食品安全质量数据分析.docx
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食品安全质量数据分析
食品质量安全抽检数据分析
摘要
“民以食为天”,食品安全关系千万家,本文根据文章内容以及文章提出的问题,通过运用数学的思想和方法建立相关的数学模型,并且运用各种数学软件进行求解,根据相应的数据对深圳的食品安全作出分析。
对于问题一:
想要评价深圳这三年来各主要食品领域微生物、重金属、添加剂含量等安全情况的变化趋势,我们在2010、2011、2012年的抽查数据中整理出相关的每年各季度的微生物、重金属、添加剂含量的不合格数据,异常点用同年的各季度的平均数代替,并且分析出相对各个季度的各项的不合格率,同时运用数学软件作出相应的趋势变化图,从图中得出分析出微生物、重金属和添加剂的变化趋势,总体看来,微生物和重金属的不合格率都有所下降,而添加剂的不合格率去总体有所上升。
尤其是在2011年的食品不合格率在三种因素的影响下最为突出。
对于问题二:
对于食品安全质量的影响因素有很多,除了要考虑食品中微生物、重金属和添加剂等掺入的因素外,还应该考虑食品的生产地、食品销售地点(及抽查地点)和季节等因素对食品质量的影响,运用matlab软件进行拟合呈现季节因素与食品质量之间的关系。
从而我们可以看到食品的不合格率与季节有一定的关系,温度越高越容易影响不合格品率。
对于问题三:
通过分析食品质量的影响因素,我们发现食品的质量与众多因素有关,但是不同因素对食品质量的影响程度各不相同,而针对对食品质量影响较小或者影响程度逐渐下降的因素,我们可以适当的减少对其相应产品的抽检频率,而对于对食品质量影响较大或影响程度正在上升的因素,要加强监督,增大抽查力度,这样才能更好的控制食品质量的安全,并且合理的分配抽查也不会增加监督成本,也使得抽查的范围分布更加合理,抽取的数据更具有科学性、合理性。
关键词:
统计趋势插值
1.问题的重述
“民以食为天”,食品安全关系到千家万户的生活与健康。
随着人们对生活质量的追求和安全意思的提高,食品安全已成为社会关注的热点,也是政府民生工程的一个主题。
城市食品的来源越来越广泛,人们消费加工好的食品的比例也越来越高,因此除食材的生产收获外,食品的运输、加工、包装、贮存、销售以及餐饮等每一个环节皆可能影响食品的质量与安全。
另一方面,食品质量与安全又是一个专业性很强的问题,其标准的制定和抽样检测及评价都需要科学有效的方法。
深圳是食品抽检、监督最统一、最规范、最公开的城市之一。
请下载2010年、2011年和2012年深圳市的食品抽检数据(注意蔬菜、鱼类、鸡鸭等抽检数据的获取),并根据这些资料来讨论:
1.如何评价深圳市这三年各主要食品领域微生物、重金属、添加剂含量等安全情况的变化趋势;
2.从这些数据中能否找出某些规律性的东西:
如食品产地与食品质量的关系;食品销售地点(即抽检地点)与食品质量的关系;季节因素等等;
3.能否改进食品抽检的办法,使之更科学更有效地反映食品质量状况且不过分增加监管成本(食品抽检是需要费用的),例如对于抽检结果稳定且抽检频次过高的食品领域该作怎样的调整?
