大数据时代我国食品安全回溯体系构建探讨
陶雅 尹少华
[摘要]食品安全回溯体系不仅能有效提高食品安全水平，且其带来的收益也完全可以弥补安全投入的成本。本文回顾了国内外食品安全追溯体系建设历程，发现随着大数据技术的迅速发展，政府对食品安全问题的日益重视，我国食品安全回溯体系构建的重要性和可行性日益提高。在此基础上，本文试着提出大数据时代我国食品安全回溯体系构建的基本思路与方法。
[关键词]大数据时代 食品安全回溯体系 比较研究
[中图分类号]F230? ?[文献标识码]A? ?[文章编号]1009-4245（2019）03-0024-05
DOI：10.19499/j.cnki.45-1267/c.2019.03.005
一、引言
党的十八届三中全会通过的《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》明确指出要“建立食品原产地可追溯制度和质量标识制度，保障食品药品安全”，表明食品可追溯制度已成为保证食品安全的重要措施。随后，国务院颁布的《国务院办公厅关于加快推进重要产品追溯体系建设的意见》（国办发〔2015〕95号）进一步指出，追溯体系建设是采集记录产品生产、流通、消费等环节信息，实现来源可查、去向可追、责任可究，强化全过程质量安全管理与风险控制的有效措施。同时，为进一步加快建设重要产品信息化追溯体系，2017年2月，商务部、工业和信息化部、公安部、农业部、国家质检总局、国家安全监督管理总局、国家食品药品监督管理总局七部委联合发文《关于推进重要产品信息化追溯体系建设的指导意见》，更加明确地提出了我国建设信息化追溯体系的主要任务，包括建立目录管理制度、完善追溯标准体系、健全认证认可制度、推进追溯体系互联互通、促进线上线下融合、强化追溯信用监管，强调要加强对大数据、云计算、对象标识与标识解析等信息技术的运用，逐步建设中央、省、市级重要产品追溯管理平台，建立追溯信息共享交换机制，实现中央平台与有关部门、地区、第三方平台之间的对接。可见，建设食品可追溯体系已成为惠民生、促消费、稳增长和推进供给侧结构性改革的重要举措，而高效、准确地获取信息则是实现食品可追溯体系建设的关键环节。
事实上，食品安全回溯体系的构建涉及食品链的各个环节，如何利用云计算、分布式处理技术、存储技术、感知技术等大数据技术来构建食品安全回溯体系，实现数据管理和共享，为消费者提供食品真假与质量信息查询，供政府进行执法打假、质量追溯和产品召回管理，便于让企业了解市场供求情况、渠道销售情况和食品涉假信息，都是建立食品安全回溯体系的关键问题。
食品安全回溯体系是指一种旨在加强食品安全信息传递，控制食源性疾病危害和保障消费者利益的信息记录体系，该体系能对产品原料的来源和加工历程进行查询，能跟踪饲料或食品生产、加工和分销在特定阶段的流动情况实时状态。其与食品可追溯体系的概念大体相同，但是食品安全回溯体系更加注重信息的记录和传递，适用于信息化社会食品流通过程中信息采集、处理、分析和输出，两者的关键都在于对信息的收集、处理与反馈。因此，在本项目中未对食品回溯与食品可追溯两个概念进行区分。
二、国内外食品安全回溯体系发展历程
（一）国内食品安全回溯体系发展历程
周洁红（2011）基于当前我国蔬菜行业组织的发育程度、消费特点等，分析了现行蔬菜质量安全可追溯体系建设的关键问题、薄弱环节及内外约束条件，并提出现阶段建设蔬菜质量安全管理长效机制最有效途径的理论构想是以批发市场为核心实施蔬菜质量安全可追溯。王玉狮和黄伟（2014）指出大数据下食品追溯系统对数据的处理主要从大数据的集成、数据的可信性、数据的自助式服务和自适应服务入手，提出从食品追溯系统的数据存储类型与RFID的存储特点出发，通过运用无线RFID二维码技术进行数据处理和分布式聚类算法进行数据挖掘来提高追溯系统的性能。王雅洁等（2015）比较分析了贝叶斯网络、决策树和人工神经网络三种大数據挖掘技术在食品安全风险预警领域的应用，得出以BP神经网络方法准确度高、健壮性强、训练速度快的优势，更适用于食品安全风险预警;谢楚鹏和温孚江（2015）研究了大数据背景下农产品质量安全的精准扶贫，通过上下游各个主体的信息共享和紧密合作，形成集成化的信息链，并指出精准追溯需要静态基础、动态业务、关系结构、目标变量和问题四个方面的数据，从而找到责任主体或原因，修复断裂的信息链;谭业平等（2016）借鉴国外在畜禽养殖业信息化、智能化与自动化方面的经验，提出开展动物源食品产业链质量安全控制全程追溯及“物联网”关键技术研究，建议鼓励生猪规模化、标准化养殖，在分段管理的局部追溯或半程追溯模式下实现全程有效对接，应用物联网系统架构、生长环境感知技术、智能监控装备形成动物规模精细养殖服务管理体系;钱建平等（2017）以不同品类农产品的追溯系统为基础，设计了农产品协同追溯平台框架，建立了包括企业资质、质量检测、产品追溯、消费者反馈四个因素及十四个因子的企业信誉评价模型，探讨了多源异构数据集成技术和分基础信息和扩展信息两层进行追溯的分层动态追溯技术。