基于可拓理論的食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)及在出口食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用

閆志軍,馬　洲,于　欣,杜樹(shù)新

(1.太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院,山西太原 030024;2.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,浙江寧波 315100)

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基于可拓理論的食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)及在出口食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用

閆志軍1,馬洲2,于欣2,杜樹(shù)新2

(1.太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院,山西太原 030024;2.浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院,浙江寧波 315100)

文章提出基于可拓理論進(jìn)行食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià),首先將食品安全狀態(tài)劃分為不同等級(jí),并確定評(píng)價(jià)特征變量,并由此建立特征經(jīng)典域和節(jié)域,確定各特征的權(quán)重,再計(jì)算食品中各危害因子(即檢測(cè)項(xiàng)目)的關(guān)聯(lián)函數(shù),得到各個(gè)危害因子的安全狀態(tài)等級(jí)。論文中,對(duì)某沿海出入境檢驗(yàn)檢驗(yàn)局2014年黃酒進(jìn)行食品安全狀態(tài)的評(píng)估,監(jiān)管人員可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定高危害因子,為以后的監(jiān)管提供決策依據(jù)。

食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià),可拓理論,食品安全監(jiān)管

食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)是針對(duì)食品中對(duì)人體健康帶來(lái)影響的危害物的檢測(cè)數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)食品的安全狀態(tài)等級(jí)[1-2]。在食品安全監(jiān)管中,針對(duì)日常監(jiān)管所采集的大量檢測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià),從而為食品安全監(jiān)管者提供決策依據(jù)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出過(guò)一些評(píng)價(jià)進(jìn)食品安全狀態(tài)的方法。主要有指標(biāo)打分法[3],模糊評(píng)價(jià)方法[4],暴露評(píng)估方法[5]等。

指標(biāo)打分法是指通過(guò)大量專家對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分別評(píng)價(jià),結(jié)合各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重值獲得風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果。這種評(píng)價(jià)方法過(guò)度依賴于各個(gè)專家主觀判斷,使評(píng)價(jià)結(jié)果帶有較強(qiáng)的主觀性,從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果精度不高,因此這些評(píng)價(jià)方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性,不能夠利用日常的食品安全檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

模糊評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)標(biāo)方法。基于模糊評(píng)價(jià)的食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,采用模糊集合理論將危害物的污染程度模糊化,通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分,可以顧及對(duì)象的層次性,使得評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、影響因素的模糊性得以體現(xiàn),但模糊綜合評(píng)價(jià)所擅長(zhǎng)處理的評(píng)價(jià)指標(biāo)是模糊的非量化指標(biāo),對(duì)于可量化的指標(biāo)通過(guò)模糊化處理后會(huì)損失有效信息。

暴露評(píng)估是對(duì)食品危害物攝入量的定性或定量的估算。優(yōu)點(diǎn)是理論基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)、評(píng)價(jià)結(jié)果客觀,但其評(píng)估指標(biāo)側(cè)重于諸如攝入量、身體健康指標(biāo)、活動(dòng)量等且模型只涉及食品攝入量和污染物暴露量。對(duì)于食品安全監(jiān)管部門(mén)則更關(guān)注的是食品安全的監(jiān)管風(fēng)險(xiǎn),其評(píng)估指標(biāo)側(cè)重于各類危害物合格率。

本文提出基于可拓理論[6-7]的食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)模型,可拓學(xué)中引入了物元、經(jīng)典域、節(jié)域的概念,可以很好的描述食品中各危害物對(duì)人體健康造成的危害程度。首先將描述食品危害程度的特征量劃分為不同的等級(jí),并確定各個(gè)等級(jí)的經(jīng)典域,再利用1～9標(biāo)度法確定各個(gè)特征量的權(quán)重,構(gòu)建物元評(píng)價(jià)矩陣,并計(jì)算各指標(biāo)與各等級(jí)水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)值,從而確定食品中檢測(cè)因子隸屬的危害等級(jí),在建立食品安全評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),著重將一些高風(fēng)險(xiǎn),受關(guān)注的危害物納入指標(biāo)體系,做到有的放矢?；诳赏乩碚摰氖称钒踩珷顟B(tài)評(píng)價(jià)方法,評(píng)價(jià)對(duì)象具有針對(duì)性,通過(guò)應(yīng)用經(jīng)典域、節(jié)域使得評(píng)價(jià)過(guò)程避免了人為的主觀性,評(píng)價(jià)結(jié)果更具有科學(xué)性。