2.问题的分析
对于问题一,由于调查中食物种类复杂,为了方便问题的讨论,我们将食品分为六大类,即淀粉类,水产类,蔬果类,肉蛋类豆乳类和调味品,对数据进行筛选。
在考虑食品安全情况的影响因素时,根据数据分析,我们主要分析四大主要因素,分别为微生物、重金属、添加剂和其他。
从附录中得到深圳市2010,,2011,2012三年抽检样本数据,并用EXCEL制表进行统计和整理,求出每个因素导致的每个季度的食品不合格率。
根据相应的数据制作出每个因素食品情况的三年的变化趋势。
对于问题二:
考虑到食品质量可能还与生产地点、抽检地点和季节等因素有关,而我们主要分析季节与食品质量之间的关系,通过整理分析数据,从每年抽检的数据中总结出相应的规律,对于月份缺失的数据运用插值的方法进行填补,使得数据更具有代表性和连续性,并用matlab软件进行数据插值,作出相应图像来反映食品不合格率与季节的关系。
对于问题三:
通过分析食品质量的影响因素,我们发现食品的质量与众多因素有关,但是不同因素对食品质量的影响程度各不相同,而针对对食品质量影响较小或者影响程度逐渐下降的因素,我们可以适当的减少对其相应产品的抽检频率,而对于对食品质量影响较大或影响程度正在上升的因素,要加强监督,增大抽查力度,这样才能更好的控制食品质量的安全,并且合理的分配抽查也不会增加监督成本,也使得抽查的范围分布更加合理,抽取的数据更具有科学性、合理性。
3.模型的假设与符号说明
3.1模型的假设
(1)由于收集的数据都是相关部门发表的数据,所以模型求解过程用的数据是合理的
(2)由于在检查过程中可能存在较小的主观因素,所以假设每次抽检时遵循公平性原则。
(3)为了体现公平性原则,所有假设抽检时所有环节、所有因素的成本和工时相同。
3.2符号说明
:
2010年不合格品率
:
2011年不合格品率
:
2012年不合格品率
:
时间
4.模型的准备
查阅相关集料,参看历年的数学建模论文,建立合适的模型,解决所需的问题。
5.模型的建立与求解
5.1问题1的模型建立与求解
本问题是对于沿海城市之一深圳而言的,通过对近几年的食品质量安全抽查数据,对其中抽取的一些样本中的合格数与不合格数进行统计,计算分析得出其近几年来的不合格率并进行比较和研究。
对于食品质量安全的研究,与我们每个人的生活紧密相关。
对于食品安全方面,影响因素有很多,但我们主要研究食品安全领域中微生物、重金属、添加剂含量等因素,这些都是与食品安全有着较强相关性,在某种程度上,我们可以根据这些因素的变化趋势来分析食品安全系数的变化。
运统计学知识对大量的数据进行合理的统计,对于抽取的样品,我们主要选取蔬菜、鱼类、鸡鸭等相关的抽检数据。
通过对整个表格的分析我们把抽样数据分了三个梯度,分别是2012年的、2011年的、2010年的,然后把每个梯度的四个季度的微生物、重金属、添加剂含量分别进行分析,并且运用图形的形式展现出三年内微生物、重金属、添加剂含量的各项不合格的变化趋势。
5.1.1.建模与求解
通过分析2010—2012年的数据连续变化的趋势,展示各个影响因素的不合格率随时间的变化关系,作出以下图形。
图1微生物的不合格率随时间的变化图
图2重金属的不合格率随时间的变化图
图3添加剂的不合格率随时间的变化图
通过上面对数据的处理以及excel软件的应用,得出了相应的趋势图,通过趋势图,我们可以看出抽样结果很不稳定,波动比较剧烈,但是同时呈现一定的趋势。
可以看出微生物和重金属的不合格率虽然有增有减,但是近几年总体呈现下降的趋势,说明微生物和重金属对食品安全的影响总体下降,尤其是在2011年的食品不合格率在三种因素的影响下最为突出。
从某一方面来说,说明是食品在消毒和保存环节上技术有所提高,但是仍然需要进一步提高技术。
同时,我们发现食品添加剂的不合格率在食品中总体比例有所增加,这提醒我们食品添加剂对我们食品安全质量的影响越来越大,我们不但要加大监督力量,而且更要严格控制添加剂的使用。
5.2问题2的模型建立与求解
影响食品安全的因素有很多,除了考虑食品加工时不同的食品产地微生物、重金属残留物与添加剂的掺入,我们在抽样调查时还要考虑到的抽样地点即食品的销售地点和季节等诸多因素。
