基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

田雅軒， 張 熹， 由玉偉， 陳 鋒

(國家藥品監(jiān)督管理局 信息中心， 北京 100044)

食品安全問題關(guān)系著人民生活質(zhì)量和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，一直受到社會廣泛關(guān)注。我國人口眾多，食品企業(yè)規(guī)模大小不一，不易管理，食品安全問題呈現(xiàn)出多樣性、復(fù)雜性和隱蔽性等特點(diǎn)[1]。食品安全問題常發(fā)生在原料生產(chǎn)及食品生產(chǎn)、加工、貯存、運(yùn)輸、銷售、消費(fèi)等環(huán)節(jié)。近年來，社會共治成為食品安全治理的新原則與理念，在《中華人民共和國食品安全法》總則第三條中，明確了“食品安全工作實(shí)行預(yù)防為主、風(fēng)險管理、全程控制、社會共治，建立科學(xué)、嚴(yán)格的監(jiān)督管理制度”[2]，這對于保障食品安全具有重要意義。我國食品安全正在從以政府監(jiān)管為核心的治理模式向多元主體共同參與的治理模式轉(zhuǎn)化[3]，逐步形成以政府為主導(dǎo)，企業(yè)為主體，公眾與各方社會力量共同參與的食品安全社會共治體系[4]。然而，體系中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，無論是企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)，還是政府部門的監(jiān)管數(shù)據(jù)，尚未建立起統(tǒng)一的聯(lián)動機(jī)制，難以達(dá)到社會共治的目的[5]。本研究通過對食品安全社會共治主體數(shù)據(jù)的分析，包括食品生產(chǎn)、流通、銷售及監(jiān)管等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)，以期實(shí)現(xiàn)多元化數(shù)據(jù)匯聚與共享，助力食品安全生產(chǎn)、檢驗(yàn)檢測、風(fēng)險管控、輿情監(jiān)測，以及智慧監(jiān)管。

1 食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)共享需求

為實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)、流通、監(jiān)管等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)共享與關(guān)聯(lián)，需要建立一套標(biāo)準(zhǔn)化的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)，使政府監(jiān)管部門、企業(yè)、社會公眾、第三方機(jī)構(gòu)、新聞媒體參與到整個食品安全監(jiān)管體系中，從而形成社會共治局面，不同的參與方對食品安全治理有不同的需求。

1.1 政府監(jiān)管部門需求

當(dāng)前涉及的食品安全監(jiān)管部門，主要包括農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、市場監(jiān)管總局、國家衛(wèi)生健康委員會等多個政府部門。各部門按種養(yǎng)殖、生產(chǎn)、流通、消費(fèi)等環(huán)節(jié)分段監(jiān)管，容易出現(xiàn)職責(zé)交叉與界限不清等問題[6]，迫切需要打通信息壁壘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互聯(lián)互通，并實(shí)時獲取食品生產(chǎn)、流通等信息，以便做好監(jiān)管工作。

1.2 企業(yè)需求

食品生產(chǎn)經(jīng)營者對其生產(chǎn)經(jīng)營食品的安全負(fù)責(zé)，不僅在從事食品生產(chǎn)、經(jīng)營、銷售等活動前要依法取得行政許可，還需依照規(guī)定，建立起食品安全追溯體系，以保證食品來源與去向可追可查[7]。所使用的原料、食品添加劑均要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，并在出庫前對每批次商品進(jìn)行檢驗(yàn)，形成相應(yīng)的出庫記錄和檢驗(yàn)記錄。

1.3 社會公眾需求

社會公眾指的是消費(fèi)者群體，消費(fèi)者在購買商品過程中，能夠通過食品安全追溯體系了解商品生產(chǎn)、流通等信息，也能夠通過舉報渠道對商品進(jìn)行投訴[8]。

1.4 第三方機(jī)構(gòu)需求

第三方機(jī)構(gòu)主要涉及檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)、第三方食品安全認(rèn)證機(jī)構(gòu)及食品行業(yè)協(xié)會等。它們根據(jù)檢驗(yàn)、檢測、認(rèn)定和評估等結(jié)果，將食品安全信息、食品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、食品企業(yè)評估信息等，定期向社會公布[9]。

