基于.NET的柑橘栽培管理信息平臺(tái)的研究

姚強(qiáng)等

摘 要 我國柑橘種植面積和總產(chǎn)量位居全球第一，但因生產(chǎn)管理技術(shù)相對(duì)落后、新技術(shù)和成果推廣率低等導(dǎo)致平均667 m2產(chǎn)量低于世界平均水平。為了更好地給果農(nóng)和植保工作者提供技術(shù)信息服務(wù)，幫助果農(nóng)增產(chǎn)增收，研究開發(fā)了基于.NET的B/S架構(gòu)的柑橘栽培管理信息平臺(tái)。該應(yīng)用軟件在設(shè)計(jì)時(shí)，分析信息平臺(tái)功能，設(shè)計(jì)分層架構(gòu)模型，降低耦合度；運(yùn)用Web Service技術(shù)，提高可擴(kuò)展性，提供系統(tǒng)間通信接口；應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)模式，提高可復(fù)用性和可移植性。驗(yàn)證結(jié)果表明，信息平臺(tái)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，使用方便，易于維護(hù)，能夠?yàn)楦涕僭耘喙芾硖峁┐罅?、有效的技術(shù)信息。

關(guān)鍵詞 .NET；Web Service；設(shè)計(jì)模式；分層架構(gòu)；柑橘；栽培管理信息

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-890X（2015）16-036-05

知網(wǎng)出版網(wǎng)址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/50.1186.S.20150710.1125.014.html 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015/7/10 11：25：00

近年來，我國柑橘生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展，種植面積不斷擴(kuò)大、產(chǎn)量連年增長(zhǎng)。自2007年起，無論栽培面積，還是總產(chǎn)量，我國都超過巴西，成為柑橘第一生產(chǎn)大國。然而，我國柑橘平均667 m2產(chǎn)量較低，產(chǎn)量最高的2012年也只有915.7 kg，而同期世界平均水平931.57 kg，巴西1591.85 kg，美國2167.12 kg[1]。經(jīng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，我國柑橘單產(chǎn)低的主要原因在于生產(chǎn)管理技術(shù)相對(duì)落后、新技術(shù)和成果推廣應(yīng)用率低。為了更好地給果農(nóng)和植保工作者提供技術(shù)信息服務(wù)，幫助果農(nóng)增產(chǎn)增收，本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套柑橘栽培管理信息服務(wù)平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，拓展柑橘生產(chǎn)管理技術(shù)和科研成果推廣途徑，通過收集和發(fā)布柑橘栽培管理技術(shù)和最新研究成果，促進(jìn)新技術(shù)、新成果應(yīng)用率提高。

1 功能分析

信息平臺(tái)的主要功能是柑橘栽培管理信息的采集和展示。信息展示部分為果農(nóng)和技術(shù)員提供服務(wù)，有2種展示模式，一種是電子公告式，分專欄發(fā)布柑橘栽培管理信息；一種是智能在線咨詢方式，通過詳細(xì)分類和模糊查詢技術(shù)，模擬實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在線應(yīng)答。信息采集由信息采集員和平臺(tái)管理員完成，采集員收集、整理、錄入、編輯和發(fā)布信息，平臺(tái)管理員負(fù)責(zé)欄目管理、分類管理、無效信息清理等工作。平臺(tái)具體要實(shí)現(xiàn)的功能模塊如圖1所示。

用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)信息平臺(tái)中用戶的添加、編輯、查看和刪除。權(quán)限分為：系統(tǒng)管理、信息錄入、信息編輯、信息發(fā)布。權(quán)限管理模塊實(shí)現(xiàn)權(quán)限的維護(hù)、分配和收回。根據(jù)使用信息平臺(tái)的情況，用戶可使用系統(tǒng)管理員、采集員和發(fā)布員3種角色中的1種。信息管理包括錄入收集的信息到平臺(tái)中、修改或刪除錯(cuò)誤信息、發(fā)布信息。日志管理記錄用戶登錄的時(shí)間、IP地址、運(yùn)行中的異常等信息，提供日志查看和清除功能。欄目管理設(shè)定信息平臺(tái)中的欄目，在添加或發(fā)布技術(shù)信息時(shí)必須選擇一個(gè)或多個(gè)欄目，以決定在網(wǎng)頁中那個(gè)板塊展示。附件管理主要對(duì)信息中包含的圖片、Excel表格、Word文檔、PPT演示文稿、壓縮包等附件進(jìn)行統(tǒng)一管理。在添加信息時(shí)通過上傳功能將附件傳送到服務(wù)器，根據(jù)上傳時(shí)的年份和月份統(tǒng)一組織管理。視頻管理主要實(shí)現(xiàn)視頻信息的添加、編輯、在線播放、刪除等功能。分類字典管理使用字典的方式統(tǒng)一管理和維護(hù)各種分類，包括：品種類型、生育期、成熟期、樹齡、樹型、樹勢(shì)、修剪時(shí)期等。通過對(duì)信息進(jìn)行詳細(xì)的分類，在線應(yīng)答模塊模擬實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在線交互功能。用戶輸入關(guān)鍵詞，在線應(yīng)答模塊使用模糊查詢功能找出可能匹配的信息供用戶選擇。在線應(yīng)答功能的工作流程如圖2所示。

