摘要：随着我国国民经济的飞速发展，人民生活水平不断提高，鸡肉作为主要的肉类供给食品之一，其需求量也日益增大。但相关食品安全事件的频繁发生极大地影响了肉鸡产品的消费需求，肉鸡产品质量等一系列食品安全问题开始受到消费者的重视。可追溯系统作为食品安全风险管理控制的有效手段，可以增加产业链的透明度，建立和完善食品质量安全监管体系，在保障食品生产、加工过程信息公开、一致的同时，做到对食品安全事故风险控制的最大化，提高相关产业的企业竞争力。因此，展开对肉鸡产品质量可追溯系统的研究与设计是尤为必要的。
本文从事前预警和事后控制两个方面，建立基于关联规则的肉鸡产品质量安全预警模型，设计并实现了肉鸡产品质量可追溯系统。本文的主要工作内容有以下三个方面：
(1) 本文首先介绍了肉鸡产品质量可追溯系统的研究背景及其意义，分析了国内外食品溯源体系的研究进展和现存问题。简要表述了可追溯系统的基本概念，系统地介绍了有限状态机、关联规则等理论，详细地归纳了所采用的技术方法。
(2) 其次，针对肉鸡生产过程中的安全问题，基于改进的关联规则挖掘算法建立肉鸡产品质量安全预警模型。该模型以关键点检测到的非正常数据为处理目标，通过APTPPA(Association Path Tree Pattern Parallel Algorithm，模式指导树并行频繁项集挖掘算法)算法，构造关联路径树，找寻最大频繁项集，并提取预警规则分析出影响肉鸡产品质量问题的主要原因，最终通过实验对比证实了预警模型的有效性。
(3) 最后，本文将肉鸡生产纳入HACCP(Hazard Analysis Critical Control Point，危害分析临界控制点)体系，对肉鸡生产过程进行危害分析与关键点控制，并构建肉鸡溯源有限状态机模型，为进一步研究可追溯系统的行为动作和结构模型奠定了基础，使得追溯流程更加合理有效。通过互联网技术，采用Java EE架构，设计与实现了囊括肉鸡生产、屠宰、销售，以及信息发布管理和宣传公示网站模块的系统平台。
关键词：肉鸡产品；质量安全；可追溯；预警模型；关联规则II
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
近年来，国内外的食品安全事故频繁发生，食品安全问题危害着人们身体健康和生命安全的同时，也严重阻碍着国家的经济发展，影响到了社会的繁荣与稳定。2010年年末，德国各州相继曝出“二恶因毒饲料”事件，一度引发欧洲各国民众对食品安全问题的担忧。德国食品与农业部随即叫停4700余家农场。同时，韩、英等国迅速出台相关措施限制德国肉制品的进口及销售。2013年3月，新型禽流感H7N9在上海等地被发现，并迅速扩散至浙江、江苏两省，民众谈“鸡”色变，活禽交易市场被关闭，大量家禽遭到捕杀，经济损失惨重。由此，食品安全这个世界性问题已经广泛开始被国内民众所关注。
俗话说“席无酒而不成，宴无鸡而不欢”，鸡肉是我国肉制品市场的第二大消费品，也是世界市场的佼佼者。它以较高的饲料转化率、较短的生长周期，以及白嫩的肉质为大众所喜爱。自2008年以来，世界鸡肉消费需求和鸡肉制品产量均出现稳步上涨的态势。然而，国内食品生产经营者的法律意识和卫生意识还比较淡薄，农兽药、饲料添加剂滥用等现象十分普遍，导致禽类食品中药物与抗生素等有害物质残留严重，对国内肉鸡产业的持续发展造成了障碍。若不及时采取措施，改善肉鸡产品品质，其不但会削弱肉鸡产业的国际竞争力，甚至占比优势明显的国内市场也会被逐渐吞噬。
保障肉鸡食品的质量安全是一个繁琐而复杂的工程。产品供应链随着社会分工、产品生产方式不断细致化和专业化的同时变得更加复杂，而贸易模式的转变无形中又增加了供应链的不确定性。一个产品往往需要经过很多企业的合作才能最终生产出来，就鸡肉制品而言：需要经过肉鸡养殖企业、屠宰企业、销售企业以及中间的冷链储运等环节，才能最终到达消费者的手中，任一环节出现问题，都可能导致发生严重的食品安全问题。世界各国相继采取了众多措施以达到保障食品安全的目的，建立包括与食品相关的法律法规体系、安全检测及标准体系以及安全认证体系等。与此同时，食品可追溯系统作为食品质量安全的信息披露工具，连接并监管着食品产业链的全部过程信息，是一种实现食品“从农场到餐桌”全程质量控制的可行方案。
