現行蜜蜂行為監測方法探討

在春夏天氣候溫和合適蜂群成長的時候，一個蜂箱往往有超過三萬隻蜜蜂在 活動，不論是工蜂出去採集花蜜與花粉，或者是到蜂箱出口拍動翅膀散熱，工蜂 會頻繁的出入蜂箱，所以監測這些大數量的蜜蜂是一大考驗，現行方法從最早人 力監測與記錄當下參數 (Abrol, 1992)到後來加入電子設備加入到蜂箱出入口 (Henry et al., 2012; Chen et al., 2012; Tsai et al.,2012)，或蜂箱內放置大量感測器(溫 濕度感測器與熱像儀) (Stalidzans and Berzonis, 2013; Bujok et al., 2002)，利用這些 電子設備輔助監測，可以更準確地記錄當下環境參數，除此之外，以往人力監測

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表 2- 1 蜜蜂喜愛環境因子範圍(Abrol, 1992)

區間 因子 環境溫度 環境濕度 照度 太陽輻射 出沒時間

蜜蜂喜愛 18℃~24℃ 48%~57% 5500~8800 50~80 12~14

圖 2- 10 溫度、照度、相對濕度、太陽輻射與蜜蜂出入巢曲線圖(Abrol, 1992)

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2.3.2 機構設計用於監測蜂群行為

蜜蜂出入巢行為監測從以前到現在都是一大課題，但是要執行出入巢行為既 數是非常困難的，因為蜂箱內往往有數萬隻蜜蜂在裡面運作，當天氣炎熱無下雨 時，工蜂會大量地出巢前往野外採集花粉，如果還是以人力待在蜂箱附近以肉眼 監測蜜蜂出入巢行為，勢必需要大量的人力，而光靠人眼辨識亦會出現誤判之情 況。

有鑑於此，Gary 設計一個機構，此機構可以快速且方便的觀察出巢隻蜜蜂，

並且可以輕鬆且精準的供研究人員計算蜜蜂出巢次數，機構形狀像是甜筒形狀，

底基座長度為 40 公分、寬度 50 公分，而總高度則是 70 公分，如圖 2-15 所示，此 機構相當輕可以直接鑲嵌在蜂箱的出入口，無需做螺絲固定之工作，而此甜筒形 狀機構之上方有個小開口，蜜蜂欲前往外面必須循著此開口出去，利用此項特點 可供研究人員方便的以肉眼方式計數每隻蜜蜂計數情況；但是此機構設計只能讓 蜜蜂出巢，卻不能讓蜜蜂歸巢，意即此通道只能當方向的讓蜜蜂行進，Gary 為使 實驗設計順暢，故設定每三十秒鐘後，將機構拿開始在蜂箱外面徘徊之蜜蜂可以 順利歸巢。

此研究設計可以使研究人員方便地計算出巢蜜蜂，但是由於只有單方向的通 道，必須要有頻繁裝拆的動作，使在外面欲歸巢的蜜蜂得以順利回蜂箱，無法真 正的自動化且長時間的計數蜜蜂以及觀察蜂群行為。

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圖 2- 11 以機構設計觀察蜜蜂出巢行為之示意圖(Gary, 1966)

2.3.3 無線射頻識別系統用於監測蜂群行為

無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification, RFID)目前被廣泛的應用在 各個領域上，舉凡便利超商悠遊卡刷卡付費、搭乘大眾運輸工具、繳交停車費等 等，都應用到此項技術；無線射頻識別系統分為兩大部分，一為讀取器(Reader)，

另一為 RFID 標籤(Tag)所組成；不像行動條碼(Bar code)需要一個圖案對準後才可 以掃描輸入，無線射頻識別系統可以以無線的方式簡易地識別一個目標身分，無 線射頻識別系統可以崛起的原因就是成本低廉，在製作技術突破情況下，可以量 產供應市場(Want, 2005)，圖 2-16 所示 RFID 標籤可以以不同形式方式製作，輕巧 且攜帶方便。

Henry 等人即利用無線射頻識別技術將 RFID 標籤(Tag)黏貼在蜜蜂的背部，在

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蜂箱的出入口部分裝設特製讀取器(Reader)，如 2-17 所示，背負在蜜蜂背部的 RFID 標籤有 3 毫克重，在 Henry 實驗中共有 653 隻蜜蜂背負了 RFID 標籤，利用此項 技術可以準確地觀察蜜蜂進出的情形；但是，由於 RFID 標籤的重量是約 3 毫克，

