（果树学专业论文）基于ASPNET的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建.pdf

基于 s p n e t 的柚丰产，优质无公害栽培专家系统的构建 摘要 计算机软件技术的日新月异推动了社会信息化的进程，专家系统领域也是不断 地推陈出新。m i c f o s o n 在推动n e t 平台后，其a s p n e t 向世界展现了一种更为领 先的潮流。同以往w e b 开发技术相比，a s e n e t 具有。事件一驱动编程模型”，丰 富的状态管理支持和基于n e t 等特点，在安全性、性能方面有不可逾越的优势。 本专家系统综合运用面向对象设计思想，用a d o n e t 技术进行开发设计，较好的 满足了可靠性、稳定性和可重用性强大的a s e n e t 与s o ls e r v c r 2 0 0 0 的结合， 不仅可以提供企业级数据访问，同时可以利用系统核心迅速地重构出同类专家系 统，避免了重写复杂代码的工作，提供了高效的管理平台和内容发布平台，有较好 的前景。论文从系统的组成、功能、采用的关键技术以及实现方法进行了介绍。 在系统的实现部分，本论文研究基于m i 啪f 【的最新开发工具a s p n e t2 0 ， 使用饼编程语言，在b s 模式下使用a d o n e t 连接s q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库，构 建柚丰产、优质无公害栽培专家系统。系统采用mw e bc o n t r o 】s 可视化w e b 套件， 包括树形控件，t a b 控件、导航条控件等一系列模块，强化了人机界面，增加了系 统的友善性。同时使用n e t 身份验证、m d 5 加密和随机验证码等技术保障了系统 的安全性。 本文首先介绍了专家系统理论及相关领域的现状。第二部分详细介绍了系统实 现的相关技术，包括n e tf r a m e w o l l 【、a s e n e t 、a d o n e t 以及数据库相关技术。 第三部分介绍了专家系统的框架设计，包括系统的结构和功能设计，选取了合适的 系统开发体系结构和开发环境。第四部分介绍了如何使用a s e n e t 进行专家系统 开发的具体实现过程，包括系统知识库、专家知识系统、病虫害诊断防治系统和后 台管理系统的构建。第五部分介绍了系统的调试与运行情况。 在论文的最后部分，总结了论文所研究的a s e n e t 专家系统设计与实现的优 势和前景展望，以及系统进一步优化问题。 关键字：n e t ；a s p n e t ；农业专家系统；无公害 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 a b s t r a c t t h es o f t w a r e g i n r i l 培o ft h ec o m p u t e rp u s ht h ec h a n g eo fh u 向r m a f i o n b a s e d s o c i e t yp r o c e s s ，t h ef i e l do f e x p e r ts y s t e mi st ow e e do u tt h eo l da n db r m gf o r t ht h en e w c o n s t a n t l yt o o b e h i n dm i c r o s o f t n e tp l a t f o r m , i t sa s p n e th a su n f o l d e dak i n do f t r e n dl e dt ot h ew o r l d c o m p a r e dw i t ht h es i t u a t i o nt h a tp a s tw e bd e v e l o p st e c h n o l o g y ， a s p n e th a s ”i n c i d e n t s - d r i v et h ep r o g r a m m i n gm o d e l ”，a b u n d a n ts t a t em a n a g e m e m i s s u p p o r t e da n db e c a u s eo fs u c hc h a r a c t e r i s t i c sa s n e t , 矗c t h e r ea t ei m p a s s a b l e a d v a n t a g e si ns e c u r i t y ，p e f f o r m a n e e t h i se 删s y s t e mu s e sa n df a c e st a r g 酏d e s i g n p h i l o s o p h ys y n t h e t i c a l l y ，a d o n e tt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e d , t h eb e t t e ro n eh a sm e t d e p e n d a b i l i t y , t h es t a b i l i t y