基于GIS和优化Dijkstra算法的农产品最优运输路线系统设计

赵冰

（陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司，陕西西安 710075）

1.系统简介

基于GIS农产品运输路线可视化和空间数据管理分析及GPS导航，集成优化Dijkstra算法与地理信息系统数据，并考虑我国农产品物流配送特点，建成相关优化系统，并将优化路线在电子地图中显示，可让用户在多约束条件下得到最优化路线[1]。本文采用Oracle大型数据库与ArcGIS相结合，使海量数据在数据库中进行有效存储、整合，并在ArcGIS上调用，进行空间化、直观化展示，并进行空间分析和应用。

2.系统的需求分析

2.1 系统设计的目的

我国的农产品运输以短途运输为主，运输方式大多是公路运输。由于我国路网分布密集，大多数在路线的选择上存在着比较严重的经验主义，造成相当一部分资金外流，在很大程度上增加了物流的费用。而且农产品运输要求及时、快速。针对这个问题，我们建立一个以GIS，GPS和优化Dijkstra算法为指导，旨在解决农产品运输路线设计的系统，帮助人们在农产品运输中选择最优的路线。

2.2 系统设计的意义

据有关数据显示，我国的水果、蔬菜等生鲜农产品在采摘、运输、储存等环节造成的损失率高达1/4～1/3。相比之下，发达国家损失率不超过5%，而美国仅为1%，并且流通费用占总成本的70%，比国际高出20%。我们的项目就是针对这个日益突出的问题，寻求解决之道，提升农产品的附加值，节约农产品在流通环节的费用，提高流通效率，减少不必要的损耗，在运输途中缩短了运输时间，减少了运输距离、减少了成本，让农产品通过我们设计出的最优化路线到达目的地。

3.系统设计的背景

3.1 农产品运输的原则

（1）及时。就是在尽可能短的时间内把农产品运输到销售地。（2）经济。就是以性价比最高的方式运输货物，降低成本。在此理论下，路径是最重要的参数。（3）安全。就是要防止农产品的破损和由于各种原因引起的质量减少以及变质问题。

3.2 我国农产品运输中存在的问题

我国农产品运输中存在的一大问题就是运输路线的选择不合理。（1）我国农产品分布范围较广，区域较散乱，难以集中统一进行运输线路设计，必须根据产地和运输要求来分别对待。（2）在运输过程中，由于运输路线不合理，给农产品运输带来了很大损失。果蔬变质、产品磨损等状况时有发生。

3.3 优化农产品运输路线

（1）果蔬等对新鲜度要求较高，且时限性较强，要求在最短时间内运送到产地且损耗最小、磨损较轻，因此我们可以设计出时间最短、路程最短的路线。（2）部分产品要求时间最短，则可在一定程度上只考虑时间因子，设计出时间最短路线。（3）对时间要求不严格的产品，则以经济快捷为准，设计出最短路径[2]。

4.系统设计和关键问题

4.1 系统总体设计

本系统以GIS技术为基础，利用GIS对空间数据的管理与分析，结合GPS导航功能，并依靠优化Dijkstra算法，设计出农产品运输最优线路。

4.2 拟解决关键问题

4.2.1 建立公路路网模型

建立公路路网模型先要选择道路数据源（点、线要素等）。然后转向，即转向类型、转向限制。接下来是网络连通性，即道路是否连通。还有路况、成本耗费属性，最终作出路线设计优化指南。

4.2.2 优化Dijkstra算法

Dijkstra算法的基本思想则是按照路径长度的增加顺序来寻找最短路径，通过对路径长度的迭代来得到从源点到终点的最优路径。我们现将Dijkstra算法进行优化，优化方法可归为两类：对存储空间的优化和对时间的优化。

4.2.3 将公路路网模型和优化的Dijkstra算法相结合

将公路路网模型和优化Dijkstra算法相结合，使结合后的系统能根据需求在最短的时间内计算并显示出最优路线。

4.2.4 GIS/GPS分析已选的最优路径

全面学习和了解GPS定位的基本功能：车辆定位监控功能、实时定位、车辆动态跟踪、车辆状态显示等。根据GIS和GPS的空间分析和导航功能，分析所选路径的路况天气、道路等级、通行禁限等问题，结合运输的农产品状况进行风险分析，确定最优运输路线的损耗并与原始数据进行对比，体现其优越性。

4.3 系统架构设计

系统体系结构。数据库、通讯层、表现层、逻辑应用层是整个系统体系结构的重要内容。各层次管理内容不尽相同，并且发挥的作用也各异。同时，B/S结构模式也是本系统研发所采用的主要技术。

下面我们针对系统内部的各个层次里面具体的层面模块进行详细的解释。（1）数据库。本层主要管理的是系统内部的信息数据内容。有关业务的操作及运行时所产生的信息全部需要通过这个模块来归集。（2）通讯层。通讯层的存在是为了能够更好地传递各个层次之间相关的信息，这样加深了各层之间的交流，同时也将系统的共享能力提高了。（3）表现层。本层主要为展现系统的最终运行成果，这个层次主要为与用户交流，所以也是交互式操作最为频繁的一个层面。（4）逻辑层。本层主要为管理系统内部的各个信息之间的逻辑关系，本层是最为关键的，加入逻辑不顺畅或者混乱，那么系统也无法运行下去。

4.4 系统功能设计

4.4.1 系统管理模块

权限管理、系统配置、登录管理这三项是系统管理模块的主要内容。

4.4.2 监控管理模块

车辆安全监测、车辆运行监测、车辆移动监测这三项内容是监控管理模块的主要内容。对车辆进行监控的目的主要是为了掌握车辆的实时动态状况。

4.4.3 决策分析模块

决策分析模块主要是为了通过GPS实时定位车辆，及时获取实时交通拥堵情况，基于GIS和优化后的Dijkstra算法[3]，系统内部为用户规划出最优最短的运输路线。在这其中Web服务器发挥着至关重要作用，它能够帮助信息通过服务器，传达到浏览器中。

4.4.4 数据管理模块

数据管理模块，是系统内部的数据库分析系统获取的信息。信息主要是通过工作人员使用网络等媒介来获取。

4.5 系统创新之处

（1）在技术和理论方面，将GIS及相关的GPS技术引入现代农产品运输，从而达到传统运输信息化达不到的效果；（2）传统的只是以距离作为衡量标准的运输和研究方式，基于考虑时间和距离双方面因素作为选择时的路劝值，改进了最优路径所选择的算法；（3）采用系统面向思维。

5.结语

本系统通过对农产品物流配送信息的收集分析，结合公路路网模型和优化Dijkstra算法的研究，构筑GIS软件平台，通过对运输各个环节的优化决策，在运输路径方面应用好优化Dijkstra算法，农产品运输信息结合GIS各种特性，实现完善的农产品运输优化路径开发和优化结合，达到“货畅其流”“物尽其值”，大大减少了农产品在运输过程中的人、物、财力以及时间减少运输成本，达到最优性价比，可推动信息及时获取、及时规划路线的实现，能够大大促进管理效率的增强，提高农产品的新鲜度。本系统可开发网页版和手机客户端两个版本，方便用户随时使用，提高使用的便利性。