溯源系统能够创建和完善食品安全监督管理体系，是食品质量安全风险管控的有效手段。许多国家已经研发并运作了食品溯源系统，并初步取得了成效。目前，我国的食品质量安全信息多数由各自的职能部门自行公布，不仅起不到有效的风险控制作用，在信息的时效性、一致性上也显得捉襟见肘。可追溯系统能够帮助购买者使用便捷的移动终端就能通过网络连接全面了解所需产品的生产信息，产品基本信息传递到消费者的手中后，他便可以自由的选择使自身认准的放心商品，保障自我的消费权益。同时，它可以控制食品安全事故的风险，在发现问题产品后及时进行召回和退市，并能够提供缺陷产品的相关报告，帮助管理层决策和调整，避免安全隐患产品的再次出现，提升产品品质，增强企业竞争力。当畜禽类产品的供应区爆发动物疫病时，它还可以对潜在可能感染的动物或污染的产品追本溯源，及时控制和消灭疾病的传播。
构建肉鸡产品质量可追溯系统（以下简称肉鸡溯源系统）的意义在于：
首先，为消费者提供产品安全方面信息是肉鸡生产企业应有的义务，也是政府部门的责任所在。研发肉鸡溯源系统可以帮助消费者全面了解肉鸡产品生产过程等信息，自由选择信赖的商家，保障自身身体健康和生命安全，还能重塑消费者对肉鸡产品质量的信任感。
其次，对产品的溯源管理，也是企业实现自我保护的方式之一。研发肉鸡溯源系统能够提升处理相关食品安全事故的应急能力。在出现相关食品质量安全问题时，快速的追本溯源，有效控制问题产品的扩散，有助于减少因不合格产品出现导致的企业管理费用和召回成本的增加，也有利于企业责任感的强化。优良的肉鸡产品品质能够提升行业消费指数，优质的鸡肉制品会受到消费者们的垂青，给生产者带来大量的市场机会。
第三，对政府而言，研发肉鸡溯源系统可以有效监控禽类疫病，防止人畜共患病的产生和传播，也有助于禽类疫病的控制，提高家禽健康水平，减少人类食源性疫病的发生，进而减少公众健康费用支出，帮助职能部门树立正面的价值形象。此外，系统记录的防疫信息等基础数据，对禽类流行病学的研究有一定价值。
最后，研发肉鸡溯源系统也是我国鸡肉制品产业适应国际出口与贸易的保障。为了尽早确立世界市场的肉鸡产品品牌优势，各国都非常重视家禽产品溯源管理体系的发展和实施。我国肉鸡产业想要在国际贸易的舞台上占据一席之地，就必须顺应国际贸易规则，通过借鉴发达国家先进、成熟的管理经验，构建一套符合我国国情的肉鸡产品质量可追溯系统，保障肉鸡产品品质，提升我国肉鸡产业的国际竞争力。
本文研究与设计的鸡肉产品质量可追溯系统主要应用于肉鸡产品食品安全领域，在保障肉鸡食品安全信息公开、一致的同时，可做到对肉鸡产品食品安全事故风险控制的最大化，其预警模型还能在一定程度上防止潜在风险的发生，从而保证肉鸡产品的质量安全。同时，本课题的研究成果在其它食品质量安全领域也会存在一定的借鉴意义。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 食品溯源的国外研究现状
欧、美等发达国家具有较高的信息化建设水平，企业的信息化管理较为完善，为其可追溯系统的研究与发展提供了一个良好的平台。溯源体系最早应用于航空、航天等重要军事领域，以保障军工科研能力的稳固发展，减少因意外事故带来的经济开支。二十世纪末，英国“疯牛病”等食品安全事故，引发了全球对食品安全问题的重视，食品行业的可追溯体系由此逐步得到规范和发展。
欧盟最先开展食品可追溯体系的研究工作。2000年年初，《欧盟食品安全白皮书》颁布，规定了食品质量安全是欧盟食品法规的基础。2002年6月，《欧盟通用食品法》出台，强制食品生产、加工相关的企业保障其生产物品的可追溯性，以确保售出产品的质量安全。2005年开始，欧盟体系内全面禁止出售没有溯源特性的食品产品，至此欧盟食品溯源体系全面实施。欧洲食品安全危机之后，美国政府也着手制定相关法律法规，开始建立食品安全溯源体系。同是2002年6月，美国《公共安全防备和反应法案》开始实施，将食品溯源提升到涉及国家安全的战略范畴，提出建立食品安全监管体系，要求食品生产的各个环节必须建立保存相关记录。次年10月，美国食品药品监督管理局颁布了《食品企业注册法规》，要求美国境内的食品企业实现注册登记制，并建立食品流通全部过程的信息档案。