互联网技术的食品安全追溯系统设计

合肥市市场监管综合行政执法支队 张 雷

为确保食品安全，完善食品安全追溯体系，提高食品安全的预警、监管、召回等各个环节的效率与质量，从系统分析的角度出发，以需求分析、系统设计、软件设计、安全性和保密性设计这几个方面为基础，对基于互联网技术的食品安全追溯系统进行全面分析，并提出了具体的实现办法。所构建的基于互联网技术的食品安全追溯系统能够有效地改善食品安全各个环节的效率与质量，进而为确保食品安全提供有效支持。通过该系统可以解决当前食品安全追溯系统存在的问题。

“互联网+”、物联网、大数据等信息化工具对传统行业流程的再造和改进，能有效促进行业进化，优化业务能力，提高生产效率，解决在信息化1.0时代，难以实现的物与物的信息传递、人与物之间的大规模数据信息的筛查、分类，人与人之间的信息共享。同时，因为数据规模的膨胀、信息处理效率和传输速率的提高，低延时、高并发的业务处理需求的增加，使原有开发体系下建立的信息化系统很难适应新一代产业数据处理的需要。

基于此，本文将对现阶段食品追溯体系建设中存在的问题做一些简要的梳理，并从系统分析和架构层面提出相应的解决思路。

1 食品追溯体系建设的现状

作为市场主体，食品生产企业是食品安全第一责任人，同时，种植养殖、运输、贮存、销售、餐饮等各个环节，都会对食品质量、食品安全产生影响。在以往粗放的管理体系里，食品安全问题的发现、治理、消费者保护往往严重滞后，责任难以厘清。2015年起国务院办公厅和相关监管部门明确要求建立质量安全追溯体系，通过多种方式记录食品生产、运输、销售等环节有关信息，力求做到发生食品安全问题时产品可召回、原因可查清、责任可追究。

但因为体系建设的难度大、各参与方的目标不统一，目前，我国食品生产环节里，能基本完成追溯体系建设工作的只有乳制品、白酒、植物油等少数行业，在这些行业里，大多数的生产企业也是使用书面形式来记录和保存产品相关信息。毫无疑问，这种方式追溯效率低，正确性不高，如果发生安全责任追究时，更会可能有不法企业涂改和故意丢弃相关追溯资料。同时，部分行业和企业的追溯体系，也是十分片面和不完整的。

2 当前体系存在的问题

2.1 系统研发未形成合力

各地各部门研发的食品安全追溯系统在庞大的食品生产、流通、消费环境里，只能形成区域型、阶段性的追溯力量，而食品的加工生产却是地域流通性大、时间跨度长、时效性强、种类繁多、流向复杂的网状结构，独立开发的追溯系统形成的数据孤岛，在庞大的食品种植养殖、生产加工、流通存储消费的大系统里，只能被封闭在末端局部封闭的枝叶环境里，发挥不了全程全面监管追溯的作用。无法从根部出发，在全局系统里循环，把握整体安全状况。

2.2 追溯体系标准化工作难度大

食品安全追溯体系的建设，首先需要将各环节数据统一为标准化数据。而食品生产流通涉及原材料存储、加工生产、包装储运、销售流通等诸多环节，把这些原本零散、没有统一规范的原始数据重新统一，其难度可想而知。

2.3 数据采集环境复杂、实现难度不平衡

大型食品生产企业、连锁销售企业等有充足的资金和人才队伍建设，可以建设专业的检测实验、数据记录机构，配备相应的检验队伍和数据分析团队，而大量分散的农户、养殖户，小规模的食品加工厂等，很难有相应实力和动力把大量生产、流通数据接入系统，无疑会对系统的建设和应用带来盲区，监管部门、消费者也难以获得完整、准确的追溯信息。

2.4 用户体系建设的动力不足

食品安全追溯体系的建设，无疑需要各类相关企业的紧密协作，对企业投入保障食品安全的成本、精力都有新的要求，和企业追求扩张、发展的短期目标必然带来一定冲突，同时，纳入食品安全追溯体系，对企业意味着需要公开更多的数据和产品特征，其真实性以及消费者对于数据的信任度都对系统健康发展有直接影响。