2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件分層已經(jīng)成為一種普遍應(yīng)用的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其本質(zhì)是采取分治的策略，將系統(tǒng)關(guān)注點(diǎn)分離到相互獨(dú)立的層中，各層之間通過協(xié)作完成整體功能[2]。對(duì)系統(tǒng)分層可降低模塊間耦合度，增加代碼可復(fù)用性，提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可移植性，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，使系統(tǒng)更易維護(hù)。

MVC模型是一種典型的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)模型，將系統(tǒng)分成3層：與用戶交互的V（視圖） 層、數(shù)據(jù)處理的M（模型）層和控制業(yè)務(wù)執(zhí)行的C（控制）層。在實(shí)際開發(fā)中，會(huì)根據(jù)需要參照MVC模型做擴(kuò)展和細(xì)化，增加一些層次。

信息平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)也采用了分層的架構(gòu)設(shè)計(jì)思想。其系統(tǒng)架構(gòu)共分為5層：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、Web服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)管理層，如圖3所示。

數(shù)據(jù)管理層由SQL Server、Oracle、MySQL等數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

數(shù)據(jù)訪問層提供：連接數(shù)據(jù)庫、添加數(shù)據(jù)、檢查數(shù)據(jù)是否存在、取數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)和關(guān)閉連接功能。

Web服務(wù)層調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層的接口，應(yīng)用Web Service技術(shù)為上層服務(wù)。Web Service是一種平臺(tái)獨(dú)立的、分布式的、松耦合的、自包含的、可重用的、基于可編程的軟件組件，它封裝各個(gè)獨(dú)立功能，通過采用WSDL、UDDI和SOAP等基于XML的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，解決異構(gòu)分布式計(jì)算以及代碼與數(shù)據(jù)重用等問題，具有高度互操作性、跨平臺(tái)性和松耦合的特點(diǎn)[3]。信息平臺(tái)的Web服務(wù)層只提供對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等基本數(shù)據(jù)操作服務(wù)。不同系統(tǒng)間可以共享數(shù)據(jù)，而業(yè)務(wù)邏輯和與用戶交互的表示層會(huì)根據(jù)其主要目標(biāo)有很大區(qū)別，因此將Web服務(wù)層放在第三層，這樣可以重用數(shù)據(jù)訪問層組件，共享數(shù)據(jù)。

圖3中虛線部分是2個(gè)外部系統(tǒng)，一個(gè)是基于物聯(lián)網(wǎng)的柑橘生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，另一個(gè)是基于3G的專家在線支持系統(tǒng)。這2個(gè)系統(tǒng)通過調(diào)用Web服務(wù)層的服務(wù)接口，可與數(shù)據(jù)管理層交互，從而共享數(shù)據(jù)。

由于Web Service采用基于XML的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，當(dāng)需要開發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，可使用習(xí)慣的或當(dāng)前流行的語言進(jìn)行開發(fā)，而不必考慮現(xiàn)有系統(tǒng)基于的語言，只要符合Web Service的標(biāo)準(zhǔn)，不論使用Java、C#還是其它語言，都可以調(diào)用Web服務(wù)層的服務(wù)。

3 設(shè)計(jì)模式應(yīng)用

設(shè)計(jì)模式用在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中來解決一些重復(fù)發(fā)生的問題，由此增強(qiáng)軟件的可復(fù)用性、可維護(hù)性、可理解性、可演化性和健壯性[4]。在基于.NET的柑橘栽培管理信息平臺(tái)中，設(shè)計(jì)模式主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層設(shè)計(jì)。

