食品安全信息監管中人工智能與大數據的應用

□ 冉 迪 曾 琳 陳香梅 辛美果 佛山科學技術學院食品科學與工程學院

食品安全一直是備受熱議的問題，它是一個長期的、復雜的全球性問題，關系到國民的生命安全，是人民生活的最基本保障，不容忽視且應嚴肅對待，需借助多平臺、多技術且多方發力去解決。從“三聚氰胺”毒奶粉事件再到近段時間屢屢曝光的食堂和餐飲行業的后廚問題[1]，深深扎進了廣大人民的內心，無不暴露出監管方面的重大漏洞，食品安全監管規范化迫在眉睫。由于信息不對稱及預警機制缺乏[2]，不安全信息遺漏在食品生產環節時有發生，直接導致我國現階段食品安全問題劇增，導致食品安全事故頻頻爆發。

圖1 信息技術在食品安全中的應用

1 概述

食品安全大數據的應用對于建立基于預防的食品安全體系起著至關重要的作用。隨著互聯網和信息技術的發展，我國營造了良好的政策環境以推進食品安全大數據建設。目前，我國正處于新一輪改革發展的關鍵時期，人工智能技術提供了一個彎道超車的機會。食品安全大數據是一項集食品工程、統計分析、數據庫信息管理及計算機網絡等領域和技術于一體的復雜工程[3]。隨著人、機、物的三元融合，數據生產和消費方式發生了改變，以前的方式為：少數生產數據，其他人消費數據；現在的模式為：所有人不僅是數據的生產者，也是數據的消費者。大數據4V[4]特點鮮明，既Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）和Value（價值密度低），數據處理和挖掘[5]的方式愈發多樣。

人工智能[6]（Artificial intelligence）是一個旨在開發允許機器智能運行的工具或算法的領域（例如學習、推理、解決問題）。AI的技術突破使得場景理解變得越來越準確，可讓更多的傳統行業進行轉型升級；AI技術無處不在，滲透了各行各業，同時提升了民眾的生活質量。目前人工智能在醫學影像處理方面[7]、網絡技術[8]、智能家居[9]等都有涉及，并且在食物辨別[10]、后廚監控[11,12]和感官評定方面[13]也有應用，人工智能與食品安全大數據的結合加強了食品監管。

現階段是數字化高速發展的階段，新時代的信息基礎設施已廣泛運用，其中包括互聯網、物聯網、云計算等。大數據背景之下，合理利用以上信息技術可以有效解決食品安全問題，信息技術在食品安全中的具體應用見圖1。通過物聯網可追溯系統獲取食品原料的產地信息，并進行實時跟蹤；云計算是物聯網海量數據的儲存、計算中心；大數據解決的是數據的挖掘與融合工作，是人工智能的基礎，是人工智能發展的推動力；人工智能則是一項新技術，通過計算機技術對所收集的數據進行加速處理，達到模擬人類思維的效果，其在食品行業中的地位與日俱增。

2 食品安全大數據分析處理

食品安全監管貫穿生產、采購、庫存與銷售等關鍵環節，通過對從各環節采集的數據信息的分析整合，反作用于食品安全監管的推進，充分展現食品安全大數據的價值。食品安全大數據的基礎技術可分為以下方面。

2.1 食品安全大數據采集與預處理

高效的數據采集和科學分析，能夠為長久的食品安全監控發展提供數據支撐，利用傳感器、互聯網、物聯網及ZigBee技術等設備采集特定的數據。食品安全數據的預處理效果將對食品安全數據的挖掘效果產生直接影響。食品安全大數據預處理就是運用數據融合技術，包括數據融合、數據集約、數據清理等，在食品安全數據中消除噪聲和冗余點[14]，綜合收集多來源數據，以獲取更有效、更有價值的食品安全信息。

2.2 食品安全大數據的傳輸與存儲

互聯網技術使得大數據傳輸變得異常方便和快捷。在食品安全監控領域中，由傳感器、攝像頭所產生的即時數據可以運用樹莓派、藍牙、物聯網及WiFi等途徑傳輸，云計算[15]、互聯網、YeeLink能夠分類儲存不同的數據，并且對這些數據進行有效地分析，大大的提高了處理大批量數據的能力。同時，由于現代化互聯網技術的不斷發展，使得一些數據高效壓縮，大幅度的減少了數據的儲存容量，可對數據進行更方便、有效的管理。

2.3 食品安全大數據挖掘技術

常見的機器學習數據挖掘技術包括以下3種。①貝葉斯網絡[16]（Bayesian Network）。目前貝葉斯網絡在食品欺詐預測中有應用，能夠預測已知產品類別和進口產品的食品欺詐類型，該模型可以正確預測80%的食品欺詐類型。②決策樹[17]（Decision Tree）。能對食品中化學物質進行監測，有助于對化學物質進行分類，可作為風險監測計劃的工具。③人工神經網絡[18]（Artif icial Neural Networks）是一種學習精度較高的數據挖掘方式，目前已被成功應用到很多領域。例如學習和模擬對奶酪的感官評定[15]等。這些數據可以在網絡訂餐、食品包裝、食品溯源、風險評估及聯合執法等場景中得到應用。

2.4 食品安全監管

食品安全監管以政府監管為主導，行業、企業協同管理，社會和消費者共同監督，其中，政府主要通過質檢總局、食藥總局、農業局、商務局、衛計局、經濟和信息化局等部門跟進落實，多管齊下，從而打造一個全方位監管環境。（見圖2）。

