基于GIS和優(yōu)化Dijkstra算法的農(nóng)產(chǎn)品最優(yōu)運輸路線系統(tǒng)設(shè)計

趙冰

（陜西地建土地勘測規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司，陜西西安 710075）

1.系統(tǒng)簡介

基于GIS農(nóng)產(chǎn)品運輸路線可視化和空間數(shù)據(jù)管理分析及GPS導航，集成優(yōu)化Dijkstra算法與地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并考慮我國農(nóng)產(chǎn)品物流配送特點，建成相關(guān)優(yōu)化系統(tǒng)，并將優(yōu)化路線在電子地圖中顯示，可讓用戶在多約束條件下得到最優(yōu)化路線[1]。本文采用Oracle大型數(shù)據(jù)庫與ArcGIS相結(jié)合，使海量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中進行有效存儲、整合，并在ArcGIS上調(diào)用，進行空間化、直觀化展示，并進行空間分析和應(yīng)用。

2.系統(tǒng)的需求分析

2.1 系統(tǒng)設(shè)計的目的

我國的農(nóng)產(chǎn)品運輸以短途運輸為主，運輸方式大多是公路運輸。由于我國路網(wǎng)分布密集，大多數(shù)在路線的選擇上存在著比較嚴重的經(jīng)驗主義，造成相當一部分資金外流，在很大程度上增加了物流的費用。而且農(nóng)產(chǎn)品運輸要求及時、快速。針對這個問題，我們建立一個以GIS，GPS和優(yōu)化Dijkstra算法為指導，旨在解決農(nóng)產(chǎn)品運輸路線設(shè)計的系統(tǒng)，幫助人們在農(nóng)產(chǎn)品運輸中選擇最優(yōu)的路線。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計的意義

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國的水果、蔬菜等生鮮農(nóng)產(chǎn)品在采摘、運輸、儲存等環(huán)節(jié)造成的損失率高達1/4～1/3。相比之下，發(fā)達國家損失率不超過5%，而美國僅為1%，并且流通費用占總成本的70%，比國際高出20%。我們的項目就是針對這個日益突出的問題，尋求解決之道，提升農(nóng)產(chǎn)品的附加值，節(jié)約農(nóng)產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)的費用，提高流通效率，減少不必要的損耗，在運輸途中縮短了運輸時間，減少了運輸距離、減少了成本，讓農(nóng)產(chǎn)品通過我們設(shè)計出的最優(yōu)化路線到達目的地。

3.系統(tǒng)設(shè)計的背景

3.1 農(nóng)產(chǎn)品運輸?shù)脑瓌t

（1）及時。就是在盡可能短的時間內(nèi)把農(nóng)產(chǎn)品運輸?shù)戒N售地。（2）經(jīng)濟。就是以性價比最高的方式運輸貨物，降低成本。在此理論下，路徑是最重要的參數(shù)。（3）安全。就是要防止農(nóng)產(chǎn)品的破損和由于各種原因引起的質(zhì)量減少以及變質(zhì)問題。

3.2 我國農(nóng)產(chǎn)品運輸中存在的問題

我國農(nóng)產(chǎn)品運輸中存在的一大問題就是運輸路線的選擇不合理。（1）我國農(nóng)產(chǎn)品分布范圍較廣，區(qū)域較散亂，難以集中統(tǒng)一進行運輸線路設(shè)計，必須根據(jù)產(chǎn)地和運輸要求來分別對待。（2）在運輸過程中，由于運輸路線不合理，給農(nóng)產(chǎn)品運輸帶來了很大損失。果蔬變質(zhì)、產(chǎn)品磨損等狀況時有發(fā)生。

3.3 優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品運輸路線

（1）果蔬等對新鮮度要求較高，且時限性較強，要求在最短時間內(nèi)運送到產(chǎn)地且損耗最小、磨損較輕，因此我們可以設(shè)計出時間最短、路程最短的路線。（2）部分產(chǎn)品要求時間最短，則可在一定程度上只考慮時間因子，設(shè)計出時間最短路線。（3）對時間要求不嚴格的產(chǎn)品，則以經(jīng)濟快捷為準，設(shè)計出最短路徑[2]。

4.系統(tǒng)設(shè)計和關(guān)鍵問題

4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，利用GIS對空間數(shù)據(jù)的管理與分析，結(jié)合GPS導航功能，并依靠優(yōu)化Dijkstra算法，設(shè)計出農(nóng)產(chǎn)品運輸最優(yōu)線路。

4.2 擬解決關(guān)鍵問題

4.2.1 建立公路路網(wǎng)模型

建立公路路網(wǎng)模型先要選擇道路數(shù)據(jù)源（點、線要素等）。然后轉(zhuǎn)向，即轉(zhuǎn)向類型、轉(zhuǎn)向限制。接下來是網(wǎng)絡(luò)連通性，即道路是否連通。還有路況、成本耗費屬性，最終作出路線設(shè)計優(yōu)化指南。

4.2.2 優(yōu)化Dijkstra算法

Dijkstra算法的基本思想則是按照路徑長度的增加順序來尋找最短路徑，通過對路徑長度的迭代來得到從源點到終點的最優(yōu)路徑。我們現(xiàn)將Dijkstra算法進行優(yōu)化，優(yōu)化方法可歸為兩類：對存儲空間的優(yōu)化和對時間的優(yōu)化。