i sr e u s a b l e c o m b i n a t i o n w i t h a s e n e t a n d s q l s e r v e r 2 0 0 0 ， i tc a l l tm e r e l yo f f e rt h ee n t e r p r i s el a y e rd a t at ov i s i t ，c a l lu t i l i z et h es y s t e m a t i cp o r et o c o n s t r u c to u tt h es i m i l a re x p e l 瞳s y s t e ma g a i nr a p i d l ya tt h es a m et i m e ，h a v ea v o i d r e w r i t i n gt h ew o r ko ft h ec o m p f i c a t e dc o d e ，o f f e r e dt h eh i g h e f f i c i e n tm a n a g e m e u t p l a t f o r ma n dc o n t e n tt or e l e a s et h ep l a t f o r m , t h e r ea r eb e t t e rp r o s p e c t s t h et h e s i sh a s m a d ea ni n t r o d u c t i o nf r o ms y s t e m a t i cc o m p o s i t i o n ，f u n c t i o n , k e yt e c h n o l o g ya n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o da d o p t e d s o m eo fr e a l i z a t i o ni nt h es y s t e m ，t h i st h e s i ss t u d i e st h en e w e s td e v e l o p i n g m s t m m e ma s pb a s e do nm i c r o s o f t2 0 。u s e 麟p r o g r a m m i n gl a n g u a g e , u s ea d o n e t t 0j o i ns q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s eu n d e rb sm o d e ，s t r u c t u r es h a d d o c kg e t t i n gb u m p e r c r o p s , h i g h - q u a l i t yp o l l u t i o n - f l e ec u l t u r ec x p a ts y s t e m t h es y s t e ma d o p t sv i s u a lw e b s e to n eo f l ew e bc o n t r o l s , s u c has e r i e so f m o d u l ea si n c l u d i n gt r e e - l i k ec o n t r o l l i n gp a r t t h ec o n t r o l l i n gp a r to ft a b ，n a v i g a t i o n ，ac o n t r o l l i n gp a r t 。e t c ，h a v es t r e n g t h e nt h e m a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ，h a si n c r e a s e dt h es y s t e m a t i c 丘i e n d l i n e s s a tt h es a m et i m e u s i n g n e ti d e n t i t yp r o v e s , m d 5e 陇叼j p t sa n dr a n d o mv e r i f i c a t i o nc o d e , e t c h a v e e n s u r e dt h es y s t e m a t i cs e c u r i t y t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h et h e o r yo fe x p e r ts y s t e ma n dt h ec u r r e ms i t u a t i o n so f r e l e v a n tf i e l d sa tf i r s t t h es e c o n dp a r ti n t r o d u c e sr e l e v a n tt e c h n o l o g yt h a tt h es y s t e m 基于a s p n 盯的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 r e