Sensor Data Transmission in Smart Agriculture: Challenges, Potentials, and Limitations in the Fourth Industrial Revolution

智慧农业是第四次工业革命（4IR）的关键应用领域，信息物理系统、物联网（IoT）和数据驱动分析在此汇聚，以提升生产力、可持续性和资源效率。在此背景下，田间采集的大量传感器数据构成了农业过程自动化监测、决策支持和自适应控制的基础。然而，此类数据的价值不仅取决于传感技术和连接能力，还取决于数据在其生命周期中如何生成、传输、处理和解释。本文分为两部分。第一部分基于有据可查的检索方案，对文献进行叙述性综述，概述智慧农业中的传感器数据及传感器数据传输网络。它考察了4IR环境下基于物联网的田间部署所面临的主要挑战、潜力和局限，并将其归纳为十个开放性问题。这些问题从设备层到社会经济层依次排列，涵盖物理鲁棒性、设备安全、农村连接、空中传感、互操作性、标注数据稀缺、可解释性、联邦访问控制、数据所有权和成本。第二部分针对这些开放性问题，提出了分层架构的概念化和一组设计建议，涵盖分层边缘安全、离线优先同步、语义互操作性、可解释决策支持以及以农户为中心的数据治理。这些建议以已有技术和标准为基础，但尚未在本文中实现或经过实证验证；它们旨在作为设计蓝图和未来原型开发与评估的起点，而非实测结果。因此，本文定位为概念性、视角导向的贡献：它说明了开放性问题如何从所综述的工作中推导出来的过程，阐明了所提出的集成方案相对于现有智慧农业架构声称增加的贡献，并提出了一个评估计划，确定了每个所提组件必须接受测试的指标和基线。在两部分中，特别关注数据完整性和来源作为可信农业数据基础要素的作用，从而实现可靠分析、可审计性和长期复用。