3.1 表示層設(shè)計(jì)模式應(yīng)用

表示層是最接近用戶的一層，是系統(tǒng)與用戶交互的門戶。信息平臺(tái)向用戶展示的信息包括：柑橘育苗、嫁接、培土、施肥、修剪、病蟲害防治等多方面。這些信息所包含的具體內(nèi)容各不相同，但從軟件設(shè)計(jì)者的角度，這些信息在展示時(shí)，有相似的結(jié)構(gòu)。為使表示層有統(tǒng)一的展示風(fēng)格，使用模板模式設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。圖4給出了模板模式應(yīng)用類圖。

圖4中BasePage類是所有Web頁面的基類，它繼承了.NET Framework中的System.Web.UI. Page類，包含著ASP.NET Web頁面基礎(chǔ)的屬性、事件及操作。其GetSysConfig方法從XML配置文件中讀取信息平臺(tái)的配置信息，并填充在SysConfig屬性中供所有子類使用。所有Web頁面的整體框架由Templates類的InitFrame方法生成。Templates類依據(jù)模板類型讀取相應(yīng)html模板。所有Web頁面共有的頭部、導(dǎo)航菜單和底部的版權(quán)等信息由Templates類統(tǒng)一填充和生成。首頁里的欄目、圖片輪播、走馬燈等由Index類創(chuàng)建。欄目?jī)?nèi)信息的列表展示和分頁功能由List類實(shí)現(xiàn)。信息內(nèi)容展示頁面的標(biāo)題、作者、來源、發(fā)布時(shí)間、點(diǎn)擊率、內(nèi)容等信息，由Article類填充。

3.2 業(yè)務(wù)邏輯層設(shè)計(jì)模式應(yīng)用

在首頁中，生成欄目只需直接調(diào)用Web服務(wù)層從數(shù)據(jù)庫中取欄目信息，不必做特殊業(yè)務(wù)處理；而生成圖片輪播、走馬燈等效果時(shí)，為使圖片和文章或視頻關(guān)聯(lián)起來，除從數(shù)據(jù)庫取信息內(nèi)容外，還要取圖片附件信息；若是視頻，因?yàn)橐曨l在一臺(tái)單獨(dú)的服務(wù)器上供政府農(nóng)業(yè)部門門戶網(wǎng)站、農(nóng)業(yè)專題網(wǎng)站、科研項(xiàng)目應(yīng)用平臺(tái)共享使用，還要根據(jù)視頻存放路徑和視頻名稱生成URL，這時(shí)就要執(zhí)行一些特殊的業(yè)務(wù)規(guī)則。類似需要執(zhí)行特殊業(yè)務(wù)規(guī)則的情況，在List生成信息列表和分頁處理時(shí)，在Article插入附件圖片到信息內(nèi)容時(shí)，在頁面加載視頻時(shí)都會(huì)存在。如果不加以區(qū)分，將所有的業(yè)務(wù)放在一起，會(huì)使業(yè)務(wù)層非常復(fù)雜，業(yè)務(wù)流程混亂，不利于維護(hù)。為此，在業(yè)務(wù)邏輯層使用外觀模式設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

如圖5所示，業(yè)務(wù)執(zhí)行由BL_ Facade類進(jìn)行分流。直接讀寫數(shù)據(jù)庫的業(yè)務(wù)由BL_Facade調(diào)用WebService完成，執(zhí)行特殊邏輯處理的業(yè)務(wù)由BL_Facade調(diào)用相應(yīng)業(yè)務(wù)規(guī)則類，再由業(yè)務(wù)規(guī)則類調(diào)用WebService訪問數(shù)據(jù)庫。這樣，可有效控制業(yè)務(wù)執(zhí)行，使應(yīng)用結(jié)構(gòu)清晰、流程規(guī)范、易于維護(hù)。

3.3 數(shù)據(jù)訪問層設(shè)計(jì)模式應(yīng)用

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被普遍應(yīng)用于管理信息系統(tǒng)中集中管理數(shù)據(jù)。目前關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品主要有：Oracle、MSSQLServer、Sybase、DB2、MySQL等，這些產(chǎn)品由不同的廠商提供，雖然各廠商都聲稱支持標(biāo)準(zhǔn)的SQL語言，但提供的API卻各不相同。柑橘栽培管理信息平臺(tái)使用的是SQL Server 2012，但考慮到日后系統(tǒng)移植和升級(jí)，同時(shí)也支持對(duì)Oracle、MySQL、DB2等其它數(shù)據(jù)庫的訪問。提供多種數(shù)據(jù)庫訪問的功能，是通過在數(shù)據(jù)訪問層應(yīng)用抽象工廠模式實(shí)現(xiàn)的。抽象工廠模式的意圖是：提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口，而無需指定其具體的類[5]。圖6給出了抽象工廠模式在數(shù)據(jù)訪問層的應(yīng)用類圖。