圖2 食品安全監控網絡

3 人工智能在食品安全大數據中的應用

在工業4.0時代，重復率高且重勞力的工作被智能機器人取代的案例比比皆是。同理，在食品行業中例如監管、配餐、開發新產品和檢測方面，人工智能可以利用其獨特的分析計算與自主學習能力發揮巨大的作用。人工智能在食品行業中的應用如圖3所示。

圖3 人工智能在食品行業中的應用

3.1 人工智能在后廚方面

智能識別AI可在食堂或餐廳后廚的廚房監控工作人員有無按規定穿戴衣帽口罩和有無老鼠等熱血生物出現[11]，還可標記出廚房內的設施設備（清洗、消毒、保潔設施），廚房內的工具、容器和其他設備，廚房內的清洗水池（水池配置、標識區分），并記錄其使用狀況。

在冷菜間的監控條件中[12]，硬性規定：①專人專管，必須是指定的人方可進入冷菜間，非指定人進入則報警。必須在進入冷菜間前，進行二次更衣并進行消毒，衣服有RFID（Radio Frequency Identif ication）標記監管；②冷菜間溫度不能超過于25℃；③在日常運營過程中，需打開紫外燈進行空氣消毒。

相對于傳統的監管模式，人工智能監控模式大大降低了監管過程人力物力的損耗，明顯提升了食品風險預警的準確率，有效降低其安全風險的發生率。人工智能賦能于食品安全監管，監管水平與監管效能大幅提高，并在行業內、企業間樹立了相應的威懾力，在監督市場亂象、維護市場秩序的同時，很好地規范了企業的生產行為。借助于人工智能，通過實時監測，發現問題可及時報警，并自動留取相關證據，很大程度上節約了政府的監管成本，提高了監管精確度，拓展了監管維度，為政府相關政策的決策部署提供有效數據支撐，強化了食品監管的精細度與透明度，同時也維護了食品安全禁區的高壓線。

3.2 人工智能在智能配餐方面

人工智能配餐可針對特定人群的不同情況進行科學合理的食材搭配，根據其口味和營養需求定制專屬食譜，為消費者提供膳食均衡的營養餐[19]；由于人體健康狀況并非一成不變，所以食譜的定制需要考慮多樣化、個性化和周期性問題，而智能配餐日常為用餐者提供的食譜能解決該問題。結合人工智能發展契機，智能餐廳較傳統餐飲企業大大節約了人工成本，自動炒菜機可以花更少的時間成本使同一菜品的口味高度統一，精細化的菜品、定制化服務完全迎合當下消費者的個性化需求，提了升消費體驗。同時，結合大數據與云服務對每位顧客的用餐信息和餐廳每天的盈利情況進行智能分析，促進餐廳的優化升級，更好地搶占餐飲市場。

3.3 人工智能在開發食品新產品方面

人工智能具有人類所沒有的處理龐大數據的優點，可根據各種儀器檢測得來的數據進行準確的分析。嘉士伯與微軟、丹麥奧胡斯大學和丹麥科技大學合作進行啤酒開發[20]，利用人工智能感應啤酒的口味和氣味差別，從而提升在開發新品、產品品控和質量檢測時的精確度，。人工智能還可定制面條，根據個人口味選擇烹飪面條的方式、軟硬度等。

3.4 人工智能在食品檢測方面

可使用一種可穿戴式設備（eButton）檢測食物[21]，這種可穿戴式相機可以連續自動記錄佩戴者面前的場景。eButton看起來像一個圓形胸徽，包含一個微型攝像頭和一個運動傳感器，它在打開后以預設的速率自動拍攝佩戴者前方視圖的圖像。對eButton傳輸的數據進行交叉數據集測試，其中一半數據集用于訓練，另一半數據集用于測試，食物檢測的總準確率分別為91.5%和86.4%。

云ICatador平臺[13]的機器學習技術的虛擬化核心算法，能夠以人工神經網絡[18]為模型，預測專業品鑒師的評價；并將近紅外光譜儀提供的測量數據作為輸入數據來計算感官屬性（風味、香味、質地等），它不需要制備任何樣品而且是無損檢測。ICatador最顯著的特點是質量經理可以檢查品嘗者所做的估價以及機器學習算法（人工品嘗）預測的價值，還可以將人類的評分與預測分數進行比較，從而反饋評分，調整預測函數以糾正偏差。同時紅外光譜儀還可以檢測花生等過敏原物質，為避免生產線交叉提供保障。

4 展望

以人工智能為特征的第四次工業革命將深度影響世界經濟秩序的重建。在未來，人工智能將不再是尖端技術，而是成為隨處可見的基礎設施。就目前，人工智能已是一個世界性的趨勢，各國都在競相采取積極的產業政策加以扶持。而食品安全本就是國家一直以來的重點工作，而且在今年“兩會”期間人民大會堂的“部長通道”上，司法部部長傅政華就強調，要用四個“最嚴”，即最嚴謹的標準、最嚴格的監管手段、最嚴厲的處罰和最嚴肅的問責，推動我國食品藥品監管持續向好發展，讓人民吃得安全、用得放心。

結合人工智能發展的契機，與食品安全碰撞出蘊含無限可能的火花，一方面可加強監督并整治食品市場亂象，削弱政府榜單里的“黑榜”力量，另一方面，順應當前消費市場的走向，及人民對高質量生活的追求，保證食品的安全無害，還要讓人民吃得營養、健康，切實解決13億多人民最基本的民生問題，致力于國家的高質量發展之路，讓人民有更多的獲得感與幸福感。所以，激發人工智能在食品安全領域的創新、創造活力，并持續發光發熱，可謂前景廣闊。