草原畜牧业作为中国的一种传统产业,近年来凭借物联网技术取得了很大的发展,其中养牛业占有重要的地位,但是仍然面临着挑战。对于牛的发情、健康情况以及草场放牧强度无法进行科学有效的监测,这严重制约了养牛业的智能化发展。主要原因是草原环境下很难实现运营商网络覆盖和电网供电,从而实时有效的采集牧群监测数据面临很大困难,并且复杂的草原环境和独特的放牧方式要求数据采集系统必须具有功耗低、成本低、通信距离远、稳定性强和灵活性强等特点,但现有的数据采集系统往往很难兼顾这些要求。针对以上问题,本文结合低功耗广域网技术的特点,提出建立一个草原牛行为特征监测系统,为草原放牧强度研究、放牧牛健康及发情状况监测模型的建立和运行提供数据支撑,使得实时监测成为可能。以LoRa为代表的低功耗广域网技术的发展,使得系统的建立成为可能。本文研究的系统框架主要包括三个部分:即LoRa项圈节点、LoRa网关和数据管理中心。项圈节点主要集成了传感器模块和通信模块,是数据的收集者;网关主要由主机和网关集中器组成,是数据的转发者;数据管理中心主要完成轨迹数据的分析和运动行为分类模型的运行,是数据的分析者。本文将研究重点设置为对项圈节点和数据管理中心的研究。项圈节点的研究重点有三个,一是实现传感器数据的采集,需要保证在复杂的外部环境下,传感器数据的稳定采集;二是实现远距离的数据传输,需要足够远的通信距离并且保证数据传输的完整;三是在实现以上两点要求的同时还需要最大限度的降低项圈节点的功耗。数据管理中心的研究重点是通过使用机器学习算法建立准确率高的运动行为分类模型,实验表明使用二叉决策树分类模型可以实现较好的分类效果。本文研究的系统在某草原地区进行了应用测试,分别对系统的稳定性、通信距离、节点功耗以及行为分类模型做了详细的测试。经过测试和分析,系统基本上满足预期对通信距离、功耗以及稳定性的要求,行为分类模型对易于区分的行为方式有较高的区分准确率,系统基本适用于复杂的草原环境。将低功耗广域网技术应用于智慧牧场建设领域,拓展了其在该领域的发展,同时对草原畜牧业物联网技术的应用研究具有一定的推动作用。