食品安全大數(shù)據(jù)分析的若干思考

□ 周廣軍 金志剛 王瑋健 江蘇省質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化研究院

進(jìn)入21世紀(jì)以后全球經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展逐漸出現(xiàn)全球化，這對(duì)食品安全全球化的發(fā)展趨勢(shì)具有一定的推動(dòng)作用。數(shù)字地球概念是美國(guó)在1998年提出的，其具有一定的全球化戰(zhàn)略意義，其實(shí)質(zhì)就是將整個(gè)地球的自然和社會(huì)活動(dòng)等方面的問題用數(shù)字化的方式進(jìn)行處理，將資源最大限度地利用，使人們將想要了解的關(guān)于地球的信息，如食品安全與人類健康關(guān)系的各種信息等通過一定的方式獲取到[1]。食品安全已經(jīng)成為全球性的公共衛(wèi)生問題，其對(duì)人類的健康造成了嚴(yán)重的威脅，在21世紀(jì)中各個(gè)國(guó)家都出現(xiàn)了不同程度的食品安全問題，如美國(guó)的李斯特菌食物中毒事件、我國(guó)的劣質(zhì)奶粉事件以及歐洲多個(gè)國(guó)家馬肉風(fēng)波等，這些事件不但威脅著人類的身體健康，同時(shí)引發(fā)了社會(huì)對(duì)科研工作者的信任危機(jī)，而且對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也產(chǎn)生不利影響[2]。從本質(zhì)上來說信息不對(duì)稱是引發(fā)這些事件的根本原因，因此具體研究和分析食品安全大數(shù)據(jù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 食品安全與大數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系

人類歷史上最近一次的重要信息技術(shù)革命主要是大數(shù)據(jù)技術(shù)，當(dāng)前在各個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)對(duì)其廣泛的應(yīng)用，其引發(fā)了公共衛(wèi)生領(lǐng)域的變革。例如：在預(yù)防控制傳染病中，美國(guó)Google公司將流感趨勢(shì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目用大數(shù)據(jù)啟動(dòng)，在2007—2008年該公司提供的流感預(yù)警信息要快于美國(guó)疾控中心的，而且其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性非常高，因此該公司提供的數(shù)據(jù)可以代替美國(guó)疾控中心的數(shù)據(jù)，對(duì)經(jīng)典衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)在預(yù)測(cè)方面能力不足的缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ)，使準(zhǔn)確預(yù)測(cè)流感趨勢(shì)的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，將預(yù)防控制疾病的時(shí)間大大延長(zhǎng)，這就是在公共衛(wèi)生領(lǐng)域應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析的典型例子[3]。同理也可以用相似的方法解決食品安全問題，因?yàn)榈湫痛髷?shù)據(jù)的4V特征也是食品安全所具有的。一是大量的數(shù)據(jù)。我國(guó)的食品安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)有成千上萬個(gè)，而且還有醫(yī)院每天上報(bào)的食品污染物數(shù)據(jù)和食品安全環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，將這些數(shù)據(jù)匯集在一起形成巨大的數(shù)據(jù)容量。二是較快的更新速度。大量的在線或者實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理的需求都是食品安全信息中所包括的內(nèi)容。三是較多的種類。各種結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)表和遙感影像等的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的形式都是食品安全數(shù)據(jù)中所包括的，同時(shí)從食品的種植養(yǎng)殖一直到消費(fèi)這整個(gè)食物鏈以及食品污染物檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)等都是食品安全數(shù)據(jù)資源中涵蓋的內(nèi)容。四是較低的價(jià)值性和較高的應(yīng)用價(jià)值。大量的無用和冗余的信息都包含在海量的食品安全數(shù)據(jù)中，但是其具有非常大的挖掘和應(yīng)用價(jià)值，而且其與個(gè)人生活、食品產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)等都具有密切的關(guān)聯(lián)性。

2 大數(shù)據(jù)分析的思路與方法

2.1 總體思路

常規(guī)的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查等是食品安全數(shù)據(jù)的主要來源渠道，如果用一座神奇的鉆石礦來形容這些堆放到一起的數(shù)據(jù)，那么其隱藏的許多有價(jià)值的數(shù)據(jù)，就是礦山中的鉆石。現(xiàn)在需要利用創(chuàng)新性的分析法將其價(jià)值釋放出來，因此分析方法是釋放價(jià)值的主要環(huán)節(jié)，其與挖掘工具具有相似的作用，可以用鉆石來表示分析結(jié)果，圖1是整個(gè)分析的思路[4]。

