基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构设计

田雅轩， 张 熹， 由玉伟， 陈 锋

(国家药品监督管理局 信息中心， 北京 100044)

食品安全问题关系着人民生活质量和社会经济发展，一直受到社会广泛关注。我国人口众多，食品企业规模大小不一，不易管理，食品安全问题呈现出多样性、复杂性和隐蔽性等特点[1]。食品安全问题常发生在原料生产及食品生产、加工、贮存、运输、销售、消费等环节。近年来，社会共治成为食品安全治理的新原则与理念，在《中华人民共和国食品安全法》总则第三条中，明确了“食品安全工作实行预防为主、风险管理、全程控制、社会共治，建立科学、严格的监督管理制度”[2]，这对于保障食品安全具有重要意义。我国食品安全正在从以政府监管为核心的治理模式向多元主体共同参与的治理模式转化[3]，逐步形成以政府为主导，企业为主体，公众与各方社会力量共同参与的食品安全社会共治体系[4]。然而，体系中各环节产生的数据，无论是企业内部数据，还是政府部门的监管数据，尚未建立起统一的联动机制，难以达到社会共治的目的[5]。本研究通过对食品安全社会共治主体数据的分析，包括食品生产、流通、销售及监管等环节的数据，提出了基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构，以期实现多元化数据汇聚与共享，助力食品安全生产、检验检测、风险管控、舆情监测，以及智慧监管。

1 食品安全社会共治体系数据共享需求

为实现食品生产、流通、监管等各环节的数据共享与关联，需要建立一套标准化的食品安全社会共治体系数据架构，使政府监管部门、企业、社会公众、第三方机构、新闻媒体参与到整个食品安全监管体系中，从而形成社会共治局面，不同的参与方对食品安全治理有不同的需求。

1.1 政府监管部门需求

当前涉及的食品安全监管部门，主要包括农业农村部、市场监管总局、国家卫生健康委员会等多个政府部门。各部门按种养殖、生产、流通、消费等环节分段监管，容易出现职责交叉与界限不清等问题[6]，迫切需要打通信息壁垒实现数据共享与互联互通，并实时获取食品生产、流通等信息，以便做好监管工作。

1.2 企业需求

食品生产经营者对其生产经营食品的安全负责，不仅在从事食品生产、经营、销售等活动前要依法取得行政许可，还需依照规定，建立起食品安全追溯体系，以保证食品来源与去向可追可查[7]。所使用的原料、食品添加剂均要符合国家标准，并在出库前对每批次商品进行检验，形成相应的出库记录和检验记录。

1.3 社会公众需求

社会公众指的是消费者群体，消费者在购买商品过程中，能够通过食品安全追溯体系了解商品生产、流通等信息，也能够通过举报渠道对商品进行投诉[8]。

1.4 第三方机构需求

第三方机构主要涉及检验检测机构、第三方食品安全认证机构及食品行业协会等。它们根据检验、检测、认定和评估等结果，将食品安全信息、食品行业标准、食品企业评估信息等，定期向社会公布[9]。

1.5 新闻媒体需求

新闻媒体作为事实真相的传递者，不仅可以凭借敏锐的洞察力及时获取食品安全热点事件，曝光食品安全问题，也能够通过舆论压力间接约束企业行为，并协助政府监管部门做好食品安全新闻宣传，促进食品行业规范发展[10]。

2 基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构及技术架构设计

由于食品安全社会共治涉及的数据结构较为复杂，不仅要实现食品安全数据的追溯，更要与政府监管部门、第三方机构的数据进行有效关联[11]。因此，基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构是在建立食品追溯体系的同时，利用物联网[12]和区块链技术[13]，扩展信息资源，增设食品监管相关部门的数据库，通过国家政务服务平台进行数据采集与调用，获取各类食品信息，并采用商品唯一标识编码将全部信息串联起来[14]，能够面向政府监管部门和第三方机构，实现与监管信息、检验信息的联动，形成多环节、跨部门、跨层级的数据共享；面向企业和社会公众，可提供食品全链条的追溯管理及信息服务。

2.1 数据架构设计

受物联网信息服务体系架构的启发，本研究提出的食品安全社会共治体系数据架构沿用了基于物联网的信息采集方式，扩展完善了信息服务系统[15]、数据共享目录服务系统[16]和解析服务系统[17]等功能模块。数据架构模型见图1。

图1 基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构模型Fig.1 Data architecture of food safety and social co-governance system based on internet of things

