基于微服務(wù)的GIS最短路徑算法快遞代取平臺研究

陳沛欣，黃雅怡，黃家楨，賴嘉媛，肖振球

（嘉應(yīng)學(xué)院 計算機學(xué)院，廣東 梅州 514015）

0 引 言

隨著網(wǎng)購的不斷發(fā)展，我國高校大學(xué)生不方便親自取拿快遞、派件方?jīng)]有直接派件上門的問題越來越多，因此衍生了許多代取代拿的現(xiàn)象，但大部分代拿人員未提供身份信息，導(dǎo)致快遞丟失和快遞單上個人信息泄露的安全隱患問題越來越多。

1 平臺需求分析

當(dāng)今地理信息產(chǎn)業(yè)的建立在全世界普及，最短路徑問題就是地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析中最基本最關(guān)鍵的問題，最短路徑分析屬于ArcGIS 的網(wǎng)絡(luò)分析范疇，在本項目中給接單人提供一條最短路徑以提高效率。GIS 定位系統(tǒng)在派單過程全程跟蹤快遞實時位置。本項目有安全可靠的平臺與地理信息系統(tǒng)支撐，通過接單人和發(fā)單人上傳身份信息、創(chuàng)新的派單優(yōu)化算法技術(shù)等措施，有效解決同學(xué)們不方便親自取拿快遞或派件方?jīng)]有直接派件上門、未提供身份信息的代拿導(dǎo)致快遞丟失、個人信息泄露等問題，這在提高校園快遞代拿的安全性有著重要的意義。

2 平臺總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)前后臺設(shè)計

系統(tǒng)分為前臺用戶系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)。前臺用戶系統(tǒng)面向用戶，主要包含用戶登陸注冊、訂單發(fā)布、訂單接收、最優(yōu)接單路徑、反饋互評等功能。后臺管理系統(tǒng)面向系統(tǒng)管理員，主要包含訂單管理、用戶管理、管理員管理、訂單分布監(jiān)控大屏功能，管理員可通過訂單分布監(jiān)控大屏更加直觀地查看區(qū)域訂單量和訂單交易狀態(tài)。

2.2 快遞代取方案

學(xué)生用戶通過學(xué)號信息實名認(rèn)證為新用戶，通過身份選擇成為發(fā)單人和代取人，發(fā)單人發(fā)布的訂單需經(jīng)過平臺審核，審核合格繳納代取賞金給平臺，平臺將合格的需求進(jìn)行發(fā)布。

代取人若想進(jìn)行代取兼職，平臺將首先在GIS 地圖上為代取人提供一條基于取件點與某個送件點的最短代取路線，代取人可選擇代取該快遞，也可取消系統(tǒng)安排，自行選擇。

代取人接單后需繳納保證金給平臺，進(jìn)一步確保取件安全，當(dāng)代取人取完快遞并交給發(fā)單人完成訂單時，平臺將賞金及保證金交付給代取人。完成訂單后，發(fā)單人與代取人可進(jìn)行互評反饋，影響信譽積分。如圖1所示。

圖1 WebGIS 數(shù)據(jù)處理過程圖

2.3 WebGIS

傳統(tǒng)GIS 軟件應(yīng)用成本高、各廠商各自軟件協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不一導(dǎo)致GIS 軟件應(yīng)用在一定程度阻礙了其推廣和普及。而隨著開源時代的到來，GIS 領(lǐng)域的發(fā)展也逐漸走向開源化，Openlayers、Leaflet、ArcGIS js API 等GIS 開源框架使得地理信息系統(tǒng)（GIS）在智能交通系統(tǒng)中日益得到廣泛和深入的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)分析和熱點分析是GIS 的主要功能之一，而網(wǎng)絡(luò)分析最關(guān)鍵的功能就是最短路徑選擇功能，在實際應(yīng)用中常用于汽車導(dǎo)航系統(tǒng)以及各種應(yīng)急系統(tǒng)如110 報警、119 火警及醫(yī)療救護系統(tǒng)尋求最佳路線，可見其最短路徑實現(xiàn)應(yīng)該是高效有用的。

2.3.1 GIS 與Internet 的橋梁——CGI

基于CGI 的WebGIS 是通過調(diào)用外部GIS CGI 服務(wù)程序生成地圖數(shù)據(jù)，并通過Web服務(wù)器傳遞有關(guān)參數(shù)和GIS處理結(jié)果。通用網(wǎng)關(guān)接口（Common Gateway Interface, CGI）是用于實現(xiàn)Web 服務(wù)器對客戶端請求做出動態(tài)響應(yīng)的動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)，CGI調(diào)用方式可通過URL 發(fā)送請求，也可通過頁面表單發(fā)送請求。

