基于大數據的食品安全標準體系評價模型研究

畢玉琦，徐大瑋，初 琳

（1.山東省質量技術審查評價中心有限公司，山東 濟南 250014；2.山東省食品藥品檢驗研究院，山東 濟南 250103）

隨著食品公共衛生問題的多次發生，人們對于食品安全的重視程度越來越高。經濟社會的發展，食品安全問題逐漸成為全球關注的公眾安全衛生問題[1]。不論是之前的“三鹿奶粉事件”、“地溝油”衛生問題，還是近年多次出現的“瘦肉精”食品問題，都是人們熱議的話題[2]。食品安全無小事，關乎人身健康和社會穩定，因此受到社會各界關注和重視[3]。

由于飲食習慣具有地域性和時間差，對于食品的大數據問題，存在區別于其他物品的明顯特征[4]。基于大數據的食品安全體系構建，需要兼顧社會各個方面，主要包括政府機關、食品生產企業、安全性評定機構、行業主管、網絡媒體以及消費者等[5]。國家也多次發布相關文件，高度重視食品安全問題，要求迅速推進食品安全問題的大數據監控和相應平臺建設[6-7]。

本文基于食品安全大數據標準化體系，構建其評價模型，利用多種方法對其進行分析和比較，并將其應用到實際的食品企業評定中，試驗結果證明其具有極高的可靠性和有效性，為國家食品衛生領域的發展做出貢獻，對刺激我國食品安全領域的產業轉型升級具有一定的現實意義。

1 食品安全大數據標準化

1.1 標準體系模型的建立

基于三維空間的理念，構建了基于大數據的食品安全技術框架，將該標準化模型進行結構劃分，3 個軸分別定義食品安全的3 個屬性[8]：x 軸代表整個食品安全領域的數據流程，包括數據的產生、傳播、收集、存儲和分析等多個方面；y 軸代表相關的用戶主體，主要包括政府機關、食品生產企業、安全性評定機構、行業主管、網絡媒體以及消費者等；z 軸表示業務相關的領域，主要包括生產開發企業、各類管理系統、安全監管體系、輿情網絡信息體系、數據信息風險分析等。食品安全標準體系的三維空間模型如圖1所示。

圖1 食品安全標準體系的三維空間模型Fig.13D space model of food safety standard system

由圖1 所示，基于食品安全標準體系的三維空間模型同樣包括3 個屬性空間，3 個軸分別為標準層次、標準類型和標準內容，對應國家在質量標準方面的各個方面以及質量體系中對應的數據質量等內容[9]。三維模型可以有效區別標準體系的各個層次環節，有利于指導體系內容的建設。屬性要素之間相互獨立，又存在一定的聯系，可以根據實際研究對象進行細化，使模型空間具有足夠的延展性，從而為基于大數據的食品安全體系及其標準化提供支持[10]。

1.2 標準化食品安全體系框架

食品安全關系重大，涉及的內容極多，是一門典型的交叉學科，該數據與工業發展的大數據存在多種聯系，但又有明顯的差別[11]。

工業發展大數據緊密圍繞產品周期內的各種數據，同時涵蓋了其發展所需要的各種技術數據應用等[12]。而食品安全大數據緊密圍繞食品的來源、制作、運輸、消費等各個環節，內容既涵蓋動物的養殖和植物的培育，也包括食品的生產、銷售等方面。

食品安全的大數據主要包括政府監管系統數據、企業生產信息、安全質量監控信息以及網絡傳媒等內容[13]。基于GB/T 35589—2017[14]提出食品安全大數據的參考框架，其標準體系結合了標準化產業的特征，基本框架主要包括各類標準，如基礎數據標準、產品質量標準、安全管理標準等。基于上述內容，構建食品安全大數據標準體系，具體見圖2。

圖2 食品安全大數據標準體系Fig.2 Big data system of food safety

1.3 食品安全標準體系的構建

根據前文的食品安全標準體系的三維空間模型，可以將整個標準體系進行劃分，從而形成層級化標準體系[15]。在對其進行標準體系構建的基礎上，又緊密聯系其內部關系，形成一個有機的數據體系[16]。

