食品安全大數據標準體系建設研究

張 飛，景亞萍，朱 平，王大霞，郭曉琰，陶光燦,3,*

（1.貴州省分析測試研究院，貴州 貴陽 550014；2.貴州科學院，貴州 貴陽 550001；3.食品安全與營養（貴州）信息科技有限公司，貴州 貴陽 550014）

21世紀是全球經濟、科學與技術的一體化時代，食品安全呈現出全球化發展趨勢[1]，食品安全問題成為一個全球重要的公共衛生問題[2]，例如“地溝油”、“三聚氰胺奶粉”和“瘦肉精”等事件嚴重威脅到群眾的身心健康和社會的繁榮發展[3]，已引起各國政府、學術界和工業界的廣泛關注[4]；因此，食品安全行業進入大數據時代成為必然趨勢。在大數據背景下，與其他領域的數據相比，食品安全大數據不僅呈現出大數據的5V特征[5-7]，即規模大（volume）、類型多（variety）、價值高（value）、產生速度快（velocity）和數據真實（veracity），同時具有專業性強、涉及面廣、規律性強、采集成本高、采集難度大等特點[8]，基于食品安全大數據的這些特點，國家提出了食品安全社會共治的理念，并建立基于大數據的食品安全社會共治體系，其主要包括政府、企業、檢驗檢測機構、行業協會、媒體和消費者6 類主體（圖1）[9]，這6 類主體使用和產生的數據可歸納為政府監管、企業信息、檢驗檢測、質量監測和互聯網[10]5 類數據（圖2），這些數據覆蓋了從農業種養殖、農產品加工、食品的生產、存儲、運輸、銷售、消費等整個產業鏈的各個環節[11-12]。

食品安全大數據與人們的生命活動息息相關，政府隨時需要用數據來監管、評估和決策[13]，《“十三五”國家食品安全規劃》（國發〔2017〕12號）[14]提出：提高食品安全智慧監管能力，實施“互聯網＋”食品安全監管項目，推進食品安全監管大數據資源共享和應用，提高監管效能。《國民營養計劃（2017—2030年）》（國辦發〔2017〕60號）[15]提出：協同共享食品藥品信息數據資源，建設跨行業集成、跨地域共享、跨業務應用的基礎數據平臺。《新一代人工智能發展規劃》（國發〔2017〕35號）[16]提出：強化人工智能對食品安全的保障，圍繞食品分類、預警等級、食品安全隱患及評估等，建立智能化食品安全預警系統。《中共中央 國務院關于深化改革加強食品安全工作的意見》[17]要求：推進“互聯網＋食品”監管，建立基于大數據分析的食品安全信息平臺，推進大數據技術在食品安全監管領域的應用。食品安全大數據正越來越受到國家的高度重視，這將對我國政府的治理模式、決策模式和工作方式等產生深遠的影響，將成為國家基礎性戰略資源和未來信息產業技術的主要經濟增長點[18]。

圖1 食品安全社會共治體系的數據來源Fig. 1 Data sources of food safety social co-governance system

隨著大數據技術在食品安全領域的深度融合，為推動食品安全大數據廣泛應用、開放共享、高質量發展，食品安全大數據標準化工作將是支撐大數據產業發展和應用的重要基礎，但是由于缺乏食品安全大數據標準體系的研究，在數據采集、數據分類與編碼、數據開放、數據接口、數據交易、數據產品、數據質量、數據安全、數據管理等方面缺少關鍵標準的研制，從而影響了食品安全大數據的互融、互通，形成數據籬笆和數據孤島[19-20]，阻礙了食品安全的社會治理。因此，世界各國強烈意識到大數據標準化的作用，使得大數據標準研制成為國際各標準化組織共同關注的熱點[21]。國務院《促進大數據發展行動綱要》（國發〔2015〕50號）[22]提出：建立大數據標準規范體系，推進數據采集、政府數據開放、指標口徑、分類目錄、交換接口、訪問接口、數據質量、數據交易、技術產品、安全保密等關鍵共性標準的制定和實施。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》[23]指出：深化大數據在各行業的創新應用，完善大數據產業公共服務支撐體系和生態體系，加強標準體系和質量技術基礎建設。《大數據產業發展規劃（2016—2020年）》（工信部規〔2016〕412）[24]要求：推動食品領域的大數據應用，建立并不斷完善涵蓋基礎、數據、技術、平臺/工具、管理、安全和應用的大數據標準體系。中國電子技術標準化研究院編制并發布了《大數據標準化白皮書（2018版）》，定義大數據標準體系框架由基礎、數據、技術、平臺和工具、管理、安全和隱私、行業應用7 類標準組成[25]。