1.5 新聞媒體需求

新聞媒體作為事實(shí)真相的傳遞者，不僅可以憑借敏銳的洞察力及時獲取食品安全熱點(diǎn)事件，曝光食品安全問題，也能夠通過輿論壓力間接約束企業(yè)行為，并協(xié)助政府監(jiān)管部門做好食品安全新聞宣傳，促進(jìn)食品行業(yè)規(guī)范發(fā)展[10]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)及技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

由于食品安全社會共治涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不僅要實(shí)現(xiàn)食品安全數(shù)據(jù)的追溯，更要與政府監(jiān)管部門、第三方機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)[11]。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)是在建立食品追溯體系的同時，利用物聯(lián)網(wǎng)[12]和區(qū)塊鏈技術(shù)[13]，擴(kuò)展信息資源，增設(shè)食品監(jiān)管相關(guān)部門的數(shù)據(jù)庫，通過國家政務(wù)服務(wù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與調(diào)用，獲取各類食品信息，并采用商品唯一標(biāo)識編碼將全部信息串聯(lián)起來[14]，能夠面向政府監(jiān)管部門和第三方機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)管信息、檢驗(yàn)信息的聯(lián)動，形成多環(huán)節(jié)、跨部門、跨層級的數(shù)據(jù)共享；面向企業(yè)和社會公眾，可提供食品全鏈條的追溯管理及信息服務(wù)。

2.1 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

受物聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)體系架構(gòu)的啟發(fā)，本研究提出的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)沿用了基于物聯(lián)網(wǎng)的信息采集方式，擴(kuò)展完善了信息服務(wù)系統(tǒng)[15]、數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)[16]和解析服務(wù)系統(tǒng)[17]等功能模塊。數(shù)據(jù)架構(gòu)模型見圖1。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)模型Fig.1 Data architecture of food safety and social co-governance system based on internet of things

2.1.1信息服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

在食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)中，信息服務(wù)系統(tǒng)通過分布式部署方式對各企業(yè)、機(jī)構(gòu)、監(jiān)管部門的信息進(jìn)行采集、處理和發(fā)布。對于食品生產(chǎn)流通數(shù)據(jù)，分別在原料采購及食品生產(chǎn)、加工、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)獲取過程數(shù)據(jù)，并經(jīng)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口加密后形成追溯信息，存放至企業(yè)自建食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)、第三方食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)及各企業(yè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。對于食品監(jiān)管數(shù)據(jù)，目前國家已建立起國家政務(wù)服務(wù)平臺，并利用其中的國家數(shù)據(jù)共享交換平臺實(shí)現(xiàn)與各省級政務(wù)服務(wù)平臺、國務(wù)院部門政務(wù)服務(wù)平臺數(shù)據(jù)聯(lián)通與匯聚，采用資源目錄訂閱方式即可獲取種養(yǎng)殖監(jiān)管、食品注冊、稽查執(zhí)法、投訴舉報、樣品檢驗(yàn)、進(jìn)口通關(guān)、疾病溯源等相關(guān)信息，用于食品監(jiān)管信息檢索。同時，將每條追溯信息、監(jiān)管信息，以及相關(guān)的數(shù)據(jù)源地址位置存放至數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)，并通過各類采集接口進(jìn)行調(diào)取與交互，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與協(xié)同。

2.1.1.1 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口可實(shí)現(xiàn)食品生產(chǎn)、流通、銷售等環(huán)節(jié)的信息獲取，并形成追溯信息上傳至各節(jié)點(diǎn)，包括企業(yè)自建食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)、第三方食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)和各企業(yè)管理系統(tǒng)。為確保各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更新的一致性，僅有企業(yè)自建或第三方食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新成功后，其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫才能進(jìn)行更新操作，從而實(shí)現(xiàn)部分去中心化存儲模式。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口的主要功能包括網(wǎng)關(guān)服務(wù)、共識服務(wù)、數(shù)據(jù)賬本服務(wù)[18]。網(wǎng)關(guān)服務(wù)可提供事件監(jiān)聽、終端接入、私鑰托管等。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)上鏈或數(shù)據(jù)賬本發(fā)生變更時，網(wǎng)關(guān)的監(jiān)聽機(jī)制自動通知追溯信息服務(wù)系統(tǒng)以及其他節(jié)點(diǎn)，并通過終端接入服務(wù)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)身份的合法性，同時啟動共識服務(wù)保證各節(jié)點(diǎn)間賬本信息的一致性，只有當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證通過該節(jié)點(diǎn)的簽名之后，數(shù)據(jù)才能使用托管在網(wǎng)關(guān)上的私鑰進(jìn)行簽名、上鏈或更新數(shù)據(jù)賬本,防止信息私自被篡改(如圖2)。

