敏捷式糧油食品有害物質(zhì)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

毛禹忠

(浙江科技學(xué)院經(jīng)管學(xué)院，杭州 310023)

1 問(wèn)題的提出

據(jù)衛(wèi)生部通報(bào)，四川省儀隴、閬中、營(yíng)山、巴中等縣及湖北省一些地方糧食部門(mén)的加工廠及一些個(gè)體戶，將工業(yè)用熒光增白劑(含有二苯乙烯三嗪衍生物等六種致癌物質(zhì))、“吊白塊”(甲醛次碰酸鈉)加入粉條、面條中增白，嚴(yán)重危害群眾身體健康，造成了惡劣影響。因此，國(guó)家相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)宣傳工作、生物科學(xué)普及和教育工作，提高全民的防范意識(shí)。農(nóng)林、畜牧、水產(chǎn)等主管部門(mén)更應(yīng)具備有害物質(zhì)的防范意識(shí)。如何評(píng)估有害物質(zhì)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)、代價(jià)和得益之間的關(guān)系，應(yīng)先弄清有害物質(zhì)的實(shí)質(zhì)，從生物學(xué)和自然保護(hù)領(lǐng)域的角度開(kāi)展研究和評(píng)估，只有真正弄清有害物質(zhì)的實(shí)質(zhì)，才能做出正確的決策。

防止有害物質(zhì)的危害，首先是識(shí)別和確認(rèn)，應(yīng)作為優(yōu)先選擇的措施，這是防范有害物質(zhì)入侵的首選。開(kāi)展調(diào)查研究和搜集相關(guān)資料，系統(tǒng)整理有害物質(zhì)名錄、地域及其產(chǎn)生危害的評(píng)估;即使是可能有潛在影響的有害物質(zhì)，在其尚未經(jīng)過(guò)科學(xué)研究、證明和評(píng)估時(shí)，也需要進(jìn)行識(shí)別，要從生物安全的角度加強(qiáng)檢疫和市場(chǎng)監(jiān)控，依法攔截和阻止具潛在危害性有害物質(zhì)的進(jìn)入;其次是建立預(yù)警監(jiān)控機(jī)制。建立預(yù)警監(jiān)控機(jī)制以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)，適時(shí)做出控制和根除方法，達(dá)到堵截或減少有害物質(zhì)的影響;第三是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。對(duì)擴(kuò)散成災(zāi)的有害物質(zhì)，在監(jiān)控和清除的同時(shí)，加以綜合利用，化害為益。

要實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)的識(shí)別和確認(rèn)，最基礎(chǔ)條件的是要有一個(gè)參照物，對(duì)比從來(lái)未認(rèn)知的物質(zhì)，這是各級(jí)政府管理部門(mén)、基層單位和公眾最不容易做到的，通常只有請(qǐng)專家來(lái)鑒定，但即使是專家也不一定能識(shí)別，何況專家又不能第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，顧及廣大社會(huì)的需要。因此，對(duì)有害物質(zhì)管理和防范，首先要有一個(gè)科學(xué)正確的識(shí)別工具，通過(guò)正確識(shí)別確認(rèn)，才能對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的研究和防范。我國(guó)對(duì)有害物質(zhì)的管理落后很大程度上是技術(shù)手段的落后，沒(méi)有現(xiàn)代信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)果，沒(méi)有對(duì)有害物質(zhì)數(shù)據(jù)的把握，沒(méi)有公眾的參與，是難以實(shí)現(xiàn)對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行科學(xué)管理的，其對(duì)策也是難以正確制定的。

2 圖形數(shù)據(jù)庫(kù)及系統(tǒng)

有害物質(zhì)的危害具有爆發(fā)快、影響大的特點(diǎn)，同時(shí)又是全新的面孔，公眾很難識(shí)別。防范首先是識(shí)別，對(duì)于公眾和管理者從識(shí)別角度以照片加數(shù)據(jù)表示最好，借助發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)代較好的管理工具就是圖形數(shù)據(jù)庫(kù)。傳統(tǒng)的大型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)等難以實(shí)現(xiàn)圖形管理，并且開(kāi)發(fā)周期性長(zhǎng)、投資大，社會(huì)和公眾共享性差。

