陳思玉 王 慧 田學(xué)梅 紀(jì)徐維晟 王獻(xiàn)瑞 劉淑明 梁 浩 王 耘

(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥信息工程研究中心，北京，102488)

中醫(yī)藥是我國(guó)醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的重要組成部分。近年來(lái)，中醫(yī)藥事業(yè)得到國(guó)家相關(guān)政策的扶持，得以蓬勃發(fā)展。出臺(tái)并落地實(shí)施了《關(guān)于促進(jìn)中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展的意見》《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》《關(guān)于在醫(yī)療聯(lián)合體建設(shè)中切實(shí)加強(qiáng)中醫(yī)藥的通知》等一系列政策，為中醫(yī)藥優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮打造了直通車[1-3]。在中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展長(zhǎng)河中，中藥是其不可分割的一部分，質(zhì)量是中藥存在的根本，也是發(fā)揮藥效和治療作用的關(guān)鍵。近年來(lái)，隨著中藥材和飲片的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化，逐漸形成了以中藥種植、加工、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)為主的中藥質(zhì)量產(chǎn)業(yè)鏈，其中的每一個(gè)階段都影響著中藥的最終質(zhì)量。經(jīng)過(guò)多年的摸索和發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)階段都有了一定程度的規(guī)范，制定了相關(guān)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)大多是針對(duì)其中某一階段制定。但是，中藥質(zhì)量的形成涉及到包括生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)、種子種苗的選擇、中藥材的加工、中藥飲片的倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，而且這些環(huán)節(jié)之間存在著緊密的聯(lián)系[4]。所以，建立覆蓋中藥全過(guò)程的系統(tǒng)性質(zhì)量控制方法，是中藥產(chǎn)業(yè)迫切解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

質(zhì)量樹分析(Auality Tree Analysis，QTA)是指影響產(chǎn)品質(zhì)量的各要素按照其層級(jí)關(guān)系所構(gòu)成的樹形結(jié)構(gòu)圖[5]。起源于故障樹分析法，是系統(tǒng)安全工程中的重要分析方法。有研究基于質(zhì)量樹從中藥全程質(zhì)量控制的實(shí)際需求出發(fā)，提出中藥質(zhì)量樹的概念，探討其在中藥飲片全程質(zhì)量控制中的應(yīng)用，為本研究提供了一定的理論基礎(chǔ)[6]。物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將萬(wàn)物與網(wǎng)絡(luò)相連接，即網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用于萬(wàn)物，通過(guò)信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能[7]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究持續(xù)發(fā)展，其在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷增強(qiáng)，在中醫(yī)診療工作、中醫(yī)遠(yuǎn)程醫(yī)療、中藥等各方面都發(fā)揮了相應(yīng)的價(jià)值[8]。當(dāng)前，困擾中藥產(chǎn)業(yè)的瓶頸問(wèn)題就是中藥的質(zhì)量問(wèn)題，質(zhì)量影響環(huán)節(jié)的多樣性和質(zhì)量影響因素的復(fù)雜性為中藥質(zhì)量控制帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，能夠獲取測(cè)量數(shù)據(jù)并按協(xié)議和編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，負(fù)責(zé)信息采集工作[9]。物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別、檢測(cè)、定位功能為中藥質(zhì)量的管控提供了技術(shù)手段。

本研究基于中藥質(zhì)量樹建立的數(shù)學(xué)模型與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)并構(gòu)建中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從中藥源頭開始進(jìn)行全過(guò)程的質(zhì)量控制。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行程序編寫，使得每個(gè)影響中藥質(zhì)量的階段都有自己的信息模塊，對(duì)采集的質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和監(jiān)測(cè)，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)估，幫助監(jiān)管者進(jìn)行決策。