a l i z e si nd c t a i ，m c l u 如f r a m e w o r k ，a s e n e tta d o n e ta n dr e k v a n tt c c h l o g y o fd a t a b a s e t h et h i r dp a r ti n t r o d u c c st h ed e s i g no ft h ee x p e r ts y s t e mf r a m e , i l u d i l l g s y s t 如倒t i c s t l u c t l l r ea n df i l l l c t 劬缸ed c s 蟾d d e v e b pt h cs y s t e ms t r u c t u r ea n d d e v e l o p m e n t 髓v i r o n m c n ta f t e rc h o o s i n g t h es y s t e m 鲺进a b l c ot h e 白u r t hp a r th a s 缸t r 0 血帕e dh o wt 0u a s e n e tt od e v e l d pt h ee x p 盯ts y s t e m ，m c h l d i n gs y s t e m a t k k n o w k d g eb a s e , e x p e 酏k n o w l e d g es y s t e i n ，p l a n td i s c 勰e sa n di n s e c tp e s t sd i a g s 龉 t h a tp f 贸锄t 粕dc u f ct h c 黜t r u e f i o no f l h es y s t e ma n db a c k s t a g em a n a g c m e ms y s 把血 t h ef i f t hp a nh a sm l r o d u c e ds y s t e m a t k 枷g g i n ga n dr u n n i n gs i t 曲m ht h el a s tp a r to f t h et h e s i s ，t h ea d v a n t a g ed c s i 舯e da n dr c a l i z c d a s e n e t e x p e r t 蹄啦锄s u m m a r i z i n gt h et h 龉j sa n ds t u d y i n ga n dp r o s p e c t 如f 喊，a n dt h cs y 吼锄f u r t h e r o p t h n i z c st h cq 嘣t b m k 留w b r d s ：n e t ：a s e n e t ；a g 函u l t u 他e x p e r ts y s t e m ；p o n m i o n 一丘 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名： 论文使用授权的说明 乳飘：砷p 7 f f ， 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在 年后解密可适用本授权书。 口 不保密，本论文属于不保密。叼7 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名 ；李墒句 j 同期：聊7 多f 指导教师亲笔签名： 【，开期： 啦吻 闻各t | ， 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 i前言 自1 9 4 6 年第一台电子计算机问世以来，计算机已经成为人类不可缺少的现代 化工具。其应用从简单的数值计算、数据处理发展到信息管理、决策支持，进而扩 展到人工智能与专家系统。 专家系统是上世纪8 0 年代中期产生的- - f l 计算机应用学科，自诞生之日起， 就表现出强大的生命力。在短短几十年的时间里，随着其理论、方法的不断深入研 究，其应用也得到了迅猛地发展，目前已广泛应用于医学、农林、军事、能源、交 通、公共安全、空间技术、金融、环境科学、机械等众多领域。农业专家系统作为 农业信息技术的重要组成部分，近年已受到世界各国的高度重视( 刘后胜等，2 0 0 3 ) 。 农业是关系到国计民生的重要行业，在我国国民经济中占有相当重要的地位， 必须“坚持实施科教兴农战略，加快农业科技刨新步伐，把农业和农村经济的发展 真正转到主要依靠科技进步和提高农村农民素质的轨道上来”。由于我国入均耕地 面积少，公共设施的建设薄弱，抗御自然灾害的能力低；农业机械的装备水平低， 农业劳动生产率不高，一些产业存在着低产量、低效益、低技术含量的现象；农村 文化相对落后、农民科学种田水平低、农业专家和科技人员相对短缺，高等农业院 校、科研单位的研究成果以及农业科学技术不能有效的推广到农业生产第一线。另 外，随着电脑软硬件技术的迅速发展以及我国加入w t o 以后对农村信息化建设的 进行，电脑已逐渐走进农村且必然能够在农村得到普及，这些为在我国庞大的农村 推广和使用农业专家系统提供了一个坚实平台。农业专家系统它以图文声像并茂的 方式从不同角度展现专家知识，为计算机专业知识相对薄弱的农业科技人员和知识 工程师迅速搭建农业领域的多媒体化的专家系统提供一个便利的工具箱。 