敏捷式糧油食品有害物質圖形數據庫系統的設計和開發

毛禹忠

(浙江科技學院經管學院，杭州 310023)

1 問題的提出

據衛生部通報，四川省儀隴、閬中、營山、巴中等縣及湖北省一些地方糧食部門的加工廠及一些個體戶，將工業用熒光增白劑(含有二苯乙烯三嗪衍生物等六種致癌物質)、“吊白塊”(甲醛次碰酸鈉)加入粉條、面條中增白，嚴重危害群眾身體健康，造成了惡劣影響。因此，國家相關部門應加強宣傳工作、生物科學普及和教育工作，提高全民的防范意識。農林、畜牧、水產等主管部門更應具備有害物質的防范意識。如何評估有害物質帶來的風險、代價和得益之間的關系，應先弄清有害物質的實質，從生物學和自然保護領域的角度開展研究和評估，只有真正弄清有害物質的實質，才能做出正確的決策。

防止有害物質的危害，首先是識別和確認，應作為優先選擇的措施，這是防范有害物質入侵的首選。開展調查研究和搜集相關資料，系統整理有害物質名錄、地域及其產生危害的評估;即使是可能有潛在影響的有害物質，在其尚未經過科學研究、證明和評估時，也需要進行識別，要從生物安全的角度加強檢疫和市場監控，依法攔截和阻止具潛在危害性有害物質的進入;其次是建立預警監控機制。建立預警監控機制以便及時發現，適時做出控制和根除方法，達到堵截或減少有害物質的影響;第三是加強基礎研究。對擴散成災的有害物質，在監控和清除的同時，加以綜合利用，化害為益。

要實現有害物質的識別和確認，最基礎條件的是要有一個參照物，對比從來未認知的物質，這是各級政府管理部門、基層單位和公眾最不容易做到的，通常只有請專家來鑒定，但即使是專家也不一定能識別，何況專家又不能第一時間到達現場，顧及廣大社會的需要。因此，對有害物質管理和防范，首先要有一個科學正確的識別工具，通過正確識別確認，才能對其進行進一步的研究和防范。我國對有害物質的管理落后很大程度上是技術手段的落后，沒有現代信息系統和數據庫的結果，沒有對有害物質數據的把握，沒有公眾的參與，是難以實現對有害物質進行科學管理的，其對策也是難以正確制定的。

2 圖形數據庫及系統

有害物質的危害具有爆發快、影響大的特點，同時又是全新的面孔，公眾很難識別。防范首先是識別，對于公眾和管理者從識別角度以照片加數據表示最好，借助發達國家的經驗，現代較好的管理工具就是圖形數據庫。傳統的大型和關系數據庫等難以實現圖形管理，并且開發周期性長、投資大，社會和公眾共享性差。

圖形數據庫(Graphic Database)是利用計算機將點陣、線、面等圖形基本元素按一定數據結構進行存儲的數據集合，或將點陣圖與其他類型的平面圖中的圖形描述為點、線、面等基本元素，并將這些圖形元素按一定數據結構(通常為拓撲數據結構)建立起來的數據集合。集合表現為域，給定一組域 D1，D2，…，Dn，(其中允許有相同的域)，則稱為這組域的笛卡爾積。因為每個域均為有限集，故諸域的笛卡爾積也是有限集。笛卡爾積的基數等于構成該積所有域的基數的累乘積，即

注:M為笛卡爾積的基數;mi為第i個域的基數;n為域的個數，表示參與笛卡爾積的域的個數，稱為元數(arty)或度，同時也表示元組分量的個數。

笛卡爾積可看成一個二維表，包括兩個層次:第一層次為拓撲編碼的數據集合，由描述點、線、面等圖形元素間關系的數據文件組成，包括多邊形文件、線段文件、結點文件等。文件間通過關聯數據項相互聯系;第二層次為坐標編碼數據集合，由描述各圖形元素空間位置的坐標文件組成。開發者可以通過Java－API直接與圖形模型交互。如在PowerBuilder中應用圖形數據庫的方法:在PowerBuilder開發環境的數據庫畫筆中，利用MS SQL Server 6.X連接上后臺大型數據庫MS SQL Server 6.5，建包含image字段dwg的表house data，利用該表做一個數據窗口，再插入OLE blob類型的控件，選擇AutoCAD Drawing類型。后臺大型數據庫的管理是非常困難的，因為一般圖形信息量大，對數據庫要求比較高。

相對于關系數據庫來說，圖形數據庫善于處理大量復雜、互連接、低結構化的數據，不遵循關系數據庫模型，也不使用SQL作為查詢語言。這些數據變化迅速，需要頻繁的查詢，但在關系數據庫中，這些查詢會導致大量的表連接，因此會產生性能上的問題，對計算機要求較高，關系數據庫有時沒有足夠的資源來表示信息塊間的實際關系。

