敏捷式粮油食品有害物质图形数据库系统的设计和开发

毛禹忠

(浙江科技学院经管学院，杭州 310023)

1 问题的提出

据卫生部通报，四川省仪陇、阆中、营山、巴中等县及湖北省一些地方粮食部门的加工厂及一些个体户，将工业用荧光增白剂(含有二苯乙烯三嗪衍生物等六种致癌物质)、“吊白块”(甲醛次碰酸钠)加入粉条、面条中增白，严重危害群众身体健康，造成了恶劣影响。因此，国家相关部门应加强宣传工作、生物科学普及和教育工作，提高全民的防范意识。农林、畜牧、水产等主管部门更应具备有害物质的防范意识。如何评估有害物质带来的风险、代价和得益之间的关系，应先弄清有害物质的实质，从生物学和自然保护领域的角度开展研究和评估，只有真正弄清有害物质的实质，才能做出正确的决策。

防止有害物质的危害，首先是识别和确认，应作为优先选择的措施，这是防范有害物质入侵的首选。开展调查研究和搜集相关资料，系统整理有害物质名录、地域及其产生危害的评估;即使是可能有潜在影响的有害物质，在其尚未经过科学研究、证明和评估时，也需要进行识别，要从生物安全的角度加强检疫和市场监控，依法拦截和阻止具潜在危害性有害物质的进入;其次是建立预警监控机制。建立预警监控机制以便及时发现，适时做出控制和根除方法，达到堵截或减少有害物质的影响;第三是加强基础研究。对扩散成灾的有害物质，在监控和清除的同时，加以综合利用，化害为益。

要实现有害物质的识别和确认，最基础条件的是要有一个参照物，对比从来未认知的物质，这是各级政府管理部门、基层单位和公众最不容易做到的，通常只有请专家来鉴定，但即使是专家也不一定能识别，何况专家又不能第一时间到达现场，顾及广大社会的需要。因此，对有害物质管理和防范，首先要有一个科学正确的识别工具，通过正确识别确认，才能对其进行进一步的研究和防范。我国对有害物质的管理落后很大程度上是技术手段的落后，没有现代信息系统和数据库的结果，没有对有害物质数据的把握，没有公众的参与，是难以实现对有害物质进行科学管理的，其对策也是难以正确制定的。

2 图形数据库及系统

有害物质的危害具有爆发快、影响大的特点，同时又是全新的面孔，公众很难识别。防范首先是识别，对于公众和管理者从识别角度以照片加数据表示最好，借助发达国家的经验，现代较好的管理工具就是图形数据库。传统的大型和关系数据库等难以实现图形管理，并且开发周期性长、投资大，社会和公众共享性差。

图形数据库(Graphic Database)是利用计算机将点阵、线、面等图形基本元素按一定数据结构进行存储的数据集合，或将点阵图与其他类型的平面图中的图形描述为点、线、面等基本元素，并将这些图形元素按一定数据结构(通常为拓扑数据结构)建立起来的数据集合。集合表现为域，给定一组域 D1，D2，…，Dn，(其中允许有相同的域)，则称为这组域的笛卡尔积。因为每个域均为有限集，故诸域的笛卡尔积也是有限集。笛卡尔积的基数等于构成该积所有域的基数的累乘积，即

注:M为笛卡尔积的基数;mi为第i个域的基数;n为域的个数，表示参与笛卡尔积的域的个数，称为元数(arty)或度，同时也表示元组分量的个数。

笛卡尔积可看成一个二维表，包括两个层次:第一层次为拓扑编码的数据集合，由描述点、线、面等图形元素间关系的数据文件组成，包括多边形文件、线段文件、结点文件等。文件间通过关联数据项相互联系;第二层次为坐标编码数据集合，由描述各图形元素空间位置的坐标文件组成。开发者可以通过Java－API直接与图形模型交互。如在PowerBuilder中应用图形数据库的方法:在PowerBuilder开发环境的数据库画笔中，利用MS SQL Server 6.X连接上后台大型数据库MS SQL Server 6.5，建包含image字段dwg的表house data，利用该表做一个数据窗口，再插入OLE blob类型的控件，选择AutoCAD Drawing类型。后台大型数据库的管理是非常困难的，因为一般图形信息量大，对数据库要求比较高。

相对于关系数据库来说，图形数据库善于处理大量复杂、互连接、低结构化的数据，不遵循关系数据库模型，也不使用SQL作为查询语言。这些数据变化迅速，需要频繁的查询，但在关系数据库中，这些查询会导致大量的表连接，因此会产生性能上的问题，对计算机要求较高，关系数据库有时没有足够的资源来表示信息块间的实际关系。