圖2 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口調(diào)用機(jī)制Fig.2 Calling mechanism of block chain data acquisition interface

2.1.1.2 國家數(shù)據(jù)共享交換平臺

國家政務(wù)服務(wù)平臺利用國家數(shù)據(jù)共享交換平臺與各省級政務(wù)服務(wù)平臺、國務(wù)院部門政務(wù)服務(wù)平臺聯(lián)通，匯聚政務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)。為滿足政務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)共享需求，發(fā)揮國家數(shù)據(jù)共享交換平臺作為國家政務(wù)服務(wù)平臺基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)交換通道的作用，對于各省級政務(wù)服務(wù)平臺、國務(wù)院部門政務(wù)服務(wù)平臺提出的數(shù)據(jù)申請，國家政務(wù)服務(wù)平臺統(tǒng)一受理和提供服務(wù)，并通過國家數(shù)據(jù)共享交換平臺交換數(shù)據(jù)(如圖3)[19]。

圖3 數(shù)據(jù)交換總體框架Fig.3 Overall framework of data exchange

省級政務(wù)服務(wù)平臺、國務(wù)院部門政務(wù)服務(wù)平臺產(chǎn)生的監(jiān)管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過國家數(shù)據(jù)共享交換平臺，以信息資源目錄發(fā)布的方式，將數(shù)據(jù)匯聚到國家政務(wù)服務(wù)平臺。國家政務(wù)服務(wù)平臺根據(jù)申請?zhí)峁?shù)據(jù)，通過國家數(shù)據(jù)共享交換平臺，以信息資源目錄訂閱的方式，將數(shù)據(jù)推送至省級政務(wù)服務(wù)平臺、國務(wù)院部門政務(wù)服務(wù)平臺，從而實(shí)現(xiàn)跨部門、跨層級的數(shù)據(jù)共享。

2.1.1.3 信息采集接口

除區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口外，信息采集接口主要分為抓取監(jiān)管信息和追溯信息的采集接口，以及用于信息檢索的查詢接口。

1)監(jiān)管信息采集接口規(guī)定了在采集監(jiān)管信息前，需要先向國家政務(wù)服務(wù)平臺提交接口調(diào)用申請信息，主要內(nèi)容見表1。

表1 監(jiān)管信息采集接口的調(diào)用參數(shù)Tab.1 Call parameters of supervison information collection interface

2)追溯信息采集接口匯集了商品的基本信息、流通記錄、檢驗(yàn)結(jié)果等信息，見表2。

3)查詢接口匯集了已采集的監(jiān)管信息和追溯信息內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)多元化數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，同時根據(jù)不同食品安全社會共治主體的需求返回不同的查詢結(jié)果。如政府監(jiān)管部門和生產(chǎn)企業(yè)能夠根據(jù)商品批次查詢檢驗(yàn)信息、原料供應(yīng)商信息、銷售、檢驗(yàn)信息，以及相關(guān)投訴舉報記錄等。第三方機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)追溯編碼或檢品編號查詢上市前檢驗(yàn)信息和上市后抽檢情況。社會公眾可通過掃描商品包裝上的追溯編碼查詢生產(chǎn)信息、原料信息、質(zhì)檢信息、物流信息等。新聞媒體可查詢各類食品安全熱點(diǎn)事件，并根據(jù)政府監(jiān)管部門發(fā)布的事件反饋情況，追蹤相關(guān)動態(tài)信息。

表2 追溯信息采集接口的調(diào)用參數(shù)Tab.2 Call parameters of traceability information collection interface

