基于网络的休闲农业模式的研究与应用.doc

硕士专业学位论文（2014届）论文题目基于网络的休闲农业模式的研究与应用研究生姓名邵锦杰孙涌指导教师姓名专业名称研究方向论文提交日期计算机技术农业信息化2014年4月 基于网络的休闲农业模式的研究与应用中文摘要基于网络的休闲农业模式的研究与应用中文摘要休闲农业是集农业、畜牧业、养殖业、林业等农业资本，结合自然生态环境、乡村天然资源，提供给人们集休闲、娱乐、环保为一体的新式生活模式。发展休闲农业，符合国家“十二五”规划实施的方针，有利于农业新的产业模式发展，城市居民业余休闲生活得到丰富。基于物联网概念，结合 ZigBee、PLC等硬件控制技术，对物联网在休闲农业中的应用与发展进行了研究与分析，设计了一套基于 Web服务、虚拟与现实相结合的新式休闲农业模式，实现了一个以集成 Struts2、Spring、Hibernate一体的 SSH框架为基础的休闲农业网络系统，为农业的远程信息化进行前期准备。本文阐述了系统的整体架构设计，主要功能的分析与设计，相关理论知识与开发技术的研究分析，最终实现一个虚拟与现实、软件与硬件相结合、可复用、可扩展的休闲农业系统。本文的研究成果包括：（1）调研了休闲农业最新的发展情况，了解国内外休闲农业的发展方向与方式，梳理出主要经验做法。并且阐述了系统开发涉及到的相关理论与技术。（2）对物联网技术在休闲农业中的利用进行研究与剖析。基于物理硬件接口的支持，结合网络开发技术，利用 Struts2、Spring、Hibernate等框架的优越性，将核心功能进行模块化，对土地等资源进行实时监测反馈。本文实现了一个最小系统的原型，可以进行范围性的重复覆盖，达到简易、快速复制的目的。（3）结合设计模式思想，对系统功能进行模块化。运用 MVC模式，将用户界面显示与业务逻辑相分离，达到系统的表现层、业务逻辑层与数据持久层完全分离，提高了系统的扩展性，便于系统的维护管理。利用 IPCamera与 PLC等相关硬件设备接口，结合虚拟与现实资源，实现了一个基于 Web的远程控制、实时监视的远程实时监控系统。关键词：休闲农业，J2EE，SSH，远程实时监控作者：邵锦杰：孙涌指导老师I AbstractResearch and Application of Leisure Agriculture Model Based on NetworkResearch and Application of Leisure Agriculture ModelBased on NetworkABSTRACTLeisure agriculture is a set of agriculture, animal husbandry, aquaculture, forestry andother agricultural capital, combined with natural ecological environment, rural naturalresources, the new mode of life give people set leisure entertainment, environmentalprotection as a whole. Development of leisure agriculture, in line with the countrys 12thfive-year plan to implement the policy of developing the agriculture new industry pattern,enrich the urban residents amateur leisure lifestyle. Based on the concept of Internet ofthings, in combination with ZigBee, PLC hardware control technology, the application ofthe Internet in the leisure agriculture in the development of the research and analysis, anddesign a set of Web services based, virtual and reality of combining the new type of leisureagriculture mode, implements an integrated struts2, Spring, Hibernate SSH framework onthe basis of leisure agriculture network topology system, this system want to achieve thefunction of remote control management of agriculture. This paper expounds the