計(jì)算機(jī)技術(shù)在食品安全追溯體系中的應(yīng)用

侯娟

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253034）

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在食品安全追溯體系建設(shè)的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的食品安全問(wèn)題雖然在媒體的曝光下已經(jīng)大幅度減少，但是仍存在少數(shù)生產(chǎn)廠家打著品牌的旗號(hào)進(jìn)行偽劣產(chǎn)品的制作和銷售，導(dǎo)致廣大人民群眾仍高度重視我國(guó)的食品安全問(wèn)題。基于此，各地區(qū)政府均加大對(duì)地方食品廠家生產(chǎn)的深入調(diào)查，同時(shí)，也開(kāi)始大力發(fā)展食品安全追溯體系的建設(shè)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，越來(lái)越多的地區(qū)政府使用到食品安全追溯平臺(tái)，并在食品監(jiān)察方面取得諸多建設(shè)性成效。

1.1 追溯體系標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的制定難度較大

因?yàn)槭称沸袠I(yè)種類巨大，且設(shè)計(jì)到的技術(shù)領(lǐng)域較多，所以食品安全追溯體系的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)難度會(huì)相對(duì)較大，并且在建設(shè)食品安全追溯體系時(shí)，也會(huì)面臨著標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)較低的問(wèn)題。對(duì)此，監(jiān)管部門若想全方位確保食品安全的可追溯性，就應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)各類食品加工的原材料、生產(chǎn)車間和產(chǎn)品包裝等方面的管控，劃分食品種類，統(tǒng)一制定追溯安全的標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)參數(shù)。特別是在食品的生產(chǎn)、包裝、存儲(chǔ)以及運(yùn)輸環(huán)節(jié)中，需要監(jiān)管部門投入大量的心血，嚴(yán)格管控每一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，對(duì)追溯體系反饋的所有節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)管理，避免食品安全質(zhì)量出現(xiàn)環(huán)環(huán)相扣的現(xiàn)象，要做到不放過(guò)任何一個(gè)環(huán)節(jié)漏洞。但是此項(xiàng)工作實(shí)際開(kāi)展起來(lái)卻是十分困難的，因?yàn)槊恳粋€(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)漏洞都會(huì)影響整個(gè)食品安全追溯體系發(fā)揮不出全部作用，進(jìn)而導(dǎo)致食品安全監(jiān)管的數(shù)據(jù)鏈中斷。

1.2 計(jì)算機(jī)配套技術(shù)不成熟

結(jié)合我國(guó)近幾年各地食品安全監(jiān)管工作質(zhì)量來(lái)看，越來(lái)越多的地區(qū)開(kāi)始建立以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主體，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)為支撐的食品追溯體系，想通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)食品安全問(wèn)題的防控。同時(shí)，一些食品安全追溯體系發(fā)展較為迅速的地區(qū)還在條形碼基礎(chǔ)上加入二維碼技術(shù)和芯片技術(shù)，且將每個(gè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)都錄入到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)。但是從食品追溯體系發(fā)展的整體角度出發(fā)，仍有很多城市沒(méi)有配置統(tǒng)一的食品安全數(shù)據(jù)庫(kù)，造成此類問(wèn)題的主要原因不是因?yàn)橘Y金問(wèn)題，而是計(jì)算機(jī)配套技術(shù)的不成熟導(dǎo)致一些城市就算引入食品安全追溯系統(tǒng)，也會(huì)因技術(shù)問(wèn)題而發(fā)揮不出該系統(tǒng)的全部能力。

1.3 源頭數(shù)據(jù)采集難度大

在食品安全追溯體系下，規(guī)模越小的食品加工企業(yè)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的難度就越大，很大一部分原因在于小企業(yè)的投資成本較低，且發(fā)展規(guī)模較小，往往沒(méi)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力來(lái)配備專業(yè)的食品安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室和數(shù)據(jù)記錄室，也沒(méi)有聘請(qǐng)專業(yè)檢驗(yàn)師的思想意識(shí)。導(dǎo)致食品安全監(jiān)管部門在進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)，很難收集到所有食品企業(yè)的源頭數(shù)據(jù)，造成食品安全追溯體系的數(shù)據(jù)缺失。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在食品質(zhì)量安全追溯中的應(yīng)用

2.1 基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)功能的食品安全檢測(cè)技術(shù)

現(xiàn)階段，我國(guó)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，在食品安全追溯體系中，通過(guò)多功能攝像機(jī)作為外界感應(yīng)設(shè)備來(lái)記錄食品生產(chǎn)的全過(guò)程，并使用計(jì)算機(jī)的軟件處理程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的有效識(shí)別與鑒定。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的工作流程主要可以分為三部分：第一部分，是對(duì)攝像機(jī)拍攝到的影像進(jìn)行處理，剔除與食品生產(chǎn)無(wú)關(guān)的內(nèi)容；第二部分，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)μ幚磉^(guò)后的食品圖片進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，將各類食品參數(shù)和對(duì)比結(jié)果進(jìn)行記錄保存；第三部分，通過(guò)內(nèi)置程序?qū)κ称沸畔⑦M(jìn)行檢測(cè)分析，將得出的檢測(cè)結(jié)果反饋給技術(shù)人員，從而實(shí)現(xiàn)食品質(zhì)量安全的檢驗(yàn)。