傳統的數據庫對公眾開放性差(如收費，集中在大學、研究組織中)，更新慢，多為文字性(無圖形)，不適應有害物質的管理需要，對有害物質的管理需要公眾參與、快速識別、現場對比、應急制定對策。因此，有必要開發具有方便使用(公眾化、基層化)、敏捷快速更新(適應有害物質的變化)，圖形化(存貯彩色或黑白圖片，可進行現場對比識別)的數據庫系統，才能有效地開展對有害物質的識別、評估，防范有害物質的入侵，最大限度地減少有害物質的危害。

數據庫系統是決策支持的基礎，沒有對基礎數據的把握，是不可能分析研究和科學決策的。因此，有害物質圖形數據庫系統是一項長期的戰略投資。在發達國家已對此高度關注，并有大量的成果和應用(如意大利的SIGEM的危險物質數據庫，含有1 200多種物質，并且以每年50種左右的速度繼續增加，歐共體ISPRA聯合研究中心的危險物質數據庫，包括683種物質)。

3 系統開發

圖形數據庫開發工具很多(FlockD、AllegroGraph、OrientDB等)，但大多開發繁雜，對硬件和軟件及系統都是有較高需求，而且開發人員要具備編程能力等條件，本研究通過研究比較，發現EXCEL的桌面數據庫具備圖形管理功能，可作為開發工具。此數據庫系統簡單、實用、開發周期短，更新方便，更具有敏捷性和交互性，系統結構設計可簡單化，也可以非常復雜。非常復雜的系統主要是數據量大和具有網絡功能。新型的EXCEL高級版本已具備Intranet和Internet功能，如我國勤哲公司開發的EXCEL網絡數據庫系統，可作為高級系統的開發工具。限于論文篇幅，僅以單機版介紹關鍵開發過程和主要工作原理，對其詳細開發過程加以省略。

3.1 原始數據和圖形準備

采集各種有害物質的彩色(黑白)照片和數據，可以通過自主現場采集或網上、圖書館資料等獲取。并將其存入特定子目錄，如“有害物質圖形”子目錄，圖形格式以“JPG”為好，以節約存儲空間，如本例在現場和網上采集目前最為影響較大的“黃曲霉素”、“植酸鹽”、“多酚”等典型圖片，通過復制、掃描等方式輸入至計算機中。相關的文字資料可通過的各類學術著作進行收集，使之與圖形對應。

3.2 建立數據庫

根據管理要求，在工作表第一行的A列開始，建立“編號”、“名稱”、“別名”、“產地”、“分布地區”、“毒性”、“危害”、“防治方法”等數據庫字段，從第二行起在字段輸入有害物質信息，如“名稱”字段中的記錄為“黃曲霉素”、“植酸鹽”、“淀粉酶抑制劑”、“氣化酶”……等，為方便公眾參與，還需要對學名進行解譯，建立別名字段，輸入地方習慣名稱。

3.3 輸入圖形照片

在數據表中利用單元批注功能，首先輸入圖形信息，在批注功能中選擇“填充”，然后打開圖形文件，選擇“黃曲霉素”圖片，將圖形信息錄入數據庫。在以上是“黃曲霉素”記錄為例的低級開發過程。上述過程的高級開發，可應用VB(Visual Basic)進行編程，建立的VB程序，實現快速更新系統。編譯工具為Microsoft公司的VBA(Visual Basic Application)開發工具，輸入圖形照片的程序如下:

Sub Macro1()＇

快捷鍵:Ctrl+a

Range("C12").Select

Range("C12").AddComment

Range("C12").Comment.Visible=False

Range("C12").Comment.Text Text:=":" ＆ Chr(10)＆ ""

Selection.ShapeRange.Fill.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Weight=0.75

Selection.ShapeRange.Line.DashStyle=msoLineSolid

Selection.ShapeRange.Line.Style=msoLineSingle

Selection.ShapeRange.Line.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Line.ForeColor.RGB=RGB(0，0，0)

Selection.ShapeRange.Line.BackColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Fill.ForeColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.BackColor.SchemeColor=80

Selection.ShapeRange.Fill.UserPicture"E:e黃曲霉素.jpg"End Sub

程序中Sub與End Sub語句，是Visual Basic關鍵字作過程開始與結束的標志。參量名放在括號內，參量之間用列表分隔符隔開。使用VBA的一些內置特性，可以在不編寫任何代碼的情況下自動處理任務，可自動進行重復性任務的完成。對常常要做一些重復性的操作或頻繁執行某項任務，可以使用宏。宏實際上是由Visual Basic寫成的一個可執行的程序。建立宏的過程實際上是將所做的工作一一記錄下來，因此建立宏的過程通常在Excel中稱之為錄制新宏。在記錄宏之后，就可以在Excel中運行宏，以上過程代碼就是宏自動生成的。

其過程是:下拉工具菜單→宏→錄制宏→確定→選擇范圍→批注→填充→圖片→停止宏。

以上程序，每執行1次就可實現圖形的更新和變換，然后選擇下一記錄，此過程重復進行，即可輸入所有圖形記錄，由于更新快速，因此數據庫系統具有敏捷性，故可稱為敏捷式數據庫。