2.3.2 WebGIS 數(shù)據(jù)處理過程

（1）瀏覽器運用URL 或表單形式調(diào)用CGI 訪問用于顯示、操作地圖圖片的Web頁面。

（2）Web 服務(wù)器訪問WMS/WFS 服務(wù)器獲取生成的圖像或地理標(biāo)記語言（Geography Makup Language, GML）格式的地理數(shù)據(jù)。

（3）WMS/WFS 服務(wù)器訪問空間數(shù)據(jù)庫獲取空間數(shù)據(jù)，生成地理圖像或GML 格式文件，并使用OpenGIS 定義的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)訪問接口。

（4）Web 服務(wù)器對訪問到的空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

WebGIS 數(shù)據(jù)處理過程如圖2所示。

圖2 WebGIS 數(shù)據(jù)處理過程圖

3 WebGIS 最短路徑算法——Dijistra

WebGIS 的空間分析功能是基于地理目標(biāo)的位置和形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過從地理數(shù)據(jù)庫（GeoDatabase）中訪問空間信息并通過前后端技術(shù)對其進(jìn)行再加工，進(jìn)而得到我們所需要呈現(xiàn)給用戶的信息?？臻g網(wǎng)絡(luò)分析是空間分析的一個重要方面，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，即不同結(jié)點之間、不同實體之間、結(jié)點與實體之間的連結(jié)連通性，對網(wǎng)絡(luò)中的各個元素屬性和空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。最短路徑就是空間網(wǎng)絡(luò)分析中通過對網(wǎng)絡(luò)中各個方面性能特征的分析得出的對路線設(shè)計、資源分配、區(qū)位分析做出的優(yōu)化方案。

Dijistra 算法是最短路徑問題中最經(jīng)典的算法，其通過計算一個結(jié)點到其他所有結(jié)點的所有路徑中尋找一條權(quán)值最?。ň嚯x、時間、流量最?。┑穆窂?，即最短路徑。主要特點是運用BFS 思想以起始點為中心向外層層擴展，直到擴展到終點為止。

首先將地理空間抽象為帶權(quán)值的有向圖={，}，其中是結(jié)點的集合，是?。窂剑┑募?，（v，v）表示結(jié)點v到結(jié)點v的弧，w表示?。?span id="j5i0abt0b" class="emphasis_italic">v，v）的權(quán)值，P表示從v到v的路徑。

最短路徑問題就是尋找一條P值最小的路徑。

Dijistra 算法思想：

將圖中所有結(jié)點的集合分為兩部分和。集合是已經(jīng)得到最短路徑的結(jié)點的集合，在初始情況下中只有源點，是還未得到最短路徑結(jié)點的集合，初始情況下是除源點的所有結(jié)點。因為每次迭代需要指明當(dāng)前正在迭代的集合中的某結(jié)點，所以將該點設(shè)為中間結(jié)點。算法首先應(yīng)將設(shè)為中間結(jié)點，然后開始迭代。在每一次迭代過程中，取得中距離最短的結(jié)點，將加到集合中，將從集合刪除，再將設(shè)為中間結(jié)點。重復(fù)此過程直到集合為空。圖3為Dijistra 算法圖。

圖3 Dijistra 算法圖

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

4.1 微服務(wù)架構(gòu)思想

微服務(wù)是一種架構(gòu)風(fēng)格，一個大型復(fù)雜軟件應(yīng)用由一個或多個微服務(wù)組成。系統(tǒng)中的各個微服務(wù)可被獨立部署，各個微服務(wù)之間是松耦合的。每個微服務(wù)僅關(guān)注于完成一件任務(wù)并很好地完成該任務(wù)。在所有情況下，每個任務(wù)代表著一個小的業(yè)務(wù)能力。

相對于單體架構(gòu)和SOA，它的主要特點是組件化、松耦合、自治、去中心化，體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）服務(wù)小而專。服務(wù)粒度小，每個服務(wù)專門負(fù)責(zé)一件事情進(jìn)行工作。

（2）獨立部署運行和擴展。每個服務(wù)能夠獨立被部署并運行在一個進(jìn)程內(nèi)。這種運行和部署方式能夠賦予系統(tǒng)靈活的代碼組織方式和發(fā)布節(jié)奏，使得快速交付和應(yīng)對變化成為可能。

（3）獨立和多樣化開發(fā)。可以自由選擇開發(fā)技術(shù)，多種開發(fā)技術(shù)、語言結(jié)合開發(fā)。合適的業(yè)務(wù)問題選擇合適的技術(shù)可以獨立演化。

4.2 微服務(wù)軟件架構(gòu)

微服務(wù)軟件架構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件架構(gòu)圖

4.3 平臺具體模塊設(shè)計

4.3.1 登錄注冊模塊

系統(tǒng)面向在校大學(xué)生開放，使用身份證信息與學(xué)生學(xué)號進(jìn)行實名認(rèn)證注冊，使用MD5 加鹽加密技術(shù)對用戶密碼進(jìn)行加密，用戶密碼以MD5 暗文形式存放在數(shù)據(jù)庫中，登錄時系統(tǒng)將用戶輸入的明文密碼進(jìn)行相同操作的加鹽加密。形成的暗文密碼再與數(shù)據(jù)庫中的進(jìn)行比較。主要代碼如下：

