食品安全信息监管中人工智能与大数据的应用

□ 冉 迪 曾 琳 陈香梅 辛美果 佛山科学技术学院食品科学与工程学院

食品安全一直是备受热议的问题，它是一个长期的、复杂的全球性问题，关系到国民的生命安全，是人民生活的最基本保障，不容忽视且应严肃对待，需借助多平台、多技术且多方发力去解决。从“三聚氰胺”毒奶粉事件再到近段时间屡屡曝光的食堂和餐饮行业的后厨问题[1]，深深扎进了广大人民的内心，无不暴露出监管方面的重大漏洞，食品安全监管规范化迫在眉睫。由于信息不对称及预警机制缺乏[2]，不安全信息遗漏在食品生产环节时有发生，直接导致我国现阶段食品安全问题剧增，导致食品安全事故频频爆发。

图1 信息技术在食品安全中的应用

1 概述

食品安全大数据的应用对于建立基于预防的食品安全体系起着至关重要的作用。随着互联网和信息技术的发展，我国营造了良好的政策环境以推进食品安全大数据建设。目前，我国正处于新一轮改革发展的关键时期，人工智能技术提供了一个弯道超车的机会。食品安全大数据是一项集食品工程、统计分析、数据库信息管理及计算机网络等领域和技术于一体的复杂工程[3]。随着人、机、物的三元融合，数据生产和消费方式发生了改变，以前的方式为：少数生产数据，其他人消费数据；现在的模式为：所有人不仅是数据的生产者，也是数据的消费者。大数据4V[4]特点鲜明，既Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多样）和Value（价值密度低），数据处理和挖掘[5]的方式愈发多样。

人工智能[6]（Artificial intelligence）是一个旨在开发允许机器智能运行的工具或算法的领域（例如学习、推理、解决问题）。AI的技术突破使得场景理解变得越来越准确，可让更多的传统行业进行转型升级；AI技术无处不在，渗透了各行各业，同时提升了民众的生活质量。目前人工智能在医学影像处理方面[7]、网络技术[8]、智能家居[9]等都有涉及，并且在食物辨别[10]、后厨监控[11,12]和感官评定方面[13]也有应用，人工智能与食品安全大数据的结合加强了食品监管。

现阶段是数字化高速发展的阶段，新时代的信息基础设施已广泛运用，其中包括互联网、物联网、云计算等。大数据背景之下，合理利用以上信息技术可以有效解决食品安全问题，信息技术在食品安全中的具体应用见图1。通过物联网可追溯系统获取食品原料的产地信息，并进行实时跟踪；云计算是物联网海量数据的储存、计算中心；大数据解决的是数据的挖掘与融合工作，是人工智能的基础，是人工智能发展的推动力；人工智能则是一项新技术，通过计算机技术对所收集的数据进行加速处理，达到模拟人类思维的效果，其在食品行业中的地位与日俱增。

2 食品安全大数据分析处理

食品安全监管贯穿生产、采购、库存与销售等关键环节，通过对从各环节采集的数据信息的分析整合，反作用于食品安全监管的推进，充分展现食品安全大数据的价值。食品安全大数据的基础技术可分为以下方面。

2.1 食品安全大数据采集与预处理

高效的数据采集和科学分析，能够为长久的食品安全监控发展提供数据支撑，利用传感器、互联网、物联网及ZigBee技术等设备采集特定的数据。食品安全数据的预处理效果将对食品安全数据的挖掘效果产生直接影响。食品安全大数据预处理就是运用数据融合技术，包括数据融合、数据集约、数据清理等，在食品安全数据中消除噪声和冗余点[14]，综合收集多来源数据，以获取更有效、更有价值的食品安全信息。

2.2 食品安全大数据的传输与存储

互联网技术使得大数据传输变得异常方便和快捷。在食品安全监控领域中，由传感器、摄像头所产生的即时数据可以运用树莓派、蓝牙、物联网及WiFi等途径传输，云计算[15]、互联网、YeeLink能够分类储存不同的数据，并且对这些数据进行有效地分析，大大的提高了处理大批量数据的能力。同时，由于现代化互联网技术的不断发展，使得一些数据高效压缩，大幅度的减少了数据的储存容量，可对数据进行更方便、有效的管理。

2.3 食品安全大数据挖掘技术

常见的机器学习数据挖掘技术包括以下3种。①贝叶斯网络[16]（Bayesian Network）。目前贝叶斯网络在食品欺诈预测中有应用，能够预测已知产品类别和进口产品的食品欺诈类型，该模型可以正确预测80%的食品欺诈类型。②决策树[17]（Decision Tree）。能对食品中化学物质进行监测，有助于对化学物质进行分类，可作为风险监测计划的工具。③人工神经网络[18]（Artif icial Neural Networks）是一种学习精度较高的数据挖掘方式，目前已被成功应用到很多领域。例如学习和模拟对奶酪的感官评定[15]等。这些数据可以在网络订餐、食品包装、食品溯源、风险评估及联合执法等场景中得到应用。

2.4 食品安全监管

食品安全监管以政府监管为主导，行业、企业协同管理，社会和消费者共同监督，其中，政府主要通过质检总局、食药总局、农业局、商务局、卫计局、经济和信息化局等部门跟进落实，多管齐下，从而打造一个全方位监管环境。（见图2）。