1　基于可拓理論的食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)

1.1食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)模型的建立

可拓學(xué)中建立了物元,事元和關(guān)系元作為可拓學(xué)的基本邏輯細(xì)胞,這3個(gè)基本邏輯細(xì)胞可以描述大千世界的所有物元特征和方法,也稱為基元?？梢员硎緸镽=(物元,事元,關(guān)系元)=(N,C,V)其中物元表示物體的屬性與特征,事元表示物與物之間的相互作用,關(guān)系元表示關(guān)系之間的相互作用和相互影響。在可拓學(xué)中,可以按照一定的計(jì)算方式由物元、事元和關(guān)系元來(lái)建立解決問(wèn)題的模型,作為構(gòu)建食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)的方法。

在食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)中,N表示待檢食品的檢測(cè)因子,C表示選取的評(píng)價(jià)特征,V表示評(píng)價(jià)特征的取值范圍。

式(1)

式中j表示所劃分的j個(gè)等級(jí);Nj表示待檢食品第j個(gè)檢測(cè)因子;c1,c2..cn是選取的評(píng)價(jià)食品安全狀態(tài)的特征量;vj1,vj2，…vjn分別是Nj關(guān)于c1,c2…cn所取值的范圍。

1.2評(píng)價(jià)模型指標(biāo)體系建立

食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果取決于食品中各檢測(cè)因子檢測(cè)是否合格,以國(guó)家檢驗(yàn)檢疫局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合一些文獻(xiàn)來(lái)確定食品檢測(cè)因子。

圖1食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

Fig.1System of evaluation index for food safety state

1.3食品評(píng)價(jià)特征經(jīng)典域和節(jié)域的確定

根據(jù)可拓原理,將評(píng)價(jià)特征劃分不同的等級(jí),經(jīng)典域代表各特征符合某一等級(jí)所滿足的范圍,假設(shè)有n個(gè)不同特征,經(jīng)典域Vji所形成的基元矩陣Rj如式(2)所示,

式(2)

式中j表示所劃分的j個(gè)等級(jí);Nj表示第j等級(jí)的檢測(cè)因子;c1,c2..cn是Nj的n個(gè)評(píng)價(jià)特征;vj1,vj2,…vjn分別是Nj關(guān)于c1,c2..cn所取值的范圍,即經(jīng)典域。表示該屬性的取值范圍,其中,aji表示上限值,bji表示下限值

節(jié)域表示的是評(píng)價(jià)特征可取的最大數(shù)值范圍,且節(jié)域Vpi及經(jīng)典域Vji之間滿足Vji?Vpi。同理,可得節(jié)域Vpi所形成的基元矩陣Rp如式(3)所示,

式(3)

式中N表示食品檢測(cè)因子;vp1,vp2,…vpn分別是N關(guān)于c1,c2…cn的取值范圍,即N的節(jié)域。表示該屬性的取值范圍,其中,api表示上限值,bpi表示下限值。

1.4評(píng)價(jià)模型關(guān)聯(lián)函數(shù)確定

待評(píng)食品中各檢測(cè)因子與各等級(jí)水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)值按式(4)計(jì)算

式(4)

式(5)

待評(píng)檢測(cè)因子各等級(jí)的關(guān)聯(lián)度Kj(po)為

式(6)

其中,wi是個(gè)評(píng)價(jià)特征的權(quán)重

2　可拓評(píng)價(jià)在出口食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用

在出口食品日常安全監(jiān)管工作中,由于食品安全的信息量大、更新快、突發(fā)事件多等特點(diǎn),使監(jiān)管部門(mén)需投入較多的人力,物力和精力,這給監(jiān)管人員帶來(lái)的巨大壓力?；诳赏乩碚摰氖称钒踩珷顟B(tài)評(píng)價(jià),通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)局歷史數(shù)據(jù)的分析,不僅可以獲得食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí),制定科學(xué)的監(jiān)控計(jì)劃,而且可以確定出需重點(diǎn)監(jiān)管的高風(fēng)險(xiǎn)危害物,這樣可以為監(jiān)管者以后工作提供決策依據(jù),使今后的工作有的放矢,提高食品安全監(jiān)管的能力和水平。