2.1.1信息服务系统设计

在食品安全社会共治体系数据架构中，信息服务系统通过分布式部署方式对各企业、机构、监管部门的信息进行采集、处理和发布。对于食品生产流通数据，分别在原料采购及食品生产、加工、检验、运输、销售等环节获取过程数据，并经区块链数据采集接口加密后形成追溯信息，存放至企业自建食品追溯信息服务系统、第三方食品追溯信息服务系统及各企业管理系统的数据库中。对于食品监管数据，目前国家已建立起国家政务服务平台，并利用其中的国家数据共享交换平台实现与各省级政务服务平台、国务院部门政务服务平台数据联通与汇聚，采用资源目录订阅方式即可获取种养殖监管、食品注册、稽查执法、投诉举报、样品检验、进口通关、疾病溯源等相关信息，用于食品监管信息检索。同时，将每条追溯信息、监管信息，以及相关的数据源地址位置存放至数据共享目录服务系统，并通过各类采集接口进行调取与交互，从而实现数据关联与协同。

2.1.1.1 区块链数据采集接口

区块链数据采集接口可实现食品生产、流通、销售等环节的信息获取，并形成追溯信息上传至各节点，包括企业自建食品追溯信息服务系统、第三方食品追溯信息服务系统和各企业管理系统。为确保各节点数据更新的一致性，仅有企业自建或第三方食品追溯信息服务系统数据更新成功后，其他节点的数据库才能进行更新操作，从而实现部分去中心化存储模式。区块链数据采集接口的主要功能包括网关服务、共识服务、数据账本服务[18]。网关服务可提供事件监听、终端接入、私钥托管等。当有新的数据上链或数据账本发生变更时，网关的监听机制自动通知追溯信息服务系统以及其他节点，并通过终端接入服务验证节点身份的合法性，同时启动共识服务保证各节点间账本信息的一致性，只有当其他节点验证通过该节点的签名之后，数据才能使用托管在网关上的私钥进行签名、上链或更新数据账本,防止信息私自被篡改(如图2)。

图2 区块链数据采集接口调用机制Fig.2 Calling mechanism of block chain data acquisition interface

2.1.1.2 国家数据共享交换平台

国家政务服务平台利用国家数据共享交换平台与各省级政务服务平台、国务院部门政务服务平台联通，汇聚政务服务数据。为满足政务服务数据共享需求，发挥国家数据共享交换平台作为国家政务服务平台基础设施和数据交换通道的作用，对于各省级政务服务平台、国务院部门政务服务平台提出的数据申请，国家政务服务平台统一受理和提供服务，并通过国家数据共享交换平台交换数据(如图3)[19]。

图3 数据交换总体框架Fig.3 Overall framework of data exchange

省级政务服务平台、国务院部门政务服务平台产生的监管业务数据，通过国家数据共享交换平台，以信息资源目录发布的方式，将数据汇聚到国家政务服务平台。国家政务服务平台根据申请提供数据，通过国家数据共享交换平台，以信息资源目录订阅的方式，将数据推送至省级政务服务平台、国务院部门政务服务平台，从而实现跨部门、跨层级的数据共享。

2.1.1.3 信息采集接口

除区块链数据采集接口外，信息采集接口主要分为抓取监管信息和追溯信息的采集接口，以及用于信息检索的查询接口。

1)监管信息采集接口规定了在采集监管信息前，需要先向国家政务服务平台提交接口调用申请信息，主要内容见表1。

表1 监管信息采集接口的调用参数Tab.1 Call parameters of supervison information collection interface

2)追溯信息采集接口汇集了商品的基本信息、流通记录、检验结果等信息，见表2。

3)查询接口汇集了已采集的监管信息和追溯信息内容，能够实现多元化数据统计分析，同时根据不同食品安全社会共治主体的需求返回不同的查询结果。如政府监管部门和生产企业能够根据商品批次查询检验信息、原料供应商信息、销售、检验信息，以及相关投诉举报记录等。第三方机构能够根据追溯编码或检品编号查询上市前检验信息和上市后抽检情况。社会公众可通过扫描商品包装上的追溯编码查询生产信息、原料信息、质检信息、物流信息等。新闻媒体可查询各类食品安全热点事件，并根据政府监管部门发布的事件反馈情况，追踪相关动态信息。

表2 追溯信息采集接口的调用参数Tab.2 Call parameters of traceability information collection interface

2.1.2数据共享目录服务系统设计

数据共享目录服务系统负责建立一个寻址目录，存储着各类与食品安全相关的追溯信息和监管信息，以及信息所在的服务器地址，包括商品各批次的追溯信息、注册信息、原材料信息、商品在销售过程中抽查执法信息、投诉举报信息等。同时，也用于食品追溯编码的注册，每个商品均按照“一物一码”原则在数据共享目录服务系统进行登记，并获得追溯编码的码段，该编码将加贴或印在每个商品包装上，并采用“一码到底”的管理方式，在经过生产出库、分销进出库、销售等环节，通过扫描追溯编码将商品相关规格、生产日期、上市日期、批次、检验等数据上传至食品追溯信息服务系统中。考虑到部分企业使用的食品追溯信息服务系统未能覆盖全部环节，需要再通过追溯信息采集接口将片段化的追溯信息上传至数据共享目录服务系统，根据追溯编码将该商品生产、流通、销售信息，以及相关注册信息、原材料信息等进行组合，形成一个完整的食品安全产业追溯链，可推送至各政府部门的监管系统，以及生产企业、经销商、分销商的管理系统，用于查询、统计、分析，实现食品追溯数据协同，夯实大数据社会共治数据基础。