圖2 食品安全大數據的組成和分類Fig. 2 Composition and classification of food safety big data

綜上所述，本文結合食品安全大數據產業的特點，基于6 類主體產生和使用的5 類數據（涉及從農業種養殖、農產品加工、食品的生產、存儲、運輸、銷售、消費等整個產業鏈），開展食品安全大數據標準體系分析研究，構建完整的食品安全大數據標準體系，對加快食品安全大數據標準的研制，保障食品安全大數據互融互通、開放共享、有效應用，促進我國食品安全大數據產業轉型升級，具有一定的戰略意義和現實意義。

1 參考模型構建

大數據參考架構是一種運作工具，是便于對大數據的內在要求、設計結構和運行進行開放性探討的高層概念模型[26]，有助于對大數據復雜操作的理解，可為大數據標準化提供基本參考點，為構建大數據標準體系提供理論支撐，并有助于大數據實踐者遵守通用標準、規范[27]。2015年美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）發布了《大數據互操作框架第6卷：參考架構》（Big data interoperability framework volume 6 reference architecture），描述了大數據參考架構的總體框架[28]。2017年我國發布了GB/T 35589—2017《信息技術 大數據技術參考模型》[29]，提出了我國大數據參考模型，該模型框架是大數據領域的基礎框架，將為構建食品安全大數據技術參考框架提供參考。

本文基于GB/T 35589—2017，提出構建食品安全大數據技術參考框架（圖3），其主要包括基礎設施、數據平臺、應用平臺和用戶4 個模塊[30-31]，其中底層為物理資源，進行資源虛擬化后，形成集群服務器、負載均衡服務器和文件服務器；數據平臺包括各種數據庫的建設及數據管理、清洗、運維等功能；應用平臺在用戶管理、權限管理、測試管理及知識、安全認證、食品監督管理、數據挖掘分析等平臺的基礎上，集合數據集成交換，面向政府、企業、行業協會、檢測機構、媒體和消費者等社會主體[32-33]，開發企業門戶、企業資源規劃（enterprise resource planning，ERP）、實驗室信息管理系統（laboratory information management system，LIMS）、監管系統、大眾門戶、輿情系統、技術社區、數據分析系統和電商系統。通過構建食品安全大數據參考模型，為食品安全大數據標準化建設提供技術參考和理論支撐。

圖3 食品安全大數據技術參考框架Fig. 3 Technology reference frame of big data for food safety

2 標準體系建設

2.1 標準體系三維空間模型建立

波蘭學者沃吉茨基于1960年首先提出了標準體系三維空間概念，印度學者魏爾曼[34]、英國學者桑德斯[35]對此均作了進一步的闡述。本文基于大數據標準體系框架的構建原則，結合食品安全大數據技術參考框架，建立食品安全大數據標準體系三維空間模型，并將該模型的結構分為3 個屬性空間（圖4A），X軸表示流程維，主要包括食品安全大數據的產生和采集、傳輸和儲存、挖掘和分析、展現和應用；Y軸表示用戶維，主要包括政府、企業、檢測機構、行業協會、媒體和消費者這些社會主體；Z軸表示業務維，主要包括開發的企業門戶、ERP、LIMS、監管系統、大眾門戶、輿情系統、技術社區、數據分析系統、電商系統這些業務。

圖4 食品安全大數據三維空間模型（A）和標準體系三維空間模型（B）Fig. 4 Three dimensional spatial model of food safety big data (A) and standard system (B)

基于食品安全大數據三維空間模型，本文提出構建食品安全大數據標準體系的三維空間模型，將該模型也分為3 個標準屬性空間（圖4B），X軸表示標準層次，按照標準體系的構建原則和要求，囊括了基礎標準、技術標準和管理標準；Y軸表示標準類型，即食品安全大數據標準體系需研制的國際標準、國家標準、行業標準、地方標準和團體標準、企業標準；Z軸表示標準內容，即食品安全大數據標準體系主要建設的內容，包括數據、產品、應用、質量和安全標準。通過建立食品安全大數據標準體系三維空間模型，明確標準體系各層次、各環節的空間需求，對標準體系的建設具有指導作用。食品安全大數據三維空間模型3 個屬性要素既相對獨立，又緊密聯系，在每一維結構中可根據研究對象進行進一步的細化分類，既可提升結構的空間，又可保障延伸的空間。因此，通過建立食品安全大數據三維空間模型和標準體系三維空間模型，可為設計食品安全大數據標準體系框架提供技術指導，為進一步構建食品安全大數據標準體系提供理論支撐。