传统的数据库对公众开放性差(如收费，集中在大学、研究组织中)，更新慢，多为文字性(无图形)，不适应有害物质的管理需要，对有害物质的管理需要公众参与、快速识别、现场对比、应急制定对策。因此，有必要开发具有方便使用(公众化、基层化)、敏捷快速更新(适应有害物质的变化)，图形化(存贮彩色或黑白图片，可进行现场对比识别)的数据库系统，才能有效地开展对有害物质的识别、评估，防范有害物质的入侵，最大限度地减少有害物质的危害。

数据库系统是决策支持的基础，没有对基础数据的把握，是不可能分析研究和科学决策的。因此，有害物质图形数据库系统是一项长期的战略投资。在发达国家已对此高度关注，并有大量的成果和应用(如意大利的SIGEM的危险物质数据库，含有1 200多种物质，并且以每年50种左右的速度继续增加，欧共体ISPRA联合研究中心的危险物质数据库，包括683种物质)。

3 系统开发

图形数据库开发工具很多(FlockD、AllegroGraph、OrientDB等)，但大多开发繁杂，对硬件和软件及系统都是有较高需求，而且开发人员要具备编程能力等条件，本研究通过研究比较，发现EXCEL的桌面数据库具备图形管理功能，可作为开发工具。此数据库系统简单、实用、开发周期短，更新方便，更具有敏捷性和交互性，系统结构设计可简单化，也可以非常复杂。非常复杂的系统主要是数据量大和具有网络功能。新型的EXCEL高级版本已具备Intranet和Internet功能，如我国勤哲公司开发的EXCEL网络数据库系统，可作为高级系统的开发工具。限于论文篇幅，仅以单机版介绍关键开发过程和主要工作原理，对其详细开发过程加以省略。

3.1 原始数据和图形准备

采集各种有害物质的彩色(黑白)照片和数据，可以通过自主现场采集或网上、图书馆资料等获取。并将其存入特定子目录，如“有害物质图形”子目录，图形格式以“JPG”为好，以节约存储空间，如本例在现场和网上采集目前最为影响较大的“黄曲霉素”、“植酸盐”、“多酚”等典型图片，通过复制、扫描等方式输入至计算机中。相关的文字资料可通过的各类学术著作进行收集，使之与图形对应。

3.2 建立数据库

根据管理要求，在工作表第一行的A列开始，建立“编号”、“名称”、“别名”、“产地”、“分布地区”、“毒性”、“危害”、“防治方法”等数据库字段，从第二行起在字段输入有害物质信息，如“名称”字段中的记录为“黄曲霉素”、“植酸盐”、“淀粉酶抑制剂”、“气化酶”……等，为方便公众参与，还需要对学名进行解译，建立别名字段，输入地方习惯名称。

3.3 输入图形照片

在数据表中利用单元批注功能，首先输入图形信息，在批注功能中选择“填充”，然后打开图形文件，选择“黄曲霉素”图片，将图形信息录入数据库。在以上是“黄曲霉素”记录为例的低级开发过程。上述过程的高级开发，可应用VB(Visual Basic)进行编程，建立的VB程序，实现快速更新系统。编译工具为Microsoft公司的VBA(Visual Basic Application)开发工具，输入图形照片的程序如下:

Sub Macro1()＇

快捷键:Ctrl+a

Range("C12").Select

Range("C12").AddComment

Range("C12").Comment.Visible=False

Range("C12").Comment.Text Text:=":" ＆ Chr(10)＆ ""

Selection.ShapeRange.Fill.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Weight=0.75

Selection.ShapeRange.Line.DashStyle=msoLineSolid

Selection.ShapeRange.Line.Style=msoLineSingle

Selection.ShapeRange.Line.Transparency=0#

Selection.ShapeRange.Line.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Line.ForeColor.RGB=RGB(0，0，0)

Selection.ShapeRange.Line.BackColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.Visible=msoTrue

Selection.ShapeRange.Fill.ForeColor.RGB=RGB(255，255，255)

Selection.ShapeRange.Fill.BackColor.SchemeColor=80

Selection.ShapeRange.Fill.UserPicture"E:e黄曲霉素.jpg"End Sub

程序中Sub与End Sub语句，是Visual Basic关键字作过程开始与结束的标志。参量名放在括号内，参量之间用列表分隔符隔开。使用VBA的一些内置特性，可以在不编写任何代码的情况下自动处理任务，可自动进行重复性任务的完成。对常常要做一些重复性的操作或频繁执行某项任务，可以使用宏。宏实际上是由Visual Basic写成的一个可执行的程序。建立宏的过程实际上是将所做的工作一一记录下来，因此建立宏的过程通常在Excel中称之为录制新宏。在记录宏之后，就可以在Excel中运行宏，以上过程代码就是宏自动生成的。

其过程是:下拉工具菜单→宏→录制宏→确定→选择范围→批注→填充→图片→停止宏。

以上程序，每执行1次就可实现图形的更新和变换，然后选择下一记录，此过程重复进行，即可输入所有图形记录，由于更新快速，因此数据库系统具有敏捷性，故可称为敏捷式数据库。

