李順求 王淵潔,3 王 秉,3

(1. 中南大學資源與安全工程學院 長沙 410083;2. 中南大學安全理論創(chuàng)新與促進研究中心 長沙 410083;3.中南大學安全科學與應急管理研究中心 長沙 410083)

0 引 言

一般而言，生物安全事件涉及突發(fā)新發(fā)傳染病(如新型肺炎疫情)、生物入侵、農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物、農(nóng)用化學品、新型生物技術、實驗室生物泄露、生物恐怖襲擊和生物武器威脅事件等[1]。隨著生物科技的迅速發(fā)展和全球化進程的加快，各種生物安全事件層出不窮，生物安全問題已成為全世界與全人類所面臨的重大威脅之一[2]。正因如此，從維護國家長治久安的高度，我國將生物安全納入國家安全體系，以期提高國家生物安全治理能力[3]。從安全科學(包括安全情報學)視角來看，生物安全是自然科學與社會科學的交叉內(nèi)容，生物安全治理離不開生物安全情報的支撐[4]。加之人類已步入大數(shù)據(jù)時代，生物安全數(shù)據(jù)正在海量遞增。生物安全大數(shù)據(jù)作為獲取生物安全情報的寶貴資源，對國家生物安全治理具有深遠影響[5]。劉光宇等[6]認為，我國應圍繞生物安全治理的情報需求，在情報工作中引入大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等前沿新興技術的集成應用，加強生物安全數(shù)據(jù)庫等關鍵領域和生物監(jiān)測等核心技術的研發(fā)。在生物安全大數(shù)據(jù)中，海量的生物安全數(shù)據(jù)龐博繁雜，有價值的生物安全情報常常被埋沒在無用的生物安全數(shù)據(jù)中。因此，大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報應重點關注“如何將生物安全數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生物安全信息，進而最終轉(zhuǎn)化為生物安全情報”。遺憾的是，在實際生物安全治理中，生物安全情報的綜合集成是一項繁雜重復的任務，安全情報人員很難高效地將生物安全數(shù)據(jù)分辨、提取并轉(zhuǎn)化為生物安全情報，承擔繁重具體事務的部門也缺乏得心應手的信息化工具，往往會出現(xiàn)人力不足與大量事務依賴人力的問題，相關決策者也缺少一個能夠綜合各種專家意見并獲取生物安全情報的平臺。因此，大數(shù)據(jù)背景下的生物安全情報系統(tǒng)建設研究意義重大。

目前，在情報系統(tǒng)研究方面，尚未有專門針對生物安全情報系統(tǒng)的研究，研究主要集中在公安情報系統(tǒng)與競爭情報系統(tǒng)研究方面。例如，種輝新等[7]提出城市競爭情報系統(tǒng)建設的基本要求，倡導應將云計算的技術與理念引入城市競爭情報系統(tǒng)的設計和運營；林挺[8]基于數(shù)據(jù)挖掘技術設計公安情報系統(tǒng)；史新[9]面向汽車制造企業(yè)戰(zhàn)略管理設計企業(yè)競爭情報系統(tǒng)模型。同時，目前尚未有關于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的情報系統(tǒng)方面的研究。因此，在當今大數(shù)據(jù)時代，亟需在情報系統(tǒng)設計與研究的一定基礎上開展大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)建設研究。鑒于此，本文從理論層面出發(fā)，借鑒已有的相關情報系統(tǒng)(如公安情報系統(tǒng))研究成果，面向生物安全治理，構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)模型框架，以期為搭建生物安全情報系統(tǒng)提供一定的理論依據(jù)與方法指導，進而推進大數(shù)據(jù)環(huán)境下情報主導的生物安全治理工作，提升國家生物安全治理的能力與水平。同時，本文研究對其他領域的大數(shù)據(jù)驅(qū)動的情報系統(tǒng)建設也有一定借鑒意義。