overallarchitecture of the system design, the analysis and design of the main functions, therelevant theoretical knowledge and development of the technology research and analysis,finally realizes a virtual and reality, combining software with hardware, reusable,extensible leisure agricultural systems. In this paper, the main features include:(1) Survey the development of leisure agriculture in the new situation, understand thedevelopment direction and mode of leisure agriculture at home and abroad, to tease out themain experience and practice. And expounded the theory and technology of systemdevelopment involves.(2) On the Internet of things technology using in leisure agriculture research andanalysis. Based on the support of the hardware interface, combined with the developmentof network technology, the superiority of Struts2, Spring, Hibernate framework, the corefunction module, real-time monitoring of land and other resources. This paper implementsII Research and Application of Leisure Agriculture Model Based on NetworkAbstracta minimum system prototype, repeat coverage can be wide, simple, rapid replication toachieve.(3) Combined with design pattern, the modularization of system function. By usingthe MVC mode, the user interface and business logic separation, to achieve the systemperformance layer, business logic layer and data persistence layer separated completely,improve the scalability of the system, its convenient for maintenance management system.Using IPCamera , PLC and other related hardware equipment, a combination of virtual andreal resources, based on the realization of a remote control, Web real-time monitoring tocreate a remote monitoring system.Key words: Leisure Agriculture, J2EE, SSH, Real-time Remote Control.Written by: Shao JinjieSupervised by: Yong SunIII 目录第一章绪论 . 11.1研究背景及意义 . 11.1.1研究背景 . 11.1.2国内外研究现状 . 21.1.3研究意义 . 31.2论文的主要工作 . 41.3论文的组织结构 . 41.4本章小结 . 5第二章相关技术与理论 . 62.1服务器 . 62.2开发框架 SSH. 72.2.1 Struts2. 72.2.2 Spring. 92.2.3 Hibernate. 102.3软件技术 . 112.3.1 JSP . 112.3.2 JavaScript. 122.3.3 Ajax. 132.4硬件技术 . 152.4.1 ZigBee. 152.4.2 PLC. 162.4.3 RS-485 . 162.5本章小结 . 17第三章系统需求与分析设计 . 