第 1 章 绪论
1.1 课题的背景及意义
1.1.1 课题背景
随着十九大的召开，一带一路的提出，我国经济发展也进入到快车道，城市居民的收入也逐步提高。把城乡发展一体化作为处理“三农”顽疾的根本途径；必须统筹协调，促进工业化、城镇化、农业信息化协同发展，努力提升现代农业基础，深化推动社会主义新农村建设[1]。目前城市的发展，让城市人口的收入得到了大幅度的提升，但是凡事都有两面性，高收入也让城市人群的生活的节奏越来越快、生活的压力也越来越大，越来越多的人们都希望在放假的时候能够让身心得到放松。传统的城市休闲活动已经逐步被人们所冷落，人们对老的休闲方式兴趣正不断的减弱，而休闲农业为城市人群在休闲方式上打开了一个新的窗口，城市居民可以在放假的时候，回归大自然，体验休闲的农庄生活，预定自己的一块世外田园，通过信息化技术，物联网技术，拉进城市和农村的距离，享受自己农产品收获的喜悦。
传统农业经营的产品是实体产品，而休闲农业除了实体产品外，其销售的核心产品是“休闲”[2]。目前我国农业在产业升级方面主要有:农业采摘、农业科技体验、农业生态旅游、农家乐、农耕文化体验、农业综合性示范园等 6 个类别[3]。2009 年 8 月温家宝总理在无锡考察农业项目时提出了“感知中国”的口号，此后，物联网的发展在中国内地掀起了一股热潮[4]，示范性农业园是以物联网技术为特点，以创造农业园新的盈利点为中心，为当地的消费者提供可持续性消费的特色农业示范园。农业园包括稻米种植、鱼业养殖、物联网农耕管理、农耕文化体验、户外拓展训练、农学研学教育、儿童特色农庄活动、游泳、健身、餐饮、会议多功能于一体化的特色农业基地。农业园的农产品可以现场销售，也可以通过电子商务平台预定预售，通过现场的游玩体验，坚定消费者对农业园农产品的信心和用户粘度，反过来通过可持续性消费的健康、安全的农产品，促进农民就业增收，推进新农村建设[5]，并促进城市消费者来农业园找到属于自己都市外的世外桃源。在农业园中通过研学基地的打造，为周边的中小学生提供极具农学文化特点的研学场所。2018 年湖南省教育厅等 11 部委下发了《关于推进中小学研学旅行的实施意见》，这标志着湖南研学教育将进入新的发展阶段，也为示范性农业园打造研学基地提供了政策的支持。
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1.2 国内外农业物联网的研究现状
1.2.1 国外现状
国外农业物联网也以色列为例，以色列在贫瘠的土地上，发展出了世界领先水平的农业体系。以色列农业通过使用二维码，射频技术、网络监控器，各类环境传感器设备，做到了对种植业的精准浇灌，环境信息采集，生气情况把控，利用大数据指导使用者在施肥，灌溉、售后等农业生产的过程中进行关键的操作。
SunCulture 是一家来自非洲的太阳能智能灌溉器企业。非洲农业正面临着降雨量不稳定、农业产出低、能耗过高、缺少现代农业技术和资金支撑的困境。SunCulture 在很大程度上解决了这些问题。SunCulture 有三个系统太阳能系统、汲水系统、和滴管系统。太阳能系统利用非洲光照充足的自然条件，为整个系统提供电力；汲水系统可以从任何水源（河流、井水、地下水等）汲取水并储存在农场的水箱；滴管系统则根据农作物的需求进行精细灌溉。在晴朗的天气，太阳能充足，汲水系统可以多储水；在阴天的时候，不用担心太阳能少，因为阴天农作物需要的水分也少。SunCulture 的整套装置并不贵，并可以帮助农场大大降低生产成本和提高工作效率，在非洲的各类果园和菜园有着广泛的应用。这家企业也赢得了美国农业部奖励和支持。
日本的绿色农业促进了当地农村的发展。农业主要划分成农林业公园型、饮食文化型、农村景观观赏和山野居住型、和终生学习型四大类型[10]，该模式结合物联网技术，对农业的发展开辟了新的道路，在农田中部署无线局域网以及使用该局域网来绘制植物生长图和实现温室远程控制以提高生产力和节省劳动力的试点方案得到很好的效果[11]。通过研究环境对动物体温的影响，探索了自组织无线传感器网络技术在动物实验研究中的应用潜力[12]。
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第 2 章 课题的相关理论
2.1 物联网在农业园中的应用
2.1.1 物联网在农业中应用的概念
1、环境数据采集：采集种植物生长环境中空气温湿度、土壤温湿度的数据。
2、联网控制设备：对喷淋设备、施肥设备进行远程操作和管理。
3、视频采集设备：通过网络摄像机给用户提供可视视频和图像。
物联网在农业园中的应用如图 2.1 所示
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SOA 的好处：
1、降低用户成本，用户不需要关心各服务之间是什么语言的、不需要知道如果调用他们，只要通过统一标准找数据总线就可以了。
2、程序之间关系服务简单
3、识别哪些程序有问题
缺点：提示了系统的复杂程度，性能有相应影响。