圖形數(shù)據(jù)庫(kù)(Graphic Database)是利用計(jì)算機(jī)將點(diǎn)陣、線、面等圖形基本元素按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集合，或?qū)Ⅻc(diǎn)陣圖與其他類型的平面圖中的圖形描述為點(diǎn)、線、面等基本元素，并將這些圖形元素按一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(通常為拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu))建立起來(lái)的數(shù)據(jù)集合。集合表現(xiàn)為域，給定一組域 D1，D2，…，Dn，(其中允許有相同的域)，則稱為這組域的笛卡爾積。因?yàn)槊總€(gè)域均為有限集，故諸域的笛卡爾積也是有限集。笛卡爾積的基數(shù)等于構(gòu)成該積所有域的基數(shù)的累乘積，即

注:M為笛卡爾積的基數(shù);mi為第i個(gè)域的基數(shù);n為域的個(gè)數(shù)，表示參與笛卡爾積的域的個(gè)數(shù)，稱為元數(shù)(arty)或度，同時(shí)也表示元組分量的個(gè)數(shù)。

笛卡爾積可看成一個(gè)二維表，包括兩個(gè)層次:第一層次為拓?fù)渚幋a的數(shù)據(jù)集合，由描述點(diǎn)、線、面等圖形元素間關(guān)系的數(shù)據(jù)文件組成，包括多邊形文件、線段文件、結(jié)點(diǎn)文件等。文件間通過(guò)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)項(xiàng)相互聯(lián)系;第二層次為坐標(biāo)編碼數(shù)據(jù)集合，由描述各圖形元素空間位置的坐標(biāo)文件組成。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)Java－API直接與圖形模型交互。如在PowerBuilder中應(yīng)用圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的方法:在PowerBuilder開(kāi)發(fā)環(huán)境的數(shù)據(jù)庫(kù)畫(huà)筆中，利用MS SQL Server 6.X連接上后臺(tái)大型數(shù)據(jù)庫(kù)MS SQL Server 6.5，建包含image字段dwg的表house data，利用該表做一個(gè)數(shù)據(jù)窗口，再插入OLE blob類型的控件，選擇AutoCAD Drawing類型。后臺(tái)大型數(shù)據(jù)庫(kù)的管理是非常困難的，因?yàn)橐话銏D形信息量大，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)要求比較高。

相對(duì)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)，圖形數(shù)據(jù)庫(kù)善于處理大量復(fù)雜、互連接、低結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，不遵循關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型，也不使用SQL作為查詢語(yǔ)言。這些數(shù)據(jù)變化迅速，需要頻繁的查詢，但在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些查詢會(huì)導(dǎo)致大量的表連接，因此會(huì)產(chǎn)生性能上的問(wèn)題，對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有時(shí)沒(méi)有足夠的資源來(lái)表示信息塊間的實(shí)際關(guān)系。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)公眾開(kāi)放性差(如收費(fèi)，集中在大學(xué)、研究組織中)，更新慢，多為文字性(無(wú)圖形)，不適應(yīng)有害物質(zhì)的管理需要，對(duì)有害物質(zhì)的管理需要公眾參與、快速識(shí)別、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比、應(yīng)急制定對(duì)策。因此，有必要開(kāi)發(fā)具有方便使用(公眾化、基層化)、敏捷快速更新(適應(yīng)有害物質(zhì)的變化)，圖形化(存貯彩色或黑白圖片，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比識(shí)別)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，才能有效地開(kāi)展對(duì)有害物質(zhì)的識(shí)別、評(píng)估，防范有害物質(zhì)的入侵，最大限度地減少有害物質(zhì)的危害。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是決策支持的基礎(chǔ)，沒(méi)有對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的把握，是不可能分析研究和科學(xué)決策的。因此，有害物質(zhì)圖形數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略投資。在發(fā)達(dá)國(guó)家已對(duì)此高度關(guān)注，并有大量的成果和應(yīng)用(如意大利的SIGEM的危險(xiǎn)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，含有1 200多種物質(zhì)，并且以每年50種左右的速度繼續(xù)增加，歐共體ISPRA聯(lián)合研究中心的危險(xiǎn)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括683種物質(zhì))。