图2 食品安全监控网络

3 人工智能在食品安全大数据中的应用

在工业4.0时代，重复率高且重劳力的工作被智能机器人取代的案例比比皆是。同理，在食品行业中例如监管、配餐、开发新产品和检测方面，人工智能可以利用其独特的分析计算与自主学习能力发挥巨大的作用。人工智能在食品行业中的应用如图3所示。

图3 人工智能在食品行业中的应用

3.1 人工智能在后厨方面

智能识别AI可在食堂或餐厅后厨的厨房监控工作人员有无按规定穿戴衣帽口罩和有无老鼠等热血生物出现[11]，还可标记出厨房内的设施设备（清洗、消毒、保洁设施），厨房内的工具、容器和其他设备，厨房内的清洗水池（水池配置、标识区分），并记录其使用状况。

在冷菜间的监控条件中[12]，硬性规定：①专人专管，必须是指定的人方可进入冷菜间，非指定人进入则报警。必须在进入冷菜间前，进行二次更衣并进行消毒，衣服有RFID（Radio Frequency Identif ication）标记监管；②冷菜间温度不能超过于25℃；③在日常运营过程中，需打开紫外灯进行空气消毒。

相对于传统的监管模式，人工智能监控模式大大降低了监管过程人力物力的损耗，明显提升了食品风险预警的准确率，有效降低其安全风险的发生率。人工智能赋能于食品安全监管，监管水平与监管效能大幅提高，并在行业内、企业间树立了相应的威慑力，在监督市场乱象、维护市场秩序的同时，很好地规范了企业的生产行为。借助于人工智能，通过实时监测，发现问题可及时报警，并自动留取相关证据，很大程度上节约了政府的监管成本，提高了监管精确度，拓展了监管维度，为政府相关政策的决策部署提供有效数据支撑，强化了食品监管的精细度与透明度，同时也维护了食品安全禁区的高压线。

3.2 人工智能在智能配餐方面

人工智能配餐可针对特定人群的不同情况进行科学合理的食材搭配，根据其口味和营养需求定制专属食谱，为消费者提供膳食均衡的营养餐[19]；由于人体健康状况并非一成不变，所以食谱的定制需要考虑多样化、个性化和周期性问题，而智能配餐日常为用餐者提供的食谱能解决该问题。结合人工智能发展契机，智能餐厅较传统餐饮企业大大节约了人工成本，自动炒菜机可以花更少的时间成本使同一菜品的口味高度统一，精细化的菜品、定制化服务完全迎合当下消费者的个性化需求，提了升消费体验。同时，结合大数据与云服务对每位顾客的用餐信息和餐厅每天的盈利情况进行智能分析，促进餐厅的优化升级，更好地抢占餐饮市场。

3.3 人工智能在开发食品新产品方面

人工智能具有人类所没有的处理庞大数据的优点，可根据各种仪器检测得来的数据进行准确的分析。嘉士伯与微软、丹麦奥胡斯大学和丹麦科技大学合作进行啤酒开发[20]，利用人工智能感应啤酒的口味和气味差别，从而提升在开发新品、产品品控和质量检测时的精确度，。人工智能还可定制面条，根据个人口味选择烹饪面条的方式、软硬度等。

3.4 人工智能在食品检测方面

可使用一种可穿戴式设备（eButton）检测食物[21]，这种可穿戴式相机可以连续自动记录佩戴者面前的场景。eButton看起来像一个圆形胸徽，包含一个微型摄像头和一个运动传感器，它在打开后以预设的速率自动拍摄佩戴者前方视图的图像。对eButton传输的数据进行交叉数据集测试，其中一半数据集用于训练，另一半数据集用于测试，食物检测的总准确率分别为91.5%和86.4%。

云ICatador平台[13]的机器学习技术的虚拟化核心算法，能够以人工神经网络[18]为模型，预测专业品鉴师的评价；并将近红外光谱仪提供的测量数据作为输入数据来计算感官属性（风味、香味、质地等），它不需要制备任何样品而且是无损检测。ICatador最显著的特点是质量经理可以检查品尝者所做的估价以及机器学习算法（人工品尝）预测的价值，还可以将人类的评分与预测分数进行比较，从而反馈评分，调整预测函数以纠正偏差。同时红外光谱仪还可以检测花生等过敏原物质，为避免生产线交叉提供保障。

4 展望

以人工智能为特征的第四次工业革命将深度影响世界经济秩序的重建。在未来，人工智能将不再是尖端技术，而是成为随处可见的基础设施。就目前，人工智能已是一个世界性的趋势，各国都在竞相采取积极的产业政策加以扶持。而食品安全本就是国家一直以来的重点工作，而且在今年“两会”期间人民大会堂的“部长通道”上，司法部部长傅政华就强调，要用四个“最严”，即最严谨的标准、最严格的监管手段、最严厉的处罚和最严肃的问责，推动我国食品药品监管持续向好发展，让人民吃得安全、用得放心。

结合人工智能发展的契机，与食品安全碰撞出蕴含无限可能的火花，一方面可加强监督并整治食品市场乱象，削弱政府榜单里的“黑榜”力量，另一方面，顺应当前消费市场的走向，及人民对高质量生活的追求，保证食品的安全无害，还要让人民吃得营养、健康，切实解决13亿多人民最基本的民生问题，致力于国家的高质量发展之路，让人民有更多的获得感与幸福感。所以，激发人工智能在食品安全领域的创新、创造活力，并持续发光发热，可谓前景广阔。