第四届全国研究生数学建模竞赛.doc

问题重述 我国是一个拥有13亿人口的发展中国家，每天都在消费大量的各种食品，这批食品生产出来，并且经过较多的中间环节和长途运输后才为广大群众所消费，加之近年来我国经济发展迅速而环境治理没有能够完全跟上，以至环境污染形势十分严峻；而且随着我国进出口贸易的迅速增加，加上某些国外媒体的炒作，对外食品贸易中的矛盾也开始尖锐起来，因此建立包括食品卫生安全保障体系在内的公共安全应急机制是关系国计民生和对外贸易的重大而迫切的任务。 目前美国和欧盟对公共食品卫生安全实行监控的做法是建立膳食暴露评估数学模型并制成软件，但他们向外提供的软件只是一个黑箱，我们无法断定这个黑箱是否合乎我国的实际情况，对他们的数学模型也无从加以考证。因此我国肯定也需要建立膳食暴露评估数学模型，建立我国自己的膳食模型，在实施对污染物监控的同时，对公共食品卫生安全做出评估，并可以供领导决策时参考。 1.确定合理的技术路线，充分利用从一切渠道可以获得的信息，合理设计抽样调查中食物的分类办法，汇总我国总膳食数据，从而建立我国人群食物摄入量模型。 2.根据食品卫生监测部门日常对市场上食物的检测数据（包括例行监测数据和偶然抽查数据，符合性检验和监测性检验数据，前者的结果可能只是定性的，而后者检测的结果精度高）和市场上各类食品的流通量，此外还包括进出口口岸的检测数据来估计市场上各种食品的污染物含量（我国现阶段可能会集中力量对众多污染物中少数几种危害面广、后果严重的污染物，如：铅、镉、有机磷、有机氯等实行监控，其他污染物的监控工作则待时机成熟后再推广），建立污染物分布模型，并尽量提高模型的精度。 3.利用前两个模型的结果建立食品安全风险评估模型，就是对全国、某个地区、某类食品的安全状况做出评价，对可能出现的食品安全事件给出预警。 问题分析 食品卫生安全保障体系模型主要由（1）人群食物摄入量模型；（2）污染物分布模型；（3）风险评估模型三部分组成。 在建立（1）人群食物摄入量模型时，考虑问题的关键是a.调查数据的抽样设计；b.食品种类的聚类分析；c.全国人群食品摄入量模型。对a.调查数据的抽样设计分析，显然，不同地区、不同文化、不同收入、不同年龄段、不同性别等因素导致居民对食品的摄入是不同的，因此抽样时应按不同因素在调查系统中所占的比例进行抽样。对b.食品种类的聚类分析，在形形色色的食品中，调查者无法对每一件食品均调查清楚，但粗略的调查无法保证模型的准确性。因此，在建立人群食物摄入量模型时，结合国家统计年鉴以及食品中主要毒素分布情况，将主食、肉、蔬菜、水果、饮料、调味品等聚类分析，从而在保证模型精确的基础上，增强其可行性。对c.全国人群食品摄入量模型分析，本文认为，应先比较不同地区、不同文化等因素对人群食品摄入量的影响，再结合a, b的结果，建立多个评估模型。 在建立（2）污染物分布模型时，本文重点评估危害面广、后果严重的污染物，如：铅、镉、有机磷、有机氯与人体摄入量的关系，考虑过多的污染因素虽能完整的反映污染物与人体摄入量的关系，但操作性不强，故本文不予以研究。具体分析危害面广、后果严重的污染物与人体摄入量的关系，结果如下：通过污染因素在不同食品中的分布，研究污染因素与不同地区、不同文化、不同收入、不同年龄段的关联性，建立污染物分布模型。 在建立（3）风险评估模型时，由于食品中各种危害物的毒害作用与其进入人体的绝对量有关，因此建立该模型时结合人群食物摄入量模型和污染物分布模型，以人体通过饮食途径而对危害物质的实际摄入量与其安全摄入量比较更为精确。 符号说明 某调查范围的总人数； 调查依据的某因素； 不同调查范围的微缩系数； 历史观测值； 神经网络实际输出值； 样本希望输出值； Xi’ 样本归一化后的数值； Xi 学习样本数值； Xmin 样本系列中的最小值； Xmax 样本系列中的最大值； 第q层神经元的个数； 输入到第q层的第i个神经元的连接权系数； 食品安全预警指数； 人体某污染物C最大； 平均体重； 食品中污染物C的实际日摄入量的估算值； 食品i中污染物C的残留量； 食品i的估计日摄入量； 食品中污染物C在人体内消化吸