2.1.3解析服务系统设计

解析服务系统负责将食品追溯编码解析成对应的数据资源地址，目前食品追溯编码多为二维码，商品的追溯编码注册成功后，相应的编码规则存储至解析服务系统中，作为编码解析的依据[20]。

2.2 技术架构设计

基于物联网的食品安全社会共治体系技术架构设计见图4。在技术架构设计方面，基于物联网的食品安全社会共治体系主要分为应用层、接口层、服务层、数据层和网络层。网络层的资源主要包括政务云和企业联盟云，政务云面向政府监管部门共享食品监管信息[21]，企业联盟云是指生产企业、原料供应商、物流企业、分销商组建的专用网络。数据层分别存储食品生产、监管、追溯等信息，涵盖了原材料采购库、生产加工库、出厂检验库、物流库、销售库、食品注册库等。服务层则提供各类技术工具，包括信息资源目录服务、区块链服务、地址解析服务、舆情服务、用户管理，并通过接口层向应用层提供数据支持。接口层根据区块链数据采集接口和查询接口的需求，分别建立API和URL接口，其中API接口用于区块链账本更新、上链等操作，URL接口用于信息资源数据的交互[22]。应用层主要面向政府监管部门、企业、社会公众、第三方机构、新闻媒体提供信息查询和追溯服务。

图4 基于物联网的食品安全社会共治体系技术架构Fig.4 Technical architecture of food safety and social co-governance system based on internet of things

通过信息服务系统与数据共享目录服务系统、解析服务系统相互配合，在调用查询接口时，经过编码解析、目录服务寻址，检索到对应的信息服务系统访问入口，并最终将各环节的记录信息按生成时间进行组合，形成全面的信息链反馈至查询接口、监管信息和追溯信息采集接口。技术架构设计具备以下特点：1)可按需扩展资源。能够有效支撑食品安全社会共治各环节、各节点按需纳入共治体系。2)具备更高的安全性。为了提高数据安全性，降低隐私数据被泄露的风险，仅将数据存放地址收录至数据共享目录服务中，减少敏感信息的存储，并采用区块链技术，防止信息被篡改。3)用户覆盖面更广。多类型的数据资源支持面向政府部门、企业、社会公众、第三方机构及新闻媒体开放和使用。4)提供更全面的信息查询服务。通过多角度、多维度的数据分析，有助于全面了解当前食品安全现状。

3 典型案例应用分析

根据本研究的食品安全社会共治体系架构设计理念，以乳制品安全监管为例，建立乳制品安全社会共治平台，以实现乳制品安全追溯、舆情监测及风险管控，支撑乳制品安全社会共治(如图5)。

图5 乳制品安全社会共治体系架构Fig.5 Framework of social co-governance system for dairy safety

乳制品安全社会共治平台主要包括乳制品安全追溯系统、乳制品安全舆情监测系统、乳制品安全风险管控系统及其他监管系统。其中，乳制品安全社会共治平台用于注册和发放追溯编码，并存储相关追溯信息地址，同时，还收录了乳制品原料供应商的动物防疫合格证办理信息、商品生产企业经营许可信息、商品注册信息、稽查执法信息、样品检验信息、商品的投诉举报信息、因商品引发的疾控信息、舆情信息等。乳制品安全追溯平台用于存储乳制品产销记录，以及追溯编码信息。通过食品安全社会共治平台将这些信息与生产流通追溯数据进行有效汇聚，可用于公众检索、乳制品安全风险监控，也能够为乳制品安全舆情监测平台提供反馈信息，实现乳制品安全社会共治。

4 结 论

基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构实现了食品生产、销售、监管等多环节、跨部门的信息采集与分布式存储，并支持数据动态更新，进一步提升了数据存储的安全性和灵活性。同时将各类数据有效关联起来，用于支撑食品安全社会共治主体开展监管工作，达到共治目的。由于食品安全社会共治涉及多企业、多部门、多行业共同治理，为了实现“人人参与、人人尽力、人人享有”的共治格局，需要考虑以下几个方面：一是构建基于物联网的食品安全社会共治体系数据架构离不开政府主要部门的牵头主导，以及相关法律法规的支持；二是因应用到的数据源范围较广，需建立统一的数据标准体系，为食品安全信息共享提供可操作的依据；三是参与到食品安全社会共治的角色较为复杂，须完善用户使用授权机制和权限管理，以确保数据资源安全使用；四是本研究设计的食品安全社会共治体系数据架构更适用于带有包装且通过电商平台销售的商品，对于散装商品，如农贸市场售卖的肉、蛋、水果、蔬菜等，由于缺少信息化系统支持，因此难以进行全链条的信息追溯，尚需进一步探索研究。