1 平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建 概率是反映隨機(jī)事件出現(xiàn)的可能性大小。隨機(jī)事件是指在相同條件下，可能出現(xiàn)也可能不出現(xiàn)的事件。設(shè)某隨機(jī)事件進(jìn)行了n次試驗(yàn)與觀察，其中A事件出現(xiàn)了m次，即其出現(xiàn)的頻率為m/n。經(jīng)過(guò)大量反復(fù)試驗(yàn)，常有m/n越來(lái)越接近于某個(gè)確定的常數(shù)(此論斷證明詳見伯努利大數(shù)定律)。該常數(shù)即為事件A出現(xiàn)的概率，常用P(A)表示。根據(jù)概率定義，設(shè)影響中藥質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)的概率為P(A)，對(duì)其監(jiān)測(cè)了n次，其中符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的次數(shù)設(shè)為m，則概率顯示的數(shù)學(xué)模型為式(1)：

中藥質(zhì)量樹的形式化模型由頂層節(jié)點(diǎn)和底層節(jié)點(diǎn)組成，其中頂層節(jié)點(diǎn)是“產(chǎn)品質(zhì)量”，底層節(jié)點(diǎn)是影響中藥質(zhì)量的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)。邏輯關(guān)系和因果關(guān)系用“與”門或“或”門的關(guān)系表達(dá)，“與”門關(guān)系表達(dá)底層節(jié)點(diǎn)同時(shí)滿足時(shí)，其樹形結(jié)構(gòu)的上一級(jí)節(jié)點(diǎn)才能符合質(zhì)量要求，“或”門關(guān)系表達(dá)底層節(jié)點(diǎn)只要有一個(gè)達(dá)到質(zhì)量要求，其樹形結(jié)構(gòu)的上一級(jí)節(jié)點(diǎn)即可符合質(zhì)量要求。設(shè)P(T)為頂層節(jié)點(diǎn)的概率，基本事件為i(i=1,2,…,n)，底層節(jié)點(diǎn)發(fā)生的概率為qi，用“與”門鏈接的頂層節(jié)點(diǎn)的概率模型為式(2)：

用“或”門鏈接的頂層節(jié)點(diǎn)的概率模型為式(3)：

為方便理解中藥質(zhì)量樹概率計(jì)算模型，根據(jù)中藥材GAP生產(chǎn)基地的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3095-1996)以影響中藥質(zhì)量的種植階段中生長(zhǎng)環(huán)境需要監(jiān)測(cè)的指標(biāo)為例，根據(jù)邏輯關(guān)系和因果關(guān)系粗略繪制出生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量樹。見圖1。

圖1 生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量樹

根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量樹模型，設(shè)生長(zhǎng)環(huán)境總的概率為P(生長(zhǎng)環(huán)境)，根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量樹可知該質(zhì)量樹共有11個(gè)底層節(jié)點(diǎn)，各底層節(jié)點(diǎn)概率如表1所示，根據(jù)“與門”的概率模型得出生長(zhǎng)環(huán)境質(zhì)量樹的概率計(jì)算數(shù)學(xué)模型為式(4)：

表1 底層節(jié)點(diǎn)

1.2 需求分析 典型的中藥質(zhì)量形成過(guò)程大致分為種植、加工、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)4個(gè)階段，每個(gè)階段又包含多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)[10]。見圖2。傳統(tǒng)的中藥質(zhì)量控制是將4個(gè)階段分別處理，中藥種植是影響中藥質(zhì)量的源頭階段，種植涉及的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)的監(jiān)測(cè)大多依靠人工操作、記錄的方式，常常游離于中藥全程質(zhì)量控制之外，存在規(guī)范化程度低、標(biāo)準(zhǔn)缺失嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題[11-12]。中藥加工、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)階段的工業(yè)化程度較高，但也僅僅是通過(guò)單體自動(dòng)化設(shè)備對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在一定范圍內(nèi)可以進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，但是也需要進(jìn)行人工的匯總和上報(bào)，才能系統(tǒng)地形成每個(gè)階段的相關(guān)環(huán)節(jié)和指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和記錄，且未與種植階段的中藥質(zhì)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。傳統(tǒng)的中藥質(zhì)量控制將4個(gè)階段割裂開來(lái)，至今沒有統(tǒng)一的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，未形成以質(zhì)量為核心的全過(guò)程質(zhì)量控制體系。針對(duì)中藥種植生產(chǎn)，國(guó)家藥品監(jiān)督管理局制定了《中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(GAP)，但標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范更注重對(duì)于某一階段的控制，缺乏全產(chǎn)業(yè)鏈流程的系統(tǒng)指導(dǎo)且不能對(duì)過(guò)程控制進(jìn)行有效判斷，難以進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)管和決策[13]。

