农业信息化标准体系构建研究

李凯雨，杨硕，张领先，3*

（1.中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083；2.农业农村部信息中心，北京 100125；3.农业农村部农业信息化标准化重点实验室，北京 100125）

党的十八大以来，党中央高度重视发展数字经济，将其上升为国家战略，从国家层面部署推动数字经济发展。习近平总书记提出：“充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术和实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，不断做强做优做大我国数字经济。”2022 年中央一号文件明确提出：“推进智慧农业发展，促进信息技术与农机农艺融合应用”。同时，“十四五”全国农业农村信息化发展规划明确提出：“推动全产业链数字化，提升农产品供给质量和效率。“十四五”时期，我国农业发展面临的外部环境更加复杂变化，这就需要把高质量发展贯穿始终，守牢国家粮食安全底线，坚定不移地推进农业供给侧结构性改革，通过数字化赋能农业产业，推动农业提质增效，加快农业现代化。农业信息化不仅是国家信息化战略的重要组成部分，更是我国农业农村现代化发展不可或缺的重要支撑。农业信息化建设提升了农业生产过程的精准化、自动化和组织化水平，促进传统农业产业转型升级；驱动了农业经营方式变革，提高农产品的流通效率，降低运营成本；推进政府治理体系和治理能力现代化，提高了政务管理效率和服务水平。随着现代信息技术与农业产业深度融合，我国农业信息化建设取得了卓越成绩：生产信息化迈出坚实步伐，经营信息化快速发展，管理信息化深入推进，服务信息化全面提升，基础支撑能力明显增强。但是，我国农业信息化发展依然面临着不少问题和挑战，如：农业信息缺乏规范统一的描述，导致农业信息质量差异过大，低质且无法有效利用[1]；大量的农业信息处于相对分散和无序的状态，导致农业信息资源难以整合共享[2]；信息系统的开发相对独立、不规范，导致大量农业信息资源建设出现交叉重复现象[3]；统一分类标准的缺失，致使所建立的农业标准体系无法实现有效融合[4]等。

面临问题和挑战归结于农业信息化标准化薄弱，农业信息化标准体系缺失[5]。推进农业信息化标准体系建设，可以指导、规范、引领和保障我国农业信息化建设与发展。当前学者已经在农业信息化标准体系的分类方法、分类层次和分类标准等方面开展了广泛研究。王健等提出了农业属性维、农业时空维和农业信息属性维的多维农业信息分类体系[6-7]；张峻峰等提出了包括基础设施、信息资源、生产信息化、经营信息化、管理信息化和管理服务的农业农村信息化标准框架[7]；刘世洪等提出了农业属性维、信息化内容维和层次维的农业信息化标准体系分类[7-8]；王强提出了包括基础通用规范体系、农业生产信息化标准规范、农业经营信息化标准规范、农业管理信息化标准规范和农业服务信息化标准规范五大类的农业信息化标准规范体系框架[5]。随着大数据、云计算、人工智能和区块链等信息技术的快速发展以及与农业领域的深度融合，农业信息化领域的边界与内容也不断变化与升级，因此目前还没有构建完善的农业信息化标准体系。

该研究在借鉴上述成果和结合调研实践的基础上，基于三维农业信息化标准体系架构系统地构建了农业信息化标准体系，为指导我国农业信息化相关标准的制定提供了参考。

1 农业信息化标准体系内涵界定

农业信息化目前有多种定义，该研究中是指将现代信息技术在农业生产、经营、管理和服务等各个领域的应用及其过程，以服务传统农业转型升级，推进农业农村现代化[9]。

标准化即是为在一定范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动[10]。而标准体系指一定范围内的标准按其内在联系形成的科学的有机整体[11]，是标准化工作的纲领性文件。农业信息化标准体系是由若干相互依从、相互作用和具有特定功能的农业信息化标准文件按其内在联系形成的科学的有机整体。

2 农业信息化标准体系构建原则

农业信息化标准体系构建原则体现在系统完整性、科学合理性、兼容一致性和可扩充预见性。

系统完整性：标准体系的建立必须将农业信息化建设所需的各项标准归置到相应的框架位置中，并使这些标准分类合理，避免交叉。

科学合理性：标准体系研究过程中，要满足实际需求，根据农业信息化的规划来科学合理地制定标准。

兼容一致性：与农业信息化相关的标准体系是长期研究的成果，但由于编制的方法不同，这些标准的融合有一定的困难，所以要考虑并兼容已有相关标准或标准体系[12]。

可扩充预见性：现代社会信息化技术的高速发展，使得在编制农业信息化标准体系框架时，既要考虑目前的信息化水平，又要对未来信息化能够扩展和延伸，使标准体系框架能够适应农业信息化的迅猛发展[13]。