食品安全標準依據《中華人民共和國食品安全法》，整個食品安全大數據分別來源于領域內的數十項國家標準、行業標準以及地方、團體標準等。對于不同來源的數據需要根據標準化工作數據進行統計，統計口徑為“按照行業標準劃分的行業領域”，而產品質量數據的統計口徑為“按照GB/T 4754—2017《國民經濟行業分類》劃分的行業領域”。

將食品安全內容大數據逐級細化，并依次設定其各級工作內容，如表1 所示。

表1 食品安全體系內容Table 1 Contents of food safety system

由表1 可以看到，整個標準體系的建設涵蓋了各個方面的內容，主要包括了食品安全涉及的基礎標準、技術使用標準和安全監管方面等的標準化內容。

2 標準體系評價模型

2.1 評價模型的構建

基于食品安全大數據標準體系的建立，對食品監管領域具有指導意義。但是對于該模型的具體效果，需要構建評價模型來評價其水平。根據食品安全的應用范圍，評價模型選擇的服務對象主要包括政府機構、相關食品企業、檢測評定機構、消費者和媒體等。

根據不同的食品安全監管過程，可以將食品安全評價模型根據監管環節劃分為食品安全監管、食品問題處理和食品安全事后處置3 個部分，對應有3 個一級評價指標；同時根據國內外相關食品安全的文獻，以及國家食品安全標準和相關的規章制度，對應獲取6 個二級指標和若干個三級指標，最終構成食品安全大數據評價指標體系，具體見圖3。

圖3 食品安全指標評價體系框架Fig.3 Framework of food safety index evaluation system

基于食品安全監管的流程，將其分成前中后3 個環節，并對應6 個二級指標。每個指標的意義不同，其中：常規監管指標主要用于安全前監管，用來評估監管力度；食品風險監管指標用于對潛在風險進行監管；食品召回監管指標用于降低食品安全事故的傳播危害；事故控制監管指標用于保證消費者的安全，降低事故影響；事故總結監管指標用于吸取經驗教訓，提高工作效率；事故追查監管指標用于對責任方的處理，保障受害方獲得賠償的權利。整個食品安全指標體系如表2 所示。

表2 食品安全指標體系Table 2 Food safety index system

2.2 評價權重的設定

利用網絡層次法確定不同評價指標的權重，該方法可以有效處理具有反饋性和一定依賴效果的復雜決策問題，有效優化各個元素之間的耦合問題，并可以對相互影響的因素進行綜合，進而得到各種復雜指標的權重。

網絡層次法的結構主要包括控制層和網絡層兩個部分，控制層的內部準則是相互獨立的，而網絡層的準則是相互影響的，因此在計算權重中的算法并不一致。

2.2.1 構建計算矩陣

設控制層的元素包括C1，C2，……，Cm，網絡層的元素為D1，D2，……，Dn，每個網絡集中的元素集Di又包括若干個元素Di1，Di2，……，Din（i=1，2…，n）。將控制層的準則與網絡層中準則相互結合，并根據標度關系進行相互比較，從而獲得權重系數判斷矩陣，進而進行處理后，得到該矩陣的特征向量[Yi1，Yi2，…，Yin]T，作為網絡序號向量進行排序，通過網絡一致性檢查以后，只有復合階數超過2，CR 小于0.1 才符合要求，其他情況都需要重新調節矩陣元素的取值，直至通過檢查。最終構建權重矩陣Yij：

式中：Yij的列向量與元素集Di中的元素一致。

2.2.2 加權矩陣

比較元素集Di中各個元素的重要性，歸一化后得到序列向量[bi1，bi2，…，bin]，構建加權矩陣B：

bij代表了元素之間的相關性，如果相互間無影響，此時bi=0，進而構建加權矩陣：

2.2.3 計算權重

為了衡量加權矩陣的穩定程度，需要計算極限：

若該極限收斂，且極值唯一，則Yk為第k 個元素的權重值。

2.2.4 構建評價矩陣

對于整個評價指標的評語集合P=（P1，P2，…，Pn）和量化評價結果的數值集M=（M1，M2，…，Mn）聯立，構建隸屬矩陣R=（rij）n×m。其中：

3 數據分析與試驗結果

借助政府對于食品安全監管的大數據（來源于全國食藥監系統的食品安全政府監管績效的調查采樣），結合本文的綜合評價模型，利用軟件計算，對本文的算法進行驗證和分析。

3.1 數據樣本

整個評價體系的數據采集采用了與政府安全監管對應的數據指標體系，根據評定結果將評價指標分為優、良、中、及格、差5 個等級，因此評價集P={優，良，中，及格，差}，對應分值從100 分到0 分，量化數值集M 為{100，75，50，25，0}。

