食品安全信息監(jiān)管中人工智能與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

□ 冉 迪 曾 琳 陳香梅 辛美果 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院

食品安全一直是備受熱議的問(wèn)題，它是一個(gè)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的全球性問(wèn)題，關(guān)系到國(guó)民的生命安全，是人民生活的最基本保障，不容忽視且應(yīng)嚴(yán)肅對(duì)待，需借助多平臺(tái)、多技術(shù)且多方發(fā)力去解決。從“三聚氰胺”毒奶粉事件再到近段時(shí)間屢屢曝光的食堂和餐飲行業(yè)的后廚問(wèn)題[1]，深深扎進(jìn)了廣大人民的內(nèi)心，無(wú)不暴露出監(jiān)管方面的重大漏洞，食品安全監(jiān)管規(guī)范化迫在眉睫。由于信息不對(duì)稱及預(yù)警機(jī)制缺乏[2]，不安全信息遺漏在食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)時(shí)有發(fā)生，直接導(dǎo)致我國(guó)現(xiàn)階段食品安全問(wèn)題劇增，導(dǎo)致食品安全事故頻頻爆發(fā)。

圖1 信息技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用

1 概述

食品安全大數(shù)據(jù)的應(yīng)用對(duì)于建立基于預(yù)防的食品安全體系起著至關(guān)重要的作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)營(yíng)造了良好的政策環(huán)境以推進(jìn)食品安全大數(shù)據(jù)建設(shè)。目前，我國(guó)正處于新一輪改革發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，人工智能技術(shù)提供了一個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)。食品安全大數(shù)據(jù)是一項(xiàng)集食品工程、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域和技術(shù)于一體的復(fù)雜工程[3]。隨著人、機(jī)、物的三元融合，數(shù)據(jù)生產(chǎn)和消費(fèi)方式發(fā)生了改變，以前的方式為：少數(shù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其他人消費(fèi)數(shù)據(jù)；現(xiàn)在的模式為：所有人不僅是數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者，也是數(shù)據(jù)的消費(fèi)者。大數(shù)據(jù)4V[4]特點(diǎn)鮮明，既Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）和Value（價(jià)值密度低），數(shù)據(jù)處理和挖掘[5]的方式愈發(fā)多樣。

人工智能[6]（Artificial intelligence）是一個(gè)旨在開(kāi)發(fā)允許機(jī)器智能運(yùn)行的工具或算法的領(lǐng)域（例如學(xué)習(xí)、推理、解決問(wèn)題）。AI的技術(shù)突破使得場(chǎng)景理解變得越來(lái)越準(zhǔn)確，可讓更多的傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)；AI技術(shù)無(wú)處不在，滲透了各行各業(yè)，同時(shí)提升了民眾的生活質(zhì)量。目前人工智能在醫(yī)學(xué)影像處理方面[7]、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[8]、智能家居[9]等都有涉及，并且在食物辨別[10]、后廚監(jiān)控[11,12]和感官評(píng)定方面[13]也有應(yīng)用，人工智能與食品安全大數(shù)據(jù)的結(jié)合加強(qiáng)了食品監(jiān)管。

現(xiàn)階段是數(shù)字化高速發(fā)展的階段，新時(shí)代的信息基礎(chǔ)設(shè)施已廣泛運(yùn)用，其中包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等。大數(shù)據(jù)背景之下，合理利用以上信息技術(shù)可以有效解決食品安全問(wèn)題，信息技術(shù)在食品安全中的具體應(yīng)用見(jiàn)圖1。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可追溯系統(tǒng)獲取食品原料的產(chǎn)地信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤；云計(jì)算是物聯(lián)網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、計(jì)算中心；大數(shù)據(jù)解決的是數(shù)據(jù)的挖掘與融合工作，是人工智能的基礎(chǔ)，是人工智能發(fā)展的推動(dòng)力；人工智能則是一項(xiàng)新技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加速處理，達(dá)到模擬人類思維的效果，其在食品行業(yè)中的地位與日俱增。