4 驗(yàn)證結(jié)果分析

目前，“基于.NET的柑橘栽培管理信息平臺(tái)”已經(jīng)通過試運(yùn)行，進(jìn)入正式運(yùn)行使用階段。在試運(yùn)行過程中，對(duì)平臺(tái)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能、可擴(kuò)展性、可移植性、可復(fù)用性進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

4.1 平臺(tái)功能驗(yàn)證分析

信息平臺(tái)應(yīng)用基于.NET的Web技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，部署運(yùn)行于Web服務(wù)器上。采集員可隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息采集、錄入和編輯。發(fā)布員對(duì)信息審查后將狀態(tài)改為發(fā)布即完成信息發(fā)布。果農(nóng)可通過品種優(yōu)選、果園建設(shè)、柑橘育苗、培土施肥、嫁接、修剪、病蟲害防治、保花保果、貯藏加工、采后管理、科研成果、科技視頻等欄目快速找到所需信息。

驗(yàn)證結(jié)果表明，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了所需功能，能夠及時(shí)發(fā)布柑橘栽培管理相關(guān)技術(shù)信息，并以統(tǒng)一的界面風(fēng)格展示給用戶，操作簡(jiǎn)單，易于使用，拓展了技術(shù)和科研成果推廣途徑，提高了新技術(shù)、新成果應(yīng)用率，能夠幫助柑橘果農(nóng)增產(chǎn)增收。

4.2 可擴(kuò)展性和可復(fù)用性驗(yàn)證分析

為了幫助果農(nóng)和植保工作者實(shí)時(shí)獲取栽培地風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、土壤溫度、土壤pH值、土壤水分等柑橘生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)信息，以便及時(shí)做好?；?、保果、施肥、灌溉等工作，在試運(yùn)行階段，為平臺(tái)添加了與柑橘生長(zhǎng)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的組件和觀測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)生長(zhǎng)環(huán)境信息欄目，同時(shí)對(duì)平臺(tái)可擴(kuò)展性和可復(fù)用性做了驗(yàn)證。由于DBAccess類中的方法大多都直接以SQL語句字符串為參數(shù)，只添加一個(gè)用于指定柑橘生長(zhǎng)環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的配置文件，就復(fù)用了數(shù)據(jù)訪問層代碼，實(shí)現(xiàn)了從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)。添加的觀測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)生長(zhǎng)環(huán)境信息欄目，以列表形式展示觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息。因?yàn)橐鶕?jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)采集周期進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，為避免頁面不停刷新，開發(fā)時(shí)增加了EnvInfoList類，該類繼承List類并使用了JQuery，使該欄目與其他欄目保持統(tǒng)一風(fēng)格。

驗(yàn)證結(jié)果表明，平臺(tái)具有良好的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了代碼級(jí)復(fù)用，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4.3 可移植性驗(yàn)證分析

試運(yùn)行期間，對(duì)平臺(tái)可移植性進(jìn)行了驗(yàn)證。依次在服務(wù)器上安裝了Oracle express 11g、MySQL Community Server 5.6、DB2 Express-C三種數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入三種數(shù)據(jù)庫中，修改配置文件后測(cè)試運(yùn)行。結(jié)果表明，平臺(tái)具有很好的可移植性，除了能夠在SQLServer數(shù)據(jù)庫上正常運(yùn)行，還可以在上述數(shù)據(jù)庫上正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語

本文論述了基于.Net的柑橘栽培管理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)，應(yīng)用分層思想設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，為了便于與其他柑橘軟件系統(tǒng)集成和復(fù)用數(shù)據(jù)訪問組件，引入Web服務(wù)層，使用WebService技術(shù)提供外部接口。另外，通過應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)模式中的模板模式、外觀模式和抽象工廠模式，結(jié)合分層的軟件架構(gòu)提高平臺(tái)可擴(kuò)展性、可維護(hù)性、可復(fù)用性和可移植性。經(jīng)過組織用戶試用、添加“觀測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)生長(zhǎng)環(huán)境信息”欄目、開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互組件和跨數(shù)據(jù)庫移植等驗(yàn)證，結(jié)果表明開發(fā)的信息平臺(tái)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。希望通過本文的論述為農(nóng)業(yè)信息化軟件和其他類似平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供借鑒。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）