4.3.2 訂單發(fā)布模塊

發(fā)單人填寫快遞代取信息包括姓名、快遞公司、取件地點、取件時間、聯(lián)系方式、物品大小、代取賞金、代取保證金、取件碼或取件碼及所需備注等，支付的賞金將由微信支付平臺代為保管。發(fā)單人發(fā)布的代取信息將交由第三方審核平臺百度智能云進(jìn)行文本審核，審驗合格后系統(tǒng)才將需求信息發(fā)布。需求確認(rèn)發(fā)布后，在未有代取人接單時前，系統(tǒng)僅展示需要代取的快遞公司名稱、取件地點、取件時間、物品大小信息，當(dāng)有代取人接單時，系統(tǒng)才將取件號或取件碼、姓名、聯(lián)系方式等私密信息展示給代取人。

4.3.3 接單代取模塊

代取人接取發(fā)單人的訂單需求后，系統(tǒng)先不給予賞金且代取人先支付一定金額的保證金。代取人根據(jù)發(fā)單人的快遞信息前往快遞站點代取快遞，若需另外代取信息可通過聯(lián)系方式聯(lián)系發(fā)單人，代取送達(dá)，雙方均確認(rèn)完成代取交易后，第三方平臺將賞金及保證金發(fā)送到代取人賬戶。

4.3.4 用戶模塊

用戶管理模塊，包含用戶的學(xué)號，姓名，聯(lián)系方式等各項個人信息，如圖5所示。后臺管理員能夠?qū)τ脩暨M(jìn)行操作，當(dāng)用戶忘記密碼和忘記密保問題時，后臺管理員能夠及時對用戶進(jìn)行密碼的修改和信息的保護。同時，對于一些信用極低，沒資格繼續(xù)使用的用戶，管理員能夠?qū)ζ溥M(jìn)行刪號操作。

圖5 用戶管理

4.3.5 訂單模塊

訂單管理模塊詳細(xì)記載了各快遞訂單的信息，如圖6所示。當(dāng)訂單完成并支付時，訂單狀態(tài)中的狀態(tài)碼將變成綠色，未支付時將變成紅色。詳細(xì)的訂單信息及豐富的查找功能，也能方便后臺人員在處理矛盾糾紛時能夠及時查找訂單信息，并通過對應(yīng)的情況進(jìn)行相應(yīng)的修改操作。

圖6 快遞訂單明細(xì)

4.3.6 互評反饋模塊

系統(tǒng)加入評分反饋功能，當(dāng)發(fā)單人確認(rèn)收貨后，發(fā)單人與代取人皆可對本次交易進(jìn)行互評，互評內(nèi)容包含服務(wù)效率、服務(wù)態(tài)度、快遞是否完好。若快遞在代取過程中損壞或不完整，可在系統(tǒng)中進(jìn)行投訴，與客服人員進(jìn)行在線交流解決問題。用戶評分等級一星到五星不等，所得評分累計到用戶的信譽積分中。

4.3.7 訂單分布監(jiān)控大屏模塊

如圖7所示，后臺系統(tǒng)通過大屏監(jiān)控的方式，利用折線圖、柱狀圖、雷達(dá)圖等圖例直接將數(shù)據(jù)可視化。通過中國地圖可以判斷此系統(tǒng)在各大城市高校的市場分布情況，決策者可根據(jù)此圖來調(diào)整宣傳方向。另有每日訂單流量態(tài)勢，可依據(jù)每日態(tài)勢合理安排工作人員。另有今日線下用戶的評價，決策者同樣可根據(jù)此來優(yōu)化補足自身服務(wù)，優(yōu)化系統(tǒng)。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)類型代表了各類快遞的所占比例，后臺云監(jiān)控對決策者計劃制定有重要意義。

圖7 后臺大數(shù)據(jù)云監(jiān)控

5 結(jié) 論

本項目投資成本小、市場大、工作靈活，在校園中受關(guān)注度較大，迎合了部分學(xué)生的消費需求，在校園里的實施相對容易，在短時間內(nèi)可以在校園中扎根滋長，通過安全可靠的平臺支撐以及線上與線下的結(jié)合的運作方式投入，接單人和發(fā)單人上傳身份信息、利用創(chuàng)新的派單優(yōu)化算法技術(shù)、采取GIS 定位系統(tǒng)在派單過程全程跟蹤快遞實時位置等措施，能有效解決同學(xué)們不方便親自取拿快遞或派件方?jīng)]有直接派件上門、未提供身份信息的代拿導(dǎo)致快遞丟失、個人信息泄露等問題，這在提高校園快遞代拿的安全性有著重要的意義。