在这里,我们选择季节变化因素对食品质量的影响,我们通过分析近几年不同季节食品质量的趋势来预测季节变化与食品质量的关系,而季节的变化体现在不同月份温度的变化,食品的不合格率可以体现食品质量的趋势,所以我们可以从不同月份温度的变化与食品不合格率的变化关系来体现季节变化与食品质量变化关系。
通过整理数据,
5.2.1建模与求解
通过附录中附件1的数据我们整理出2010—2012年食品质量不合格率变化趋势表
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5.51%
6.09%
6.13%
4.09%
3.59%
5.00%
1.51%
1.93%
2.87%
4.00%
4.46%
3.86%
4.09%
8.56%
8.62%
1.65%
3.90%
0.03%
9.32%
1.22%
0.40%
2.03%
4.20%
5.12%
2.12%
2.01%
1.92%
1.94%
1.70%
1.45%
3.49%
表12010-2012年各月份的食品不合格率
使用matlab软件我们得到相应的近几年的食品的不合格率随时间的变化图,将实际月份带入模型中去,对于没有抽查的月份运用插值的方法进行填补,与实际数据作比较。
从下面拟合的曲线可以看出每年的夏天食品不合格率与曲线出入较大。
原因是该模型通过比例关系得到的,假设条件比较粗糙,考虑比较不全面,是比较粗略的模型。
对于2010年的数据进行插值,程序见附录附件2,得出食品质量随时间变化的关系为:
图42010年食品不合格率
对于2011年的数据进行插值,程序见附录附件3,得出食品质量随时间变化的关系为:
图52011年食品不合格率
对于2012年的数据进行插值,程序见附录附件4,得出食品质量随时间变化的关系为:
图62012年食品不合格率
从数据插值的过程中可以看出该模型与实际数据有较高的符合程度。
通过对图形的分析,我们仍可发现,近几年,在夏季的食品的不合格率的插值与真实值较为接近,并且不合格率都较高,所以分析由于夏季温度较高的原因,食物中变质的可能性比较的,并且夏季食物更难保存。
所以我们推断食物质量与季节因素有一定的影响并且主要是在夏季影响较大。
5.3问题3的模型建立与求解
6.模型结果的分析与检验
针对模型一:
建立的模型比较简单,易懂,直观的从图形上看出每年的不合格品率随时间的变化关系,可以看出微生物随着时间的变化整体呈降低趋势,重金属呈降低趋势,添加剂略有提高。
针对问题二:
视频的不合格品率与季节有一定的影响,随着气温的升高食品的不合格率有上升的趋势,尤其在夏季。
针对问题三:
7.模型的推广与改进方向
7.1.模型的优缺点
1)、建立的模型比较简单,直观的反映实际问题的解决。
2)、模型的应用综合考虑了多种因素,比较贴近实际,在对政府抽检食品有一定的指导意义;
3)、我们进行了比较严格的插值,从而反映实际的问题,对问题的解决有一定的实用价值;
4)、在这次问题的解决过程中,因为数据比较齐全,所以求解模型的会得到比较准确的结果。
7.2模型的缺点:
1)、虽然数据比较齐全,但部分月份数据缺省,无法让插值的数据曲线更为准确;
2)、在模型一和模型二讨论过程中只考虑部分因素而忽略影响模型其它因素,可能对结果有一定的影响;
3)、对于第三问的认为抽检次数是时间的连续函数,有一点过于把问题简化;
4)、有一些值得研究的方向,我们没能去整理。
比如食品抽检地点对食品质量的影响,也能说明一些问题的研究方向。
5)、对非定量影响因素的定量过程带有一定的人为主观性。
7.3模型的优化与推广:
在考虑食品安全的影响因素时,可以再增加一些因素,也可以做更多的假设,这样可以更全面的分析食品抽检种可能遇到的问题,以便为食品监管提供依据。
在模型改进方面,在进行拟合时可以运用插值的方法对确实的数据进行估计,另外我们可以引入抽检地点和抽检类别等因素,逐步筛选出对食品安全影响较严重的因素,并以此为基础进行抽检方法的优化。
参考文献
[1]姜启源.数学模型(第三版)[M].北京:
高等教育出版社,1999.
[2]韩中庚.数学建模方法及其应用(第二版)[M].北京:
高等教育出版社,2009.