4.2.3 將公路路網(wǎng)模型和優(yōu)化的Dijkstra算法相結(jié)合

將公路路網(wǎng)模型和優(yōu)化Dijkstra算法相結(jié)合，使結(jié)合后的系統(tǒng)能根據(jù)需求在最短的時間內(nèi)計算并顯示出最優(yōu)路線。

4.2.4 GIS/GPS分析已選的最優(yōu)路徑

全面學習和了解GPS定位的基本功能：車輛定位監(jiān)控功能、實時定位、車輛動態(tài)跟蹤、車輛狀態(tài)顯示等。根據(jù)GIS和GPS的空間分析和導航功能，分析所選路徑的路況天氣、道路等級、通行禁限等問題，結(jié)合運輸?shù)霓r(nóng)產(chǎn)品狀況進行風險分析，確定最優(yōu)運輸路線的損耗并與原始數(shù)據(jù)進行對比，體現(xiàn)其優(yōu)越性。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫、通訊層、表現(xiàn)層、邏輯應(yīng)用層是整個系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容。各層次管理內(nèi)容不盡相同，并且發(fā)揮的作用也各異。同時，B/S結(jié)構(gòu)模式也是本系統(tǒng)研發(fā)所采用的主要技術(shù)。

下面我們針對系統(tǒng)內(nèi)部的各個層次里面具體的層面模塊進行詳細的解釋。（1）數(shù)據(jù)庫。本層主要管理的是系統(tǒng)內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容。有關(guān)業(yè)務(wù)的操作及運行時所產(chǎn)生的信息全部需要通過這個模塊來歸集。（2）通訊層。通訊層的存在是為了能夠更好地傳遞各個層次之間相關(guān)的信息，這樣加深了各層之間的交流，同時也將系統(tǒng)的共享能力提高了。（3）表現(xiàn)層。本層主要為展現(xiàn)系統(tǒng)的最終運行成果，這個層次主要為與用戶交流，所以也是交互式操作最為頻繁的一個層面。（4）邏輯層。本層主要為管理系統(tǒng)內(nèi)部的各個信息之間的邏輯關(guān)系，本層是最為關(guān)鍵的，加入邏輯不順暢或者混亂，那么系統(tǒng)也無法運行下去。

4.4 系統(tǒng)功能設(shè)計

4.4.1 系統(tǒng)管理模塊

權(quán)限管理、系統(tǒng)配置、登錄管理這三項是系統(tǒng)管理模塊的主要內(nèi)容。

4.4.2 監(jiān)控管理模塊

車輛安全監(jiān)測、車輛運行監(jiān)測、車輛移動監(jiān)測這三項內(nèi)容是監(jiān)控管理模塊的主要內(nèi)容。對車輛進行監(jiān)控的目的主要是為了掌握車輛的實時動態(tài)狀況。

4.4.3 決策分析模塊

決策分析模塊主要是為了通過GPS實時定位車輛，及時獲取實時交通擁堵情況，基于GIS和優(yōu)化后的Dijkstra算法[3]，系統(tǒng)內(nèi)部為用戶規(guī)劃出最優(yōu)最短的運輸路線。在這其中Web服務(wù)器發(fā)揮著至關(guān)重要作用，它能夠幫助信息通過服務(wù)器，傳達到瀏覽器中。

4.4.4 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊，是系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)獲取的信息。信息主要是通過工作人員使用網(wǎng)絡(luò)等媒介來獲取。

4.5 系統(tǒng)創(chuàng)新之處

（1）在技術(shù)和理論方面，將GIS及相關(guān)的GPS技術(shù)引入現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品運輸，從而達到傳統(tǒng)運輸信息化達不到的效果；（2）傳統(tǒng)的只是以距離作為衡量標準的運輸和研究方式，基于考慮時間和距離雙方面因素作為選擇時的路勸值，改進了最優(yōu)路徑所選擇的算法；（3）采用系統(tǒng)面向思維。

5.結(jié)語

本系統(tǒng)通過對農(nóng)產(chǎn)品物流配送信息的收集分析，結(jié)合公路路網(wǎng)模型和優(yōu)化Dijkstra算法的研究，構(gòu)筑GIS軟件平臺，通過對運輸各個環(huán)節(jié)的優(yōu)化決策，在運輸路徑方面應(yīng)用好優(yōu)化Dijkstra算法，農(nóng)產(chǎn)品運輸信息結(jié)合GIS各種特性，實現(xiàn)完善的農(nóng)產(chǎn)品運輸優(yōu)化路徑開發(fā)和優(yōu)化結(jié)合，達到“貨暢其流”“物盡其值”，大大減少了農(nóng)產(chǎn)品在運輸過程中的人、物、財力以及時間減少運輸成本，達到最優(yōu)性價比，可推動信息及時獲取、及時規(guī)劃路線的實現(xiàn)，能夠大大促進管理效率的增強，提高農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度。本系統(tǒng)可開發(fā)網(wǎng)頁版和手機客戶端兩個版本，方便用戶隨時使用，提高使用的便利性。