1 1柚的栽培生产 柚属亚热带常绿乔木果树，芸香科( r u t a c e a e ) ，柑橘属( c # r u sl i n n ) ，原生柑 橘亚属( a r t h i c i t s u s ) ，柚类( c e p h a l o c i t r u s ) ( 何天富，1 9 9 9 ) 。柚原产中国，栽培 历史悠久，品种资源丰富，据记载，推测已有3 0 0 0 多年的历史。中国柚的品种资 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 源，分布覆盖面、种植面积和产量均居世界首位。近年来，随着柑桔栽培的模式化 和工厂饨，种植面积逐渐扩大，柚的丰产、优质无公害栽培成为现代抛栽培的首要 目标。同时，柚的病虫害问题日益突出，正成为影响我国柚生产发展不可忽视的重 要因素。已记载的柑桔病虫害近2 0 0 种。柚是柑橘中重要的种类之一，其主要病害 有炭疽病、疮痂病，溃疡病、轮纹病、脂点黄斑病、煤烟病、干枝膏药病，流胶病、 柑桔根结线虫病、根线虫病等，主要虫害有介壳虫、红蜘蛛、锈壁虱、粉虱、花蕾 蛆、金龟予、蝽象、天牛、造桥虫、蚜虫、吸果夜蛾、潜叶蛾、桔桔小食蝇等。这 些病虫害严重影响着柚生产的发展( 周水顺，2 0 0 5 ) 。 1 2专家系统 1 , 2 1 人工智能与知识工程 人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，简称a i ) ，是计算机科学研究的一个重要领 域。它通过设计一类具有“智能”的计算机系统( 包括软、硬件两方面) 来模拟人 类的行为，是一种应用方法学。人工智能。这一术语，最初是在1 9 5 6 年由m cc a r t h y 等人发起的关于机器模拟智能学术讨论会上提出来的( 陈进才等，1 9 9 8 ) 。它自上 世纪年代以来，获得了迅速的发展，在很多领域都得到广泛应用。 尽管人们并没有对人工智能给出一个明确的定义，但却己经达到了这样的共 识：人工智能是研究如何用人工的方法或技术，即用各种自动机器或智能机器( 如 电子计算机或智能机) 模仿、延伸和扩展人的智能，实现某些。机器思维或脑力 劳动自动化( 刘泉宝等，1 9 9 8 ) 。 实用的人工智能称为知识工程( k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g ，简称i c e ) 。美国斯坦 福大学被誉为“专家系统和知识工程之父”的计算机科学家费根鲍姆( e a f e i g e n b a u m ) 教授于1 9 7 7 年在第五届人工智能国际联合会议( u c a i ) 上提出了。知 识工程这一概念。他认为，“知识工程是人智能的原理和方法，对那些需要专家 知识才能解决的应用难题提供求解的手段。恰当运用专家知识的获取、表达和推理 过程的构成和解释，是设计基于知识的系统的重要技术问题”( 史忠植，1 9 8 8 ) 。 2 基于a s p n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 知识工程研究的智能系统包括：专家系统、知识库系统、决策支持系统、自然 语言理解、智能机器人和智能计算机。这几种智能系统之间既相互独立，又相互兼 容。 1 2 2 专家系统 专家系统( b x p c r ts y s t e m s ，简称e s ) 是人工智能最早成熟应用的一个领域。 它的出现，使人工智能研究走向实用化。 目前对一于专家系统的定义仍没有定论。费根鲍姆( e af c i g e n b a u m ) 教授将 专家系统定义为；一种智能计算机程序，它运用知识和推理来解决只有专家才能解 决的问题也就是说，专家系统使一种能模拟专家的决策能力的计算机系统。它具 有以下的一些基本属性；( 1 ) 具有专特定领域的专门知识和解决问题的方法，因而 应包含有一知识库和推理机；( 2 ) 具有和人类专家相同的思考方法：( 3 ) 其动态知 识库应是可扩充和可修改的；( 4 ) 专家系统的构造应尽量廉价等。与其它系统或程 序相比，专家系统具有启发性、透明性和灵活性等特征( 房华玲，1 9 9 5 ) 。 专家系统一般由以下几部分构成；知识库、综合数据库、推理机、解释器、接 口。其一般结构如图所示( 刘宏峰，2 0 0 1 ) 。 ( 1 ) 知识库( k n o w l 铷i g e b a ) 是专家系统的重要组成部分，主要功能在于存 储和管理专家系统中的知识，其质量直接决定了系统性能的高低。知识库存储的知 识主要有两种类型：一类是相关领域中所谓公开性的知识，包括领域中的定义、事 实和理论，这些知识通常收录在相关的学术著作和教科书中；另一类是领域专家的 所谓个人知识，它们是领域专家在长期业务实践中所获得的一类实践经验，其中很 多知识被称为启发性知识。领域中事实性数据和启发性知识等一起构成了专家系统 中的知识库。 知识库与传统应用程序的数据库相比，具有更高的灵活性。知识库是灵活的、 主动的、动态的，在推理过程中它的每一条规则就是一段逻辑程序，但是却比程序 模块更容易调试、修订、查看和理解。