與其他資源相比，大數(shù)據(jù)可以通過組合不同來源的數(shù)據(jù)使分析產(chǎn)品創(chuàng)新的目的得以實(shí)現(xiàn)，在挖掘其首要價(jià)值以后貶值和折舊的現(xiàn)象并不會(huì)出現(xiàn)，而創(chuàng)新的數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生更多新的應(yīng)用，如可以更全面地認(rèn)識(shí)多種數(shù)據(jù)以及根據(jù)不同的輔助信息將同一數(shù)據(jù)更高價(jià)值的信息挖掘出來等。

圖1 食品安全數(shù)據(jù)分析的總體思路圖

2.2 總體構(gòu)架

通過結(jié)合大數(shù)據(jù)理論方法和食品安全大數(shù)據(jù)的特征，對(duì)我國(guó)食品安全領(lǐng)域的實(shí)際情況進(jìn)行充分的考慮，可以得知采集數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)和展現(xiàn)數(shù)據(jù)是食品安全大數(shù)據(jù)分析技術(shù)平臺(tái)總體架構(gòu)中所包括的四方面的內(nèi)容。

首先是數(shù)據(jù)的采集，將部門數(shù)據(jù)的孤島性進(jìn)行突破，使數(shù)據(jù)的流動(dòng)性和可獲得性得以實(shí)現(xiàn)；常規(guī)監(jiān)測(cè)食源性疾病數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和食品安全環(huán)境污染相關(guān)的遙感數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都是需要采集的數(shù)據(jù)，而聯(lián)機(jī)分析處理和挖掘數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)主要是ETL工具，其主要的功能是在臨時(shí)中間層清洗和集成等異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)[5]。其次是數(shù)據(jù)的管理，通過RDBMS和NoSQL等彌補(bǔ)目標(biāo)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化混合存儲(chǔ)形式的缺點(diǎn)，使數(shù)據(jù)高效靈活的目的得以實(shí)現(xiàn)，云存儲(chǔ)和分布式文件存儲(chǔ)等是存儲(chǔ)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的主要形式。最后是數(shù)據(jù)的分析，這一步驟是最為重要的，食品安全影響因子作用模型等是該環(huán)節(jié)中使用到的，如可以通過空間統(tǒng)計(jì)分析方法的使用，對(duì)各類影響因子與各食品安全風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行積極的探索，對(duì)多元因子影響力模型及時(shí)的建立，將食品安全風(fēng)險(xiǎn)中各類影響因子貢獻(xiàn)的大小識(shí)別出來，從而將具有重要作用的自然和社會(huì)環(huán)境影響因子識(shí)別出來[6]。

2.3 解決的業(yè)務(wù)問題

2.3.1 分析食品安全態(tài)勢(shì)

在全方位認(rèn)識(shí)公共衛(wèi)生問題時(shí)，可以使用GIS、GPS和RS技術(shù)，如將與食品安全主題相關(guān)的信息通過智能化聚焦爬蟲技術(shù)來收集，將以Web社會(huì)媒體為基礎(chǔ)的食品安全實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)感知模型建立起來，在統(tǒng)一的時(shí)空框架中，在GIS地圖上用時(shí)空GPS定位標(biāo)注食品安全信息，同時(shí)應(yīng)用相應(yīng)RS遙感信息，通過空間統(tǒng)計(jì)模型智能分析采集的數(shù)據(jù)，而且可以利用可視化分析技術(shù)，將食品安全情景和交互式可視化的分析情況展現(xiàn)在大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)上，這對(duì)食品安全整體態(tài)勢(shì)的全方位掌握具有非常重要的作用。

2.3.2 研究食源性疾病負(fù)擔(dān)

典型的大數(shù)據(jù)分析案例之一就是研究全球疾病負(fù)擔(dān)，將得到的啟示用以食品安全大數(shù)據(jù)的研究，通過對(duì)食源性疾病和傷害有關(guān)多源數(shù)據(jù)的利用，充分結(jié)合死亡和患病的信息，對(duì)人群的健康損失進(jìn)行綜合測(cè)量。測(cè)量的結(jié)果不但可以為衛(wèi)生部的決策提供參考依據(jù)，同時(shí)可以將預(yù)防控制食品安全的優(yōu)先領(lǐng)域及時(shí)確定下來，而可以將有限的衛(wèi)生資源合理和科學(xué)地分配，其具有的意義是非常明顯的。