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

圖形數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具很多(FlockD、AllegroGraph、OrientDB等)，但大多開(kāi)發(fā)繁雜，對(duì)硬件和軟件及系統(tǒng)都是有較高需求，而且開(kāi)發(fā)人員要具備編程能力等條件，本研究通過(guò)研究比較，發(fā)現(xiàn)EXCEL的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)具備圖形管理功能，可作為開(kāi)發(fā)工具。此數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、開(kāi)發(fā)周期短，更新方便，更具有敏捷性和交互性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)單化，也可以非常復(fù)雜。非常復(fù)雜的系統(tǒng)主要是數(shù)據(jù)量大和具有網(wǎng)絡(luò)功能。新型的EXCEL高級(jí)版本已具備Intranet和Internet功能，如我國(guó)勤哲公司開(kāi)發(fā)的EXCEL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可作為高級(jí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具。限于論文篇幅，僅以單機(jī)版介紹關(guān)鍵開(kāi)發(fā)過(guò)程和主要工作原理，對(duì)其詳細(xì)開(kāi)發(fā)過(guò)程加以省略。

3.1 原始數(shù)據(jù)和圖形準(zhǔn)備

采集各種有害物質(zhì)的彩色(黑白)照片和數(shù)據(jù)，可以通過(guò)自主現(xiàn)場(chǎng)采集或網(wǎng)上、圖書(shū)館資料等獲取。并將其存入特定子目錄，如“有害物質(zhì)圖形”子目錄，圖形格式以“JPG”為好，以節(jié)約存儲(chǔ)空間，如本例在現(xiàn)場(chǎng)和網(wǎng)上采集目前最為影響較大的“黃曲霉素”、“植酸鹽”、“多酚”等典型圖片，通過(guò)復(fù)制、掃描等方式輸入至計(jì)算機(jī)中。相關(guān)的文字資料可通過(guò)的各類學(xué)術(shù)著作進(jìn)行收集，使之與圖形對(duì)應(yīng)。

3.2 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)管理要求，在工作表第一行的A列開(kāi)始，建立“編號(hào)”、“名稱”、“別名”、“產(chǎn)地”、“分布地區(qū)”、“毒性”、“危害”、“防治方法”等數(shù)據(jù)庫(kù)字段，從第二行起在字段輸入有害物質(zhì)信息，如“名稱”字段中的記錄為“黃曲霉素”、“植酸鹽”、“淀粉酶抑制劑”、“氣化酶”……等，為方便公眾參與，還需要對(duì)學(xué)名進(jìn)行解譯，建立別名字段，輸入地方習(xí)慣名稱。

3.3 輸入圖形照片

在數(shù)據(jù)表中利用單元批注功能，首先輸入圖形信息，在批注功能中選擇“填充”，然后打開(kāi)圖形文件，選擇“黃曲霉素”圖片，將圖形信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。在以上是“黃曲霉素”記錄為例的低級(jí)開(kāi)發(fā)過(guò)程。上述過(guò)程的高級(jí)開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用VB(Visual Basic)進(jìn)行編程，建立的VB程序，實(shí)現(xiàn)快速更新系統(tǒng)。編譯工具為Microsoft公司的VBA(Visual Basic Application)開(kāi)發(fā)工具，輸入圖形照片的程序如下:

Sub Macro1()＇

快捷鍵:Ctrl+a

Range("C12").Select

Range("C12").AddComment

Range("C12").Comment.Visible=False

Range("C12").Comment.Text Text:=":" ＆ Chr(10)＆ ""

Selection.ShapeRange.Fill.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Weight=0.75

Selection.ShapeRange.Line.DashStyle=msoLineSolid

Selection.ShapeRange.Line.Style=msoLineSingle

Selection.ShapeRange.Line.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Line.ForeColor.RGB=RGB(0，0，0)

Selection.ShapeRange.Line.BackColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Fill.ForeColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.BackColor.SchemeColor=80