2 食品安全大數(shù)據(jù)分析處理

食品安全監(jiān)管貫穿生產(chǎn)、采購(gòu)、庫(kù)存與銷售等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)從各環(huán)節(jié)采集的數(shù)據(jù)信息的分析整合，反作用于食品安全監(jiān)管的推進(jìn)，充分展現(xiàn)食品安全大數(shù)據(jù)的價(jià)值。食品安全大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)技術(shù)可分為以下方面。

2.1 食品安全大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理

高效的數(shù)據(jù)采集和科學(xué)分析，能夠?yàn)殚L(zhǎng)久的食品安全監(jiān)控發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐，利用傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及ZigBee技術(shù)等設(shè)備采集特定的數(shù)據(jù)。食品安全數(shù)據(jù)的預(yù)處理效果將對(duì)食品安全數(shù)據(jù)的挖掘效果產(chǎn)生直接影響。食品安全大數(shù)據(jù)預(yù)處理就是運(yùn)用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，包括數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)集約、數(shù)據(jù)清理等，在食品安全數(shù)據(jù)中消除噪聲和冗余點(diǎn)[14]，綜合收集多來(lái)源數(shù)據(jù)，以獲取更有效、更有價(jià)值的食品安全信息。

2.2 食品安全大數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得大數(shù)據(jù)傳輸變得異常方便和快捷。在食品安全監(jiān)控領(lǐng)域中，由傳感器、攝像頭所產(chǎn)生的即時(shí)數(shù)據(jù)可以運(yùn)用樹(shù)莓派、藍(lán)牙、物聯(lián)網(wǎng)及WiFi等途徑傳輸，云計(jì)算[15]、互聯(lián)網(wǎng)、YeeLink能夠分類儲(chǔ)存不同的數(shù)據(jù)，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析，大大的提高了處理大批量數(shù)據(jù)的能力。同時(shí)，由于現(xiàn)代化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得一些數(shù)據(jù)高效壓縮，大幅度的減少了數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存容量，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更方便、有效的管理。

2.3 食品安全大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

常見(jiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)包括以下3種。①貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[16]（Bayesian Network）。目前貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在食品欺詐預(yù)測(cè)中有應(yīng)用，能夠預(yù)測(cè)已知產(chǎn)品類別和進(jìn)口產(chǎn)品的食品欺詐類型，該模型可以正確預(yù)測(cè)80%的食品欺詐類型。②決策樹(shù)[17]（Decision Tree）。能對(duì)食品中化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有助于對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分類，可作為風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)計(jì)劃的工具。③人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[18]（Artif icial Neural Networks）是一種學(xué)習(xí)精度較高的數(shù)據(jù)挖掘方式，目前已被成功應(yīng)用到很多領(lǐng)域。例如學(xué)習(xí)和模擬對(duì)奶酪的感官評(píng)定[15]等。這些數(shù)據(jù)可以在網(wǎng)絡(luò)訂餐、食品包裝、食品溯源、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及聯(lián)合執(zhí)法等場(chǎng)景中得到應(yīng)用。

2.4 食品安全監(jiān)管

食品安全監(jiān)管以政府監(jiān)管為主導(dǎo)，行業(yè)、企業(yè)協(xié)同管理，社會(huì)和消費(fèi)者共同監(jiān)督，其中，政府主要通過(guò)質(zhì)檢總局、食藥總局、農(nóng)業(yè)局、商務(wù)局、衛(wèi)計(jì)局、經(jīng)濟(jì)和信息化局等部門跟進(jìn)落實(shí)，多管齊下，從而打造一個(gè)全方位監(jiān)管環(huán)境。（見(jiàn)圖2）。