2.1.2數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)建立一個尋址目錄，存儲著各類與食品安全相關(guān)的追溯信息和監(jiān)管信息，以及信息所在的服務(wù)器地址，包括商品各批次的追溯信息、注冊信息、原材料信息、商品在銷售過程中抽查執(zhí)法信息、投訴舉報信息等。同時，也用于食品追溯編碼的注冊，每個商品均按照“一物一碼”原則在數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行登記，并獲得追溯編碼的碼段，該編碼將加貼或印在每個商品包裝上，并采用“一碼到底”的管理方式，在經(jīng)過生產(chǎn)出庫、分銷進(jìn)出庫、銷售等環(huán)節(jié)，通過掃描追溯編碼將商品相關(guān)規(guī)格、生產(chǎn)日期、上市日期、批次、檢驗(yàn)等數(shù)據(jù)上傳至食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)中?？紤]到部分企業(yè)使用的食品追溯信息服務(wù)系統(tǒng)未能覆蓋全部環(huán)節(jié)，需要再通過追溯信息采集接口將片段化的追溯信息上傳至數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)追溯編碼將該商品生產(chǎn)、流通、銷售信息，以及相關(guān)注冊信息、原材料信息等進(jìn)行組合，形成一個完整的食品安全產(chǎn)業(yè)追溯鏈，可推送至各政府部門的監(jiān)管系統(tǒng)，以及生產(chǎn)企業(yè)、經(jīng)銷商、分銷商的管理系統(tǒng)，用于查詢、統(tǒng)計、分析，實(shí)現(xiàn)食品追溯數(shù)據(jù)協(xié)同，夯實(shí)大數(shù)據(jù)社會共治數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.1.3解析服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

解析服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)將食品追溯編碼解析成對應(yīng)的數(shù)據(jù)資源地址，目前食品追溯編碼多為二維碼，商品的追溯編碼注冊成功后，相應(yīng)的編碼規(guī)則存儲至解析服務(wù)系統(tǒng)中，作為編碼解析的依據(jù)[20]。

2.2 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系技術(shù)架構(gòu)設(shè)計見圖4。在技術(shù)架構(gòu)設(shè)計方面，基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系主要分為應(yīng)用層、接口層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層的資源主要包括政務(wù)云和企業(yè)聯(lián)盟云，政務(wù)云面向政府監(jiān)管部門共享食品監(jiān)管信息[21]，企業(yè)聯(lián)盟云是指生產(chǎn)企業(yè)、原料供應(yīng)商、物流企業(yè)、分銷商組建的專用網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)層分別存儲食品生產(chǎn)、監(jiān)管、追溯等信息，涵蓋了原材料采購庫、生產(chǎn)加工庫、出廠檢驗(yàn)庫、物流庫、銷售庫、食品注冊庫等。服務(wù)層則提供各類技術(shù)工具，包括信息資源目錄服務(wù)、區(qū)塊鏈服務(wù)、地址解析服務(wù)、輿情服務(wù)、用戶管理，并通過接口層向應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)支持。接口層根據(jù)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)采集接口和查詢接口的需求，分別建立API和URL接口，其中API接口用于區(qū)塊鏈賬本更新、上鏈等操作，URL接口用于信息資源數(shù)據(jù)的交互[22]。應(yīng)用層主要面向政府監(jiān)管部門、企業(yè)、社會公眾、第三方機(jī)構(gòu)、新聞媒體提供信息查詢和追溯服務(wù)。

圖4 基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系技術(shù)架構(gòu)Fig.4 Technical architecture of food safety and social co-governance system based on internet of things