鲁天宇等（2018）提出从消费者权利视角考虑食品安全追溯体系的构建，在制度设计中减少消费者和企业利益冲突带来的障碍，降低追溯系统实施成本;张嘉伟（2019）基于HADOOP的食品追溯平台已经实现了根据大数据主题分类的分析模型，包括食品生产、食品物流、食品零售和食品消费的数据主题分析，构建了包含全过程的追溯平台，该平台的数据采集运用了多种技术手段，不仅从智能物联网获取终端数据，还根据数据特点运用FTP、FLUME等不同技术对其他来源的数据进行采集。
（二）国外食品安全回溯体系发展历程
Golan（2004）提出政府激励企业采用可追溯体系的政策工具包括紧急撤回机制，提高对不安全食品分销的罚金和携带病菌食品的监管; Bosona和Gebresenbet（2013）在对2000年-2013年的研究进行广泛回顾后得出结论，食品回溯应被视为物流管理的一个不可或缺的部分，以便信息可以随时存储和检索，且完全可追溯系统（可兼容、供应链参与者拥有紧密战略合作的可追溯系统）的参与者只能是自愿的;Bardia（2015）描述了食品追溯本体模型（FTTO）通过语义级别的数据（包括概念之间含义及它们之间的关系）储存为关系数据库提供了更丰富的储存空间，完善了能够促成异构数据库和不同系统的一体化，食品追溯的实施框架旨在为食品回溯数据的电子交换提供一个包括行业特定准则和通用准则的国际的非专属标准，这个框架涵盖了食品独特标识的通用原则、电子信息交换的通用标准和定义数据元素之间含义与相互关系的行业特定的本体，其技术挑战已经解决，组织障碍仍然存在，文章还提到了RFID、同位素分析、DNA条形码、物联网等技术的发展情况;Davide（2015）通过对法国和意大利消费者在追溯系统下，信心、习惯、过往行为和社会人口因素对追溯意愿的影响，得出构建追溯系统的启示;杨依晗（2017）总结了自2014年正式发布的“开放FDA”——美国食品药品监督管理局（FDA）的大数据信息化基础、共享平台——的实践成果：项目依托第三方的数据信息服务，建立数据标准体系及数据标准委员会，用非均衡测量法、变点分析、文本挖掘和可视化工具进行数据挖掘，开放数据、源代码和社区，形成第三方开发的手机软件。
三、国内外食品安全回溯体系构建的对比分析
（一）框架设计和技术选择
国内外都分别对不同种类食品构建了安全回溯体系，在构建过程中进行了框架设计和技术选择。国内提出实现上下游各主体信息共享和紧密合作，设计农产品协同追溯平台框架，国外注重研究指导溯源框架的理论如FTTO和食品追溯的实施框架，提出了构建统一的回溯体系模型，美国组建了数据管理团队，设立了统一标准，实现部门间数据交换。国内的数据挖掘工具包括贝叶斯网络、决策树和人工神经网络等，国外的数据挖掘工具包括可视化工具等;国内外都采用了RFID无线射频识别、同位素分析等技术作为溯源的重要技术，提出通过物联网技术实现感知和控制;国内在全过程溯源方面研究较多，国外提出把食品安全回溯体系当作现代物流的一部分。
（二）溯源主体参与意愿
对于参与主体分散，不便于集中管理的问题，国内提出了以批发市场为核心建立溯源体系;对于激励企业通过应用食品安全回溯体系来提高企业信誉，国内提出了追溯数据的信誉评价模型;对于消费者不愿意支付超过拐点的溢价以及企业不愿意公布内部信息，国内提出发展溯源技术，降低溯源成本，补贴中小企业，优化制度设计。对于激励溯源，国外提出加强监管，指出完全可追溯系统的参与者只能是自愿的，在具体追溯体系中依据信心、习惯等不同条件制定专门的策略;大数据背景下，国外通过深度开放数据，促使了应用数据的软件开发，从而激励了广大消费者参与溯源。
（三）实施效果