规则在知识库内的物理存放位置、顺序与其 3 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 被推理机访问到的顺序并没有直接关系，即在推理过程中，推理机将知识库中的知 识动态的组织成为高级数据对象，利用这些数据对象之间的关系、数据对象携带的 内容实现问题的求解( 陈林，2 0 0 4 ) 。 ( 2 ) 综合数据库( g l o b a ld a t a b a s e ) 用于存储反映系统当前状态的事实数据的 地方这些数据包括用户输入的事实、己知的事实以及推理过程中得到的中间结果 等，它们反映系统要处理的问题的主要特征和状态。作为系统操作的对象，这些数 据在系统运行时是不断改变的，并且可以通过规则进行访问，是规则之间联系的纽 带。 ( 3 ) 推理机( r e a s o n i n gm a c h i n e ) 是专家系统的核心部分，是推理杌是在一 定的控制镶略下针对知识数据库中的当前信息或问题进行识别、选取和求解有用知 识的推理过程( 胡波，2 0 0 5 ) 。其主要功能就是使整个专家系统能够以逻辑的方式 协调地工作。它能根据当前已知的事实，利用知识库中的知识，按一定的推理方法 和控制策略进行推理，求得问题的答案或证明某个假设的正确性( 田东，2 0 0 4 ) 。 按照搜索方式不同，把产生式系统分为正向推理、逆向推理和双向推理。 ( 4 ) 解释器即解释程序。它能够向用户解释专家系统的行为，是实现系统透 明性的主要模块 ( 5 ) 接口又称人机界面它负责使系统与用户进行对话，把用户输入的信息 转化成系统能够识别的规范化的表示形式，将之提供给相应模块去处理。然后将系 统输出的内部表示转换为用户能够轻易理解的外部表示形式。它是人与机器对话的 窗口。 在一定的意义上，专家系统的开发重点在知识的获取，表现和运用上因为数 据库的构建，推理机以及解释器的完成都在一定程度上有章可循，而知识库的建立 却由于领域的不同而有很大的差异 4 基于a s p n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 1 2 3 专家系统在农业领域的应用和研究现状 农业专家系统的研究始于2 0 世纪7 0 年代末期，1 9 7 8 年伊利诺斯大学开发的 大豆害虫诊断专家系统p l a n t d s 是世界上应用最早的专家系统，用于农作物的 害虫诊断( 吴加伦等，2 0 0 3 ) 接着，1 9 8 3 年日本千叶大学研制了m t c c s ( 番茄病 虫害诊断专家系统) ( 李志红，2 0 0 1 ) 。到了2 0 世纪8 0 年代中期，随着专家系统技 术的迅速发展，出现了许多农业生产管理专家系统、农业经济分析系统、辅助决策 系统及环境控制系统，在水平和数量上都有了较大的提高。农业专家系统也不再是 单一的病害诊断系统，美国、日本、中国和许多欧洲国家都相继转向开发涉及生产 管理、经济分析与决策、生态环境等方面的农业专家系统。国外已经开发出不少成 功的农业专家系统，取得了不错的成绩( s t o n ee ta 1 ，1 9 8 7 ；h e n g ，1 9 9 0 ) 。已见报 道的有m a c k i n i o n 的c o m a x g o s s y m ( 棉花生产管理) ，r o a c h 的p o m m e ( 苹 果园管理) ( 龙腾芳等，2 0 0 3 ) ，f e r m a n i a n 的d i e s ( 用于乳牛管理) ( 宋瑞生等， 2 0 0 2 ) ，p l a n t 等的农业管理专家决策支持系统和s r i n v a s a n 等开发的e s i m 灌溉管理 专家系统等到1 9 9 6 年为止，国际上的农业专家系统有近百个，广泛应用于作物 生产管理、灌溉、施肥、品种选择、病虫害控制，温室管理、牛奶生产管理、畜牧 环境控制，土壤保持等方面，几乎包括了农业的各个方面( 段韶芬，2 0 0 3 ；李小燕， 2 0 0 3 ) 许多系统已经得到应用，一部分已经成为商品进入市场。 计算机进入我国以后，医疗、化工、电子等行业应用较早，农业方而则相对较 晚。我国专家系统的研究，始于2 0 世纪7 0 年代末期，8 0 年代初开始研究农业专家 系统，是国际上展开农业专家系统研究和应用比较早的国家之一。1 9 8 0 年浙江大学 与中国农科院蚕桑所合作，开始研究蚕育种专家系统；1 9 8 9 年1 0 月研制成功了“砂 姜黑土麦施肥专家咨询系统”，该系统由中国科学院合肥智能机械研究所与安徽省 农科院土壤肥料研究所合作研制，在安徽省淮北1 0 多个县得到较大规模的应用( 吴 玺等，2 0 0 0 ) 。随后，合肥智能研究所的“施肥专家系统”在全国推广了1 0 0 多个 县，节约化肥3 0 多万t ，增产粮食十多亿斤；中国农科院土肥所研制的“禹城小麦、 玉米施肥专家系统”已推广了1 1 2 5 万亩，增产小麦2 0 0 多万蚝( 朱凤林等，1 9 9 8 ) ， 该系统在安徽省1 0 多个县得到较大规模推广( 吴玺等，2 0 0 0 ) 。9 0 年代，我国专家 5 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 系统的研究更是蓬勃发展，出现了许多农业专家系统，如小麦高产技术专家系统， 水果果形判别人工神经网络专家系统，合肥智能研究所研制的施肥专家系统在全国 1 0 0 多个县推广，增产粮食十亿多公斤，节约化肥3 0 多万t 。