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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 生物資源暨農學院
  3. 生物機電工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/99222
標題: 應用YOLOv8-ByteTrack與Transformer於巢內蜜蜂行為之影像分析
Visual Analysis of In-Hive Honey Bee Behavior Using YOLOv8-ByteTrack and Transformer Models
作者: 陳奕醍
Yi-Ti Chen
指導教授: 江昭皚
Joe-Air Jiang
關鍵字: 巢內蜜蜂追蹤,巢內蜜蜂行為,多目標追蹤,Transformer,自編碼器,密度聚類法,智慧蜂巢管理,
In-Hive Honey Bee Tracking,In-hive Honey Bee Behavior,Multi-Object Tracking,Transformer,Autoencoder,HDBSCAN Clustering,Beehive Management,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 蜜蜂(Apis mellifera)在農作物中扮演重要的授粉者角色,對農產業具有重要影響力。然而近年來,蜜蜂數量大幅減少,對農業產量造成嚴重威脅。因此,了解影響蜜蜂的習性、行為和生長因素等,對於幫助蜜蜂族群永續生存至關重要。先前研究多著重於監測巢外蜜蜂行為,或僅針對巢內少數個體進行觀測與分析,對整體巢內活動的系統性探討仍相對不足。本研究旨在結合影像辨識技術與多目標追蹤演算法,並應用無監督與監督式機器學習進行比較分析,探索蜜蜂巢內行為之模式及巢內分工與區域之對應關係。檢測與追蹤方面,研究比較YOLOv8五種變體表現,並選擇表現最優的YOLOv8x(mAP50 = 98.84%,Precision = 97.29%)與ByteTrack MOT結合,確保蜜蜂個體追蹤穩定性(MOTA = 89.34%,IDF1 = 93.41%)。接續進行兩種特徵學習策略:一是無監督式方法,採用Transformer-based Autoencoder對連續時序下的軌跡進行特徵擷取與編碼,並以HDBSCAN聚類演算法進行行為分群與趨勢分析,PCC與ICR達90%,錯誤率降低80%;二是監督式方法,以觀察紀錄為基礎進行蜜蜂爬行軌跡特徵分析與真實行為對應,並使用Transformer架構同樣對連續時序下的軌跡進行訓練與分析,各項指標均超過85%。為了驗證分析結果的準確性與實用性,最後以人工紀錄之巢房功能分區作為驗證與比較依據,評估兩種模型的分析結果。結果顯示,無監督模型適合探索大規模運動動態,監督模型則有助於解析行為與巢區的關聯。總體而言,本研究證明了蜂箱內行為分析的可行性,為非侵入式、即時監測系統奠定基礎,有助智慧養蜂與生態永續。無監督模型捕捉集體運動趨勢的能力,顯示其在蜂群崩解症(CCD)早期預警上具有潛力,而監督模型若進一步研究與開發,將可實現更高效且友善的蜂群管理系統,兩種模型各有優缺,為蜜蜂生態研究提供支持。
Honey bees (Apis mellifera) are vital pollinators in agriculture, yet recent population declines threaten crop yields. Understanding in-hive behavior and factors affecting colony sustainability is therefore critical. Previous studies have largely focused on foraging or limited in-hive observations, leaving overall colony dynamics underexplored. This study integrates computer vision with multi-object tracking (MOT) and compares unsupervised and supervised machine learning approaches to analyze in-hive behavior and the correspondence between behavioral roles and hive regions. YOLOv8x (mAP50 = 98.84%, Precision = 97.29%) combined with ByteTrack (MOTA = 89.34%, IDF1 = 93.41%) enabled reliable individual tracking. The unsupervised framework used a Transformer-based autoencoder with HDBSCAN clustering to extract and group trajectory features, achieving 90% on PCC and ICR with an 80% error reduction. The supervised framework trained a Transformer classifier on annotated data, achieving over 85% across all metrics. Analyses were validated against manually annotated hive functional regions. Results shows that the unsupervised model effectively captures large-scale movement patterns, whereas the supervised model clarifies behavior-region associations. Overall, this study demonstrates the feasibility of in-hive behavior monitoring, providing a foundation for non-invasive, real-time systems that support smart beekeeping and ecological sustainability. The unsupervised approach may serve as an early-warning indicator for Colony Collapse Disorder (CCD), while supervised models could enhance colony management efficiency, highlighting complementary strengths for bee ecological research.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/99222
DOI: 10.6342/NTU202503944
全文授權: 未授權
電子全文公開日期: N/A
顯示於系所單位:生物機電工程學系

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