现有的 Internet 向我们提供的是这样一个环境：商业数据广泛分布在网络之中，各应用系统搭建在不同的平台之上，Ｗｅｂ后台的实现技术各种各样，不同安全域之间实行着互不相同甚至相互矛盾的安全策略。这些给电子商务的应用带来了极大的困难。从一定角度而言，我们必须解决这样两个问题：一是实现跨平台的互操作，二是对已有系统的集成，包括已有的商业数据。只有解决第一个问题，我们提出的方案才具有技术上的可行性，只有解决第二个问题，我们提出的方案才具有商业上的可行性[23]。
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第 3 章 系统总体分析与设计........................................ 131.2 国内外农业物联网的研究现状
1.2.1 国外现状
国外农业物联网也以色列为例，以色列在贫瘠的土地上，发展出了世界领先水平的农业体系。以色列农业通过使用二维码，射频技术、网络监控器，各类环境传感器设备，做到了对种植业的精准浇灌，环境信息采集，生气情况把控，利用大数据指导使用者在施肥，灌溉、售后等农业生产的过程中进行关键的操作。
SunCulture 是一家来自非洲的太阳能智能灌溉器企业。非洲农业正面临着降雨量不稳定、农业产出低、能耗过高、缺少现代农业技术和资金支撑的困境。SunCulture 在很大程度上解决了这些问题。SunCulture 有三个系统太阳能系统、汲水系统、和滴管系统。太阳能系统利用非洲光照充足的自然条件，为整个系统提供电力；汲水系统可以从任何水源（河流、井水、地下水等）汲取水并储存在农场的水箱；滴管系统则根据农作物的需求进行精细灌溉。在晴朗的天气，太阳能充足，汲水系统可以多储水；在阴天的时候，不用担心太阳能少，因为阴天农作物需要的水分也少。SunCulture 的整套装置并不贵，并可以帮助农场大大降低生产成本和提高工作效率，在非洲的各类果园和菜园有着广泛的应用。这家企业也赢得了美国农业部奖励和支持。
日本的绿色农业促进了当地农村的发展。农业主要划分成农林业公园型、饮食文化型、农村景观观赏和山野居住型、和终生学习型四大类型[10]，该模式结合物联网技术，对农业的发展开辟了新的道路，在农田中部署无线局域网以及使用该局域网来绘制植物生长图和实现温室远程控制以提高生产力和节省劳动力的试点方案得到很好的效果[11]。通过研究环境对动物体温的影响，探索了自组织无线传感器网络技术在动物实验研究中的应用潜力[12]。
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第 2 章 课题的相关理论
2.1 物联网在农业园中的应用
2.1.1 物联网在农业中应用的概念
1、环境数据采集：采集种植物生长环境中空气温湿度、土壤温湿度的数据。
2、联网控制设备：对喷淋设备、施肥设备进行远程操作和管理。
3、视频采集设备：通过网络摄像机给用户提供可视视频和图像。
物联网在农业园中的应用如图 2.1 所示
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2.2 SOA 技术介绍
SOA 是什么？中文意思是中文面向服务编程，是一种思想，一种方法论，一种分布式的服务架构。通过对服务流程化的组织来构建分布式系统的方法既是体系结构模型,又是编程模型[22]。
用途：SOA 解决多服务凌乱问题，SOA 架构解决数据服务的复杂程度，同时SOA 又有一个名字，叫做服务治理。体系结构图如图 2.3 所示。
SOA 是什么？中文意思是中文面向服务编程，是一种思想，一种方法论，一种分布式的服务架构。通过对服务流程化的组织来构建分布式系统的方法既是体系结构模型,又是编程模型[22]。
用途：SOA 解决多服务凌乱问题，SOA 架构解决数据服务的复杂程度，同时SOA 又有一个名字，叫做服务治理。体系结构图如图 2.3 所示。
SOA 的好处：
1、降低用户成本，用户不需要关心各服务之间是什么语言的、不需要知道如果调用他们，只要通过统一标准找数据总线就可以了。
2、程序之间关系服务简单
3、识别哪些程序有问题
缺点：提示了系统的复杂程度，性能有相应影响。
现有的 Internet 向我们提供的是这样一个环境：商业数据广泛分布在网络之中，各应用系统搭建在不同的平台之上，Ｗｅｂ后台的实现技术各种各样，不同安全域之间实行着互不相同甚至相互矛盾的安全策略。这些给电子商务的应用带来了极大的困难。从一定角度而言，我们必须解决这样两个问题：一是实现跨平台的互操作，二是对已有系统的集成，包括已有的商业数据。只有解决第一个问题，我们提出的方案才具有技术上的可行性，只有解决第二个问题，我们提出的方案才具有商业上的可行性[23]。
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3.1 农业园物联网系统的设计目标...........................13
3.2 系统需求分析..................................... 13