183.1产品定位分析 . 183.2用户需求分析 . 19 3.3系统可行性分析 . 203.4系统整体平台构架 . 213.4.1 B/S结构模式 . 213.4.2 MVC设计模式 . 223.5系统主要功能 . 243.5.1系统前台功能 . 243.5.2系统后台功能 . 253.6系统角色分析 . 263.7系统逻辑分析 . 273.8系统扩展与维护 . 293.9本章小结 . 29第四章系统核心功能与框架设计 . 304.1虚拟点种功能 . 304.2远程浇灌功能 . 314.3实时监控功能 . 324.4视频合成功能 . 334.5商务功能 . 334.6数据库设计 . 344.7本章小结 . 39第五章系统实现 . 405.1开发运行环境 . 405.2系统原型实现 . 415.2.1前台系统实现 . 415.2.2后台系统实现 . 465.3系统测试 . 515.3.1功能测试 . 515.3.2性能测试 . 515.3.3可用性测试 . 525.4本章小结 . 52 第六章总结与展望 . 536.1总结 . 536.2展望 . 54参考文献 . 55致谢 . 58 基于网络的休闲农业模式的研究与应用第一章绪论第一章绪论本章首先介绍了本课题的研究背景、国内外研究现状以及研究意义。对整篇论文的主要工作和组织结构进行了阐述。1.1研究背景及意义1.1.1研究背景城市快速的生活节奏，较大的生存压力，使生活在城市的人们更加的心生疲惫，促使人们更加向往回归到朴素、静谧、休闲的农村环境，希望体验一种幽静的田园生活。伴随这种情况的发生，孕育出一种新的产业，即休闲农业。休闲农业是近年来新产生的一种农业生产经营形态，结合了农业的景观资源和土地资源，发展了集观光、休闲、娱乐、体验为一体新的生活方式1。休闲农业优化了农业产业结构，将第一产业与第三产业相联合，促进了农业的发展多元化；改善了农业发展的环境；增加了农民的收入来源；扩展了城市居民的休闲娱乐方式渠道，在身体与心灵上得到双重净化。休闲农业是充分利用自然环境生态资源、农村景观资源，结合现有的农业生产与经营方式，对农村的独特文化、产品、生活进行推广与发展，农村的休闲功能得到了利用，人们休闲、娱乐、旅游等实际需求得到了满足。休闲农业是一种新型的产业，起源于 20世纪 70年代2，是农业发展的一条新的道路，其背景如下所述：（1）它是现代农业发展中出现的新型产物，是以当代城市生活背景为基础，结合第一与第三产业，创造了适合其发展的环境资源与经济导向。（2）农村收入来源比较单一，农村人均土地资源日益减少，造成了人与土地的尖锐矛盾，休闲农业有利于增加农村收入，同时缓解农村相对过剩的劳动力，符合农村村民的经济利益。（3）人们生活的富裕程度日益提高，追求健康、快乐、休闲的生活方式成为了1 第一章绪论基于网络的休闲农业模式的研究与应用一种时尚。扩大内需，拉动消费，增加投资是推动经济发展的主要几种方式，发展休闲农业同时满足了其三种方式，有利于农业产业结构的升级与转型。1.1.2国内外研究现状国外对休闲农业的研究从 19世纪中叶开始，是在工业经济与城市快速发展进程中出现的，起源是以在 1865年意大利成立“农业旅游全国协会”为标志的，其专门研究休闲农业的意义、发展方向等。目前休闲农业在美国、日本、英国、中国台湾等地区发展的较为迅速。国外大多数专家视休闲农业为乡村旅游的最重要的组成部分，但是对于休闲农业没有严格的定义标准。L.A.Dernoi认为休闲农业是用户通过农场进行生产、接待、娱乐、观光、度假等活动得到享受的一种方式3。国外对于休闲农业的研究一般包括在对乡村经济的研究中。目前，人们对于休闲农业的研究还不够成熟，例如休闲农业在亚太地区，农庄主要是提供人们休息的场所，而且经营规模相对较小，各个农庄之间的联系比较少，没有充分利用到农庄所拥有的资源，并且受到季节的影响，因此带来的经济收益较少。但是并不能否认其对农村经济带来的促进作用。总之，国外学者从概念、意义等主要方面对休闲农业进行研究，并且产生了有一定的成熟理论成果。然而，休闲农业的内部联系以及外部联系，还有很多我们所不了解、没有发现的，需要我们能够长期的对其进行研究分析。Bram well and Lane(1994)认为如何处理好社区、游客、旅游产业三者之间的关系是休闲农业能否持续发展的重点4。目前，休闲农业与计算机互联网技术相结合的实例还是很少，大都停在理论实践阶段，缺少较为成熟的案例，其中案例主要是集中在欧洲部分农业发展地区进行的，缺少实践的普遍性。我国开始发展休闲农业只有短短的十多年的时间，但是也取得了一定的理论实践成果5。初期主要是以观光为主的旅游型，到 90年代，才逐步转向旅游与休闲相结合的农业模式。实践证明，休闲农业的发展有利于推动国家经济发展，因此受到了国家政府的重视。休闲农业的发展大致可以分为三个阶段，分别为：兴起阶段、探索阶段以及规范阶段。