[3]韩中庚.长江水质综合评价与预测的数学模型[J].工程数学学报,2005,22(7):
65-75.
附录
附件1
名称
抽取
合格
不合格
2012.26
即食蔬菜
200
200
0
学校学生餐
300
300
0
娱乐场所食品
30
25
5
水发水产
34
34
0
潮式打冷食品
60
54
6
自制米面
34
34
0
油炸食品
60
60
0
即食水果
100
100
0
快餐食品
150
150
0
城中村快餐食品
150
150
0
中央厨房半成品
61
60
1
餐饮火锅汤底
83
83
0
学校食堂面制品
100
87
13
西式菜肴
200
198
2
餐前小吃食品
200
192
8
餐饮领域盐焗类食品
8
8
0
工业区餐饮
100
100
0
餐饮领域乳及其乳制品
27
27
0
一次性餐饮具
69
65
4
腌腊肉制品
55
53
2
餐饮领域茶叶
200
199
1
2012.25
饼干
79
73
6
干果及坚果食品
65
64
1
预包装肉制品
65
62
3
动物性水产干制品、藻类干制品
80
70
10
交通枢纽商铺预包装食品
198
189
9
糕点面包
100
90
10
预包装龟苓膏
27
27
0
茶叶
120
120
0
焙烤咖啡及其制品
27
27
0
饮料酒
47
47
0
乳制品及含乳制品
146
146
0
火锅原料食品
200
162
38
罐头
50
48
2
调味品
100
96
4
塑料奶瓶橡胶奶嘴
16
16
0
大米
150
150
0
食用植物油
44
44
0
火锅底料产品
27
25
2
腌腊肉制品
25
25
0
2012.24
餐饮自制饮料
200
200
0
餐饮大米
100
100
0
餐饮食用油
100
98
2
餐饮西式菜肴
100
97
3
餐饮生食水产品
136
133
3
企事业单位食堂分装菜肴.饭盒
100
100
0
罗湖区.龙岗区餐饮肉丸
18
16
2
2012.23
食用植物油
80
77
3
腐竹及淀粉制品
55
53
2
批发商批发环节粮油
50
49
1
士多店预包装食品
40
40
0
乳制品及含乳制品
53
53
0
批发商批发环节调味品
100
91
9
2012.22
集体食堂食品
300
299
1
快餐食品
200
200
0
使用冰
100
98
2
粉丝腐竹
100
99
1
即食果蔬
71
71
0
餐前小吃
132
125
7
凉茶
48
48
0
2012.21
即食蛋制品
10
10
0
即食熟肉制品
35
32
3
即食水产品
26
23
3
方便面
38
38
0
凉茶
61
60
1
小麦粉
39
39
0
茶叶
100
98
2
乳制品及含乳制品
50
50
0
2012.(20)
生产领域月饼
132
129
3
流通领域月饼
60
58
2
餐饮领域月饼
118
118
0
2012.19
瓶装饮用水
35
33
2
固体饮料
50
49
1
饮料食品
80
78
2
饮料酒
66
63
3
淀粉及淀粉制品
79
77
2
冷冻饮品
10
9
1
速冻米面制品
27
27
0
乳制品及含乳制品
49
49
0
餐具洗涤剂
40
40
0
流通领域畅销大米
77
77
0
2012.18
食品和食品用相关产品
755
738
17
2012.17
预包装罐头
50
49
1
谷物粉类制成品
80
79
1
食糖
60
60
0
蛋制品
50
48
2
食用植物油
86
86
0
乳制品及含乳制品
50
50
0
福田区学校周边食品
37
37
0
2012.16
餐饮茶叶
200
199
1
凉拌菜
153
153
0
现配奶茶
200
196
4
米面制品
91
79
12
沙县小吃
169
169
0
商业中心餐饮原料
48
47
1
2012.15
市场
4
2012.14
生产领域粽子
11
11
0
流通领域粽子
16
15
1
餐饮领域粽子
88
82
6
2012.13
餐饮酒类
97
94
3
生食水产品
126
124
2
沙津
200
199
1
寿司
100
100
0
餐饮原料
120
120
0
饭盒
50
50
0
煎炸用食物油
100
99
1