“禹城小麦、玉米施 肥专家系统推广后增产小麦4 0 0 多万k g ( 朱凤林等，1 9 9 8 ) 。还有关于农业资 源高效利用技术集成专家系统的设计，基于规则和图形的苹果、梨病虫害诊断及防 治专家系统，生态农业投资项目外部效益评估的专家系统，基于作物生长特征的作 物栽培专家系统，基于生长模型的小麦管理专家系统等( 秦来寿，2 0 0 5 ) 。随着网 络技术的发展，出现了众多网络版专家系统，如北京农业信息技术中心网、烟台智 能农业信息网和烟台智能农业信息网等提供了基于w e b 的苹果、梨、葡萄、桃等生 产管理专家决策系统( 刘后胜等，2 0 0 3 ) ，基于a s p 的网络化复混肥优化配料专家 系统( 黄志勇等，2 0 0 3 ) 这些农业专家系统促进了农业科技成果的应用与推广，是实施农业智能化、自 动化的重要技术。对我国从传统农业向现代农业转变，发展可持续农业，以及加速 农业产业化正不断地做出重要贡献。可以预料，一个以农业专家系统为重要手段的 智能化农业信息技术将在中国迅速发展，并将成为中国2 1 世纪农业现代化的重要 内容。作为智能化农业信息技术的重要手段，农业专家系统在我国正在迅速发展， 并将成为我国2 1 世纪农业现代化的重要内容 1 3a s p n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的研究目的和意义 基于a s p n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建，就是专家系统的 就用之一它是一个以栽培、品种、采收、无公害及病虫害查询诊断等诸多权威专 业知识融为一体，形成系统，向农民和科技人员提供柚生产管理全过程详细周到的 咨询和决策服务，指导柚的栽培生产，解决了农技人员专业单一、推广一线专业配 置不齐的问题，帮助农技人员进行系统技术推广( 郑曙峰，2 0 0 2 ) 。它的应用可以 促进农业科技推广服务手段的现代化，提高农技服务水平。 现有的柑桔类疾病专家系统，尚存在开发技术陈旧、诊断技术符合率较低以及 专家知识更新困难等缺点，并且因为软件购买费用高、安装维护需要技术指导，在 6 基于a s p n e t 的柚丰产、优质j e 公害栽培专家系统的构建 农村基层难以推广( 李劲，2 0 0 5 ) 因此，本系统的建立，对于我国柑桔产业的研 究与推广很有重要的意义，具有广阔的市场前景。该系统运用最新的a s p n e t 技 术，主要以植物病理专家、科技工作者的知识和经验为基础，运用计算机数据库技 术、推理机和多媒体技术，实现对栽培、品种、采收、无公害栽培及病虫害的查询、 浏览和诊断。同时，这一系统也可以作为远程教育的课件和资料，为柚病虫害的学 习提供帮助，此外，系统还为柚栽培生产知识的普及提供了新颖的平台。 基于a s e i 惦t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 2系统相关技术的研究 2 1软件体系结构 近年来，随着网络技术不断发展，尤其是基于w e b 的信息发布和检索技术、j a v a 计算技术以及网络分布式对象技术的飞速发展，导致了很多应用系统的体系结构从 c s 结构向更加灵活的b s 多级分布结构演变，使得软件系统的网络体系结构跨 入一个新阶段。 2 1 1 客户端，服务器( c s ) 结构 c s 结构，即c l i c m s c r v c r ( 客户机，服务器) 结构。此结构把数据库内容放 在远程的服务器上，而在客户机上安装相应软件c s 软件一般采用两层结构，其 分布结构如图1 所示它由两部分构成：前端是客户机，即用户界面( c l i e n t ) 结 合了表示与业务逻辑，接受用户的请求，并向数据库服务提出请求，通常是一个p c 机；后端是服务器，即数据管理( s e r v e r ) 将数据提交给客户端，客户端将数据 进行计算并将结果呈现给用户还要提供完善的安全保护及对数据的完整性处理等 操作，并允许多个客户同时访问同一个数据库。在这种结构中，服务器的硬件必须 具有足够的处理能力，这样才能满足各客户的要求 图2 1c 搐结构图 r i 9 2 1c $ s & n 虹e c s 结构在技术上很成熟，它的主要特点是交互性强、具有安全的存取模式、 8 基于a s p n e t 的柏丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据。但是该结构的程序是针对性开发， 变更不够灵活，维护和管理的难度较大。通常只局限于小型局域阿，不利于扩展。 并且，由于该结构的每台客户机都需要安装相应的客户端程序，分布功能弱且兼容 性差，不能实现快速部署安装和配置，因此缺少通用性，具有较大的局限性要求 具有一定专业水准的技术人员去完成。 2 1 2 浏览器，服务器( b s ) 结构 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器儇l 务器) 结构，就是只安装维护一个 服务器( s e r v e r ) ，而客户端采用浏览器( b r o w s e r ) 运行软件。它是随着i n t e r a c t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化和改进。