成年蜜蜂的平均重量是約 70 毫克，標記是幾乎的蜜蜂的重量的 3.6％，而且，RFID 標籤的電源來自於由讀取器發射的強力電磁波所產生的感應電流，其電磁波與前 述 RFID 標籤重量可能會影響蜜蜂的正常行為。此外，要完成大量蜜蜂背部黏貼標 籤工作需大量人力與時間，而且一般工蜂在春夏季時壽命通常只有三十五天到四 十二天之間(Seeley, 1985)，受限於蜜蜂壽命，利用無線射頻識別系統於蜜蜂的監測 期僅能維持數周，蜜蜂死亡後必須重新黏新的一批 RFID 標籤於蜜蜂背部，才能繼 續進行監測。

圖 2- 12 RFID 標籤示意圖(Want, 2005)

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圖 2- 13 (A)為一隻蜜蜂上方貼著 RFID 標籤(B)將 RFID 讀取器架設於蜂箱出口，

用於讀取被標記蜜蜂經過的訊號(Henry et al., 2012)

2.3.4 人工視覺(CCD 鏡頭)用於監測蜂群行為

Chen 等人利用人工視覺技術來監測蜜蜂出入巢行為，建置一套影像系統對蜂 箱內蜜蜂的活動路徑進行追蹤以評估蜂群狀態，影像辨別部分，將蜜蜂先放入冰 箱使其呈現暈厥狀態後，針對每隻蜜蜂刮除背部細毛並塗抹上標籤，最後使用精 密儀器於每個蜜蜂背部進行雷射標籤打點之動作，如圖 2-18 所示，每個標籤都有 其獨特符號，所以任一背部有此雷射標籤的蜜蜂所有行動都可以經由影像辨識系 統觀察出入巢狀況。

影像系統架構如圖 2-19 所示，在蜂箱的出入口裝設影像辨識系統，並且設計 特製通道，固定蜜蜂行動路徑，出入口上方裝設一個高速攝影鏡頭(Charge-coupled Device, CCD)與紅外線 LED 光源，影像資訊傳至附近之電腦做影像處理，搭配影 像系統的特有演算法可分為蜜蜂行徑軌跡追蹤與分析方法，如圖 2-20 所示；此外 蜜蜂被不知雷射標籤重量只有 1 毫克，相較於 Henry 等人所提出的方法─蜜蜂背 部的 RFIG 標籤重量 3 毫克，有更輕巧的優勢；RFID 標籤受讀取器強力電磁波所 產生的感應電流而可能影響蜂群行為問題，經由 Chen 等人所製作之影像辨識系統

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不具電子設備電磁波問題，故可以使蜜蜂以更趨於正常的狀態活動。經由收集大 量蜜蜂個體出入巢行為資訊，了解蜜蜂出巢覓食與採集花粉時間分布並分析其出 巢後在外面停留時間。

圖 2- 14 黏貼上雷射標籤之蜜蜂(Chen et al., 2012)

圖 2- 15 影像辨識系統用於蜜蜂出入巢之硬體架構示意圖(Chen et al., 2012)

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圖 2- 16 影像辨識系統擷取擁有雷射標籤隻蜜蜂做影像處理分析(Chen et al., 2012)

2.3.5 紅外線收發特性用於監測蜂群行為

Liu 等人利用紅外線收發特性製作一個特殊通道，通道上下方裝有紅外線收發 LED，藉由兩組紅外線 LED 運作，發射端發射紅外線至接收端，當蜜蜂經過特製 通道時，紅外線會被遮斷，擷取此信號後，再經由單晶片處理以判斷蜜蜂為進入 蜂箱或是離開蜂箱。但是 Liu 等人所設計之通道只有四個出入口，而一個蜂箱內往 往有幾萬隻蜜蜂，在炎熱天氣的白天，蜜蜂會大量的離開蜂箱前往附近採集食物，

四個通道之疏通量可能會有不足情況，導致蜜蜂無法正常出入狀況，進而影響到 蜜蜂的行為，而 Liu 等人實驗時間只有兩天而已，還無法長時間的正常偵測蜜蜂出 入蜂箱之情況，擁有長時間蜜蜂出入蜂箱資訊加上環境因子資訊，對於蜜蜂行為 分析可更加精確

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圖 2- 17 Liu 等人所研製支紅外線特製通道 (Liu et al., 1990)