国内已经建立了食品安全标准查询数据库和食品抽检结果查询系统等数据管理平台，但食品安全回溯框架缺乏顶层设计，国内的食品安全数据目前存在跨地区、跨部门情况下融合困难、编码与分类标准不一、关联分析效果差的问题，且标准数据库缺乏与国外标准的对比，而随着融合后数据的维度、特征的增加，数据的冗余和计算程度的复杂也给大数据挖掘和分析带来了一定困难，部分平台存在层次间不衔接、系统性不足的问题，国外对建立统一的数据标准从理论和实践方面做出了贡献;国内随着数据多样性的提高，数据采集手段也变得越来越多样化，但在应用数据挖掘工具的过程中出现了公开信息为主，缺少数据综合分析、风险预测，数据利用程度低的问题，国外的技术发展起步较早，如稳定同位素追溯技术，值得学习借鉴;国内的物联网技术实施正在进行，全过程溯源也取得了较大进步，但在局部追溯或半程追溯的行业中还有待系统对接;国内对于溯源主体的激励提出了适合国情的理论构想，但理论的具体实践还有待进一步加深，源头数据的采集难度有待进一步降低，国外深度开放数据的举措对溯源主体进行了有效激励。
四、大数据时代我国食品安全回溯体系的构建思路
大数据时代下，国内对食品安全回溯体系的构建主要涵盖了数据获取、数据预处理、数据挖掘、模型应用四个部分。回溯平台主要将不同来源的原始数据进行迁移、清洗、转换和集成，再加载到数据仓库中，对数据冗余和噪点进行处理，然后进行模式挖掘、分类等操作，将已处理的有效信息应用于数据检索、建模分析等活动。而目前我国回溯体系中的数据采集和数据挖掘分析活动中，如何通过信息化手段覆盖从种植/养殖、加工、包装、物流、销售等运营过程，完善地记录各环节的经营数据，获得准确、完整的数据链是需要思考的问题。以下分别从大数据时代食品可追溯体系的框架设计和技术选择、参与主体溯源意愿两方面提出对获取完整有效信息的建议并指出进一步研究的方向。
（一）框架设计和技术选择
国内研究主要从精度、宽度、广度三方面着手，在技术方面探讨了决策树、神经网络、数据染色、稳定同位素等数据分析技术，ZigBee等数据收集技术，以及BOM、Petri网模型、RFID等信息技術，分析了这些技术在应用中的优劣势。这些技术以及框架的搭建解决了数据动态变化的问题、降低了运算的复杂程度，促进溯源体系中的因素关联分析，提高了溯源因子的准确性。我国应在技术层面向国外先进发展成果学习，积极将这些技术投入广泛实践中。
虽然国内对溯源体系构建的基本框架和技术选择进行了研究，但是在实现数据的提取和分析的实践中，有效数据不足导致的模糊、信息链断裂、信息滞后等问题还有待解决，而有效数据的不足源于数据的获取困难和整合困难。大数据背景下，抽样检测的效率得到了提高，但是广泛实时样本数据的获得更多需要依靠食品供应链各个环节将数据上传到互联网，需要智能种植/养殖、现代物流、电子商务平台销售等的广泛应用和产品流通过程中的精细化管理，这就要求政府和机构推广无纸化和“互联网+”食品安全，要求物联网技术在食品安全追溯体系中的应用和使用云平台自动实时更新系统数据。此外，对于其他来源的数据，如对流式数据、文件数据、网络数据，则需要根据数据特点采用不同技术进行采集;所获数据在不同的平台上通常具有不同的技术端口，且数据维度和样本规模不断增加，从而导致了数据的重复、冗余，对于这一问题，不仅要通过数据格式转换的软件加以整合，还要建立数据标准团队，设立一套数据格式、质量、数量方面的标准，使各机构的平台实行统一的食品安全溯源，还应对多维、多源数据进行降维处理和特征分析，对数据进行筛选。其中数据标准可以借鉴国外的设定，如FTTO食品追溯本体模型通过不同食品产品和过程的概念及关系定义，可以在对接不同食品追溯体系时减少语义不明晰带来的模糊错误，也可以作为整合系统的工具，食品追溯的实施框架在技术方面具有较成熟的标准，在成本收益方面推行该框架还需付出努力。
（二）溯源主体参与意愿
在生产、加工、销售和消费四个溯源环节中，溯源主体拥有分享与获取信息的主观能动性，其参与意愿对溯源效果至关重要。对于食品生产、加工和销售企业来说，小规模供应商的大量存在使得溯源交易成本上升，管理难度加大，为此需要提高其安全意识，对市场进行扶持，改造市场布局散乱的现状，政府应当加大监管力度，根据实际情况适当提高罚金，多部门抽调人才组成团队进驻市场管理;在尚未形成“质优价优”溢价激励的情况下，溯源体系主体的参与意愿的提升需要融入溯源体系的构建之中，通过政府的引导监督以及体系对信息的评价制度与奖励制度挂钩来激发参与意愿，以食品企业为食品安全追溯的责任主体，引导其主动参与溯源;体系的运转需要建立运行有效的评价机制，评价数据的准确性、完整性、及时性，激励机制，可以督促企业完善并提供真实信息，提高企业形象，促进溯源主体间的信息流动，从而达到对体系的自我完善和良好管理;在食品质量安全的信息精确度方面，企业可能由于数据的敏感性而担心数据安全，除非信息存储在受保护的数据库中，否则不希望共享数据，从而隐瞒或虚构一部分信息，造成信息链的断裂，为此可以考虑将区块链与大数据结合，以区块链作为大数据的安全机制，同时应该制定相关规章制度，建立并完善信息披露考核机制，或在信息敏感情况下对信息请求者进行广泛地分类和验证。
