人工智能在食品安全智慧監(jiān)管中的應(yīng)用研究

王冀寧，吳雪琴，陳庭強

(南京工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，南京 211816)

食品安全歷來都是國家關(guān)注的重點，然而不斷發(fā)生的相關(guān)危害事件，也反映出目前我國的食品安全管理存在一定的不足。食品及相關(guān)安全監(jiān)管工作量大，任務(wù)艱巨復(fù)雜，加之目前食品安全事故頻發(fā)原因多變，依靠傳統(tǒng)的監(jiān)管模式難以實現(xiàn)切實有效的監(jiān)管。智慧監(jiān)管是基于人工智能(artificial intelligence)、數(shù)據(jù)挖掘等新興技術(shù)對傳統(tǒng)監(jiān)管的創(chuàng)新。智慧監(jiān)管能適應(yīng)復(fù)雜多變的形式，實施食品安全智慧監(jiān)管越來越受到社會重視。合理應(yīng)用人工智能等新興技術(shù)，有利于智慧監(jiān)管的落實。十二屆全國人大五次會議中，國務(wù)院總理李克強指出，要“全面實施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加快新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動通信等技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化”?！叭斯ぶ悄堋币辉~，第一次出現(xiàn)在政府工作報告中。發(fā)展人工智能，利用其智能檢索、智能代理、專家系統(tǒng)等先進技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用，有利于食品安全智慧監(jiān)管的實現(xiàn)，能為該領(lǐng)域發(fā)展助力。探討人工智能在食品安全監(jiān)管中的應(yīng)用，對推動該領(lǐng)域的智慧監(jiān)管，具有一定的實踐意義。

1 利用人工智能的智能檢索技術(shù)構(gòu)建食品安全智慧監(jiān)管信息平臺研究

食品安全事故頻發(fā)的根本原因之一是信息不對稱[1]。食品屬于后驗性物品，必須通過消費才可以獲取其質(zhì)量特征[2，3]，信息不對稱問題尤其突顯，貫穿整個食品供應(yīng)鏈。目前食品安全信息傳遞層級眾多，渠道復(fù)雜，公眾難以獲取有效信息[4]。且在傳統(tǒng)食品供應(yīng)鏈中，信息傳遞的方向和物流傳遞的方向是一致的，前者依賴于后者，信息傳遞系統(tǒng)是單向的，難以達成信息跨越傳遞的目的。這種單向系統(tǒng)易導(dǎo)致信息傳遞存在滯后、失真現(xiàn)象，加劇了信息不對稱[5，6]。

信息平臺的構(gòu)建有助于信息的傳遞、透明度的增強，更好地推動食品安全智慧監(jiān)管[7]。人工智能的智能檢索(intelligent search)是以自然語言為基礎(chǔ)的檢索技術(shù)，可根據(jù)使用者提供的自然語言進行快速分析，并形成檢索策略進行所需信息的廣泛搜索[8]。充分利用人工智能此項技術(shù)，可快速高效地收集和共享食品安全信息，使信息平臺逐漸由封閉走向開放[9]，實現(xiàn)全環(huán)節(jié)、全流程、全方位的信息監(jiān)管平臺，打破信息流通不暢的格局，促進食品安全管理模式的升級。利用人工智能技術(shù)構(gòu)建信息監(jiān)管平臺，增強信息透明度水平的研究貫穿整個食品供應(yīng)鏈。

2 利用人工智能的智能代理技術(shù)實現(xiàn)食品采購供應(yīng)商選擇的智慧化研究

作為供應(yīng)鏈的開端，采購環(huán)節(jié)是確保食品質(zhì)量安全的首道防線。采購環(huán)節(jié)的重要性不言而喻，該環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤往往會對供應(yīng)鏈的后續(xù)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響，容易造成劣質(zhì)食品的產(chǎn)生。加強對采購環(huán)節(jié)的重視，將食品安全問題由“事后處置”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆虑邦A(yù)防”，防患未然。由于食品保質(zhì)期一般較短，存在容易腐敗變質(zhì)等問題。因此，與其他行業(yè)的采購環(huán)節(jié)相比，食品生產(chǎn)企業(yè)采購?fù)哂休^強的時效性、安全性要求。采購原材料時，供應(yīng)商的選擇至關(guān)重要，正確選擇供應(yīng)商能為生產(chǎn)出的食品質(zhì)量提供一定的保障，有利于企業(yè)的長遠發(fā)展。