主要利用了不断成熟的w w w 浏览 器技术，结合多种s c r i p t 语言( v b s , c r i p t 、j a v a s c r i p t ) 粕a c t i v e x 技术，是 一种全新的软件系统构造技术。 b s 三层体系结构采用三层客户，服务器结构，在数据管理层( s e r v e r ) 和用户 界面层( c l i e n t ) 增加了一层结构，称为中间件( m i d d l e w a r e ) ，使整个体系结构成 为三层。三层结构是伴随着中间件技术的成熟而兴起的，核心概念是利用中间件将 应用分为表示层、业务逻辑层和数据存储层三个不同的处理层次，如图2 所示。三 个层次的划分是从逻辑上分的，具体的物理分法可以有多种组合中间件作为构造 三层结构应用系统的基础平台，提供了以下主要功能：负责客户机与服务器、服务 器与服务器间的连接和通信；实现应用与数据库的高效连接；提供一个三层结构应 用的开发、运行，部署和管理的平台。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何 一层的改变不会影响其它层的功能。 9 基于a s e n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 b s 三层体系结构 图2 2 b s 三层体系结构 f i g 2 2b st h r e el a y e r sd 【m d t l i e 在b s 体系结构系统中，用户通过测览器向分布在网络上的许多服务器发出 请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。而其余如 数据请求、加工、结果返回以及动态网页生成、对数据库的访问和应用程序的执行 等工作全部由w e bs c i v c r 完成。随着g r m d o w s 将浏览器技术植入操作系统内部， 这种结构已成为当今应用软件的首选体系结构。显然b s 结构应用程序相对于传 统的c s 结构应用程序是一个非常大的进步。 b s 结构的主要特点是分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体拥有 成本低。但数据安全性问题、对服务器要求过高、数据传输速度慢、软件的个性化 特点明显降低，这些缺点是有耳共睹的，难以实现传统模式下的特殊功能要求。例 如通过浏览器进行大量的数据输入或进行报表的应答、专用性打印输出都比较困难 和不便。此外，实现复杂的应用构造有较大的困难。虽然可以用p , x t i v e x 、j a v a 等 技术开发较为复杂的应用，但是相对于发展已非常成熟c s 的一系列应用工具来 说，这些技术的开发复杂，并没有完全成熟的技术工具供使用。 2 1 3c $ 结构与b ，s 结构的分析比较 1 硬件环境不同 基于a s p n e t 的袖丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 c s 建立在局域网的基础上，通过专门服务器提供连接和数据交换服务。所处 理的用户不仅固定，并且处于相同区域，要求拥有相同的操作系统。b s 建立在广 域网的基础上，信息自己管理，有比c s 更强的适应范围，一般只要有操作系统 和浏览器就行；与操作系统平台关系最小。面向不可知的用户群。 2 结构不同 c s 软件一般采用两层结构，而b s 采用三层结构。这两种结构的不同点是两 层结构中客户端参与运算，而三层结构中客户端并不参与运算，只是简单地接收用 户的请求，显示最后的结果。由于三层结构中的客户端并不需要参与计算，所以对 客户端的计算机电脑配置要求较低。虽然b s 采用了逻辑上的三层结构，但在物理 上的网络结构仍然是原来的以太网或环形网这样，第一层与第二层结构之间的通 信、第二层与第三层结构之闯的通信都需占用同一条网络线路，网络通信量大。而 c s 只有两层结构，网络通信量只包括c l i e n t 与s c r v 盯之间的通信量，网络通信量 低。所以，c s 处理大量信息的能力是b s 无法比拟的。 3 处理模式不同 b s 的处理模式与c s 相比，大大简化了客户端，只要装上操作系统、网络 协议软件以及浏览器即可，这时的客户机成为瘦客户机，而服务器则集中了所有的 应用逻辑。 4 构件重用不同 在构件的重用性方面，c s 程序从整体进行考虑，具有较低的重用性。而b s 对应的是多重结构，要求构件具有相对独立的功能，具有较好的重用性。 5 系统维护不同 系统维护是在软件生存周期中开销最大的一部分。c s 程序由于其本身的整体 性，必须整体考察并处理出现的问题。而b s 结构，客户端不必安装及维护。b s 结构在构件组成方面只变更个别构件，开发、维护等工作都集中在服务器端。当需 1 l 基于a s p , n e t 的抽丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 要升级时，只需更新服务器端的软件，而不必更换客户端软件，实现系统的无缝升 级。这样就减轻了系统维护与升级的成本和工作量，使用户的总体拥有成本( t c o ) 大大降低。 