平台消费者满意是溯源体系构建的动因，但在实际应用中，大数据利用率还较低，公众交互性差。由于不同地区消费者溯源意愿差别较大，不同地区应根据消费者信心、习惯、过往行为等的不同对各自回溯体系做出一定调整;以增强与消费者的互动为目的，各企业和部门应建立用户导向型的回溯体系，根据网络舆情加大回溯力度，从而使潜藏的食品安全问题更快地被发现，增加可用以应对和处理问题的时间;而考虑到食品安全追溯平台面向的受众可能不仅包括广大消费者，还有需要增强决策分析的政府部门，则平台应在设计上增加相应的分析统计功能;在增强公众对食品安全整体意识的前提下，平台原始数据、源代码和社区对广大消费者开放，促使运用这些数据的手机软件大量开发，从而让更多的利益相关者成为监管者，更大范围地检测和填补平台数据空白，完善体系;政府积极与第三方合作，借助其数据信息服务来加强数据结构和数据获取;发动媒体、政府部门、企业、行业协会与组织通过互联网和线下宣传推广该体系，使消费者从各种渠道深入了解溯源体系的意义和使用方法。
国内食品安全回溯体系在大数据的推动下发展迅速，技术选择不断优化，但大数据技术对食品安全回溯系统的影响和融入路径缺乏充足的探讨。在当前的时代背景下，大数据将会如何影响现有的食品安全监管体系，如何实现数据的提取与分析，将大数据技术有效应用到食品可追溯体系的建设中，帮助企业实现产品种养、生产、销售、流通、公众服务、物流等环节的整个生命周期的监管，为企业与消费者实现产品追责，获取准确、完整的产品质量信息是研究的重点与难点。要进一步将研究溯源全信息对食品供应链的影响，大数据技术对食品安全回溯系统的影响及其融入路径。
[参考文献]
[1]周洁红，张仕都.蔬菜质量安全可追溯体系建设：基于供货商和相关管理部门的二维视角[J].农业经济问题， 2011（1）：32-38.
[2]王玉狮，黄伟.大数据下的食品追溯研究[J].科技信息，2014（6）： 80-81.
[3]王雅洁，杨冰，罗艳，等.大数据挖掘在食品安全风险预警领域的应用[J].安徽农业科学，2015，43（8）： 332-334.
[4]谢楚鹏，温孚江.大数据背景下农产品质量安全的精准追溯[J].电子商务，2015（11）： 3-6+12.
[5]谭业平，胡肄农，陆昌华，等.大数据技术在动物源食品质量安全管理创新体系中的应用[J].食品安全质量检测学报，2016，7（7）： 2973-2981.
[6]钱建平，范蓓蕾，李洁，等.支持分布环境的农产品协同追溯平台构建[J].农业工程学报， 2017，33（8）： 259-266.
[7]鲁天宇，王小龙.消费者权利视角下的食品安全追溯制度研究[J].中国农业文摘-农业工程，2018，30（04）：40-43.
[8]张嘉伟.基于大数据的食品追溯平台的设计与实现[J].数字通信世界，2019（03）：146.
[9]Golan E， Krissoff B， Kuchler F， Calvin L， Nelson K， Gregory P. Traceability in the U. S. food supply： Economic theory and industry studies[R]. Agricultural Economics Reports， 2004.
[10]Bosona T， Gebresenbet G. Food traceability as an integral part of logistics management in food and agricultural supply chain[J]. Food Control， 2013，33： 32-48.
[11]R.Badia-Melis，P. Mishra，L.Ruiz-García. Food traceability： New trends and recent advances.A review[J]. Food Control，2015，57.
[12]Davide M， Rafia H D， Cristina M， Georges G. Motives towards traceable food choice： A comparison between French and Italian consumers[J].Food Control， 2015， 49： 40-48.
[13]楊依晗，王广平，高惠君. 美国食品药品监管大数据实践简介及对我国的启示[J].上海医药， 2017， 38（9）： 60-65.
责任编辑：李 亮
