面向食品安全的電子追溯國(guó)家平臺(tái)設(shè)計(jì)

□ 王 超 國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局信息中心 金志剛 江蘇省質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化研究院 王健俊 劉 毅 錢 侃 復(fù)旦大學(xué) 林 雪中博信息技術(shù)研究院有限公司

1 背景介紹

食品安全是當(dāng)前全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)幅員遼闊、人口眾多，食品安全問(wèn)題更加復(fù)雜多樣。食品安全問(wèn)題不但威脅人民的健康和生命安全，而且極易通過(guò)社交媒體的放大效應(yīng)引起不良社會(huì)影響。

2015年10月起施行的修訂后的《中華人民共和國(guó)食品安全法》，明確了食品安全追溯的重要性，規(guī)定企業(yè)在食品生產(chǎn)、加工、流通各環(huán)節(jié)都要能夠?qū)崿F(xiàn)追溯，強(qiáng)化了“從農(nóng)田到餐桌”的全程監(jiān)管。我國(guó)食品安全電子追溯平臺(tái)的建設(shè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛發(fā)展的同時(shí)，也存在以下不足。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式不統(tǒng)一，影響數(shù)據(jù)對(duì)接效率。例如：在定義某批次食品時(shí)，有的平臺(tái)使用“批次號(hào)”，有的平臺(tái)使用“生產(chǎn)日期”，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一現(xiàn)象[1]。

（2）缺乏對(duì)監(jiān)管工作的有效支撐。省級(jí)追溯平臺(tái)功能側(cè)重于臺(tái)賬查詢、物料進(jìn)出平衡預(yù)警、食品追溯鏈條分析等應(yīng)用場(chǎng)景，缺乏與公開(kāi)性抽檢檢測(cè)數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合。綜合分析的功能較弱，對(duì)監(jiān)管工作的缺乏有效支撐。

（3）平臺(tái)可擴(kuò)展性不足?，F(xiàn)有追溯平臺(tái)建設(shè)模式在開(kāi)發(fā)新功能時(shí)普遍耗時(shí)較長(zhǎng)，易出現(xiàn)第三方機(jī)構(gòu)由于平臺(tái)建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高而放棄長(zhǎng)期建設(shè)運(yùn)維的風(fēng)險(xiǎn)。

本文致力于設(shè)計(jì)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全電子追溯服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)食品從原料生產(chǎn)到銷售的全程溯源信息共享，有效服務(wù)于食品安全監(jiān)管，具有良好的可復(fù)制、可擴(kuò)展性能，利于快速部署推廣，符合食品安全電子追溯監(jiān)管的趨勢(shì)要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)背景

食品安全電子追溯服務(wù)國(guó)家平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱：國(guó)家平臺(tái)）主要采用的主要技術(shù)如下。

（1）數(shù)據(jù)交換技術(shù)

用以解決數(shù)據(jù)的獲取以及數(shù)據(jù)統(tǒng)一化處理的問(wèn)題，具體采用ETL（Extract-Transfor-Load）技術(shù)。ETL是隨著數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)興起而發(fā)展，它將各系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照主題重新進(jìn)行合成保存，以解決異構(gòu)數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的問(wèn)題[2]。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)引擎

實(shí)現(xiàn)電子追溯數(shù)據(jù)與監(jiān)管需求的緊密結(jié)合。引擎是采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過(guò)對(duì)海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有目的提取、分揀、歸類，挖掘隱含的有用信息，用于提供決策支持信息[3]。平臺(tái)封裝多種數(shù)據(jù)服務(wù)引擎，對(duì)電子追溯數(shù)據(jù)與公開(kāi)抽檢數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（3）應(yīng)用組件

實(shí)現(xiàn)某種業(yè)務(wù)功能的獨(dú)立模塊，用以解決平臺(tái)可擴(kuò)展的問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用組件的組合可以快速、高質(zhì)量地構(gòu)建各種應(yīng)用。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)架

國(guó)家平臺(tái)由數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接口中間件、平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)引擎、應(yīng)用組件、監(jiān)管應(yīng)用構(gòu)成，如圖1所示。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)國(guó)家平臺(tái)與省級(jí)平臺(tái)、第三方平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)可對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

3.2 數(shù)據(jù)服務(wù)引擎

圖1 食品安全電子追溯國(guó)家平臺(tái)構(gòu)架圖

完成某種具體的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，并將結(jié)果提供給應(yīng)用組件使用。國(guó)家平臺(tái)擁有了可擴(kuò)展的服務(wù)引擎池，可方便地?cái)U(kuò)充或刪減服務(wù)引擎[4]。

3.3 監(jiān)管應(yīng)用

網(wǎng)站形式呈現(xiàn)，向監(jiān)管用戶提供直觀的功能界面。每項(xiàng)功能界面都是通過(guò)應(yīng)用組件組合而成，以綜合提供查詢、分析、預(yù)警等多項(xiàng)功能，進(jìn)而提供輔助監(jiān)管決策的服務(wù)。