圖2 食品安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

3 人工智能在食品安全大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用

在工業(yè)4.0時(shí)代，重復(fù)率高且重勞力的工作被智能機(jī)器人取代的案例比比皆是。同理，在食品行業(yè)中例如監(jiān)管、配餐、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和檢測(cè)方面，人工智能可以利用其獨(dú)特的分析計(jì)算與自主學(xué)習(xí)能力發(fā)揮巨大的作用。人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用如圖3所示。

圖3 人工智能在食品行業(yè)中的應(yīng)用

3.1 人工智能在后廚方面

智能識(shí)別AI可在食堂或餐廳后廚的廚房監(jiān)控工作人員有無(wú)按規(guī)定穿戴衣帽口罩和有無(wú)老鼠等熱血生物出現(xiàn)[11]，還可標(biāo)記出廚房?jī)?nèi)的設(shè)施設(shè)備（清洗、消毒、保潔設(shè)施），廚房?jī)?nèi)的工具、容器和其他設(shè)備，廚房?jī)?nèi)的清洗水池（水池配置、標(biāo)識(shí)區(qū)分），并記錄其使用狀況。

在冷菜間的監(jiān)控條件中[12]，硬性規(guī)定：①專人專管，必須是指定的人方可進(jìn)入冷菜間，非指定人進(jìn)入則報(bào)警。必須在進(jìn)入冷菜間前，進(jìn)行二次更衣并進(jìn)行消毒，衣服有RFID（Radio Frequency Identif ication）標(biāo)記監(jiān)管；②冷菜間溫度不能超過(guò)于25℃；③在日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，需打開(kāi)紫外燈進(jìn)行空氣消毒。

相對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)管模式，人工智能監(jiān)控模式大大降低了監(jiān)管過(guò)程人力物力的損耗，明顯提升了食品風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的準(zhǔn)確率，有效降低其安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生率。人工智能賦能于食品安全監(jiān)管，監(jiān)管水平與監(jiān)管效能大幅提高，并在行業(yè)內(nèi)、企業(yè)間樹(shù)立了相應(yīng)的威懾力，在監(jiān)督市場(chǎng)亂象、維護(hù)市場(chǎng)秩序的同時(shí)，很好地規(guī)范了企業(yè)的生產(chǎn)行為。借助于人工智能，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)報(bào)警，并自動(dòng)留取相關(guān)證據(jù)，很大程度上節(jié)約了政府的監(jiān)管成本，提高了監(jiān)管精確度，拓展了監(jiān)管維度，為政府相關(guān)政策的決策部署提供有效數(shù)據(jù)支撐，強(qiáng)化了食品監(jiān)管的精細(xì)度與透明度，同時(shí)也維護(hù)了食品安全禁區(qū)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(duì)特定人群的不同情況進(jìn)行科學(xué)合理的食材搭配，根據(jù)其口味和營(yíng)養(yǎng)需求定制專屬食譜，為消費(fèi)者提供膳食均衡的營(yíng)養(yǎng)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(gè)性化和周期性問(wèn)題，而智能配餐日常為用餐者提供的食譜能解決該問(wèn)題。結(jié)合人工智能發(fā)展契機(jī)，智能餐廳較傳統(tǒng)餐飲企業(yè)大大節(jié)約了人工成本，自動(dòng)炒菜機(jī)可以花更少的時(shí)間成本使同一菜品的口味高度統(tǒng)一，精細(xì)化的菜品、定制化服務(wù)完全迎合當(dāng)下消費(fèi)者的個(gè)性化需求，提了升消費(fèi)體驗(yàn)。同時(shí)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與云服務(wù)對(duì)每位顧客的用餐信息和餐廳每天的盈利情況進(jìn)行智能分析，促進(jìn)餐廳的優(yōu)化升級(jí)，更好地?fù)屨疾惋嬍袌?chǎng)。

