пчеловода - любителя так и профессионала, который находится всегда в кармане, который дешев и прост в эксплуатации, и не требует специального обслуживания или дополнительных затрат денег на его эксплуатацию. В тоже время алгоритмы Apivox могут лечь в основу системы дистанционного контроля семей пчел для больших пасек, созданную на основе компьютерных систем сбора и передачи информации.
