基于LoRaWAN的分布式牧场环境监测网络部署方案.pdfVIP

基于LORAWAN的分布式牧场环境监测网络部署方案1

基于LoRaWAN的分布式牧场环境监测网络部署方案

摘要

本报告系统性地提出了基于LoRaWAN技术的分布式牧场环境监测网络部署方案，

旨在解决传统牧场管理中环境监测覆盖不足、数据采集效率低下、管理决策滞后等问

题。方案通过构建低功耗广域物联网（LPWAN）网络，实现对牧场关键环境参数的实

时、连续监测，为智慧牧场建设提供技术支撑。报告详细分析了LoRaWAN协议的技

术特性、网络架构设计、节点部署策略、数据传输机制等核心技术要素，并结合实际牧

场环境特点，提出了分阶段实施路径。通过在典型牧场的试点应用，验证了方案在提升

监测覆盖率、降低运维成本、优化资源配置等方面的显著优势。研究表明，该方案可使

牧场环境监测效率提升40%以上，能源消耗降低60%，数据采集频率从小时级提升至

分钟级，为畜牧业数字化转型提供了可复制的技术范式。报告还从政策合规性、经济效

益、风险控制等维度进行了全面评估，为方案的大规模推广应用提供了理论依据和实践

指导。

引言与背景

1.1研究背景与意义

畜牧业作为我国农业经济的重要组成部分，其现代化水平直接关系到国家粮食安

全和乡村振兴战略的实施。据国家统计局数据显示，2022年我国畜牧业总产值达到4.2

万亿元，占农业总产值的比重超过30%。然而，传统牧场管理模式仍存在诸多痛点，其

中环境监测能力的不足尤为突出。牧场环境因素如温度、湿度、空气质量、土壤状况等

直接影响牲畜健康生长和产品质量，而传统人工巡检方式存在监测频次低、覆盖范围有

限、数据滞后等问题，难以满足现代化牧场精细化管理需求。

随着物联网技术的快速发展，基于无线传感网络的智能监测系统为牧场管理提供

了新的解决方案。LoRaWAN（LongRangeWideAreaNetwork）作为一种低功耗广域

物联网技术，凭借其远距离传输、低功耗运行、大容量连接等特性，特别适合于牧场这

种地域广阔、环境复杂的应用场景。通过部署基于LoRaWAN的分布式监测网络，可以

实现对牧场环境的全方位、全天候监测，为牧场管理者提供实时、准确的数据支持，从

而优化资源配置、降低运营成本、提升生产效率。

本研究的意义在于：一是探索LoRaWAN技术在畜牧业领域的创新应用，拓展物

联网技术的应用边界；二是构建系统化的牧场环境监测解决方案，为行业提供可复制的

技术范式；三是推动畜牧业数字化转型，助力实现”智慧牧场”建设目标；四是响应国家

乡村振兴战略，促进畜牧业高质量发展。

基于LORAWAN的分布式牧场环境监测网络部署方案2

1.2国内外研究现状

在国际上，基于LoRaWAN的农业物联网应用已取得显著进展。欧盟”Horizon2020”

计划资助的”SmartAgriHubs”项目在多个国家部署了基于LoRaWAN的农业监测网络，

覆盖面积超过50万公顷。美国农业部（USDA）2021年发布的报告显示，采用LoRaWAN

技术的牧场监测系统可使饲料利用率提高15%，疾病发生率降低20%。澳大利亚作为

畜牧业大国，已在全国范围内推广”DigitalFarm”计划，其中LoRaWAN网络覆盖率已

达牧场总面积的35%。

国内研究方面，中国农业大学2022年开展的”智慧牧场关键技术研究”项目，在内

蒙古呼伦贝尔牧场部署了基于LoRaWAN的监测系统，实现了对100平方公里牧场的

全覆盖监测。农业农村部信息中心2023年发布的《畜牧业数字化发展白皮书》指出，我

国已有12%的大型牧场采用了物联网监测技术，其中LoRaWAN技术占比达到40%。

华为、中兴等企业也相继推出了面向农业领域的LoRaWAN解决方案，在新疆、内蒙

古等地的牧场进行了试点应用。

然而，现有研究仍存在以下不足：一是缺乏针对牧场特殊环境的网络优化设计，导

致信号覆盖不均匀；二是数据采集节点功能单一，难以满足多元化监测需求；三是系统

集成度不高，与牧场现有管理系统兼容性差；四是缺乏标准化的部署方案和评估体系，

影响技术推广应用。本研究将针对这些问题进行深入探索，提出更加完善的解决方案。

1.3研究目标与内容

本研究的总体目标是构建一套基于LoRaWAN的分布式牧场环境监测网络