3 农业信息化标准体系框架构建

3.1 农业信息化标准体系三维架构

标准化系统工程是系统工程方法在标准化实践中的具体应用[14]，以达到通过制定标准化体系来规范和约束某一活动行为的目的。标准化系统工程的模型是由霍尔的三维结构和标准化三维体系相结合并重构的产物。霍尔三维结构指的是时间维、逻辑维和知识维[15]，标准化三维体系采用了对象维、性质维和级别维[16]。标准化系统工程思想已经被广泛应用于不同领域标准体系的建设[17-19]。

该研究基于标准体系方法论模型，通过研究农业领域内信息化应用，提取农业信息化共性抽象特征，构建由层级属性维、农业属性维和信息化属性维组成的三维农业信息化系统架构(图1)。

图1 农业信息化标准体系三维架构

层级维包括从设备、农户到企业的各个层次及其协同关系；农业属性维根据农业全过程进行划分；信息化属性维中包括资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态[20]。农业信息化标准体系的三维系统架构分析，可以有效地界定农业信息化的边界及其内涵。

3.2 农业信息化标准体系结构

农业信息化标准体系结构包括基础性(A)、通用性(B)和专业性(C)3 个部分，图2 主要反映标准体系各部分间的逻辑关系及其支撑作用。其中，基础性标准位于农业信息化标准体系的最底层，是通用性标准和专业性标准的支撑。

图2 农业信息化标准体系结构

农业信息化标准体系三维结构的信息维度投影到农业属性维和层级维所组成的平面上，自上而下依次形成智能装备、智能生产、智能服务和智能赋能4 类关键技术标准，与基础性标准和专业性标准共同构成农业信息化标准体系结构。

3.3 农业信息化标准体系框架

农业信息化标准体系框架具体采用总体规划、分步实施的过程，将自顶向下与自底向上相结合[21]，有计划、有步骤地建立农业信息化标准体系框架。体系框架主要有基础性标准、通用性标准和专业性标准3 个部分(图3)。

图3 农业信息化标准体系框架

3.3.1 基础性标准。基础性标准是指在整个农业领域内作为其他标准的基础并普遍使用，具有广泛指导意义的标准，包括农业信息化名词术语、农业数据标准、农业标识标准、农业信息安全标准、领域农业体系标准和其他基础性标准6 类。

(1)农业信息化名词术语标准是对农业信息化领域的术语定义和名词解释的标准，是其他标准编制的基础。

(2)农业数据标准是用于描述和规范农业数据属性、范围及相关应用的标准。

(3)农业标识标准是指与农业领域内对象标识有关的标准，包括分类编码、码制、载体及编码解析等内容的相关标准。

(4)农业信息安全标准是维护信息的保密性、完整性和可用性所制定的标准，包括信息安全基础标准、信息安全管理标准、保密技术标准、安全测评标准、数据脱敏、安全软硬件设备和等级保护标准等。

(5)领域农业体系标准包括农业信息化细分领域标准体系。

(6)其他基础性标准包括农业领域内除上述基础性标准外的其他基础性的信息化标准，用于扩展。

3.3.2 通用性标准。通用性标准是支持专业标准制修订的共性标准，涉及农业生产、经营、管理和服务两个及以上领域，包括支撑平台标准、关键技术标准、检测试验方法标准、农业信息化产品标准和其他通用性标准5 类。

(1)支撑平台标准是保证农业信息化应用系统正常运行的各项硬件和软件标准规范，包括硬件设备标准、网络基础设施标准和集成应用支撑平台标准以及其他支撑平台标准。

硬件设备标准主要涉及各类信息化应用系统中各种信息识别、采集、传输与处理终端设备、硬件接口、信息存储介质及其他各类外设资源等的标准。网络基础设施标准是为各类信息化应用系统提供必要的网络基础设施，保障信息传输、交换和资源共享的相关标准。集成应用支撑平台标准是在网络基础设施层上，主要包括各类网络通信协议、数据存储和管理标准以及协议、信息检索和数据分析、逻辑数据库、物理数据库和组件管理等标准。其他的支撑平台标准包括除上述支撑平台标准外的其他相关支撑平台的标准。

(2)关键技术标准主要指在农业生产、经营、管理和服务两个及以上专业分类领域中涉及的关键信息技术标准。根据农业应用特点和需求进行适当扩展，关键技术标准如图4 所示，是农业信息化中通用技术标准规范集中的地方。