3.4 輸入批注文字

點擊“危害”字段的“淀粉酶抑制劑”的記錄單元，右鍵選擇插入批注，調整批注框大小為200%。打開事先采集的記錄淀粉酶抑制劑危害的文本文件，復制相關文本“谷類、豆類中存在著抑制酶活性的毒蛋白物質，由于它的作用，使淀粉酶的活性降低，影響人體對淀粉的消化吸收…”，點擊批注，粘貼文本。“危害”字段的其他記錄也據此輸入，直到將所有的記錄全部輸入完。

3.5 系統信息保存和應用

在錄入完圖形和文本數據后，取名存盤，可考慮以日期取名多次存入，并在多臺存儲器中備份。復制的備份文件就可通過網絡傳播給不同用戶使用。信息量自行掌握。政府一級管理部門可采用完整版，簡化的版本可提供基層等企業應用，定期的數據更新實現其敏捷性。

4 系統應用

打開已建立的數據庫，以黃曲霉為例，在輸入界面“名稱”字段下拉選擇“黃曲霉”記錄，即可查詢到黃曲霉的在高倍顯微鏡下的彩色照片，其黃色蘑菇狀的典型特征，此為專業技術性特征，可以提供地區一級的檢測機構作為識別對比的參照。如圖1所示。

圖1 系統查詢“黃曲霉”有害物質高倍顯微鏡下圖形的系統截圖

在輸入界面“毒害”字段下拉選擇“黃曲霉”記錄，即可查詢到黃曲霉的在一般肉眼下觀查的彩色照片，可以提供非專業人員作為識別對比的參照。如玉米受污染后的狀況圖2所示，從中可看出玉米被污染后的點狀白色物質，可以進行現場采集樣品的簡單對比，快速識別和初步確認是否是有害物質。

點擊危害等字段可以查詢到詳細的文字說明。如“黃曲霉”的危害字段內容為“遠遠高于氰化物、砷化物和有機農藥的毒性，其中以B1毒性最大。當人攝入量大時，可發生急性中毒，出現急性肝炎、出血性壞死、肝細胞脂肪變性和膽管增生。當微量持續攝入，可造成慢性中毒，生長障礙，引起纖維性病變，致使纖維組織增生。AFT的致癌力也居首位，是目前已知最強致癌物之一。”相應的其他字段點擊可以查詢到相關的注釋信息，如圖3所示，可查詢“植酸鹽”詳細注釋信息。

圖2 系統查詢“黃曲霉”污染玉米的肉眼觀查圖形的系統截圖

圖3 系統查詢“植酸鹽”有害物質文字的系統截圖

點擊識別檢測法等字段可以查詢到詳細的文字說明。如“甲醛”的識別檢測字段內容如圖4所示，此為高級專業內容，使用對象是政府各級管理部門和檢測機構。

圖4 系統查詢“甲醛”的識別檢測字段內容的系統截圖

系統的高級開發應用是建立Internet的大型網絡數據庫系統，實現全社會的共享，或者科學研究用，成為高層次的決策支持基礎，這需要政府的支持;單機開發的是桌面數據庫系統，可用于中下層政府管理(如市、縣和區鎮)和企業。無論是何種層次的應用，其工作原理是一樣的，上述思路可以作為借鑒。

系統具有開發周期短(數周至1個月左右)，數據更新快速(實時)、對有害物質跟蹤敏捷，完全自主知識產權等特點。系統開發不需要高深的計算機軟件、高級語言等基礎知識，僅需熟悉辦公軟件的應用和少量VB知識即可。不同于大型數據庫系統，不需要大量的資金和時間投入，僅需一臺極普通的計算機(如筆記本電腦)安裝有最常用的Office軟件和開發工具就可實現。適用于各級政府監管部門、企業基層。具有廣泛的應用前景和應用價值，特別是在廣大農村地區，如各地農技站等，有助于發現、識別、防范有害物質。開發可以完全自主完成，建立適應本地區和具有公眾意識的數據庫系統。單機版雖然功能少，但成本低，使用方便，可以采用通訊和數據定期更新的方式彌補無網絡共享數據的缺陷，系統的進一步開發是建立決策支持系統，采用數據挖掘進行決策分析，對防范提供對策思路。

5 結束語

對有害物質的防治的研究，國內還缺少系統化研究，作為基礎研究是十分必要的。經濟全球化的背景下，我國的對外開放不可避免與有害物質的接觸，在國際配送中回收的托盤和回收包裝物等都會引入有害物質，還會影響我國出口產品的質量，如不及早樹立防范意識和建立防范手段，將嚴重影響出口產品的競爭力，并會引發生態安全危機。管理分散是造成有害物質難以防控的原因之一。目前，工農業、水產畜牧、工商、環保都有防治有害物質的職能。有害物質會危害多種領域，如果相關部門的銜接延誤，防治的效果和效率就無法提高。相關部門也應及時開展有害物質知識的認知，形成全社會共同防范有害物質的氛圍。

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