圖2 中藥質(zhì)量形成流程

隨著各交叉學(xué)科的深度融合，可將質(zhì)量樹融合中醫(yī)藥理論形成中藥質(zhì)量樹理論模型應(yīng)用于規(guī)范中藥質(zhì)量形成的全過(guò)程。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和智能化程度的提高，將數(shù)學(xué)模型與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)中藥質(zhì)量控制數(shù)據(jù)全過(guò)程的采集與存儲(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行量化分析和可視化展示，使相關(guān)人員快捷、準(zhǔn)確地獲取關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，成為中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的最主要的需求。

1.3 平臺(tái)架構(gòu) 本研究是根據(jù)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析的生命周期進(jìn)行整個(gè)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，根據(jù)功能不同自下向上劃分為4個(gè)層面：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層[14]。平臺(tái)架構(gòu)見圖3，箭頭相連的兩層可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。數(shù)據(jù)采集層將采集的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層收集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過(guò)服務(wù)器傳遞并存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)分析層通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)模型對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行符合相關(guān)規(guī)律的概率計(jì)算；數(shù)據(jù)應(yīng)用層將收集到的數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)分析層處理的概率信息進(jìn)行前端頁(yè)面的顯示，相關(guān)工作人員通過(guò)交互界面顯示的概率信息實(shí)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)和決策控制，指導(dǎo)中藥關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)的調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)的反饋。

圖3 平臺(tái)架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集層分2個(gè)部分，包括傳感器對(duì)相關(guān)信息的采集和樹莓派(微型電腦)對(duì)采集到的信息進(jìn)行清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理并按照一定的標(biāo)準(zhǔn)邏輯進(jìn)行存儲(chǔ)。將樹莓派與相關(guān)傳感器進(jìn)行硬件的鏈接，以DHT11溫濕度傳感器為例，傳感器引腳接入如表2，連接線路如圖4所示。通過(guò)服務(wù)器對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸即可顯示到平臺(tái)的相關(guān)頁(yè)面中。

表2 DHT11溫濕度傳感器引腳連接

圖4 樹莓派與DHT11溫濕度傳感器連接

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層設(shè)計(jì)并建立了3個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用了2種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)和Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)，其中存儲(chǔ)傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息、平臺(tái)錄入的數(shù)據(jù)信息和用戶注冊(cè)信息使用的是MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，具體有中藥全程質(zhì)量控制信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及用戶注冊(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶注冊(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括用戶注冊(cè)信息表；中藥全程質(zhì)量控制信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括溫度信息、光照信息、空氣濕度信息、土壤干濕度信息、空氣質(zhì)量信息等信息表；Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)將建立的81味中藥質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)知識(shí)圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)分析層是按照數(shù)據(jù)應(yīng)用層對(duì)中藥質(zhì)量控制的需求，對(duì)收集到的4個(gè)階段的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行量化分析以及將分散的4個(gè)階段關(guān)聯(lián)起來(lái)進(jìn)行全程質(zhì)量的量化分析，屬于平臺(tái)的核心部分。將收集到的數(shù)據(jù)傳入相應(yīng)的中藥質(zhì)量樹數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行分析，量化影響中藥質(zhì)量形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)4個(gè)階段進(jìn)行量化分析，從而規(guī)范中藥質(zhì)量形成的全過(guò)程。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層包含了許多功能模塊，利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和數(shù)據(jù)分析層提供的數(shù)據(jù)結(jié)合相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，將中藥質(zhì)量控制4個(gè)階段的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行量化評(píng)估，產(chǎn)生相應(yīng)階段管理的決策信息，從而不斷優(yōu)化中藥質(zhì)量，成為一站式服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)中藥全程質(zhì)量智能化控制。