图4 关键技术标准

智能装备解决智能生产过程中智能装备之间，以及智能装备与物流系统、检测系统、农业应用系统之间数据共享和互联互通的问题，规定智能传感器、自动识别系统、农业机器人、农用无人机等智能装备的信息模型、数据字典、通信协议、开放接口、集成和互联互通、优化等技术要求。智能生产是指在相对可控的环境条件下实现集约高效可持续发展的现代化农业生产方式。智能服务主要用于实现产品与服务的融合、分散化制造资源的有机整合和各自核心竞争力的高度协同[22]，综合利用农业生产经营主体内部和外部的各类资源，提供各类规范、可靠的新型服务。智能赋能主要用于构建智能农业信息技术生态体系，提升农业领域的信息化和智能化水平。

(3)检测试验方法标准是以农业信息化产品性能与质量方面的检测、试验方法为标准化对象而制定的标准。

(4)农业信息化产品标准是指农业信息化相关产品(包括系统平台等虚拟产品和实体产品)的产品结构、规格和质量等标准。

(5)其他通用性标准包括除上述通用性标准外的其他通用标准。

3.3.3 专业性标准。专业性标准是指针对农业信息化在生产、经营、管理和服务等某一领域工作推进而制定的标准，包括农业生产信息化标准、农业经营信息化标准、农业管理信息化标准、农业服务信息化标准和其他专业性标准5 类。

(1)农业生产信息化标准是与农业生产信息化紧密相关的、服务指导农业生产过程及精准农业生产技术装备的信息化标准，包括农机装备信息化标准、种业信息化标准、设施农业信息化标准、种植业信息化标准、畜牧业信息化标准、渔业信息化标准以及其他农业生产信息化标准。

农机装备信息化标准是指综合运用机械电子、光学物理、传感控制、信息通讯等现代信息技术，使机器能高效、简便、安全、可靠地完成作业与管理任务过程中涉及的标准。

种业信息化标准包括种业信息采集、种质资源保存与创新、品种选育与筛选、种子储藏、新品种活力及其适应性评价、优良品种推广等环节的信息化标准。

设施农业信息化标准包括设施农业信息采集、工厂化育苗、作物信息感知、建模与仿真、温室环境监测与控制、测土配方、温室自动水肥农药监测与调配、病虫害预警防治、动物疫情预警诊断、精准饲喂、自动收获采摘等环节的信息化标准。

种植业信息化标准包括大田环境下的信息采集、农田管理、环境及作物长势监测、精准化育种育苗、测土配方、智能节水灌溉、化肥和有机肥精准施肥、土壤重金属检测、作物病虫害监测预警、农药精准喷洒、农机耕种及收获等环节的信息化标准。

畜牧业信息化标准是指现代信息技术渗透到畜牧生产的前瞻性预测、生产过程的数字化监管等各个环节所涉及的标准，包括信息采集、饲料原料营养成分、动物营养需要量、饲料兽药生产经营、动物生产过程监控、动物疫病诊断与防控、饲料精准投放、废弃物自动回收与处理、无害化处理、畜禽调运监管、产地检疫、屠宰检疫和动物疫情应急指挥、环境监测控制及畜禽养殖场管理等环节的信息化标准。

渔业信息化标准是指将现代信息技术应用于捕捞、养殖过程中涉及的标准，包括渔业信息采集、水质监测预警、养殖场管理、精准饲喂、疾病诊断防控、废弃物自动回收、水产数据采集与分析、水产信息系统建设要求、水产自动捕捞数字化装备技术、船舶动态监管、捕捞作业管理、船舶自动导航和渔船管理等环节的信息化标准。

其他农业生产信息化标准包括除上述农业生产信息化标准外的其他农业生产信息化的专用标准，如农业生产过程中农业生产资料、生产环境相关信息化标准，种养结合等相关信息化标准等。

(2)农业经营信息化标准包括农产品加工流通信息化标准、农产品市场信息化标准、农业电子商务标准、农产品质量安全追溯标准和其他农业经营信息化标准。

农产品加工流通信息化标准是指将信息技术应用于农产品产后加工和物流过程中涉及的标准，包括农产品信息采集、农产品分级及认证、农产品包装和处理、保鲜和储藏、农产品产地认证、农产品产地准出检测、农产品运输跟踪、农产品物流信息系统建设、农产品物流信息交换、农产品仓储管理以及农业物流管理决策、农产品物流数据统计和分析等环节的信息化标准。

农产品市场信息化标准指利用信息技术辅助农产品市场经营和销售等相关活动所涉及的标准，包括农产品品质合格、农产品市场准入、农产品品牌信息、农产品市场信息采集与处理、农产品市场信息发布与管理、农产品市场波动预测、农业期货市场等过程的信息化标准。

