北斗时空网格编码在食药安全大数据的创新应用

2017-08-21 16:16
浏览量: 收藏:0 分享

01234.png

一、 时空网格编码中心建设的必要性

  我国溯源体系现状

  中国的食品安全追溯自古便有,古代王侯将相严格追溯所用食品的来源以及食品检验信息,《起居注》会详尽记录食品来源、制作过程。但由于应用局限性,食品安全追溯并未得到广泛的民间应用。

  当前我国主要参与食品质量安全追溯体系建设的部门有国家食品药品监督管理局、农业部、工信部、商务部和国家质量监督检验检疫总局。我国幅员辽阔,各地域经济和发展水平及消费者对可追溯性产品的支持程度差异明显,因此在推行食品安全追溯体系进程中不能同步推进。各参与食品质量安全追溯体系建设的部门都已建立了各自具有代表性的食品追溯体系,不同地区政府也已建立有地域特色的食品追溯平台,但大都需要进一步整合与完善,而且相当一部分区域内仅有少数大型食品企业自己构建内部食品追溯系统。全国开展的食品可追溯系统已覆盖大部分行业,可追溯系统的试点在乳品、水果、蔬菜、畜禽产品和水产品等多个产业展开,而且着重建设了肉菜、婴幼儿奶粉和白酒的可追溯系统。

  在食品安全可追溯体系的构建和实施进程中,国家和各大部委相继出台了食品安全立法体系,如《中华人民共和国农产品质量安全法》、《中华人民共和国食品安全法》、《中华人民共和国标准化法》等,同时制定相关标准,建立面向不同行业的溯源系统并在各地试点实施。

  目前,诸多的食品企业和第三方追溯平台选择成为食品安全追溯试点的一员,企业多采用纸质条码和二维码标识技术,以“一企一号,一物一码”的产品数字化技术为核心,结合物联网及云计算技术,辅助政府和食品监管部门建立针对各企业的内外部追溯监管平台,帮助政府有效监管所属企业产品在全生命周期的详细信息,方便进行质量管控、产品召回、过程追溯、责任核定等监管需求,同时可为食品企业提供原料追溯、产品防伪、物流监管、经销商管理、个性化网建设等企业产品信息化建设服务。

  安全溯源困境

  基于十余年的食品安全追溯体系建设经验,中国食品质量安全可追溯体系建设在制度、标准和试点示范方面取得了一定的成果,但同时也显现出诸多困境,成为制约我国食品安全可追溯体系继续健全发展的瓶颈。中国食品安全溯源困境主要体现在现有食品溯源系统标准不统一、立法缺少强制实施、不同参与主体间追溯体系兼容性、追溯技术有待完善、溯源信息内容不规范且完整性不足,造成溯源信息不能资源共享和交换等问题。

二、 建设路径、建设思路

  在不破坏和改变原有编码的基础上,增加一个时空网格编码字段[时空网格码由时间编码段(商品的确切生产时间,详细至秒)+空间编码段(生产商所在位置的网格码)],作为安全溯源的全程跟踪标识,用于安全溯源、过程管理和事后追责。

  以食品药品时空网格编码标准和北斗全球网格标识管理服务平台为支撑,结合大数据、云计算等新型技术,完成食品药品编码中心建设。

  核心技术—北斗时空网格编码技术

  1、技术简介

  北斗时空网格码技术源自由北京大学牵头的国家973项目“全球空天信息剖分组织机理与应用方法研究(2009年-2013年)”。提出了地球剖分方法(地球空间剖分成无缝无叠的多层次离散网格)和提出大数据组织参考框架(为现有各种规格的数据统一组织提供空间参考系,地球上所有区位信息和空间实体信息均可通过编码关联到相应的参考网格上,形成空间大数据的降维机制,提升数据关联计算效率,加快分析与决策)。通过三次地球扩展,实现整度、整分、整秒的四叉树剖分,形成一个上至地球、下至厘米级面元(32级)的多尺度四叉树网格。

  围绕这套多尺度的编码,9项核心技术、13项专利、部分行业标准。

    9项核心技术、13项专利

01.png

  行业标准

    时空网格编码成果正在形成国防及重要行业部门的应用标准,其中包括:

  1)GJB(国军标):全球剖分地理空间网格与编码标准(征求意见稿)

  2)国家卫星北斗卫星导航位置输出标准:卫星导航定位网格编码标准(已正式立项)

  3)国防某重大数据工程网格数据组织标准

  4)公安行业标准:警用地理信息标准地址元素组合及编码规则

  5)住建行业标准:智慧城市建筑物网格编码规则(草案)

  6)国家民政行业标准:倒损房屋区位编码规范、自然灾害遥感专题图产品文件区位编码标准(预计今年年底颁布)

  7)国家测绘行业标准:国家地名地址二维码网格编码标准(已正式立项)

02.png

  经多次论证,该技术在数据整合、组织、共享、检索、计算、挖掘、表达、使用等方面具备领先的应用优势。

  2、技术优势

03.png

  北斗全球网格标识管理服务平台是基于全球剖分网格技术的物件标识服务平台。可完成物件标识的生成、验证、授权及分发等。

   已有核心产品--北斗全球网格标识管理服务平台

04.png

    该服务平台已经应用于旅游、物流等行业,将涉足食品、药品、环保等行业。另外,也将建成国内的各大区域中心、一带一路中心和国际各大洲中心。北斗全球网格标识管理服务平台的布局如下图所示。