1.4 功能模塊設(shè)計(jì) 登錄/注冊(cè)模塊：該模塊設(shè)置于登錄前頁(yè)面的右上角“請(qǐng)登錄”“免費(fèi)注冊(cè)”字樣，點(diǎn)擊即可進(jìn)入登錄和注冊(cè)頁(yè)面。見圖5。該模塊利用Session會(huì)話，由于Session是以文本文件形式存儲(chǔ)在服務(wù)器端的，所以不怕客戶端修改Session內(nèi)容[15]。這樣可以防止未注冊(cè)用戶的越級(jí)訪問(wèn)，使平臺(tái)更加安全。

圖5 登錄前頁(yè)面

個(gè)人中心模塊：該模塊設(shè)置于登錄后首頁(yè)右上角“個(gè)人中心”字樣，點(diǎn)擊即可進(jìn)入個(gè)人中心。見圖6。在前端頁(yè)面進(jìn)行顯示的數(shù)據(jù)信息紛繁復(fù)雜，既有不同單位、不同范圍的各類傳感器數(shù)據(jù)信息，也有通過(guò)分析層進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析的概率數(shù)據(jù)信息，為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，設(shè)計(jì)了個(gè)人中心模塊，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的新增和清除。

圖6 登錄后首頁(yè)

全程質(zhì)量控制模塊：該模塊具體分為4個(gè)部分：中藥種植、中藥加工、中藥倉(cāng)儲(chǔ)、中藥運(yùn)輸。以中藥種植為例。見圖7。中藥種植頁(yè)面包含種植信息展示、種植信息錄入和種植概率計(jì)算3個(gè)模塊。各模塊功能分別為展示采集到的種植相關(guān)數(shù)據(jù)和概率信息、手動(dòng)錄入種植相關(guān)信息以及種植階段的概率計(jì)算。以溫度信息為例。見圖8。展示了數(shù)據(jù)的序號(hào)、收集的時(shí)間、溫度值以及溫度合格的概率，為平臺(tái)提供信息的溯源和量化功能。

圖7 中藥種植頁(yè)面

全程總概率計(jì)算、中藥查詢?yōu)楦怕视?jì)算和信息查詢模塊。概率計(jì)算模塊為影響中藥質(zhì)量的4個(gè)階段提供總概率計(jì)算。中藥查詢模塊用來(lái)查詢包括81味中藥質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息，具體有各味中藥的類型和中藥種植、加工、倉(cāng)儲(chǔ)所需控制的條件，以“白芍”為例，如圖9所示，為平臺(tái)所需傳感器及采集的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)提供一定參考。見圖8。

圖8 溫度信息頁(yè)面

圖9 白芍質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)信息

2 平臺(tái)的構(gòu)建

2.1 總體架構(gòu) 平臺(tái)采用B/S三層體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分布式部署。B/S結(jié)構(gòu)體系是廣泛應(yīng)用的一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式[16]，通過(guò)該模式，用戶不需要安裝客戶端，只需要在瀏覽器端輸入平臺(tái)的訪問(wèn)地址，系統(tǒng)接收到請(qǐng)求信息并響應(yīng)，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)器信息推送至前端頁(yè)面。B/S結(jié)構(gòu)體系具有使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性好，信息資源共享程度高的特點(diǎn)[17]。在設(shè)計(jì)與構(gòu)建過(guò)程中，可以根據(jù)需要進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)展。采用流行的技術(shù)和設(shè)計(jì)規(guī)范，基于軟件設(shè)計(jì)開發(fā)方法，利用HTML、CSS和JS等前端技術(shù)和PHP、Python等編程技術(shù)，以CGI接口作為中間件與Apache web服務(wù)器進(jìn)行通信，以及使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)等[18]。構(gòu)建先進(jìn)、穩(wěn)定、成熟的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，保障了系統(tǒng)的可移植性。本平臺(tái)的B/S體系結(jié)構(gòu)見圖10。

圖10 B/S體系結(jié)構(gòu)