2.2 標準體系框架設計

《大數據標準化白皮書（2018版）》的大數據標準體系是通用型大數據標準體系，為各行業大數據標準體系建設提供了技術參考。為推動工業大數據在智能制造、工業互聯網中的發展應用，全國信息技術標準化委員會大數據標準工作組聯合工業大數據產業應用聯盟起草了《工業大數據白皮書（2019版）》，工業大數據標準體系主要是基于工業領域的大數據技術、產業發展需求而構建，為推動工業大數據各領域的落地應用和戰略部署提供了標準化支撐。通過將《大數據標準化白皮書（2018版）》與《工業大數據白皮書（2019版）》對比分析發現，工業大數據標準體系將白皮書大數據標準體系中的基礎標準、管理標準納入了標準體系建設，存在一一對應的關系；將白皮書大數據標準體系中的技術標準和數據標準合并為技術標準；將平臺/工具標準變換為產品/應用標準，其標準體系的建設內容并未發生變化。工業大數據標準體系根據自身需求，沒有考慮安全和隱私標準、行業應用標準。

食品安全是一門交叉學科，食品安全大數據與工業大數據存在一定的聯系，但又有本質區別。工業大數據是指在工業領域中圍繞產品全生命周期產生的各類數據和相關技術應用的總稱；食品安全大數據是指從農業種養殖、農產品加工、食品的生產、存儲、運輸、銷售、消費等整個產業鏈的數據和相關技術的總稱，主要包括政府監管、企業信息、檢驗檢測、質量監測和互聯網5 類數據。因此，食品安全大數據標準體系將基于《大數據標準化白皮書（2018版）》和《工業大數據白皮書（2019版）》，結合食品安全大數據產業標準化特點，設計出食品安全大數據標準體系框架，包括基礎標準、數據標準、產品標準、質量標準、安全標準和管理標準，為構建食品安全大數據標準體系奠定基礎（圖5）。

圖5 食品安全大數據標準體系設計Fig. 5 Design of food safety big data standard system

2.3 標準體系構建

圖6 食品安全大數據標準體系Fig. 6 Food safety big data standard system

表1 食品安全大數據標準體系建設內容Table 1 Contents of food safety standard system construction

標準體系是指一定范圍內的標準按其內在聯系形成的科學的有機整體[36]，是標準化工作開展的核心內容。按照食品安全大數據三維空間模型、標準體系三維空間模型構建以及食品安全大數據標準體系設計的思路，將食品安全大數據標準體系分為一級體系、二級體系和三級體系3 類標準子體系（圖6），其中，一級標準子體系即為三維空間模型的內容要素，主要包括基礎標準、產品標準、數據標準、質量標準、安全標準和管理標準6 個部分；二級標準子體系是在一級子體系的基礎上對各領域進行具體的細分、細化，包括總則、術語、參考架構、分類與編碼、平臺產品標準等20 個部分；三級標準子體系在二級子體系的基礎上再進行細分、細化，提出標準體系涉及的具體研制內容（表1），圍繞建設任務，涉及了眾多的建設內容。食品安全大數據標準體系的建設符合標準體系構建原則和要求，覆蓋了基礎、技術和管理標準等內容。通過構建食品安全大數據標準體系，對提出食品安全大數據標準需求和加快食品安全大數據相關標準的研制具有指導作用。

2.4 標準體系標準需求分析

在食品安全大數據標準體系建設的基礎上，結合食品安全大數據產業發展特點，對標準體系建設進行需求性分析，并制定出食品安全大數據標準體系的標準研制清單（表2），該清單涉及到當前在食品安全大數據領域急需重點研制的50余項國家標準、行業標準、地方標準和團體標準。這些標準的研制應遵循以下原則：對全國經濟技術發展有重大意義，對需要在全國范圍內統一的技術要求，可制定國家標準，例如基礎標準、安全標準、數據標準等；對沒有國家標準而又需要在全國行業范圍內統一的技術要求，可制定行業標準，例如產品標準、數據標準、質量標準等；對沒有國家標準、行業標準，或技術指標嚴于國家標準、行業標準，且符合地方產業發展需要的和特色的，可制定地方標準，例如產品標準、管理標準等；對沒有國家標準、行業標準，或技術指標嚴于國家標準、行業標準，可由社會團體協調相關市場主體共同制定滿足市場和創新需要的團體標準，例如質量標準、管理標準等。性和合法性等進行全方位有效性評價（圖7）。食品安全大數據標準體系的評價內容主要包括：制度建設、服務質量、標準覆蓋、技術指標、實施效果、經濟效益、社會效益和持續改進等方面。