1 相關基本概念

1.1生物安全大數(shù)據(jù)生物安全大數(shù)據(jù)是指與生物安全相關的所有數(shù)據(jù)，具有大數(shù)據(jù)的一般特征[10]。工作人員可通過相關工具和技術收集、分析和整合生物安全大數(shù)據(jù)，對生物安全狀態(tài)進行科學描述。如圖1所示，生物安全大數(shù)據(jù)來源一般包括：各類生物實驗室、生物安全檢測技術、動植物疫情、國家生物資源、生物武器與恐怖襲擊、人類遺傳基因、農(nóng)業(yè)生物安全事件、生物性公共衛(wèi)生安全事件、生物安全法律法規(guī)和生物安全研究成果等。生物安全大數(shù)據(jù)主要涉及生態(tài)類生物安全數(shù)據(jù)、資源類生物安全數(shù)據(jù)、科技類生物安全數(shù)據(jù)、軍事類生物安全數(shù)據(jù)、信息類生物安全數(shù)據(jù)、經(jīng)濟類生物安全數(shù)據(jù)、社會類生物安全數(shù)據(jù)與其他生物安全數(shù)據(jù)等[4]。

圖1 生物安全大數(shù)據(jù)及其來源

1.2生物安全情報系統(tǒng)生物安全情報是指在大量生物安全信息(包括生物安全大數(shù)據(jù))中經(jīng)分析和提煉出的直接面向和服務于生物安全治理的一切生物安全信息，對生物安全治理具有重要價值和影響作用[4]。生物安全情報系統(tǒng)可將分散的生物安全大數(shù)據(jù)進行充分整合，生產(chǎn)出成熟的生物安全情報并投入應用，以此滿足安全情報部門在大量生物安全信息(包括生物安全大數(shù)據(jù))中進行精細化比對分析的需求，有助于決策者對生物安全局勢進行研判?？梢姡浔举|(zhì)是大數(shù)據(jù)驅(qū)動的一套安全情報分析系統(tǒng)。一般而言，生物安全情報系統(tǒng)需要滿足7個設計原則，分別為戰(zhàn)略性、安全保密、知識融合、穩(wěn)定可靠、貢獻量化、對象匹配和可升級改進，具體內(nèi)涵如表1所示。

表1 生物安全情報系統(tǒng)的設計原則及內(nèi)涵

2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)模型構(gòu)建框架

2.1大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)的特點生物安全情報系統(tǒng)的設計與研究應當緊跟科學技術發(fā)展的步伐，隨著大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)應作為生物安全情報系統(tǒng)的底層驅(qū)動力。本文結(jié)合前人研究[14-17]，總結(jié)出大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)的特點(尤其是數(shù)據(jù)層)如表2所示。

表2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)的特點

由表2可知，大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)具備以下特點：第一，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更加豐富和多樣化；第二，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理模式更加先進和全面；第三，系統(tǒng)的規(guī)模更加龐大，應用的領域更加廣泛，融合程度更高。

2.2大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)模型生物安全情報系統(tǒng)作為整個生物安全體系的重要組成，其構(gòu)建思路是以生物安全大數(shù)據(jù)為基礎，以生物安全情報生命周期為運行路線，以系統(tǒng)展現(xiàn)層、應用層與數(shù)據(jù)層3個層面為框架構(gòu)建而成。該系統(tǒng)主要目標是運用大數(shù)據(jù)挖掘技術與方法，使生物安全情報的獲取與應用更加智能化與精準化，使生物安全情報的業(yè)務流程更加順暢，進而使得生物安全決策及應急指揮更為有效?；谏鲜稣J識，構(gòu)建大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)

3 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)模型解析

3.1系統(tǒng)展現(xiàn)層展現(xiàn)層主要面向前臺用戶使用，在生物安全情報系統(tǒng)中作為“橋梁”連接各類用戶與系統(tǒng)中各類生物安全資源和應用功能。用戶通過“生物安全情報系統(tǒng)門戶”進入系統(tǒng)進行訪問操作。展現(xiàn)層可保障該人機交互界面(系統(tǒng)門戶)具有友好、美觀、方便快捷、便于操作和易于學習等特點，為用戶提供最高效的服務。如表3所示，展現(xiàn)層所面向的用戶種類包括生物安全情報搜集人員、生物安全情報分析人員、生物安全情報生產(chǎn)人員及生物安全情報應用人員，展現(xiàn)層可對不同的用戶提供對應的服務界面，完成相應的流程。