2.2 核心功能實(shí)現(xiàn)

2.2.1 概率顯示和概率計(jì)算 通過(guò)中藥全程質(zhì)量樹的繪制得到所需監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)，連接相應(yīng)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，在此基礎(chǔ)上，將建立的數(shù)學(xué)模型通過(guò)Python編程語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫，通過(guò)Apache的CGI接口運(yùn)行相關(guān)的Python文件，平臺(tái)可視化界面會(huì)展示出相關(guān)概率；通過(guò)Python CGI編程的參數(shù)傳遞，將表單GET到的信息傳入到概率計(jì)算的數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行計(jì)算，平臺(tái)可視化界面會(huì)展示出概率計(jì)算結(jié)果。

2.2.2 新增、清除數(shù)據(jù)信息 個(gè)人中心模塊核心的功能就是新增或清除傳感器所采集到的信息。本研究將通過(guò)Apache+CGI進(jìn)行模塊的構(gòu)建。Apache為CGI程序留出了一個(gè)特定的目錄cgi-bin，Apache假定這個(gè)目錄中的每個(gè)文件都是CGI程序，并在客戶端請(qǐng)求該特定資源時(shí)嘗試執(zhí)行該程序，所以將Python程序進(jìn)行CGI編程后放在該目錄中，然后在相應(yīng)的HTML或PHP頁(yè)面上加入表單的提交，配合相應(yīng)的PHP和HTML代碼即可實(shí)現(xiàn)將Python程序運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行平臺(tái)頁(yè)面的展示，本研究用此來(lái)操縱數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加和刪除。

3 平臺(tái)的應(yīng)用

枸杞子，為茄科植物枸杞的成熟果實(shí)。具有滋腎潤(rùn)肺，補(bǔ)肝明目的功效。枸杞子含有枸杞多糖、枸杞黃酮、維生素、微量元素、氨基酸等多種成分，具有較高的藥用價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[19]。隨著對(duì)枸杞子研究的不斷深入，多種新技術(shù)、新方法應(yīng)用于枸杞子質(zhì)量評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)不同種質(zhì)、產(chǎn)地、采收時(shí)間、加工方式對(duì)枸杞子的質(zhì)量都有顯著性影響[20-23]。

枸杞子飲片質(zhì)量的形成涉及很多階段，每個(gè)階段都包含了許多工藝環(huán)節(jié)。根據(jù)從沃福百瑞公司獲取的生產(chǎn)階段、工藝環(huán)節(jié)、工藝參數(shù)和質(zhì)量指標(biāo)(2017年1月至2019年12月)，將枸杞子全程質(zhì)量依據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)分為種植、加工、倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸4個(gè)階段，建立了枸杞子全程質(zhì)量樹模型。見圖11。每個(gè)階段又各自建立了相應(yīng)的質(zhì)量樹模型，通過(guò)對(duì)不同階段需要監(jiān)測(cè)和量化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行平臺(tái)的個(gè)性化定制，形成所建立的中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的枸杞子示范性工程，實(shí)現(xiàn)枸杞子全程質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)管、量化評(píng)估和決策優(yōu)化。

圖11 枸杞子全程質(zhì)量樹模型

3.1 枸杞子質(zhì)量樹模型繪制 基于中藥質(zhì)量樹，依據(jù)沃福百瑞公司提供的中寧紅梧山有機(jī)枸杞種植基地的枸杞子全程質(zhì)量控制的工藝環(huán)節(jié)和相關(guān)指標(biāo)，根據(jù)中藥質(zhì)量樹分析法的邏輯關(guān)系和因果關(guān)系繪制了種植質(zhì)量樹、加工質(zhì)量樹、倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量樹和運(yùn)輸質(zhì)量樹。見圖12～15。