Selection.ShapeRange.Fill.UserPicture"E:e黃曲霉素.jpg"End Sub

程序中Sub與End Sub語(yǔ)句，是Visual Basic關(guān)鍵字作過(guò)程開(kāi)始與結(jié)束的標(biāo)志。參量名放在括號(hào)內(nèi)，參量之間用列表分隔符隔開(kāi)。使用VBA的一些內(nèi)置特性，可以在不編寫(xiě)任何代碼的情況下自動(dòng)處理任務(wù)，可自動(dòng)進(jìn)行重復(fù)性任務(wù)的完成。對(duì)常常要做一些重復(fù)性的操作或頻繁執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)，可以使用宏。宏實(shí)際上是由Visual Basic寫(xiě)成的一個(gè)可執(zhí)行的程序。建立宏的過(guò)程實(shí)際上是將所做的工作一一記錄下來(lái)，因此建立宏的過(guò)程通常在Excel中稱之為錄制新宏。在記錄宏之后，就可以在Excel中運(yùn)行宏，以上過(guò)程代碼就是宏自動(dòng)生成的。

其過(guò)程是:下拉工具菜單→宏→錄制宏→確定→選擇范圍→批注→填充→圖片→停止宏。

以上程序，每執(zhí)行1次就可實(shí)現(xiàn)圖形的更新和變換，然后選擇下一記錄，此過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，即可輸入所有圖形記錄，由于更新快速，因此數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有敏捷性，故可稱為敏捷式數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 輸入批注文字

點(diǎn)擊“危害”字段的“淀粉酶抑制劑”的記錄單元，右鍵選擇插入批注，調(diào)整批注框大小為200%。打開(kāi)事先采集的記錄淀粉酶抑制劑危害的文本文件，復(fù)制相關(guān)文本“谷類、豆類中存在著抑制酶活性的毒蛋白物質(zhì)，由于它的作用，使淀粉酶的活性降低，影響人體對(duì)淀粉的消化吸收…”，點(diǎn)擊批注，粘貼文本?！拔：Α弊侄蔚钠渌涗浺矒?jù)此輸入，直到將所有的記錄全部輸入完。

3.5 系統(tǒng)信息保存和應(yīng)用

在錄入完圖形和文本數(shù)據(jù)后，取名存盤(pán)，可考慮以日期取名多次存入，并在多臺(tái)存儲(chǔ)器中備份。復(fù)制的備份文件就可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播給不同用戶使用。信息量自行掌握。政府一級(jí)管理部門(mén)可采用完整版，簡(jiǎn)化的版本可提供基層等企業(yè)應(yīng)用，定期的數(shù)據(jù)更新實(shí)現(xiàn)其敏捷性。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

打開(kāi)已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，以黃曲霉為例，在輸入界面“名稱”字段下拉選擇“黃曲霉”記錄，即可查詢到黃曲霉的在高倍顯微鏡下的彩色照片，其黃色蘑菇狀的典型特征，此為專業(yè)技術(shù)性特征，可以提供地區(qū)一級(jí)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)作為識(shí)別對(duì)比的參照。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)查詢“黃曲霉”有害物質(zhì)高倍顯微鏡下圖形的系統(tǒng)截圖

在輸入界面“毒害”字段下拉選擇“黃曲霉”記錄，即可查詢到黃曲霉的在一般肉眼下觀查的彩色照片，可以提供非專業(yè)人員作為識(shí)別對(duì)比的參照。如玉米受污染后的狀況圖2所示，從中可看出玉米被污染后的點(diǎn)狀白色物質(zhì)，可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集樣品的簡(jiǎn)單對(duì)比，快速識(shí)別和初步確認(rèn)是否是有害物質(zhì)。

點(diǎn)擊危害等字段可以查詢到詳細(xì)的文字說(shuō)明。如“黃曲霉”的危害字段內(nèi)容為“遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氰化物、砷化物和有機(jī)農(nóng)藥的毒性，其中以B1毒性最大。當(dāng)人攝入量大時(shí)，可發(fā)生急性中毒，出現(xiàn)急性肝炎、出血性壞死、肝細(xì)胞脂肪變性和膽管增生。當(dāng)微量持續(xù)攝入，可造成慢性中毒，生長(zhǎng)障礙，引起纖維性病變，致使纖維組織增生。AFT的致癌力也居首位，是目前已知最強(qiáng)致癌物之一?！毕鄳?yīng)的其他字段點(diǎn)擊可以查詢到相關(guān)的注釋信息，如圖3所示，可查詢“植酸鹽”詳細(xì)注釋信息。