表1　黃酒特征數(shù)據(jù)Table 1　The features datas of wine

表2　各特征經(jīng)典域和節(jié)域數(shù)據(jù)Table 2　The classical fields and whole real fields datas of each feature

表3　采用1-9標(biāo)度法量化Table 3　1-9 scale method

本文以某出入境檢驗(yàn)檢疫局2014年1月至2014年12月的出口黃酒日常檢測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行食品安全狀態(tài)等級(jí)評(píng)價(jià)。出口黃酒的日常檢測(cè)記錄數(shù)近3000條,檢測(cè)項(xiàng)目主要包括甲醇、菌落計(jì)數(shù)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、錳等。

每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果測(cè)量單位等不一致,將每個(gè)檢測(cè)記錄的檢測(cè)值與其標(biāo)準(zhǔn)值的比值X作為每個(gè)檢測(cè)結(jié)果的規(guī)范化數(shù)據(jù)。采用可拓評(píng)價(jià)時(shí),各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)指標(biāo)為不合格率、最大值、方差、平均值、危害度,其中不合格率、最大值、方差、平均值的計(jì)算如下:

X=食品數(shù)據(jù)檢測(cè)值/食品數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值

不合格率=∑不合格食品數(shù)據(jù)/∑食品數(shù)據(jù)

最大值=MAX(X)

方差=VARP(X)

平均值=AVG(X)

危害度是根據(jù)LD50(半數(shù)致死量,描述有毒物質(zhì)或輻射的毒性的常用指標(biāo))進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1計(jì)算黃酒評(píng)價(jià)特征數(shù)據(jù)

根據(jù)某出入境檢驗(yàn)局提供的黃酒的歷史數(shù)據(jù),進(jìn)行歸一化處理后,計(jì)算各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù),如表1所示。

2.2等級(jí)劃分以及經(jīng)典域,節(jié)域的建立

根據(jù)可拓原理,將描述食品檢測(cè)因子危害度的特征量分為Ⅰ(低危害),Ⅱ(較低危害),Ⅲ(中危害),IV(高危害),V(較高危害)5個(gè)等級(jí),危險(xiǎn)系數(shù)從低到高依次排列,建立各特征經(jīng)典域和節(jié)域(見(jiàn)表2)。只有評(píng)價(jià)等級(jí)在III級(jí)以下(含III級(jí)),可歸納為一般危害,是可以接受的。高于III級(jí)的檢測(cè)因子屬于高危害項(xiàng)目,是重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目。

2.3計(jì)算特征指標(biāo)的權(quán)重

步驟1:根據(jù)標(biāo)度理論(見(jiàn)表3),構(gòu)造判斷矩陣A=(aij)n×n,n表示某一層的指標(biāo)數(shù)量,i=1,2,3,...n,j=1,2,3,…n。

表5　黃酒經(jīng)典域I的關(guān)聯(lián)度函數(shù)Table 5　The Dependent function of the wine classical fields I

根據(jù)專家打分和專家經(jīng)驗(yàn)建立出口食品安全評(píng)價(jià)判斷矩陣A,如式(7)

式(7)

表4　各個(gè)特征指標(biāo)的權(quán)重Table 4　The weight of each feature

2.4計(jì)算關(guān)聯(lián)度

對(duì)黃酒的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算分別得到5個(gè)經(jīng)典域的加權(quán)關(guān)聯(lián)度(見(jiàn)表5)。同理,可以得到黃酒經(jīng)典域Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ的關(guān)聯(lián)度函數(shù)。

2.5計(jì)算安全等級(jí)

通過(guò)加權(quán)關(guān)聯(lián)度得出食品檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的安全等級(jí),得到的最大加權(quán)關(guān)聯(lián)度所對(duì)應(yīng)的等級(jí)即是檢測(cè)項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的等級(jí)(見(jiàn)表6)。

表6　黃酒檢測(cè)項(xiàng)目的安全等級(jí)Table 6　The wine safety status evaluation level of each test item