第 4 章 硬件体系结构设计...........................................20
4.1 硬件体系结构设计的原则.................................20
4.2 硬件设备选型.................................. 20
第 5 章 软件体系结构设计.....................................27
5.1 软件体系架构................................ 27
5.2Web Services 和面向服务的软件架构介绍.........................27
5.3 软件部署介绍......................... 28
第 6 章 系统的应用与测试
6.1 整体的开发环境与运行环境
选用好的开发环境，能让软件开发达到高效率、低成本的效果。
服务器的开发环境选择使用 Visual Studio 2008，该环境支持框架 2.0、框架3.0 和框架 3.5 的框架。并且利用 VS2008 开发环境，不仅可以快速开发串口、等硬件控制程序，而且还可以快速方便地构建 Web Server 程序。我们的流媒体服务器将使用 Windows Media Server(WMS)组件。我们的 Web服务器将使用 IIS 服务，FTP 协议以及 HTTP 协议都能够在 IIS 上得到很好地环境支持。
选用好的开发环境，能让软件开发达到高效率、低成本的效果。
服务器的开发环境选择使用 Visual Studio 2008，该环境支持框架 2.0、框架3.0 和框架 3.5 的框架。并且利用 VS2008 开发环境，不仅可以快速开发串口、等硬件控制程序，而且还可以快速方便地构建 Web Server 程序。我们的流媒体服务器将使用 Windows Media Server(WMS)组件。我们的 Web服务器将使用 IIS 服务，FTP 协议以及 HTTP 协议都能够在 IIS 上得到很好地环境支持。
客户使用的电脑客户度在 VS2008 的环境下进行开发，安卓客户端软件在Eclipse 上进行开发。服务器端软件运行以及开发环境，如表 6.1 所示，客户端软件的开发以及运行环境，如表 6.2 所示。
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结论..............................
目前当前我国在农家乐、种植园等传统的农业模式发展下，农业结构的发展停滞不前、创新力度偏低。但是随着物联网技术应用的普及、成熟，极大的推动了农业新模式的发展。
农业示范园中通过加入物联网技术这一高新科技，既能提升城市居民对乡村和农业的兴趣，也能打造农业园的特色、亮点。针对于这种发展趋势，本文对在示范农业园中应用物联网技术做了相关的研究与实质性的实验。
本课题在如下几方面做了有价值的工作：
1、通过对目前国内现代农业的发展模式结合物联网等信息化技术的发展，开发适合示范农业园区连接城市用户，打造全程可视化种植环境，保障食品安全的物联网系统，让农业园对现在城市用户有足够的吸引力，通过信息化技术拉近城市用户和农业园的距离，让农业园的业务开展能可持续发展。
2、研发集成出一套农业园物联网系统。硬件环境、软件环境、客户端和相关的设备都按照标准化、可复制和可扩展的要求集成于一体。
3、在上面的硬件系统之上，我们还设计出一套基于 WebService 的 SOA 体系结构的软件系统。针对于近年来 4G 移动技术的快速发展，手机终端使用率已经大大超越了台式电脑的使用率，所以通过采用 SOA 的架构，能够做到让各种型号的设备、不一样的操作系统环境下，各类终端都可接入到农业园物联网系统之中，让各类用户通过互联网和物联网技术能获得很好的农耕文化体验，打造“从田埂到餐桌的”食品安全信任体系。
4、在一个传统农业占据主导地位的县域，通过物联网技术的应用，打造一个信息化特点浓厚的农业园，提升当地的农业开发水平，提高当地农民就业，促进农业和互联网的融合，打造新的农业运营模式，在新模式成熟之后，可将该模式推广到其他市县。
3、在上面的硬件系统之上，我们还设计出一套基于 WebService 的 SOA 体系结构的软件系统。针对于近年来 4G 移动技术的快速发展，手机终端使用率已经大大超越了台式电脑的使用率，所以通过采用 SOA 的架构，能够做到让各种型号的设备、不一样的操作系统环境下，各类终端都可接入到农业园物联网系统之中，让各类用户通过互联网和物联网技术能获得很好的农耕文化体验，打造“从田埂到餐桌的”食品安全信任体系。
4、在一个传统农业占据主导地位的县域，通过物联网技术的应用，打造一个信息化特点浓厚的农业园，提升当地的农业开发水平，提高当地农民就业，促进农业和互联网的融合，打造新的农业运营模式，在新模式成熟之后，可将该模式推广到其他市县。
参考文献（略）