保鲜膜
50
44
6
学校食堂米油
400
400
0
南山区商业中心餐饮原料
110
110
0
2012.12
预包装豆制品
26
22
4
预包装饼干食品
80
73
7
膨化食品
80
78
2
糖果
40
39
1
湿纸巾
20
20
0
白酒洋酒
37
34
3
学校周边小卖铺食品
63
61
2
葡萄酒
27
26
1
乳制品及含乳制品
50
50
0
2012.11
盐焗食品
45
41
4
调味品
100
96
4
油炸食品
89
89
0
小麦粉
100
100
0
福田区商业区专项执法抽查
49
49
0
2012.(10)
蜂产品
46
44
2
调味品
79
68
11
炒货
38
37
1
餐巾纸
35
35
0
干货
45
44
1
乳制品及含乳制品
50
50
0
2012.9
乳制品及含乳制品
40
40
0
巧克力及制品
50
50
0
预包装果冻
50
50
0
预包装水产品
40
35
5
2012.8
餐饮乳制品及含乳制品
40
40
0
大米
100
100
0
食用植物油
200
199
1
2012.7
散装水残品
66
63
3
加油站便利店
283
15
268
蜜饯
47
32
15
清洗产品
50
50
0
罐头食品
200
186
14
交通枢纽便利店
200
181
19
2012.6
散装和预包装食用油
153
150
3
腌腊肉原料
79
70
9
菜肴
986
20
966
一次性用品
150
142
8
2012.5
预包装肉制品
150
140
10
糖果
100
90
10
炒货食品
96
94
2
2012.4
乳制品
299
299
0
2012.3
大米
107
106
1
2012.2
油炸食品
82
81
1
鲜榨果蔬汁
100
99
1
即食果蔬
300
300
0
佐餐饮料
100
99
1
2012.1
速冻米面食品水饺和汤圆
113
113
0
预包装乳制品及含乳制品
121
121
0
米面制品
150
149
1
培炒咖啡及其制品
60
59
1
龟苓膏
50
50
0
2011.19
食用油
257
251
6
工业食堂原料
281
276
5
商业中心餐饮单位原料
298
294
4
饮料单位酒类
200
197
3
油条
24
18
6
集中式消毒餐具
549
510
39
2011.18
预包装乳制品及含乳制品
39
39
0
果冻
73
64
9
巧克力及其制品
57
54
3
方便面
68
67
1
食用植物油
209
206
3
即食豆制品
31
30
1
腌腊肉制品
80
75
5
干货坚果
79
73
6
调味品
155
131
24
预包装熟肉制品
81
80
1
2011.17
食品
1559
1511
48
2011.16
乳制品
40
40
0
豆制品
80
80
0
烧卤熟肉
182
171
11
一次性包装材料
60
49
11
2011.15
预包装乳制品及含乳制品
80
大米
78
76
2
茶叶
80
80
0
腐竹粉丝
77
67
10
饼干
80
68
12
干货食品
68
66
2
蜂产品
80
62
18
膨化食品
80
75
5
小麦粉
48
46
2
预包装糕点面包
80
74
6
糖果
40
40
0
葡萄酒
20
20
0
熟制鸭脖
102
59
43
2011.14
生食水产品
60
59
1
寿司
60
60
0
西餐菜肴
60
60
0
冰淇淋
44
43
1
餐前小吃
80
71
9
小麦粉
47
47
0
大米
50
50
0
即食现配奶茶
50
50
0
沙拉
44
44
0
凉拌菜
63
63
0
茶叶
80
79
1
凉茶
53
53
0
2011.13
预包装乳制品及含乳制品
155
155
0
调味品
60
59
1
预包装即食豆制品
98
78
10
蛋制品
49
47
2
食糖
60
60
0
凉茶
60
57
3
谷物及淀粉制品
60
60
0
罐头食品
51
50
1
饮料
80
79
1
瓶装饮用水
48
45
3
固体饮料
50
49
1
冷冻
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