從表6可知,甲醇的安全評(píng)價(jià)等級(jí)為I(低危害),菌落計(jì)數(shù)的安全評(píng)價(jià)等級(jí)為II(較低危害),DINP的安全評(píng)價(jià)等級(jí)為II(較低危害),錳的安全評(píng)價(jià)等級(jí)為II(較低危害),均屬于一般危害項(xiàng)目,這一結(jié)果可為監(jiān)管人員提供決策依據(jù)。

3　結(jié)論

論文的主要工作在于,將食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)與可拓理論有機(jī)地結(jié)合起來(lái),應(yīng)用1～9標(biāo)度法確定指標(biāo)權(quán)重,再結(jié)合評(píng)價(jià)關(guān)聯(lián)函數(shù),獲得食品安全狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí),比傳統(tǒng)依靠專家經(jīng)驗(yàn)判斷食品安全性更有效、更具科學(xué)性,能夠?yàn)槭称钒踩O(jiān)測(cè)者提供很好的決策支持。

[1]杜樹(shù)新,韓紹甫.基于模糊綜合評(píng)價(jià)方法的食品安全狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)食品學(xué)報(bào),2006,6(6):64-69.

[2]錢(qián)娟,趙林度.風(fēng)險(xiǎn)分析在食品安全管理中的應(yīng)用研究[J].物流技術(shù),2009,28(3):20-22.

[3]黃曉娟,劉北林.食品安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)體系設(shè)計(jì)研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,24(5):621-623.

[4]段文仲.模糊綜合評(píng)價(jià)在檢驗(yàn)檢疫風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用[J].檢驗(yàn)檢疫科學(xué),2006,16(1):116-118.

[5]林程程,王桂安,黃瓊.非職業(yè)人群膳食鎘暴露評(píng)估研究進(jìn)展[J].中國(guó)食品衛(wèi)生雜志,2014(6):130-133.

[6]Steven JW,Martin G de MG,et al.PriorLtisation Scheme to identify Manufactured Organic Chemicals as Potential Contaminants of Food[J].Environment Science and Pollution Research,1996,3(2):89-88.

[7]蔡文,楊春艷.可拓工程[M].北京:科學(xué)出版社,2010:18-32.

[8]楊春燕,張勇軍,蔡文.可拓集合及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2002,32(2):301-308.

[9]徐圓,馮晶,朱群雄.基于可拓理論的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究及其應(yīng)用[J].控制與決策,2011(11):87-90.

[10]于少波,李新明,劉東.基于可拓理論的裝備參數(shù)聚合規(guī)則研究[J].兵工自動(dòng)化,2015(6):26-30.

[11]趙燕偉,周建強(qiáng),洪歡歡.可拓設(shè)計(jì)理論方法綜述與展望[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2015(5):50-54.

[12]鄧雪,李家銘,曾浩健.層次分析法權(quán)重計(jì)算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2012,42(7):93-99.

[13]劉世明,陳建宏,陳惠紅.基于可拓學(xué)的檢驗(yàn)檢疫風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型研究[J].食品與機(jī)械,2013(7):263-268.

Food safety evaluation based on the extension method and its application in export food safety supervision

YAN Zhi-jun1,MA Zhou2,YU Xin2,DU Shu-xin2

(1.Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024,China;2. School of Information Science and Engineering,Ningbo Institute of Technology,Zhejiang University,Ningbo 315100,China)

In the proposed methods,the food safety status was divided into difference grades,and some evaluation features were designed,and the classical fields and whole real fields were established for every evaluation feature. And then the weight of each feature was determined,food safety status level for each hazard was obtained by calculating its dependent function. Finally,the wine data of full 2014 year,provided by an Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,was used to evaluate food safety status. Supervising officer can identify high-hazard factor based on the results of the evaluation and draft scientific regulation basis for the future.

food safety status evaluation;the extension method;food safety supervision

2015-05-19

閆志軍(1986-)，男，碩士研究生，研究方向：智能優(yōu)化與智能決策，E-mail：yanzhijun869@126.com。

國(guó)家質(zhì)檢總局科研項(xiàng)目資助(2014IK299)。

TS201.6

A

1002-0306(2016)03-0295-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.053