兴起阶段为二十世纪八十年代到九十年代中期，主要通过提供水果采摘活动，形式较为单一；探索阶段为二十世纪九十年代中期到 21世纪初，政府开始大力支持休闲农业的发展，形式也呈现多样化，除去提供水果采摘项目，还增加了2 基于网络的休闲农业模式的研究与应用第一章绪论种植垂钓等活动，农村本身环境条件也得到了改善，方便了人们出行，加快了休闲农业的发展脚步，形成良好循环。目前，休闲农业还处在规范阶段，农庄提出了“生态旅游”的口号，即绿色、环保、休闲、娱乐为一体的概念6。中央一号文件提出“农业要提供食品保障功能，还要开发生态保护、观光休闲、文化传承功能”，为休闲农业的发展提供了强有力的政府保障。同时还指出了农业应具有多种功能，如环境保护功能、就业增收功能以及文化传承功能等。要建设现代农业，必须注重开发农业的多种功能7。1.1.3研究意义休闲农业是结合第一、第三产业的新型农业模式。目前，国家正在致力于打破城乡二元结构，解决“三农”问题，增加农民的收入，解决农村过剩的劳动生产力。发展休闲农业有助于推动现代化农业的发展，并且带动其他相关产业发展，符合中国特色社会主义经济发展的规律。经济的快速发展、城市居民年收入的提高，消费需求增长，休闲农业进入了快速发展的新阶段89，人们开始向农村回归，向自然回归，寻求心灵上的净化。休闲农业的发展满足来了城市居民的要求，提供了很好的机会和广阔的生活空间。同时也很好的对农村文化进行了推广，让更多的人了解农村的生活文化，有利于人们身心健康发展，促使城市与农村进行相互融合。其发展意义主要表现在如下几个方面：（1）经济意义：休闲农业拓展了农村经济发展的道路，为农民提供了大量的就业机会，增加了农民的收入来源。增加了农产品的销售渠道，为农产品添加了文化价值，促进了交通、餐饮等周边相关产业的发展。（2）社会意义：缓解了日益严重的人与土地的矛盾，城市与农村的矛盾，减少城市与农村的差距，充分利用农村拥有的独特资源条件，促进人与社会、环境的和谐相处，改善了农村的生态环境，在“三农”问题的解决上提供了理论依据。增加农业发展的复合性，促进农业产业结构化，实现生态的良性循环，促进社会的可持续性发展。（3）人文价值：传播和保护了农村独特的文化，促进城市文化与农村文化的结合，让城市居民更加了解农业知识、人与自然的和谐相处之道。在增加城市居民的生3 第一章绪论基于网络的休闲农业模式的研究与应用活方式选择的同时，也有利于改善了农村的生活条件。1.2论文的主要工作本文的工作内容可以概括为以下几点:（1）对于休闲农业在国内外的发展起源过程进行了详细的调研与系统科学的分析，展示了发展休闲农业的必要性与重要性，总结休闲农业信息化所应具有的特征特性，发掘其特有的价值。（2）搭建了一个休闲农业信息化的网络开发平台。本文搭建的平台以 SSH为整体框架，Tomcat为远程服务器，采用 B/S结构模式以及以 JSP为视图显示、Servlet为逻辑控制、DAO为数据处理的三层架构模式。（3）实现了一个网站原型设计。本文原型网站具有虚拟点种、远程控制、商务、后台信息调度管理等功能模块，具备农业信息化的完整小型的功能模块。（4）提出了一套基于休闲农业的网络系统交互规则。对用户与系统交互体验进行了统计与研究，提出了一套集安全与趣味性为一体的网络系统交互规则。在硬件设备安全的前提下，增加人与系统交互的趣味性、操作的流畅性、信息搜索显示的便捷性等。（5）将 UML建模与设计模式4445运用于本文系统开发过程中。用 UML对系统进行建模，对系统的整体模块以及模块之间的通信规则进行设计，清晰化系统的开发整体流程。在功能模块设计中运用一些设计模式，例如单例模式、装饰模式，降低了模块间的耦合性，提高了系统可扩展性与运作效率，缩短了系统开发的周期。1.3论文的组织结构第一章，绪论。介绍了休闲农业发展的起源背景，阐述了休闲农业的相关概念，总结了其从出现到近期的发展历程。展示了休闲农业在国内外的研究现状与研究意义，阐明了本文需要完成的研究任务。第二章，相关技术与理论。主要介绍了休闲农业信息化所涉及到的一些开发技术与设计模式，包括 SSH框架，Web服务器以及一些相关配套周边技术。对于整个系统进行了技术构架。4 基于网络的休闲农业模式的研究与应用第一章绪论第三章，系统需求与分析设计。对系统产品进行定位，对用户需求以及系统的可行性进行分析，通过 UML建模对系统的主要功能进行探讨。本文将系统分为前台与后台，分别对其进行阐述，对系统的可扩展性与维护性进行设计。第四章，系统核心功能设计和框架设计。本章节按照设计模式理论知识，对系统的功能进行模块化，主要分别为虚拟点种功能、远程浇灌功能、实时监控功能、视频合成功能、商务功能五部分。对功能间的数据交互进行了数据库的设计，在此基础之上，对整个系统进行了平台框架设计。第五章，系统实现。在系统功能分析与设计的基础之上，通过程序编写，实现了系统网站原型，从系统前台与后台两块分别进行展示。第六章，总结与展望。阐述了本文系统设计中的一些不足之处以及系统未来的改进，对课题进行了总结。1.4本章小结本章节阐述了本文的研究背景、研究现状、研究意义。简要说明了论文的主要工作以及组织结构。5 第二章相关技术与理论基于网络的休闲农业模式的研究与应用第二章相关技术与理论本章节对本文所涉及到的相关技术进行了简单的介绍，主要包括服务器、开发框架、前台后台具体开发技术。