每個指標的分數都與評分原則對應，并對調查人員進行了專業培訓，以保證調查結果的公平客觀。對調查環節考慮不周的部分進行及時修正，最終確定出相應的數據調查結果表格。

樣本調查方式主要是通過網絡數據查詢和電話信息采集。為了保證調查結果的普遍性，調查數據的內容包括了全國大部分地區的食藥監管機構，問題突出的地區加強調查。最終獲得調查采樣結果702 份，去除無效數據調查表11 份，共獲得有效數據691 份，有效率超過98%，獲取數據2 萬余項，綜合考慮了整個評價體系的各個方面[10]。

為了保證本次調查結果的可信度，本研究運用SPSS Statistics 25.0 數據軟件對采集的數據結果進行可靠性分析，其結果如表3 所示。

表3 調查表的可信度Table 3 Reliability of questionnaire

由表3 可知：整個采樣表的克朗巴赫系數接近于1，遠大于普通數據的0.55，因此該數據具有很好的調查可信度；KMO 值也接近1，證明該表的數據效度很高。結果表明，調查表的可信度和可靠性很好，可用于反映食品安全監管的質量問題。

最終，根據專家打分情況并結合程序計算，獲得每一個評價指標的權重系數如表4 所示。

表4 權重指標Table 4 Weight indicators

3.2 數據結果

由表4 可知，一級指標權重YA=（0.20.40.4）。

二級指標權重分別為：YB1=（0.50.5），YB2=（0.50.5），YB3=（0.50.5）。

三級指標權重分別為：Y1=（0.1670.1670.666），Y2=（0.1910.1710.1910.447），Y3=（0.1750.1650.1650.1650.1650.165），Y4=（0.1670.1670.1670.3330.167），Y5=（0.1820.2010.1710.1710.0710.0680.136），Y6=（0.1440.1440.3920.320）。

對于食品安全監管的三級指標評價矩陣為：

從而可以得到評價向量C1=Y1R=[0.1840.2560.4990.0600.000]；同理可得，C2=[0.1100.4240.1410.3260.000]，C3=[0.1270.2000.2420.4300.000]，C4=[0.1890.2460.1500.4160.000]，C5=[0.0820.4770.4400.0000.000]，C6=[0.1660.4170.4180.0000.000]。

構建食品安全監管績效評價矩陣為：

進而構建評價向量為：U1=YB1B1=[0.1470.3400.3200.1950.000]。

同理可以得到：U2=[0.1580.2230.1960.4230.000]，U3=[0.1240.4470.4290.0000.000]。

按照評價體系設定的3 級指標，將評價系統根據食品安全的前中后3 個階段進行質量評價，可以得到整個安全監管的評價矩陣為：

根據前文的算法結果，可以得到整個食品安全大數據的監管指數評價向量為：

根據前文數據算法，進而可以得到整個安全監管體系的綜合得分為：

F=0.142×100+0.336×75+0.314×50+0.208×25+0.000×0=60.300

同理可以對不同監管階段進行得分計算，計算結果如表5 和圖4 所示。

數據分析的研究結果表明，我國食品安全問題是可控的，但是也存在一定的監管不到位情況。由表5可以看出，事中處理環節薄弱，缺位嚴重。由圖4 同樣可以看到，基層監管力度薄弱，行政級別越低的地區，其食品監管的力度也越低，且監管力度與經濟發展沒有直接關系，僅與責任意識有關。

圖4 行政級別與指標得分的關系Fig.4 Relationship between administrative level and index score

表5 食品安全監管得分Table 5 Food safety supervision score

4 結語

基于大數據的食品安全評價體系缺乏足夠的理論基礎，本文通過對標準食品安全體系的研究，構建其標準化模型，以三維空間模型為基礎，建立了食品安全標準體系，并基于網絡層次法建立其評價模型。綜合考慮了食品安全監管的各個方面，并通過數據對本文模型加以驗證。通過網絡調研建立數據庫，通過對監管得分的測算，描述出我國在食品安全監管領域出現的問題，為指導食品市場標準化提供了理論支持和行業依據。