3 用系统建设的思路解决发展中的问题

3.1 需求分析

这里，我们谈到的需求，不仅包括功能需求，如针对食品原材料、辅料、加工过程、检验过程、半成品、成品的状态、流向、组合等的扫描、记录、追踪，也包含系统的非功能需求，如系统的可靠性、性能、响应时间、容错性、扩展性等，另外还包括一些设计约束，如数据库的版权要求、运行环境的多样性需求等。

3.2 系统设计

3.2.1 数据库的选型和设计

与普通的系统相比，如此庞大的食品安全追溯系统的数据结构确定、数据库的选型和设计，是决定整个系统成败的重中之重。

按照数据组织的视角看，笔者认为食品安全追溯系统中，采用关系数据库，增加对面向对象数据的支持和文档数据库的辅助，是比较合适的。其原因在于：

（1）数据结构化，冗余度低。

（2）较高的系统与数据的独立性，便于扩充。

文档数据库的加入，是考虑到应用中，有大量的非结构化数据（如生产场所的照片、检测过程的录像等）的存储和管理。而随着系统需求的不断提升，参与方对这些数据的处理要求也会从简单的存储、查看升级为识别、检索和加工。使用者要高效地存储、传播、分配和管理这些数据，文档数据库是必不可少的一个组成部分。

3.2.2 系统环境的集成和设计

我们认为，采用多层结构是一个合适的解决方案。

多层结构是C/S结构的扩展，典型的结构是将存储数据的数据库服务器作为数据层、追溯规则的实现作为逻辑层、管理用户输入输出的作为视图层，这是简化的三层结构，而该系统的复杂性决定其需要再增加中间层构成多层结构。实现该多层结构需要采用实现不同层次间通信的专用软件——中间件（或称为管件），中间件用于实现远程调用、对象请求调度等功能。随着层级的增加，不可避免的，系统如何合理分层、如何处理分布带来的同步等问题也同样考验设计者、开发者。

3.3 软件设计

设计过程中，我们应当注意和遵循的原则主要有以下几点：

（1）模块的独立性。尽量设计信息内聚informational cohension至功能内聚functional cohension的高内聚模块，模块间的耦合度主要依靠数据耦合data coupling至非直接耦合nondirective coupling等低内聚方式。

（2）根据系统分析的方案选择采用结构化设计或面向对象设计。设计过程中，充分发挥UML（unified modeling language）统一建模语言的特点，把现实流程中的类别和继承关系，高效地映射到系统中，并能随现实变化，及时变更数据内容，尽可能少地修改数据结构和系统中类和对象的映射关系。

3.4 系统的安全性和保密性设计

不仅要实现最基础的机密性confidentiality、完整性integrity、可用性availability，也要实现更高等级的真实性authenticity、不可否认性non-reputation和可存活性survivability。如机密性和完整性可以确保追溯信息的准确、不被篡改，不可否认性可以追溯到生产企业在上传相关内容时的真实身份，以排除恶意数据的干扰和确定相关主体的法律责任。

在硬件层面，我们可以采用成熟的防火墙、入侵检测设备等进行防护，软件层面，访问控制技术是实现系统安全的有效手段。

4 意义与结论

4.1 建立食品安全网络追溯体系的积极意义

为实现“从农田到餐桌”式的食品安全全面覆盖的美好前景，建立一个基于互联网技术、大数据平台支撑的食品安全网络追溯体系是意义重大的实现途径。种植养殖、生产加工、仓储运输、零售餐饮等环节数据可以集中在一个开放的平台，消费者、生产者、销售者、监管者、政府决策部门等都可以依托该平台，提供或共享平台中食品安全信息，从而实现食品安全社会共治。

4.2 结论

网络追溯是中国食品质量安全追溯体系建设未来发展方向，而建设一个全面、安全、高效的网络追溯平台，是一个复杂的系统工程，需要政府、相关职能部门、农副产品的生产销售、食品生产企业、运输销售企业、餐饮企业、高校科研院所、有相关开发经验的互联网企业等各相关部门的深度参与，需要建立一支涵盖信息化研发和食品监管、生产、研究等的开发队伍，从搭建全产业链、全覆盖的网络系统平台入手，提供合理接口，引导食品生产、运输、销售、餐饮等各参与方接入平台。通过构建基于大数据、云平台、互联网技术的系统，形成完备有效的追溯体系，将追溯链条的广度、深度向原料供应、消费餐饮的终端环节延伸，实现从农田到餐桌全产业链可追溯，达成来源可查、去向可追、责任可究的目标。