2006年9月，强制在全国推行食品质量安全溯源制度。随后，《食品安全加强法案》出台，规定了相关生产企业必须建立具有预防措施、产品召回、信息追溯等功能的溯源体系。目前，美国已经成为拥有食品质量安全监督管理体系最为严格的国家之一。同时期的日本，其牛肉制品质量安全溯源体系在农林水产部门的推动下从2001年8月开始着手创建。随后，并将该体系推广至肉鸡等其他肉食品行业。2003年中旬，日本《食品安全基本法》颁布实施，要求国内食品生产和加工步骤都必须提供数据保证。2005年4月，食用产品认证制度施行，在日本国内销售的食品产品必须标注有商品产地、生产商等“身份”特征的信息。当前，日本的食品溯源体系已经较为完善，农产品溯源终端的普及更是为农产品信息流通的全程覆盖提供了有效保障。从发达国家的实践中可以看出，保障食品安全的关键就是需要一套高效、集中，且具有强针对性的食品质量安全可追溯系统。
除了相应法律法规和理论体系的补充完善，国外学者也非常热衷于溯源系统本身的研究。Mai和Heyder等讨论了农产品的溯源需求，分析了实现农产品追溯机制的难点。另外一些学者调查发现，经过混合加工处理的产品其可追溯性比单一加工处理的要差。如果农产品具有可追溯性，那么其销量也会比不具有相关功能的类似产品要高。Hori等将云计算、物联网以及信息交换等新兴技术逐渐应用在了食品溯源领域。Bendaoud对食品可追溯系统的概念模型和框架设计进行了研究。无线射频识别技术有效提高了可追溯系统的可靠性，在食品生产、加工企业得到了广泛的应用。学者们也将多种不同的可追溯平台做了对比研究。Froschle等研究了二维码在家禽不同部位的识別率，以此找出最优部位。基于私人数字化助理的可追溯信息记录、便携终端的食品安全信息查询等移动互联网技术也逐渐出现在了食品可追溯系统中。Adamo和Zampella创建了结合地理信息系统的农产品可追溯平台，更好的保护了供应链运输环节可能存在的纰漏。随着食品质量问题重要度的不断攀升，养殖类产品及其饲养原料中转基因元素的检验同样被纳入了学者们的研究范畴。
1.2.2 食品溯源的国内研究现状
我国食品溯源体系的发展相对于欧、美等发达国家还处于滞后阶段，但这并不妨碍相关部门和科研工作者投入在研究国家食品安全问题上的热情。2002年起，政府部门开始制定有关食品溯源体系的法律和规范。首先是，国家农业部门颁布实施了第十三号令《动物免疫标识管理办法》。随后，由国家食品药品监督管理总局牵头的8部门联合决定，于2004年开始着手建立肉类食品产品的可追溯体制。两年后，依据《畜禽标识和养殖档案管理办法》的规定，在北京、上海等地率先开展标识溯源的试点工作，同年11月《中华人民共和国农产品质量安全法》全面开始实施。省市级地方政府也发布了许多有关食品可追溯性有关的法律、法规。《上海市食用农产品安全监管暂行办法》规定，必须保证在本市辖区内养殖、加工和销售的食品具有可追溯性特性。生产商应当为产品建立数据档案，包括产品的基本信息、农兽药的使用情况、检验检疫记录、饲料以及饲料添加剂使用记录等。北京市商务委员会对食品产品质量安全可追溯性的要求是，食品企业需要对所售产品详细记录其供应商、进货日期等便于追溯的商品信息。实施这一系列国家和地方的标准、法规，由源头规范了食品企业的生产过程，有助于在大范围内提升食品质量层次。
在溯源技术、溯源平台研发等层面，国内科研人员也在执着的探索。2005年，王立方等通过分析、对比国家之间溯源平台的应用情况，发现了可能阻碍追溯系统推广实施的相关因素，提出了适合我国未来可追溯平台的发展方向。随后，谢菊芳等建立了以个体标识为编码的猪肉安全生产追溯系统，为生猪养殖、屠宰过程提供了安全保障。2007年，张兵等人在农蔬产品溯源平台上研究并应用了基于EAN/UCC-128条码的溯源标签。赵金燕对基于射频识别技术的动物食品安全可溯源系统进行了研究，发现RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)的应用可以有效提高追溯信息记录的可靠性。2009年，宁璟等比较中、美肉鸡产品供应链发现，导致跨国溯源障碍的主要问题是供应链环节的信息不对称引起的，由此提出了将信息作为主要元素的供应链组成方式。陈长喜等对肉鸡可追溯平台的UML(Unified Modeling Language，统一建模语言)建模进行了研究。2011年，吴云霄等针对食品具有的搜索、消息和经验三重特性，提出了信息不对称问题的治理对策。赵新海将短消息技术应用到了家禽食品安全可追溯系统的研究。2013年，颜波等人在水产品生产过程中使用了物联网电子代码技术。钱建平通过分析多个追溯平台，建立了一套有关溯源粒度大小的指标评价体系。2014年，游兆彤将智能技术应用在了蜂蜜产品质量可追溯系统的研发。随后，QR Code等条形码技术运用在了可追溯系统中。