3.3 人工智能在開(kāi)發(fā)食品新產(chǎn)品方面

人工智能具有人類所沒(méi)有的處理龐大數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)各種儀器檢測(cè)得來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。嘉士伯與微軟、丹麥奧胡斯大學(xué)和丹麥科技大學(xué)合作進(jìn)行啤酒開(kāi)發(fā)[20]，利用人工智能感應(yīng)啤酒的口味和氣味差別，從而提升在開(kāi)發(fā)新品、產(chǎn)品品控和質(zhì)量檢測(cè)時(shí)的精確度，。人工智能還可定制面條，根據(jù)個(gè)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(cè)方面

可使用一種可穿戴式設(shè)備（eButton）檢測(cè)食物[21]，這種可穿戴式相機(jī)可以連續(xù)自動(dòng)記錄佩戴者面前的場(chǎng)景。eButton看起來(lái)像一個(gè)圓形胸徽，包含一個(gè)微型攝像頭和一個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器，它在打開(kāi)后以預(yù)設(shè)的速率自動(dòng)拍攝佩戴者前方視圖的圖像。對(duì)eButton傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行交叉數(shù)據(jù)集測(cè)試，其中一半數(shù)據(jù)集用于訓(xùn)練，另一半數(shù)據(jù)集用于測(cè)試，食物檢測(cè)的總準(zhǔn)確率分別為91.5%和86.4%。

云ICatador平臺(tái)[13]的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的虛擬化核心算法，能夠以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[18]為模型，預(yù)測(cè)專業(yè)品鑒師的評(píng)價(jià)；并將近紅外光譜儀提供的測(cè)量數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算感官屬性（風(fēng)味、香味、質(zhì)地等），它不需要制備任何樣品而且是無(wú)損檢測(cè)。ICatador最顯著的特點(diǎn)是質(zhì)量經(jīng)理可以檢查品嘗者所做的估價(jià)以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法（人工品嘗）預(yù)測(cè)的價(jià)值，還可以將人類的評(píng)分與預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，從而反饋評(píng)分，調(diào)整預(yù)測(cè)函數(shù)以糾正偏差。同時(shí)紅外光譜儀還可以檢測(cè)花生等過(guò)敏原物質(zhì)，為避免生產(chǎn)線交叉提供保障。

4 展望

以人工智能為特征的第四次工業(yè)革命將深度影響世界經(jīng)濟(jì)秩序的重建。在未來(lái)，人工智能將不再是尖端技術(shù)，而是成為隨處可見(jiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施。就目前，人工智能已是一個(gè)世界性的趨勢(shì)，各國(guó)都在競(jìng)相采取積極的產(chǎn)業(yè)政策加以扶持。而食品安全本就是國(guó)家一直以來(lái)的重點(diǎn)工作，而且在今年“兩會(huì)”期間人民大會(huì)堂的“部長(zhǎng)通道”上，司法部部長(zhǎng)傅政華就強(qiáng)調(diào)，要用四個(gè)“最嚴(yán)”，即最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)、最嚴(yán)格的監(jiān)管手段、最嚴(yán)厲的處罰和最嚴(yán)肅的問(wèn)責(zé)，推動(dòng)我國(guó)食品藥品監(jiān)管持續(xù)向好發(fā)展，讓人民吃得安全、用得放心。

結(jié)合人工智能發(fā)展的契機(jī)，與食品安全碰撞出蘊(yùn)含無(wú)限可能的火花，一方面可加強(qiáng)監(jiān)督并整治食品市場(chǎng)亂象，削弱政府榜單里的“黑榜”力量，另一方面，順應(yīng)當(dāng)前消費(fèi)市場(chǎng)的走向，及人民對(duì)高質(zhì)量生活的追求，保證食品的安全無(wú)害，還要讓人民吃得營(yíng)養(yǎng)、健康，切實(shí)解決13億多人民最基本的民生問(wèn)題，致力于國(guó)家的高質(zhì)量發(fā)展之路，讓人民有更多的獲得感與幸福感。所以，激發(fā)人工智能在食品安全領(lǐng)域的創(chuàng)新、創(chuàng)造活力，并持續(xù)發(fā)光發(fā)熱，可謂前景廣闊。