2.1服务器Web即为 World Wide Web缩写，通过网络可以向浏览器客户端提供信息界面显示。它具有以下特点：（1）Web服务器是被动响应的，客户端用户通过浏览器访问服务器时，服务器才会进行运行。（2）Unix与 Linux系统中 Web服务器有 Apache、Nginx、Lighttpd、Tomcat、IBMWebSphere等。Windows中有 IIS。（3）Web服务器是一台具有独立 IP地址的计算机，可以向网络的客户端提供网页浏览，FTP数据上传下载，邮件通信等服务。（4）Web浏览器通过网络发送请求至远程服务器中，远程服务器通过预装程序处理请求并将数据处理结果反馈回用户浏览器中，浏览器会从反馈数据的附带信息中取得查看文件的方式。服务器使用的通信协议为 HTTP超文本传输协议，协议中详细的规定了浏览器与远程网络服务器进行数据通信的规则，所以也称 Web服务器为HTTP服务器。（5）Web服务器在提供数据页面显示的基础之上，可以运行编译完成的脚本代码，能够获取以及保存客户端发送的数据信息。Web服务的运行分为四个步骤。四个步骤紧紧连接，构成一个完整的链路，可以进行多线程的连接。过程如下所述：（1）连接过程连接过程为远程服务器与用户客户端浏览器进行连接的过程，连接通过 Socket进行，因此用户可以通过 Socket文件对连接情况进行查看。（2）请求过程6 基于网络的休闲农业模式的研究与应用第二章相关技术与理论请求过程为 Web客户端浏览器通过 Scoket向 URL指定的远程网络服务器进行数据操作命令的发送。（3）应答过程应答过程为远程网络服务器对客户端发送的数据操作命令进行相应的处理，并且将处理结果反馈到客户端浏览器中，并且显示结果请求界面。（4）关闭连接关闭客户端浏览器与远程服务器之间的连接。Tomcat是一个开源免费的 Web应用服务器。它是 Apache的一个子项目10。但是却独立运行，与 Java技术结合，运行 JSP与 Servlet。它占用资源比较少，具有良好的扩展性、系统资源负载平衡性，所以使用范围比较广。Tomcat还在不断的改进与升级中，目前最新的版本为 8.0.0-RC1 (alpha) Released。2.2开发框架 SSH本系统是基于 Struts2、Spring、Hibernate三个框架整合而成 SSH11框架进行设计开发的。三个框架各司其职，完美配合。Struts2框架实现了 MVC设计模式中 View视图块；Hibernate负责数据进行持久化操作，对 JDBC进行了轻量级的封装，核心概念为 ORM（对象关系映射）；Spring负责业务层。2.2.1 Struts2Struts212是 Struts113的后继产品，是一个非常优秀的 MVC框架，但是在体系结构上与 Struts1有明显的区别。Struts2的核心为 Web Work，普通的 Java对象在 Struts2中也可以作为 Action进行处理，对于用户的请求使用多重拦截器的方式来灵活处理，促使业务层与 Servlet的耦合性降低，更加易于单元测试，校检更加的强大方便，同时还整合了例如 Ajax等技术。Struts2的处理过程14如图 2.1所示。7 第二章相关技术与理论基于网络的休闲农业模式的研究与应用HttpPServletRequestActionContextCleanUpOther FilitersFiliterDispatcherActionProxyIntercepter 1Intercepter 2Intercepter 3ActionActionMapperTag SubSystemTemplateConfigurationManagerResultActionInvocationIntercepter 3Intercepter 2Intercepter 1Struts.xmlHttpPServletResponse图 2.1 Struts2流程图（1）客户端浏览器向 Web容器发送一个请求，Action、View或者逻辑处理都可作为请求内容。（2）请求经过一系列的过滤器（Filter）进行过滤。（3）通过查看 ActionMapper记录，如果需要调用 Action进行获取数据的处理，则调用相对应的 Action代理。（4）Action代理读取配置文件中的配置信息，寻找出指定的 Action所对应数据处理具体类。（5）Action代理建立一个 Action实例，如果该实例 Action也具有拦截器配置，同样必须经过拦截器，最后再调用 Action以及所对对应的具体类。（6）Action处理完成之后，会根据相应的信息返回一个结果，结果可能是一个逻辑视图的 URL，最后显示在客户端浏览器。8 基于网络的休闲农业模式的研究与应用第二章相关技术与理论2.2.2 SpringSpring是一个以 AOP与注入机制为核心的开源框架15，框架创立的目标是降低组件之间的耦合性、降低应用程序的复杂性。Spring的特点之一就是对结构进行