通過信息服務(wù)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)系統(tǒng)、解析服務(wù)系統(tǒng)相互配合，在調(diào)用查詢接口時，經(jīng)過編碼解析、目錄服務(wù)尋址，檢索到對應(yīng)的信息服務(wù)系統(tǒng)訪問入口，并最終將各環(huán)節(jié)的記錄信息按生成時間進(jìn)行組合，形成全面的信息鏈反饋至查詢接口、監(jiān)管信息和追溯信息采集接口。技術(shù)架構(gòu)設(shè)計具備以下特點(diǎn)：1)可按需擴(kuò)展資源。能夠有效支撐食品安全社會共治各環(huán)節(jié)、各節(jié)點(diǎn)按需納入共治體系。2)具備更高的安全性。為了提高數(shù)據(jù)安全性，降低隱私數(shù)據(jù)被泄露的風(fēng)險，僅將數(shù)據(jù)存放地址收錄至數(shù)據(jù)共享目錄服務(wù)中，減少敏感信息的存儲，并采用區(qū)塊鏈技術(shù)，防止信息被篡改。3)用戶覆蓋面更廣。多類型的數(shù)據(jù)資源支持面向政府部門、企業(yè)、社會公眾、第三方機(jī)構(gòu)及新聞媒體開放和使用。4)提供更全面的信息查詢服務(wù)。通過多角度、多維度的數(shù)據(jù)分析，有助于全面了解當(dāng)前食品安全現(xiàn)狀。

3 典型案例應(yīng)用分析

根據(jù)本研究的食品安全社會共治體系架構(gòu)設(shè)計理念，以乳制品安全監(jiān)管為例，建立乳制品安全社會共治平臺，以實(shí)現(xiàn)乳制品安全追溯、輿情監(jiān)測及風(fēng)險管控，支撐乳制品安全社會共治(如圖5)。

圖5 乳制品安全社會共治體系架構(gòu)Fig.5 Framework of social co-governance system for dairy safety

乳制品安全社會共治平臺主要包括乳制品安全追溯系統(tǒng)、乳制品安全輿情監(jiān)測系統(tǒng)、乳制品安全風(fēng)險管控系統(tǒng)及其他監(jiān)管系統(tǒng)。其中，乳制品安全社會共治平臺用于注冊和發(fā)放追溯編碼，并存儲相關(guān)追溯信息地址，同時，還收錄了乳制品原料供應(yīng)商的動物防疫合格證辦理信息、商品生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營許可信息、商品注冊信息、稽查執(zhí)法信息、樣品檢驗(yàn)信息、商品的投訴舉報信息、因商品引發(fā)的疾控信息、輿情信息等。乳制品安全追溯平臺用于存儲乳制品產(chǎn)銷記錄，以及追溯編碼信息。通過食品安全社會共治平臺將這些信息與生產(chǎn)流通追溯數(shù)據(jù)進(jìn)行有效匯聚，可用于公眾檢索、乳制品安全風(fēng)險監(jiān)控，也能夠?yàn)槿橹破钒踩浨楸O(jiān)測平臺提供反饋信息，實(shí)現(xiàn)乳制品安全社會共治。

4 結(jié) 論

基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了食品生產(chǎn)、銷售、監(jiān)管等多環(huán)節(jié)、跨部門的信息采集與分布式存儲，并支持?jǐn)?shù)據(jù)動態(tài)更新，進(jìn)一步提升了數(shù)據(jù)存儲的安全性和靈活性。同時將各類數(shù)據(jù)有效關(guān)聯(lián)起來，用于支撐食品安全社會共治主體開展監(jiān)管工作，達(dá)到共治目的。由于食品安全社會共治涉及多企業(yè)、多部門、多行業(yè)共同治理，為了實(shí)現(xiàn)“人人參與、人人盡力、人人享有”的共治格局，需要考慮以下幾個方面：一是構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)離不開政府主要部門的牽頭主導(dǎo)，以及相關(guān)法律法規(guī)的支持；二是因應(yīng)用到的數(shù)據(jù)源范圍較廣，需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為食品安全信息共享提供可操作的依據(jù)；三是參與到食品安全社會共治的角色較為復(fù)雜，須完善用戶使用授權(quán)機(jī)制和權(quán)限管理，以確保數(shù)據(jù)資源安全使用；四是本研究設(shè)計的食品安全社會共治體系數(shù)據(jù)架構(gòu)更適用于帶有包裝且通過電商平臺銷售的商品，對于散裝商品，如農(nóng)貿(mào)市場售賣的肉、蛋、水果、蔬菜等，由于缺少信息化系統(tǒng)支持，因此難以進(jìn)行全鏈條的信息追溯，尚需進(jìn)一步探索研究。