然而，在實際采購過程中往往會遇到以下兩個問題：一是采購方往往缺少與供應(yīng)商的溝通，兩者之間缺乏信息共享[10]，對于供應(yīng)商的了解往往只限于產(chǎn)品本身，缺乏對其經(jīng)營狀況等情況的綜合了解，很難正確選擇供應(yīng)商。若僅僅依據(jù)供應(yīng)商提供的價格高低來選擇原材料，往往會導(dǎo)致供應(yīng)商為了降低價格，追逐利潤，使用劣質(zhì)原材料。二是獲取的信息復(fù)雜多樣，難以把握重點。針對信息溝通問題，利用人工智能的智能檢索技術(shù)，將各大供應(yīng)商的經(jīng)營信息狀況匯集于信息監(jiān)管平臺，采購方可以通過查看這些信息，了解相關(guān)供應(yīng)商的供貨記錄、歷史業(yè)績等綜合信息。針對信息復(fù)雜多樣問題，可利用人工智能的智能代理(intelligent agent)技術(shù)來解決。人工智能的智能代理技術(shù)可感知所處環(huán)境并采取措施實現(xiàn)目標(biāo)，該技術(shù)使用自動獲得的領(lǐng)域模型對使用者知識進行信息搜集、過濾，主動將對使用者有用的信息提交給他們[11]，從而解決信息過多難以把握重點的難題。有利于快速選定供應(yīng)商，既節(jié)約了采購時間，避免食品原料變質(zhì)，又提高了采購原料的安全性。

3 利用人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)提高食品安全預(yù)警系統(tǒng)質(zhì)量研究

食品采購結(jié)束后進行合理的預(yù)警，能夠剔除不合格原料，防止其進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，誘發(fā)相關(guān)事故。食品安全預(yù)警機制是指,在正常狀態(tài)下科學(xué)監(jiān)測會造成有關(guān)事故的各類因素和其所表現(xiàn)出來的跡象[12]，對這些因素的發(fā)展趨勢、可能造成的相關(guān)安全事故的種類以及影響程度進行合理預(yù)測，并向有關(guān)監(jiān)管部門或社會公眾披露相關(guān)情況的一套運行體系[13]?，F(xiàn)階段我國食品安全事故頻發(fā)的根本原因由兩方面構(gòu)成：一是前文所述的信息不對稱，二是預(yù)警機制缺乏，預(yù)警系統(tǒng)不夠完善，容易遺漏相關(guān)不安全信息，導(dǎo)致問題食品進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

在食品安全預(yù)警方面，實施科學(xué)合理的預(yù)警，不僅能有效降低相關(guān)安全事故帶來的危害，而且能幫助消費者樹立對食品安全的信心。人工智能專家系統(tǒng)(expert system)通過將多位專家學(xué)者在某一專業(yè)領(lǐng)域的知識聚集起來形成[14]，該系統(tǒng)可以像專家一樣運用這些知識和經(jīng)驗進行推理、判斷，從而解決相關(guān)復(fù)雜問題[15，16]。利用智能化知識系統(tǒng)中專家知識的指導(dǎo)，可以有效防止檢查人員遺漏相關(guān)不安全信息，從而避免不合格原料進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，危害人體健康。將人工智能專家系統(tǒng)應(yīng)用于食品安全預(yù)警機制，能夠有效提高其質(zhì)量，減少相關(guān)事故的發(fā)生[17]。

4 利用人工智能的智能識別與智能決策支持系統(tǒng)推動食品安全生產(chǎn)管控研究

原材料經(jīng)過專家預(yù)警系統(tǒng)檢驗之后進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，直接或者間接與食品接觸的化學(xué)物質(zhì)不斷增多，許多食品企業(yè)為了牟利違規(guī)使用添加劑的現(xiàn)象屢禁不止。生產(chǎn)環(huán)節(jié)尚缺乏成熟的識別技術(shù)，很難有效識別對人體有害的物質(zhì)，給食品安全帶來了隱患。生產(chǎn)決策貫穿于整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，影響食品質(zhì)量水平。以農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域為例，農(nóng)藥使用的次數(shù)多少嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，合理把控施加農(nóng)藥的次數(shù)既能確保產(chǎn)量又能保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[18]。由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)決策制定主觀意識較強，由此導(dǎo)致失誤的可能性也較大。

人工智能的智能識別(intelligent recognition)是一項運用計算機模擬人的智能，使其能夠按照人的思維模式進行識別的先進技術(shù)[19]。該技術(shù)有利于快速辨別有害化學(xué)物質(zhì)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)剔除不合格食品，防止其進入之后的流通渠道。人工智能最大的特點在于其具有積累經(jīng)驗以及主動學(xué)習(xí)的能力，能進行自我決策[20]。依托人工智能決策支持技術(shù)，探討建立在HACCP基礎(chǔ)之上的能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)安全食品目的的智能決策支持系統(tǒng)(intelligent decision support system)[21]，可擴大決策支持系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提高解決問題的能力，對食品生產(chǎn)的過程實施有效控制，保障食品安全。