4 系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

國(guó)家平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)使用Kettle ETL工具集，實(shí)現(xiàn)從各地省級(jí)監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和裝載，最終將抽取的數(shù)據(jù)保存到國(guó)家平臺(tái)前置數(shù)據(jù)庫(kù)中。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，防止?shù)據(jù)在傳輸時(shí)被竊取和篡改，數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)在省級(jí)監(jiān)管平臺(tái)和國(guó)家平臺(tái)之間搭建了虛擬專用網(wǎng)（VPN）。

4.2 數(shù)據(jù)服務(wù)引擎的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務(wù)引擎具有可靈活擴(kuò)展的特性。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展變化，平臺(tái)可以隨時(shí)增加和修改引擎。另外，只需向第三方軟件開(kāi)發(fā)商公開(kāi)引擎的使用方法、接口定義、訪問(wèn)地址，即可以方便地實(shí)現(xiàn)引擎的功能復(fù)用。目前，國(guó)家平臺(tái)提供的代表性數(shù)據(jù)服務(wù)引擎如下。

4.2.1 信息推送引擎

為用戶提供信息訂閱和信息推送功能。目前，主要的信息推送技術(shù)模式有兩種：時(shí)間觸發(fā)推送和事件觸發(fā)推送。其原理是在某一時(shí)間點(diǎn)或者發(fā)生某一個(gè)事件時(shí)，服務(wù)器自動(dòng)觸發(fā)信息推送[5]。

信息推送引擎允許用戶自行設(shè)定訂閱規(guī)則，支持時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)。時(shí)間觸發(fā)通常用于提供每日統(tǒng)計(jì)報(bào)告等信息，幫助用戶按時(shí)了解所需要的信息；事件觸發(fā)則用于需要快速處理的信息，如傳感數(shù)據(jù)異常、突發(fā)食品安全事件、國(guó)家平臺(tái)服務(wù)出現(xiàn)故障等。

推送功能通過(guò)調(diào)用第三方接口提供手機(jī)短信、電子郵件形式的推送。使用第三方服務(wù)可以有效地控制信息推送的成本，降低平臺(tái)的部署難度。

4.2.2 LBS服務(wù)引擎

基于地理位置的信息服務(wù)（Location based service，LBS）是通過(guò) GPS位置信息在地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺(tái)的支持下為用戶提供的服務(wù)。

來(lái)自省級(jí)平臺(tái)的數(shù)據(jù)中，附帶了大量包含物理地址信息或GPS位置信息的事件數(shù)據(jù)。LBS服務(wù)引擎通過(guò)調(diào)用第三方服務(wù)，可將各類地址信息轉(zhuǎn)換GPS經(jīng)緯度信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。

此外，LBS服務(wù)引擎使用K最近鄰算法（K-NearestNerghbor，kNN）提供附近興趣點(diǎn)查詢。用戶可查詢當(dāng)前位置附近指定條件的食品生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)，獲得所關(guān)注的信息。

4.2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析引擎

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析引擎充分使用了來(lái)自省級(jí)監(jiān)管平臺(tái)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)檢測(cè)平臺(tái)的抽檢報(bào)告信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)、綜合分析等方式，提供了企業(yè)相似度分析和不合格率預(yù)測(cè)功能。企業(yè)相似度分析，通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)，從歷史數(shù)據(jù)中找出多個(gè)由相似企業(yè)構(gòu)成的聚類（簇），每個(gè)聚類挑選出一個(gè)最典型的代表，為該聚類畫像，從而使監(jiān)管者通過(guò)對(duì)代表企業(yè)的了解為相似企業(yè)采取針對(duì)性的策略。不合格率預(yù)測(cè)，通過(guò)分析省級(jí)監(jiān)管平臺(tái)上傳的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)某特定企業(yè)在未來(lái)的某一時(shí)段的產(chǎn)品不合格概率。

4.3 監(jiān)管應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

基于上述子系統(tǒng)構(gòu)建Web應(yīng)用網(wǎng)站，供國(guó)家級(jí)監(jiān)管用戶使用。監(jiān)管應(yīng)用的研發(fā)充分考慮人機(jī)交互需求，綜合采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和跨平臺(tái)展示交互技術(shù)，保證良好體驗(yàn)。

部分功能的效果如圖2所示。

5 結(jié)論與展望

本文設(shè)計(jì)的食品安全電子追溯國(guó)家平臺(tái)由多個(gè)模塊組成，數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)為省級(jí)平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)交互的可信通道；可擴(kuò)展的服務(wù)引擎池具有靈活的增加和移除數(shù)據(jù)處理引擎，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)處理需求的功能；監(jiān)管應(yīng)用將對(duì)上述技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，并提供給監(jiān)管者查詢、分析、預(yù)警等功能，進(jìn)而對(duì)食品安全監(jiān)管提供輔助決策。

未來(lái)可擴(kuò)展更多的服務(wù)引擎，完善支撐平臺(tái)的用戶交互功能。此外，隨著平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息積聚，可通過(guò)人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)分析數(shù)據(jù)并提供更專業(yè)全面的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

圖2 監(jiān)管應(yīng)用功能效果圖