目前，国内已经建立了几个较有影响力的食品溯源平台。农业部主导的国家重点科技应用项目--“948”项目，建立了肉牛生产过程质量安全可追溯平台。在北京市肉牛企业产业链内进行了试点工作。通过示范推广，规范企业管理过程，提高产业链附加价值，成功营造了牛肉生产企业、销售方和消费者之间信息透明的关系。北京市农业局建立的食用农产品质量可追溯系统，根据实际情况在不同地区和企业试运行该平台并得到了不错的效果，使信息跟踪布满产品的养殖、加工、运输和出售全程。其要求：农产品经营者必须在相关履历部门登记造册，记录并且上报完整的生产流程；包装厂负责产品的清洗和包装，并打印溯源标签后才能允许产品上市，且中间过程必须上报到履历中心。该系统有效界定了生产与经销的主体责任，保障了消费者的权益。上海国家物品编码中心分部与上海农信共同研发了基于数据查询、产品管理、数据统计等模块的农产品质量安全信息系统。其已经有上百种农副产品在该平台登记供消费者追溯查询，追溯终端遍布上海的世纪联华等20余家大型卖场，并还在不断扩展。上述已经运行实施的溯源系统，部分补足了之前国内十分落后的食品质量监督管理体系，随着工业化水平的不断提升，人们对食品安全的要求也更为严苛，因此我国在这些方面的研究必须与时俱进，同国际接轨。
1.2.3 食品安全预警模型的研究现状
国外有关食品质量安全预警模型的探索虽然较早，但其也处在开始阶段。2007年，Berrueta等分析了食品供应链的不安全因素，再通过数据挖掘技术找到关键要素，进行预警。随后，Jevsnik对食品安全网的组成和功能进行了分析，并深入研究了其应急机制的特点、优劣以及运行模式。2012年，Annandale等构建了基于混合数据源的预警方式，通过实验验证后表明，该模型能够在保障预警准确性的前提下有效减少预警时间。2014年，Adamsce等结合降雨量大小，对非洲地区食品安全问题进行了研究，建立了基于降雨量的食品安全预警模型，以控制干旱地区的食品安全问题。
国内学者也是近些年来才开始涉足有关食品安全的预警模型领域。2010年，章德宾等研究基于BP神经网络的预警算法，最终构建出一个以数据检测为风险评估输入量的食品安全风险预测警报模型。随后，雷勋平等结合可拓决策的特点，设计了能够在食品供应链每个环节进行风险管理控制的新型预警模型。2013年，马建雄通过对比国内外食品安全预警机制基础理论与实施做法试图找出适合我国国情的食品预警措施和方法。2014年，肖宛凝结合当地的环境和地域等特性为吉林省构建了一套区域化食品安全预警系统。不久，王雅洁等便尝试性的进行了大数据技术在食品安全预警模型建立中的应用。
1.2.4 存在的问题
当前对食品可追溯系统的研究已经经历了十多年的时间沉淀，国内外也有部分成熟的溯源系统正在运行中。虽然上述成果能够给肉鸡产品质量可追溯系统的研究提供参考，但也存在一些问题：
(1) 肉鸡养殖、生产活动中涉及非常多的环节，每个环节都有很多因素会造成食品安全问题。如果所有信息都录入溯源系统，势必给系统的运行效率、准确度带来影响。因此，需要一套标准的分析控制体系来确定溯源信息检测的关键点。
(2) 畜禽类产品的供应链相对于其他农产品更为复杂，溯源流程也变得异常繁琐。系统设计阶段一旦出现追溯流程的误判或缺失，将造成系统整体可靠性的下降。因此，需要有科学的理论来支持肉鸡产品的溯源流程，保障溯源过程的正确性和完备性。
(3) 食品可追溯系统能够保证的只是事后追责以及应急处理的部分，的确可以减少食品安全事故的出现和受害人群的增加，并不能够真正意义上为所有食品购买者的健康和安全提供有效保障。因此，需要一种事前预警的机制来弥补这方个面的空缺。
下期待续