2.2 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的食品安全生產(chǎn)線模擬研究

信息化時(shí)代的背景下，傳統(tǒng)的食品檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法適用現(xiàn)代的生產(chǎn)檢測(cè)工作的需要。對(duì)此，有關(guān)部門已經(jīng)開(kāi)始與食品生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，通過(guò)全面布設(shè)計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助食品生產(chǎn)加工的目的。并且利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)，對(duì)食品包裝、口味以及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整統(tǒng)籌規(guī)劃，利用智能仿真模擬技術(shù)演算出最符合企業(yè)發(fā)展的道路，同時(shí)，還可以模擬出符合市場(chǎng)需求生產(chǎn)流程，進(jìn)一步提高食品生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)食品行業(yè)的發(fā)展。

2.3 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的追溯食品生產(chǎn)鏈系統(tǒng)

有關(guān)部門可以通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立起追溯食品生產(chǎn)鏈的監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)食品監(jiān)管部門對(duì)生產(chǎn)企業(yè)整條生產(chǎn)鏈的控制，對(duì)原材料的來(lái)源、存儲(chǔ)、制作工藝、生產(chǎn)環(huán)境、包裝、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)的全面監(jiān)控。如果銷售到市面上的食品發(fā)生安全問(wèn)題，那么食品企業(yè)和安全監(jiān)管部門就可以快速的追溯到導(dǎo)致食品問(wèn)題的環(huán)節(jié)，并及時(shí)的對(duì)該環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，盡可能的降低食品安全對(duì)社會(huì)帶來(lái)的影響。

3 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)建立食品安全追溯系統(tǒng)

3.1 總體方案設(shè)計(jì)

3.1.1 目標(biāo)

在與前文形成對(duì)比的同時(shí)，以“她”、“它”同音的雙關(guān)渲染了一種人與胡同雖一同老去但胡同可新生人卻無(wú)力扭轉(zhuǎn)的厚重悲涼感，令人慨嘆。

該系統(tǒng)的核心目標(biāo)主要以研究食物變質(zhì)后的化學(xué)特征為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)合的方式分析的該技術(shù)的可行性，并從中確定食品中產(chǎn)生氨和硫化氫氣體濃度，進(jìn)而判斷出揮發(fā)性鹽基總氮TVB‐N 因子的濃度，然后實(shí)驗(yàn)論證的方式規(guī)劃出該系統(tǒng)的可行性，之后利用檢測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析檢測(cè)模型。實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)需要通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行信息的燒錄工作，并根據(jù)食品追溯的實(shí)際需求設(shè)計(jì)硬件電路，選擇最為符合食品監(jiān)控的控制芯片、傳感器以及信息傳輸模塊等實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行制作。之后將由嵌入式人員編寫相應(yīng)的代碼架構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際需求完善代碼，最后將運(yùn)行成功的系統(tǒng)代碼通過(guò)單片機(jī)的方式燒錄到嵌入式芯片中，在試運(yùn)行通過(guò)之后即可通入食品追溯行業(yè)的使用當(dāng)中，圖1 為檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的硫化氫濃度。

圖1：硫化氫濃度隨揮發(fā)性鹽基氮濃度變化

3.1.2 主要內(nèi)容

該系統(tǒng)主要以STM32 為核心控制器，該控制器主要利用氨氣傳感器和硫化氫傳感器為主要檢測(cè)工具，將收據(jù)到的氨氣和硫化氫氣體的濃度數(shù)據(jù)交由ARM 中進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換和分析。之后處理器會(huì)將分析過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而得出較為精確的數(shù)據(jù)結(jié)果，同時(shí)將數(shù)據(jù)與規(guī)定值進(jìn)行對(duì)比從而實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前食品質(zhì)量的一個(gè)智能化判斷，無(wú)論食品質(zhì)量是合格還是不合格均會(huì)通過(guò)液晶顯示器、蜂鳴器等輸出設(shè)備對(duì)外界進(jìn)行提醒，進(jìn)而形成一個(gè)便捷的能獨(dú)立檢測(cè)、判斷、預(yù)警的嵌入式智能設(shè)備。

3.2 檢測(cè)模型設(shè)計(jì)