表2 食品安全大數據標準體系擬研制標準清單Table 2 List of standards to be developed for food safety big data standard system

續表2

圖7 食品安全大數據標準體系評價模型Fig. 7 Evaluation model for food safety big data standard system

通過構建食品安全大數據標準體系和提出標準研制清單，可明確標準體系擬申報的標準計劃，為在今后開展食品安全大數據標準研制提供技術參考，使牽頭或參與標準研制的相關單位在進行各項標準研制工作時不沖突、不交叉、不打架，整個標準體系相關內容能夠銜接一致、互相補充，有助于提高食品安全大數據標準化工作的科學性、系統性和預見性。

3 標準體系評價

為強化食品安全大數據標準體系實施應用，客觀反映標準體系的綜合應用水平，提出構建食品安全大數據標準體系評價模型，該模型主要以政府、企業、檢測機構、行業協會、媒體和消費者為服務對象，采用專家調研評估、數學統計分析和問卷調查等方法，對食品安全大數據標準體系建立的科學性、系統性、先進性、適用

4 結 語

我國在食品安全大數據標準體系方面缺乏相關研究，本文通過對食品安全大數據標準化現狀的分析，結合食品安全大數據產業發展特點，構建了食品安全大數據技術參考模型，建立了食品安全大數據三維空間模型和標準體系三維空間模型。然后基于食品安全大數據標準體系的設計，建立并完善了食品安全大數據標準體系，提出了標準體系評價模型。通過食品安全大數據標準體系研究，將標準體系分為6 個一級標準子體系、20 個二級標準子體系，并提出了食品安全大數據體系急需重點研制的50余項國家標準、行業標準、地方標準和團體標準的標準清單。為加快食品安全大數據標準化建設，推動和引領食品安全大數據產業持續、健康、高質量發展，提出以下4 點建議。

4.1 加強標準化頂層設計，完善標準化政策體系

標準化規劃、標準體系構建、標準制定、標準化人才培養、標準化經費投入等方面的體制機制建立離不開頂層設計。國家或地方相關標準化主管部門應嚴格貫徹落實《國務院促進大數據發展行動綱要》（國發〔2015〕50號）、《大數據產業發展規劃（2016—2020年）》（工信部規〔2016〕412）等相關文件精神要求，制定標準化獎勵、經費使用、成果轉化與評估、人才培養等方面的細則或管理辦法，鼓勵或獎勵標準化技術委員會、社會團體、科研機構、企業等積極參與食品安全大數據標準化建設，共享標準體系建設經驗和成果。社會團體、科研機構、企業可結合自身特點，制定食品安全大數據標準化中長期發展規劃，建立標準化項目的管理辦法或獎勵辦法，完善標準化政策體系。

4.2 加快標準體系推廣應用，提出優先研制標準

標準體系是否科學、適用需要靠實施應用來檢驗，通過建立食品安全大數據標準體系，加強標準體系的宣貫培訓、推廣應用，同時選擇典型企業開展標準體系試點示范，讓標準體系落地，實現標準體系“用起來”。為加快食品安全大數據標準體系應用與推廣，在擬研制的食品安全大數據標準的基礎上，提出了當前優先研制的國家、行業標準等20 項分階段開展標準體系的標準研制工作（表3），逐步完成標準體系的研制內容。

表3 優先研制的食品安全大數據標準Table 3 Food safety big data standard with priority

4.3 成立大數據標準化專業技術委員會，推動食品安全大數據標準化建設

大數據標準化專業技術委員會主要負責制定和完善我國大數據領域標準體系，開展大數據相關技術和標準的研究，申報國家、行業標準，承擔國家、行業標準制修訂計劃任務，組織推動標準化活動、標準宣貫培訓和應用推廣等，所以應盡快成立國際的、國內的食品安全大數據標準化專業技術委員會、分技術委員會或工作組，積極承擔國內外食品安全大數據標準化相關工作，提升食品安全大數據地位，強化食品安全大數據標準化作用，推動和引領食品安全大數據標準化建設。

4.4 完善標準體系評價模型內容，開展標準體系評價標準研究

選擇具有代表性的食品安全大數據企業開展標準體系試點示范，根據標準體系評價模型框架要求，開展食品安全大數據標準體系推廣實施、應用，從而完善標準體系評價模型內容，尤其是評價數據采集、指標數據預處理、參數確定、統計計算方法分等方面的內容。通過加強食品安全大數據標準體系評價研究，為推動食品安全大數據標準化工作、編制食品安全大數據標準體系評估標準奠定基礎；對強化標準對市場培育、服務能力提升和行業管理具有重要支撐作用。