6 对安全的要求不同 由于c s 采用配对的点对点的结构模式，并采用适用于局域网、安全性比较 好的喇络协议( 例如n t 的n e t b e u i 协议) ，安全性可得到较好的保证c s 一 般面向相对固定的用户群，程序更加注重流程，它可以对权限进行多层次校验，提 供了更安全的存取模式，对信息安全的控制能力很强。一般高度机密的信息系统采 用c s 结构适宜。而b s 采用点对多点、多点对多点这种开放的结构模式，并采 用t c p i p 这一类运用于i m e r n m 的开放性协议，其安全性只能靠数据服务器上管 理密码的数据库来保证。所以b s 对安全以及访问速度比c s 有更高的要求，而 i n t c r n e t 技术中这些关键的安全问题远未解决。 7 速度不同 由于c s 在逻辑结构上比b s 少一层，对于相同的任务，c s 完成的速度总 比b s 快。使得c s 更利于处理大量数据。 8 交互性与信息流不同 交互性强是c s 固有的一个优点。在c s 中，客户端有一套完整的应用程序， 在出错提示、在线帮助等方面都有强大的功能，并且可以在子程序间自由切换。b s 虽然由j a v a s e r i p t 、v b s c r i p t 提供了一定的交互能力，但与c s 的一整套客户应 用相比是太有限了c s 的信息流单一，而b s 可处理如b b 、b - c 、b g 等信 息并具有流向的变化。 综上所述，可见b s 与c s 这两种技术是各有利弊的。 c s 技术是2 0 年前的主流开发技术，它主要局限于内部局域网的需要。因而 缺乏作为应用平台的一些特性，难以扩展到互联网这样的环境上去，而且要求开发 基于a s p n e t 的柚丰产、优质无公害栽培专家系统的构建 者自己去处理事务管理、消息队列、数据的复制和同步、通信安全等系统级的问题。 这对应用开发者提出了较高的要求，而且迫使应用开发者投入很多精力来解决应用 程序以外的问题。这使得应用程序的维护、移植和互操作变得复杂，成了c s 的 一大缺陷。 但是，与b s 结构相比，c s 技术发展历史更为“悠久”。从技术成熟度及软 件设计、开发人员的掌握水平来看，c s 技术更成熟、更可靠。在某些情况下，采 用1 0 0 的b s 方式将造成系统响应速度慢、服务器开销大、通信带宽要求高、安 全性差、总投资增加等问题。而且，对于一些复杂的应用，b s 方式目前尚没有合 适方式进行开发。 客观地分析c s 、b s 的优劣，建立c s 、b s 结构相结合的网络构架已成 为必然趋势在实际开发和规划系统的时候要有的放矢，才能够搭建成合适的信息 系统( 赵志升，2 0 0 4 ；朱茵，+ 2 0 0 5 ) 。 2 2n e t 的体系结构 2 2 1n e t 框架 微软( m i c r o s o f t ) 公司于2 0 0 0 年7 月宣布了启动n e t 计划，它是一种新的生 成或部署软件的方式，它通过使用现有的h i t p ，x m l 和s o a p 等标准，使互操作 性成为现实，并通过i n t e m e t 提供软件服务。n e t 框架是用于建立和运行w e b 服 务器应用程序和w m d o w s 桌面应用程序的平台，它可以分成m i c r o s o f t n e t 框架类 库和c l r ( 公共语言运行库，c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ) 两部分。类库提供了使 应用程序可以读写x m l 数据、在i n t e m e t 上通信，访问数据库等的代码而基于 m i c r o s o f t n e t 框架创建的应用程序贝在c l r 的控制下运行。 w e b 服务器应用程序通常依赖a s p n e t ，它是一个处理w e b 请求的服务器端 的库。面a s p n e t 又依赖一个用于发送和接收s o a p 信息的w e bs e r v i c e s 库，以 及一个用于以浏览器接收用户输入的信息并动态地生成w e b 页面以示响应的w e b 基于a s p n e t 的被丰产、优质无公害裁培专家系统的构建 用户接口( u d ( 又称w e b 表单) 。w m c l o w s 桌面应用程序通过使用g r m d o w s 表单 可以显示一个图形u i 。 所有的类库都建立在一个基础类库之上，它提供管理作用最为频繁的数据类型 ( 如数值或文本字符串) 的功能，以及诸如文件输入输出等底层功能。 c l r 是一个软件引擎，用来加载应用程序，判断其是否为没有错误地执行，进 行相应的安全许可验证，执行应用程序，在运行完成后将它们清除。 m i c r o s o f t n e t 框架的结构如图2 3 所示。 图2 3 n e t 框架的结构 f i g 2 3 n e t f r a m e w o r k s 捌删l l r e 作为一个完整的开发平台，v i s u a ls t u d i o n e t 提供了一个在m i c r o s o f t n e t 框 架上创建应用程序的图形集成开发环境( i n t e 耐c dd e v e l o p m e n te n v i r o n m c m ，1 d e ) 。 只要程序员编写的代码符合公共语言规范，他们就可以使用一种或多种n e t 编程语言。例如，微软自己的v i s u a lb a s i c n e t ( v b n e t ) ，v i