3.4 输入批注文字

点击“危害”字段的“淀粉酶抑制剂”的记录单元，右键选择插入批注，调整批注框大小为200%。打开事先采集的记录淀粉酶抑制剂危害的文本文件，复制相关文本“谷类、豆类中存在着抑制酶活性的毒蛋白物质，由于它的作用，使淀粉酶的活性降低，影响人体对淀粉的消化吸收…”，点击批注，粘贴文本。“危害”字段的其他记录也据此输入，直到将所有的记录全部输入完。

3.5 系统信息保存和应用

在录入完图形和文本数据后，取名存盘，可考虑以日期取名多次存入，并在多台存储器中备份。复制的备份文件就可通过网络传播给不同用户使用。信息量自行掌握。政府一级管理部门可采用完整版，简化的版本可提供基层等企业应用，定期的数据更新实现其敏捷性。

4 系统应用

打开已建立的数据库，以黄曲霉为例，在输入界面“名称”字段下拉选择“黄曲霉”记录，即可查询到黄曲霉的在高倍显微镜下的彩色照片，其黄色蘑菇状的典型特征，此为专业技术性特征，可以提供地区一级的检测机构作为识别对比的参照。如图1所示。

图1 系统查询“黄曲霉”有害物质高倍显微镜下图形的系统截图

在输入界面“毒害”字段下拉选择“黄曲霉”记录，即可查询到黄曲霉的在一般肉眼下观查的彩色照片，可以提供非专业人员作为识别对比的参照。如玉米受污染后的状况图2所示，从中可看出玉米被污染后的点状白色物质，可以进行现场采集样品的简单对比，快速识别和初步确认是否是有害物质。

点击危害等字段可以查询到详细的文字说明。如“黄曲霉”的危害字段内容为“远远高于氰化物、砷化物和有机农药的毒性，其中以B1毒性最大。当人摄入量大时，可发生急性中毒，出现急性肝炎、出血性坏死、肝细胞脂肪变性和胆管增生。当微量持续摄入，可造成慢性中毒，生长障碍，引起纤维性病变，致使纤维组织增生。AFT的致癌力也居首位，是目前已知最强致癌物之一。”相应的其他字段点击可以查询到相关的注释信息，如图3所示，可查询“植酸盐”详细注释信息。

图2 系统查询“黄曲霉”污染玉米的肉眼观查图形的系统截图

图3 系统查询“植酸盐”有害物质文字的系统截图

点击识别检测法等字段可以查询到详细的文字说明。如“甲醛”的识别检测字段内容如图4所示，此为高级专业内容，使用对象是政府各级管理部门和检测机构。

图4 系统查询“甲醛”的识别检测字段内容的系统截图

系统的高级开发应用是建立Internet的大型网络数据库系统，实现全社会的共享，或者科学研究用，成为高层次的决策支持基础，这需要政府的支持;单机开发的是桌面数据库系统，可用于中下层政府管理(如市、县和区镇)和企业。无论是何种层次的应用，其工作原理是一样的，上述思路可以作为借鉴。

系统具有开发周期短(数周至1个月左右)，数据更新快速(实时)、对有害物质跟踪敏捷，完全自主知识产权等特点。系统开发不需要高深的计算机软件、高级语言等基础知识，仅需熟悉办公软件的应用和少量VB知识即可。不同于大型数据库系统，不需要大量的资金和时间投入，仅需一台极普通的计算机(如笔记本电脑)安装有最常用的Office软件和开发工具就可实现。适用于各级政府监管部门、企业基层。具有广泛的应用前景和应用价值，特别是在广大农村地区，如各地农技站等，有助于发现、识别、防范有害物质。开发可以完全自主完成，建立适应本地区和具有公众意识的数据库系统。单机版虽然功能少，但成本低，使用方便，可以采用通讯和数据定期更新的方式弥补无网络共享数据的缺陷，系统的进一步开发是建立决策支持系统，采用数据挖掘进行决策分析，对防范提供对策思路。

5 结束语

对有害物质的防治的研究，国内还缺少系统化研究，作为基础研究是十分必要的。经济全球化的背景下，我国的对外开放不可避免与有害物质的接触，在国际配送中回收的托盘和回收包装物等都会引入有害物质，还会影响我国出口产品的质量，如不及早树立防范意识和建立防范手段，将严重影响出口产品的竞争力，并会引发生态安全危机。管理分散是造成有害物质难以防控的原因之一。目前，工农业、水产畜牧、工商、环保都有防治有害物质的职能。有害物质会危害多种领域，如果相关部门的衔接延误，防治的效果和效率就无法提高。相关部门也应及时开展有害物质知识的认知，形成全社会共同防范有害物质的氛围。

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