农业电子商务标准是将互联网、计算机、多媒体、信息传输等现代信息技术应用在农产品生产、初级加工、经营销售及运输过程中[5]，实现电子商务全方位服务应用所涉及的标准，包括农产品电子商务、农资电子商务、景观休闲电子商务中的电子商务平台建设与管理、农资农产品上线及网络营销、电子交易等环节的信息化标准。

农产品质量安全追溯标准是将信息技术应用于农产品质量安全追溯领域，实现农产品全品类的生产、加工、储运及流通全过程追溯技术的标准，包括农产品质量安全追溯平台建设、可追溯信息的采集交换和编码、农产品质量追溯信息发布、各类农产品追溯系统操作等环节的信息化标准。

其他农业经营信息化标准包括除上述农业经营信息化标准外的其他农业经营信息化的专用标准。

(3)农业管理信息化标准包括农业电子政务标准、新型农业经营主体管理信息化标准、农业科研管理信息化标准、农业风险管理信息化标准和其他农业管理信息化标准。

农业电子政务标准是指利用计算机和网络技术在网上实现农业系统内部与外部管理及服务职能的办公方式所涉及的标准，包括农业电子政务基础设施、农业电子政务安全实施及信息交换、农业电子数据共享、分析、处理等环节的信息化标准。

新型农业经营主体管理信息化标准是指应用现代信息技术对涉农企业、农民合作社等新型农业经营主体进行管理的相关标准，实现各类信息资源优化配置和共享，包括新型农业经营主体管理活动中所涉及的经营管理、运行管理、设计开发与创新管理、质量管理、设备与基础设施管理、人力资源管理、安全管理、职业健康管理、环境管理、信息管理等环节的信息化标准。

农业科研管理信息化标准是指将信息技术应用于农业科研全过程以及农业科研成果转化的过程所涉及的标准，包括农业新技术、新成果信息收集、发布管理、农业专家咨询系统构建、农业科研管理信息化、农业标准数据库建设、农业标准查询和平台发布等环节的信息化标准。

农业风险管理信息化标准是指运用信息技术对自然风险(诸如气象灾害、病虫害和草害等)、经济风险(诸如农业投资、市场环境和经济环境等)和社会风险(诸如主体经营行为、农业政策波动、农业舆情、科技副作用及其局限性等)等农业风险进行识别、评估、预警和管理(风险规避、风险转移和风险应对)涉及的信息化标准。

其他农业管理信息化标准包括除上述农业管理信息化标准外的其他农业管理信息化的专用标准。

(4)农业服务信息化标准是指在农业服务活动中应用现代信息技术所涉及的标准，包括农业知识服务信息化标准、农业政策法规服务信息化标准、农业金融保险服务信息化标准和其他农业服务信息化标准。

农业知识服务信息化标准是指将现代信息技术应用于农业知识服务中涉及的标准，包括涉农人员的教育培训、农业技术推广、远程病害诊断、动植物疫病防控知识宣传与教育等信息化标准。

农业政策法规服务信息化标准是指将现代信息技术应用于农业政策法规中涉及的标准，包括种粮直补、农资综合补贴、良种补贴、农机购置补贴、农产品目标价格等惠农政策宣传与管理的信息化标准。

农业金融保险服务信息化标准是指将现代信息技术应用于农业金融和农业保险中涉及的标准，包括集体林权抵押贷款、大型农机具抵押贷款、“信贷＋保险”产品、中小企业集合票据、涉农企业直接债务融资工具等经济活动中涉及的信息化标准，还包括对遭受自然灾害、意外事故、疫病等事故所造成的经济损失提供保障的保险活动中涉及的信息化标准。

其他农业服务信息化标准是指除上述农业服务信息化标准外的其他服务信息化相关标准，包括土地流转等相关信息化标准。

4 农业信息化标准体系表标准标引方法

农业信息化标准标引方法即是标准在标准体系表中的编码方式，常见的编码方式有顺序码、无序码、层次码、组合码和复合码等。农业信息化标准体系的标准标引方式选用复合码，由标准分类号和标准顺序号组成。分类号表明标准在农业信息化标准体系框架中的位置，第一层、第二层分别采用一位大写英文字母编号，如A 表示基础性标准，AA 表示农业信息化名词术语，第三层采用一位小写字母编号，标准顺序号由阿拉伯数字表示(图5)。

图5 标准标引方法

5 结语

该文在分析当前现有的农业信息化标准体系的基础上，明确了农业信息化标准体系的内涵、构建原则和研究方法，并借鉴已有的标准体系，结合标准化系统工程模型，提出了基于霍尔三维结构的农业信息化标准体系架构，包括层级属性维、农业属性维和信息化属性维，进而提出农业信息化标准体系框架，为农业信息化标准体系的建设提供了理论依据，对推进农业信息化建设的标准化和规范化有重大意义。