3.2.1 檢測(cè)模型設(shè)計(jì)原理

該檢測(cè)系統(tǒng)的模型設(shè)計(jì)在考慮日常檢測(cè)便捷性和實(shí)用性的情況下，會(huì)根據(jù)檢測(cè)食品的不同加入“電子舌”和“電子鼻”傳感器，通過(guò)各類電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)不同濃度進(jìn)行檢測(cè)的目的。其中在對(duì)肉類食品進(jìn)行變質(zhì)過(guò)程的檢測(cè)時(shí)，通常會(huì)以食品的腐敗程度為基礎(chǔ)，檢測(cè)揮發(fā)性鹽基氮的散發(fā)濃度，在利用瑞士產(chǎn)出的Mem‐brapo 電化學(xué)傳感器對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，之后將所得數(shù)值用matlab 線性回歸判斷出如圖1 和圖2所示的線性關(guān)系。通過(guò)該技術(shù)可以看出在肉類食品變質(zhì)的過(guò)程中，氨氣和硫化氫會(huì)隨著揮發(fā)性鹽基氮的增加而增加，這就表明該系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品的正常追溯。

圖2：氨濃度隨揮發(fā)性鹽基氮濃度變化

3.2.2 傳感器模塊

該系統(tǒng)主要是通過(guò)MQ136 氣體傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集工作，該傳感器模塊主要是使用氣敏材料作為核心，利用氣敏電阻在硫化氫環(huán)境下電導(dǎo)率較低的特性，來(lái)收集傳感器所處環(huán)境中硫化氫的濃度，然后處理器會(huì)將傳感器實(shí)時(shí)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，將其翻譯成可識(shí)別的輸出信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行記錄與分析。MQ136 氣體傳感器是一款對(duì)硫化氫的靈敏度較高傳感器，同型號(hào)的其它傳感器同樣具有優(yōu)秀的靈敏度，因此該電路設(shè)計(jì)會(huì)使用MQ 系列作為系統(tǒng)的傳感器設(shè)備。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

3.3.1 整體軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要是使用Linux 作為集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用C 或C++語(yǔ)言作為程序的源代碼語(yǔ)言，對(duì)ARM 芯片內(nèi)部的主控程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)子程序：

（1）數(shù)據(jù)采集程序。該程序的主要目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行AD 轉(zhuǎn)換和濾波，并以10ms 為一次觸發(fā)，執(zhí)行一次數(shù)據(jù)的記錄與存儲(chǔ)，在取得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)之后會(huì)跳出循環(huán)停止觸發(fā)。

（2）分析處理程序。該程序會(huì)將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑z測(cè)模型軟件模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)推理分析，同樣該程序會(huì)以10ms 為一次循環(huán)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)推送。

（3）外設(shè)控制程序。該程序主要是通過(guò)ARM 處理器的核心程序管控下而運(yùn)行的小程序，通過(guò)ARM 對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的判斷分析控制蜂鳴器和LED 指示燈的工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)食品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果向外界傳輸?shù)哪康摹?/p>

3.3.2 算法的優(yōu)勢(shì)

該系統(tǒng)因?yàn)閷⑺袛?shù)據(jù)都存儲(chǔ)在專用的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，所以在對(duì)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的增刪改查時(shí)，總需要先將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取出來(lái)，并交由計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中進(jìn)行編譯。而這項(xiàng)工作需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換與流通，對(duì)處理器的性能以及內(nèi)存質(zhì)量要求較高，同時(shí)交換次數(shù)越多調(diào)取次數(shù)越頻繁所涉及的復(fù)雜性就越高。本系統(tǒng)的核心算法是通過(guò)將不同食品種類進(jìn)行劃分，且將每一種數(shù)據(jù)元素逐一進(jìn)行排序，并使用冒泡排序法對(duì)新收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的合理安排。同時(shí)還要對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行樹(shù)形結(jié)構(gòu)的排列，判斷輸入、調(diào)取的數(shù)據(jù)的確定性和可行性，優(yōu)化數(shù)據(jù)查詢、調(diào)取和修改的時(shí)間，極大地降低技術(shù)人員對(duì)食品質(zhì)量追溯的時(shí)間和復(fù)雜度。

另外，該系統(tǒng)的算法還具有其他方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）該系統(tǒng)可以對(duì)每個(gè)工作人員進(jìn)行考勤記錄，不會(huì)因工作人員的增多而影響整個(gè)程序運(yùn)行的結(jié)果，

（2）該系統(tǒng)的算法會(huì)將每個(gè)工作人員的員工信息、考勤記錄以及排班記錄等信息進(jìn)行處理方便出現(xiàn)食品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)有效的追蹤到問(wèn)題的責(zé)任人，進(jìn)而方便監(jiān)管部門與食品生產(chǎn)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的質(zhì)量把控。

4 結(jié)束語(yǔ)

終上所述，因?yàn)榻┠晡覈?guó)食品安全問(wèn)題頻發(fā)，所以導(dǎo)致人們不敢隨意購(gòu)買不了解的食品，造成社會(huì)各界對(duì)食品安全問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高。對(duì)此，各地食品安全監(jiān)管部門已經(jīng)全面展開(kāi)食品安全的整治工作，并借助計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)完善食品安全追溯體系的建設(shè)，使得食品安全問(wèn)題得到有效的控制。將現(xiàn)代技術(shù)融入到食品安全的監(jiān)管當(dāng)中，可以有效避免食品安全問(wèn)題的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)提高人們的日常生活水平，保障人們生命安全的目的。