圖2 系統(tǒng)查詢“黃曲霉”污染玉米的肉眼觀查圖形的系統(tǒng)截圖

圖3 系統(tǒng)查詢“植酸鹽”有害物質(zhì)文字的系統(tǒng)截圖

點(diǎn)擊識(shí)別檢測(cè)法等字段可以查詢到詳細(xì)的文字說(shuō)明。如“甲醛”的識(shí)別檢測(cè)字段內(nèi)容如圖4所示，此為高級(jí)專業(yè)內(nèi)容，使用對(duì)象是政府各級(jí)管理部門(mén)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

圖4 系統(tǒng)查詢“甲醛”的識(shí)別檢測(cè)字段內(nèi)容的系統(tǒng)截圖

系統(tǒng)的高級(jí)開(kāi)發(fā)應(yīng)用是建立Internet的大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的共享，或者科學(xué)研究用，成為高層次的決策支持基礎(chǔ)，這需要政府的支持;單機(jī)開(kāi)發(fā)的是桌面數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可用于中下層政府管理(如市、縣和區(qū)鎮(zhèn))和企業(yè)。無(wú)論是何種層次的應(yīng)用，其工作原理是一樣的，上述思路可以作為借鑒。

系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)周期短(數(shù)周至1個(gè)月左右)，數(shù)據(jù)更新快速(實(shí)時(shí))、對(duì)有害物質(zhì)跟蹤敏捷，完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等特點(diǎn)。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不需要高深的計(jì)算機(jī)軟件、高級(jí)語(yǔ)言等基礎(chǔ)知識(shí)，僅需熟悉辦公軟件的應(yīng)用和少量VB知識(shí)即可。不同于大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，不需要大量的資金和時(shí)間投入，僅需一臺(tái)極普通的計(jì)算機(jī)(如筆記本電腦)安裝有最常用的Office軟件和開(kāi)發(fā)工具就可實(shí)現(xiàn)。適用于各級(jí)政府監(jiān)管部門(mén)、企業(yè)基層。具有廣泛的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值，特別是在廣大農(nóng)村地區(qū)，如各地農(nóng)技站等，有助于發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、防范有害物質(zhì)。開(kāi)發(fā)可以完全自主完成，建立適應(yīng)本地區(qū)和具有公眾意識(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。單機(jī)版雖然功能少，但成本低，使用方便，可以采用通訊和數(shù)據(jù)定期更新的方式彌補(bǔ)無(wú)網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)的缺陷，系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)是建立決策支持系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)行決策分析，對(duì)防范提供對(duì)策思路。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)有害物質(zhì)的防治的研究，國(guó)內(nèi)還缺少系統(tǒng)化研究，作為基礎(chǔ)研究是十分必要的。經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，我國(guó)的對(duì)外開(kāi)放不可避免與有害物質(zhì)的接觸，在國(guó)際配送中回收的托盤(pán)和回收包裝物等都會(huì)引入有害物質(zhì)，還會(huì)影響我國(guó)出口產(chǎn)品的質(zhì)量，如不及早樹(shù)立防范意識(shí)和建立防范手段，將嚴(yán)重影響出口產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，并會(huì)引發(fā)生態(tài)安全危機(jī)。管理分散是造成有害物質(zhì)難以防控的原因之一。目前，工農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)畜牧、工商、環(huán)保都有防治有害物質(zhì)的職能。有害物質(zhì)會(huì)危害多種領(lǐng)域，如果相關(guān)部門(mén)的銜接延誤，防治的效果和效率就無(wú)法提高。相關(guān)部門(mén)也應(yīng)及時(shí)開(kāi)展有害物質(zhì)知識(shí)的認(rèn)知，形成全社會(huì)共同防范有害物質(zhì)的氛圍。

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