圖13 加工質(zhì)量樹

圖14 倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量樹

圖15 運(yùn)輸質(zhì)量樹

3.2 平臺(tái)的應(yīng)用 由于文章篇幅所限，選取枸杞子全程質(zhì)量的種植階段的監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境環(huán)節(jié)為例，進(jìn)行平臺(tái)應(yīng)用的示范。各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的確定是以沃福百瑞公司中寧紅梧山有機(jī)枸杞種植基地生產(chǎn)枸杞子的工藝環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)為基礎(chǔ)，以《中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)《中華人民共和國(guó)藥典(一部)》《中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》(GAP)《枸杞栽培技術(shù)規(guī)程》(GB19116-2003)以及藥企內(nèi)部使用的中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量》(NYT391-2013)和中藥生產(chǎn)與管理規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)。得到土壤環(huán)境指標(biāo)范圍如表3所示。

表3 土壤肥力指標(biāo)范圍

通過(guò)將各指標(biāo)的限度范圍錄入平臺(tái)的后端，通過(guò)平臺(tái)的自動(dòng)量化計(jì)算可得到土壤環(huán)境信息頁(yè)面顯示結(jié)果如圖16所示。選取2020年1～3月、3～9月監(jiān)測(cè)的4個(gè)不同地塊(編號(hào)：WFHWS01-WFHWS04)土壤環(huán)境數(shù)值進(jìn)行分析。平臺(tái)監(jiān)測(cè)了2019年度枸杞子種植階段的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、鹽堿含量和污染情況，該環(huán)節(jié)的6個(gè)基本事件概率依次為0.88、1.00、1.00、1.00、1.00、1.00，概率計(jì)算頁(yè)面得到土壤環(huán)境質(zhì)量的總概率為0.88。企業(yè)管理者可依據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量總概率值對(duì)枸杞子基地環(huán)境進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將概率值較低的基本事件進(jìn)行條件的改善，提前準(zhǔn)備防治預(yù)案。如：可以通過(guò)使用化肥等方式，適量增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，從而降低土壤環(huán)境質(zhì)量不合格的風(fēng)險(xiǎn)。

圖16 土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)頁(yè)面

類似于檢測(cè)土壤環(huán)境質(zhì)量環(huán)節(jié)，種植階段的其他關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)也可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)和量化，頁(yè)面顯示出概率值后，再進(jìn)一步計(jì)算整個(gè)種植階段的概率值，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果在種植概率計(jì)算頁(yè)面上展現(xiàn)給決策者。生產(chǎn)企業(yè)可依據(jù)種植概率值的大小，對(duì)中藥種植階段做出評(píng)估，一方面評(píng)估企業(yè)是否適合種植這種中藥，另一方面可對(duì)影響種植階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控，以降低因?yàn)榉N植階段導(dǎo)致中藥飲片質(zhì)量不合格的風(fēng)險(xiǎn)。平臺(tái)除了種植階段還構(gòu)建了其他3個(gè)階段的監(jiān)測(cè)和量化模塊，將4個(gè)階段串聯(lián)起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)枸杞子的全程質(zhì)量控制。

將全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用于枸杞子質(zhì)量全程質(zhì)量控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)其質(zhì)量的預(yù)測(cè)、對(duì)質(zhì)量形成階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、診斷中藥質(zhì)量問(wèn)題的原因。為質(zhì)量安全監(jiān)管實(shí)踐提供決策支持，實(shí)現(xiàn)枸杞子質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和監(jiān)管優(yōu)化。

4 平臺(tái)特色

4.1 智能化的中藥全程質(zhì)量監(jiān)測(cè)和控制 傳統(tǒng)的中藥質(zhì)量控制依賴技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)出的產(chǎn)品進(jìn)行工藝上的限制和檢驗(yàn)，在智能化飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)方式的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，越來(lái)越多的研究者投入中藥質(zhì)量智能化控制的行列。本研究所構(gòu)建的中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，引入現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的科技手段，對(duì)中藥質(zhì)量控制的方法進(jìn)行創(chuàng)新研究，從中藥全程的控制出發(fā)，監(jiān)測(cè)和控制影響最終中藥質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)，采集到的相關(guān)信息具有連續(xù)性和全面性的特點(diǎn)，中藥質(zhì)量控制碎片化的問(wèn)題得到解決，省去了復(fù)雜的工藝設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)，簡(jiǎn)化了中藥全程質(zhì)量控制，有效節(jié)約了時(shí)間和成本。