05.png

  3. 食品、药品安全溯源数据规范:数据要素,维度和精确度

  在大数据时代,数据即是表征事物的特征数据元素的集合,数据的维度及描述特征的精细度也一定程度决定了数据本身的价值。在食品和药品的安全溯源体系中,各个利益相关方所密切关注的食品和药品相关特征信息的广度,深度和精确度有一定的要求和规范才能保证溯源系统可以快速,有效的跟踪食品药品的复杂多变的共同源头。特别是实际应用场景中往往很多食品和药品组成成分及其复杂,又经过多级封装和分销,倒卖等等,溯源系统必须具备在复杂产品生产,制造,流通,分销,使用,后续处理等食品药品生命周期过程中各项指标特别是安全指标特征数据追踪和管理能力,能及时产生相关部门特别是在紧急灾难或疫情发生时各个要害部门所需要的能跟踪和追踪相关责任方的数据。

  食品药品安全溯源数据规范所要求的数据要素:

  • 溯源数据广度:溯源系统需要记录的食品药品特征数据和各项指标的数量。也就是各个部门需要拿到多少必须的数据以及溯源系统中同级节点数据的横向(广度)数据。

  • 溯源数据深度:食品药品供应链溯源节点深度,即指定任意信息节点,可追溯到的上游节点和下游节点的数量(深度)

    06.png

  • 溯源数据精度:保证溯源系统能多精准的识别出食品药品在生产流通买卖使用过程中的移动精度(比如一个食品在某个城市流转了数十次,溯源精度是道区一级还是街道一级等)和特征精度。

  • 溯源数据访问权限及上下游数据溯源速度:定义什么单位/人在什么授权情况下在什么时候可以多快的在系统中追溯什么食品药品安全信息。溯源访问权限控制很大程度决定了溯源系统安全及数据安全。特别是在发生重大疫情或灾情等紧急情况下需要有必要的技术和手段加以管理和控制。


    07.png溯源速度及访问控制

  4. 溯源系统食品药品状态特征计算科学原理 - 溯源状态机原理

  食药品溯源状态机

08.png

    状态机是确定型有限状态机Deterministic Finite State Machine(DFSM)原理理论描述:

  食品药品溯源状态是一个确定型有限状态机M=(Σ,S,s0,δ,F),其中:

  Σ是输入字母表 (有限,非空) – 供应链流通状态流转动作

  S是有限非空状态–食品药品溯源状态(目前暂定5个状态)

  s0是初始状态S的一个子集

  δ是状态转换函数:δ:S x Σ - S (δ必须返回一个属于S的状态s)

  F是一组最终状态集,是(可为空)S的一个子集

  溯源状态转换函数δ : (有待深入系统分析具体化:目前假定7种供应链流通状态和11种可以改变流通环节状态的动作输入)

  动作|状态

  S0

  S1

  S2

  S3

  S4

  S5

  S6

  E01

  E02

  E03

  E04

  E05

  E06

  E07

  E08

  E09

  E10

  E11

  E12

  食品药品溯源系统状态机:状态机等状态转移函数能全部系统完整无误的把食品药品在其供应链系统中所有的状态和流转环节及其流转动作都被完整的记录并描述,保证了溯源系统的计算科学性及技术高效性。最主要的是溯源状态机奠定了溯源数据要素,并给我们提出食品药品时空大数据溯源数据规范提供理论依据。

  5. 食品、药品安全溯源数据规范:溯源数据格式

  必须写入溯源数据的格式包括:

  溯源指针编码(全系统唯一)

  时空编码(全球唯一时间和空间)

  食品药品状态编码(当前物品状态)

  食品药品状态转移编码

  供应链流转责任人公共密钥及私钥签名数据

  食品药品特征要素数据(或要素数据元Meta Data)

  溯源数据块结构示意图:

  溯源数据块数据结构

  溯源指针编码

  时空编码

  食品药品状态编码

  食品药品状态转移编码

  供应链流转责任人公共密钥及私钥签名数据

  食品药品特征要素数据

  其他数据段 …

  6. 溯源系统食品药品监管人工智能风控体系–食品药品溯源隐形马科夫链风控模型(Hidden Markov Model HMM)

09.png

  用大数据的科学在采集到足够的支持数据,利用全网食品药品转移状态,转移动作,以及相应转移发生的事实/事故,简历相应的马科夫模型数据集,可以通过隐形马科夫链模型计算/预测出指定某个时间,状态发生流转的概率。从而通过历史经验数据可以预测和计算出可能发生的突发/恶性事件,达到监管和防范的作用。

  三、 建设成效

  对食品、药品增加时空网格标识字段,有利于安全溯源标准的统一。通过对食品、药品进行时空网格标识,将真正实现“一物一码”。通过时空网格码,可精确的知道产地、生产时间等内容。市民和企业通过北斗全球网格标识管理服务平台可方便、快捷的进行食药安全追溯、生产流通等的全程跟踪;政府可通过该平台可快速追责产生问题的企业,切实提高政府进行食药安全管理的成效。

  作者简介:

  刘顺海:河北省电子政务学会(智慧城市建设联盟)首批入库专家。入选河北省2017年信息产业与信息化15名“中青年高新技术领军人才”。

  吴余龙:中国信息协会大数据分会政务大数据专家委员会副主任委员、中国智慧城市发展研究中心特邀研究员、北京大学旋极时空大数据创新协同中心副主任。

  覃文延:加拿大BIM数据技术及数据模型规范专家,区块链专家

标签:

投稿人:xiaaimei2018
在线客服