5 利用人工智能模式識別、推理與規(guī)劃技術(shù)智慧追蹤物流環(huán)節(jié)食品性狀研究

物流環(huán)節(jié)是食品從最初的生產(chǎn)加工到最終的被消費過程中的重要一環(huán)，對物流環(huán)節(jié)進行有效治理有利于減少相關(guān)事故的發(fā)生。就食品安全問題而言，生產(chǎn)加工過程是我國長久以來的關(guān)注重點，對食品物流的關(guān)注則相對較少。“白酒塑化劑”事件直接凸顯了食品物流在保障食品安全方面的薄弱性[22]。因此，若想將食品安全的風(fēng)險降至最低，有必要加強對食品物流環(huán)節(jié)的治理。

物流環(huán)節(jié)主要涉及食品的運輸和儲存。由于食品的保質(zhì)期在正常情況下相對較短，在運輸以及倉儲過程中易受溫度、環(huán)境的影響，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)。同時，在此過程中，如果食品同其他氣味的商品混雜，還易引起串味問題。為避免產(chǎn)生食用風(fēng)險，首先需對溫度等硬性指標(biāo)嚴(yán)格控制，其次還需要嚴(yán)格食品分類，避免食品串味。人工智能的模式識別(pattern recognition)技術(shù)側(cè)重于探討怎樣使機器具有感知能力，推理和規(guī)劃(reasoning and planning)主要研究如何使機器利用已有的知識和技術(shù)完成給定的目標(biāo)任務(wù)[23,24]。通過人工智能模式識別技術(shù)的運用，可以及時了解食品在物流過程中所處的環(huán)境溫度是否適宜，食品本身性狀是否產(chǎn)生了不利變化，是否存在食品混雜現(xiàn)象。利用推理和規(guī)劃技術(shù)對物流環(huán)節(jié)食品性狀進行及時追蹤，確保物流環(huán)節(jié)食品質(zhì)量安全，提高物流環(huán)節(jié)的管理效率[24]。

6 利用人工智能機器學(xué)習(xí)技術(shù)減少操作失誤，確保銷售環(huán)節(jié)食品質(zhì)量研究

銷售環(huán)節(jié)是食品從生產(chǎn)者流向消費者的最終環(huán)節(jié)，對該環(huán)節(jié)的監(jiān)管不力會導(dǎo)致劣質(zhì)食品直接流入市場，消費者將承擔(dān)由此導(dǎo)致的事故風(fēng)險，這樣就使之前對食品采購、生產(chǎn)、物流環(huán)節(jié)的監(jiān)管失去了意義。增強對銷售環(huán)節(jié)監(jiān)管力度的重要性可見一斑。與物流環(huán)節(jié)食品品質(zhì)受倉儲環(huán)境影響一樣，銷售環(huán)境亦是如此。一般而言，良好的銷售環(huán)境是確保食品安全的重要條件，銷售環(huán)境惡劣易造成食品感染[25]。

除此之外，直接或者間接與食品接觸的銷售企業(yè)的一線員工，由于自身食品安全意識的淡薄等原因，往往會違規(guī)操作，是造成食品污染的元兇[26]。針對銷售環(huán)境是否達標(biāo)問題，與物流環(huán)節(jié)相似，可以利用人工智能的模式識別技術(shù)，對食品所處環(huán)境是否適宜做出判斷預(yù)警，防止發(fā)生危害。針對因為一線員工失誤造成的食品安全問題，可利用人工智能機器學(xué)習(xí)(machine learning)來解決。機器學(xué)習(xí)可以僅依靠數(shù)據(jù)來增強AI系統(tǒng)的性能，是AI系統(tǒng)的提升方式[27]，充分利用該技術(shù)可實現(xiàn)銷售企業(yè)操作程序的自動化、無人化，減少因一線操作員失誤導(dǎo)致的食品危害事件的產(chǎn)生，確保銷售環(huán)節(jié)食品質(zhì)量[28]。

7 結(jié)束語

食品供應(yīng)鏈長且復(fù)雜，任一環(huán)節(jié)的失誤都可能會導(dǎo)致相關(guān)事故的發(fā)生。隨著傳統(tǒng)監(jiān)管模式缺陷不斷暴露，發(fā)展智慧監(jiān)管勢在必行。人工智能作為近些年的熱門技術(shù)，研究其在食品安全智慧監(jiān)管中的應(yīng)用，具有較大的實踐意義。針對信息不對稱問題，探討利用人工智能的智能檢索技術(shù)構(gòu)建智慧監(jiān)管信息平臺。圍繞采購、生產(chǎn)、物流、銷售等環(huán)節(jié)出現(xiàn)的供應(yīng)商選擇困難，原材料質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)不完善，生產(chǎn)管控技術(shù)不到位，倉儲以及銷售環(huán)境適宜度監(jiān)測難，自動化操作系統(tǒng)缺失等問題，利用人工智能的智能代理、專家系統(tǒng)、智能決策、模式識別、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，探討其在食品供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的應(yīng)用，以期依托人工智能技術(shù)實現(xiàn)食品安全智慧監(jiān)管，提高管理效率。