4.2 中藥質(zhì)量控制量化計(jì)算 通過(guò)面向服務(wù)構(gòu)建的中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)傳感器采集、平臺(tái)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行頁(yè)面顯示，實(shí)時(shí)地將獲取到的數(shù)據(jù)傳入數(shù)學(xué)模型中進(jìn)行量化評(píng)估，方便監(jiān)管者更加準(zhǔn)確、迅速地獲取隱含在數(shù)據(jù)下的知識(shí)，為中藥質(zhì)量提供有效的量化標(biāo)準(zhǔn)，從而為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供準(zhǔn)確、高效的決策支持。

4.3 個(gè)性化定制管理 使用簡(jiǎn)單、便捷、靈活的編程語(yǔ)言和技術(shù)進(jìn)行了平臺(tái)構(gòu)建，方便后端管理者根據(jù)自身應(yīng)用的特點(diǎn)進(jìn)行程序的更改。一方面，可根據(jù)不同中藥全程質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和質(zhì)量指標(biāo)的不同，調(diào)整接入的傳感器種類，從而采集到需要的數(shù)據(jù)信息，滿足不同中藥全程質(zhì)量控制的需要。另一方面，可根據(jù)控制的標(biāo)準(zhǔn)不同，更改相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，滿足不同中藥的質(zhì)量樹概率計(jì)算的需求。

5 小結(jié)

本研究設(shè)計(jì)并構(gòu)建了中藥全程質(zhì)量控制的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，一方面，針對(duì)中藥全程質(zhì)量控制不連續(xù)的問(wèn)題，應(yīng)用本平臺(tái)從中藥種植開始進(jìn)行全過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。另一方面，針對(duì)中藥全程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)缺失、無(wú)法量化的問(wèn)題，應(yīng)用本平臺(tái)對(duì)采集的數(shù)據(jù)量化評(píng)估，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管的有效判斷和預(yù)警，為中藥全程質(zhì)量的管控和優(yōu)化提供決策支持，從而為中藥全程質(zhì)量控制提供創(chuàng)新思路。

6 討論

本研究構(gòu)建的平臺(tái)可以與中藥飲片生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，進(jìn)行工業(yè)化封裝，根據(jù)不同企業(yè)生產(chǎn)的中藥進(jìn)行個(gè)性化定制，為企業(yè)的中藥全程質(zhì)量控制提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和量化評(píng)估，從而使監(jiān)管者產(chǎn)生有效判斷和預(yù)警，為企業(yè)對(duì)中藥全程質(zhì)量的管控和優(yōu)化提供技術(shù)支持。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及智能終端的迅速普及，使具有中醫(yī)藥特色的個(gè)性化智能平臺(tái)成為可能。使用智能化平臺(tái)的益處良多，同時(shí)也面臨制約平臺(tái)的普及和發(fā)展的諸多不足。如智能化平臺(tái)的學(xué)習(xí)需要花費(fèi)一定的時(shí)間成本，需要專業(yè)的人員對(duì)程序進(jìn)行修改和維護(hù)，個(gè)性化定制帶來(lái)一定自由發(fā)揮空間的同時(shí)也對(duì)平臺(tái)的安全性、采集數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)共享等問(wèn)題帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，所以平臺(tái)從設(shè)計(jì)、構(gòu)建到投入使用還需要各學(xué)科的研究人員進(jìn)一步地合作和溝通。這些挑戰(zhàn)對(duì)中藥質(zhì)量控制的管理者和相關(guān)從業(yè)人員提出了更高的要求。目前，中藥全程質(zhì)量控制物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)還處于初級(jí)階段，理論和技術(shù)上仍存在不足，需要進(jìn)行不斷嘗試與探討，相信通過(guò)日后的努力，將更加成熟和完善，從而更進(jìn)一步提升中醫(yī)藥資源的價(jià)值，為我國(guó)人民健康事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)。