2.3.3 綜合分析食品的安全性

多學(xué)科交叉問題之一就是食品安全問題，通過對(duì)多源數(shù)據(jù)的綜合分析，可以提升對(duì)數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)的全面性和新穎性，而且根據(jù)不同的輔助信息可以將同一數(shù)據(jù)具有的更高價(jià)值的信息挖掘出來，如通過結(jié)合食品安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等，利用系統(tǒng)生態(tài)分析模型對(duì)其進(jìn)行綜合的分析，可以提升對(duì)數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)的系統(tǒng)性、科學(xué)性和全面性。

2.3.4 應(yīng)用于食品早期安全預(yù)警

整合化學(xué)污染物、食源性疾病以及自然環(huán)境等多源信息的食品安全預(yù)測(cè)預(yù)警模型等是綜合多種分析模型中所包括的內(nèi)容，其能夠?qū)⑹称返陌踩珷顟B(tài)實(shí)時(shí)地掌握，將存在的問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)其下一步的變化趨勢(shì)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和預(yù)測(cè)，從而可以為政府和相關(guān)部門實(shí)時(shí)制定控制措施提供參考依據(jù)。

2.3.5 創(chuàng)新食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的數(shù)據(jù)是食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估機(jī)制的主要評(píng)估的內(nèi)容，這一機(jī)制只能淺層處理數(shù)據(jù)信息，范圍具有一定的限制性，而且對(duì)于深入發(fā)展階段數(shù)據(jù)的處理不夠全面。這樣的情況無法使大數(shù)據(jù)滿足國(guó)家政府、公眾以及研究機(jī)構(gòu)等多方的信息需求[7]。所以食品安全大數(shù)據(jù)挖掘的廣度從當(dāng)前只對(duì)食品生產(chǎn)和消費(fèi)等環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的重視，轉(zhuǎn)變?yōu)殚_始對(duì)食品安全源頭環(huán)節(jié)的重視，使從農(nóng)田到餐桌整個(gè)食物鏈全程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前不但要對(duì)食源性疾病危害因素的研究和食品危害原因描述性分析工作重視起來，同時(shí)要對(duì)綜合分析食品安全與環(huán)境因素交互效應(yīng)的工作加以重視，這些都是從廣度方面來說的[9]。從深度方面來說，要對(duì)有機(jī)結(jié)合空間、經(jīng)典和微觀的統(tǒng)計(jì)工作加以重視，使跨學(xué)科和跨領(lǐng)域深度合作的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，不但要對(duì)食源性疾病發(fā)生和傳播的生物學(xué)機(jī)制從微觀層面進(jìn)行研究，而且要從宏觀層面上對(duì)食品安全和時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行分析，充分重視人類健康及其對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的影響等，將與大數(shù)據(jù)時(shí)代特征相符合的食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的分析方法體系逐漸建立起來，這樣不但可以為國(guó)家提供一定的科學(xué)技術(shù)支撐，讓其合理制定公共衛(wèi)生政策，同時(shí)使食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作與國(guó)計(jì)民生的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)。

3 結(jié)論

由此可見，信息社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)就是大數(shù)據(jù)時(shí)代。在農(nóng)業(yè)社會(huì)時(shí)期，人們的核心資源主要是土地。工業(yè)時(shí)代人們的核心資源是能源，而數(shù)據(jù)是信息社會(huì)時(shí)代人們的核心資源。在大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的主要目的是將有價(jià)值的數(shù)據(jù)規(guī)律快速地挖掘出來，及時(shí)掌握食品安全事故的前兆，將相應(yīng)的預(yù)測(cè)提前做好。我國(guó)的食品安全環(huán)境和消費(fèi)人群是復(fù)雜而龐大的，數(shù)據(jù)的變化和增長(zhǎng)速度非常快，因此當(dāng)前食品安全領(lǐng)域首先需要解決的問題就是如何將食品安全數(shù)據(jù)的契機(jī)把握住，將新思路和方法及時(shí)引進(jìn)，從而使預(yù)防和控制食品安全的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。所以，我國(guó)食品安全領(lǐng)域共同努力的方向就是將大數(shù)據(jù)時(shí)代提供的發(fā)展契機(jī)充分合理地利用，不斷加大食品安全大數(shù)據(jù)分析和利用的力度，從而可以更好地保證食品安全。另外，專業(yè)的人員是分析和建設(shè)大數(shù)據(jù)過程中不可或缺的，所以還需要及時(shí)培養(yǎng)跨學(xué)科和懂技術(shù)的專業(yè)人才，從而為大數(shù)據(jù)的建設(shè)和分析提供有力的保障。

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