表3 展現(xiàn)層所面向的用戶種類及相應流程

3.2系統(tǒng)應用層應用層主要面向邏輯關系，是圍繞生物安全情報系統(tǒng)的應用功能來進行構(gòu)建的，主要以數(shù)據(jù)層為基礎，服務于展現(xiàn)層，是二者之間的一個過渡層級。應用層分為前臺交互模塊和后臺分析模塊兩部分(見圖2)，并分別完成各自不同的任務需求。前臺交互模塊應用主要包括“生物安全數(shù)據(jù)獲取模塊”“人工評估專家審核模塊”與“生物安全情報簽發(fā)模塊”；后臺交互模塊應用主要包括“生物安全數(shù)據(jù)處理模塊”“生物安全信息整合模塊”與“系統(tǒng)平臺內(nèi)部管理模塊”，兩個系統(tǒng)既相對獨立又密不可分，同時兼顧系統(tǒng)的高效實用性與安全科學性。應用模塊的具體功能如圖3所示。

圖3 生物安全情報系統(tǒng)應用模塊的具體功能

在圖3中，生物安全情報系統(tǒng)功能應用模塊主要由6個部分組成，每個模塊具體內(nèi)涵及功能如下所述：

a.生物安全數(shù)據(jù)獲取模塊。該模塊主要用于對各領域生物安全數(shù)據(jù)進行上傳(可通過其他平臺導入或人工錄入)，并對其進行分類統(tǒng)計。同時，可利用模塊內(nèi)置搜索引擎對生物安全歷史數(shù)據(jù)進行檢索，以便隨時查詢各類所需的生物安全數(shù)據(jù)。

b.生物安全數(shù)據(jù)處理模塊。該模塊是將從各生物機構(gòu)系統(tǒng)平臺、生物研究單位及其他途徑搜集的原始安全數(shù)據(jù)通過抽取和導入等方式完成數(shù)據(jù)清洗與轉(zhuǎn)化，使之成為符合生物安全情報分析需要的標準化數(shù)據(jù)[8]。此外，在得到標準化數(shù)據(jù)的同時，也可為建立數(shù)據(jù)倉庫提供重要基礎。

c.生物安全信息整合模塊。該模塊根據(jù)不同的應用需求選擇相應的算法，通過量化手段進行數(shù)據(jù)挖掘和安全模擬實驗，將各類生物安全信息的語義描述與數(shù)值演化模型等作為特征，融合安全知識獲得生物安全信息片段[18]，并對預處理完畢的標準化安全數(shù)據(jù)進行分析研判，給出量化結(jié)果的診斷與描述，形成定量生物安全信息。

d.人工評估專家審核模塊。該模塊主要是生物安全專家對定量生物安全信息進行評估審核，最終通過審核的內(nèi)容(即生成的生物安全情報產(chǎn)品)可進行下一步簽發(fā)工作，等待生物安全情報責任人對生物安全情報進行認領。若審核沒有通過，則該分析結(jié)果將會被退回上一步的生物安全信息整合模塊，進行重新修改驗證，反復多次，直至通過評估審核。

e.生物安全情報簽發(fā)模塊。安全情報責任人通過該模塊完成對生物安全情報的審核確認工作，確認審核無誤后，將該生物安全情報產(chǎn)品認領。此后，生物安全情報產(chǎn)品將被給呈遞給相關安全決策者，安全決策者可根據(jù)生物安全情報產(chǎn)品中的建議做出決斷，進而指導生物安全治理的具體工作。

f.系統(tǒng)平臺內(nèi)部管理系統(tǒng)。此模塊主要由生物安全情報系統(tǒng)的技術人員進行管理維護。該模塊對系統(tǒng)用戶進行資料維護與權(quán)限管理等操作，具備接收情報效果反饋等功能，同時可對系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計查詢，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行情況的實時掌握，確保系統(tǒng)安全規(guī)范地運行和使用[8]。

3.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層面向數(shù)據(jù)支撐，生物安全數(shù)據(jù)在生物安全情報系統(tǒng)中主要用于為生物安全決策制定過程提供所有類型數(shù)據(jù)的支持。在生物安全數(shù)據(jù)積累過程中，由于生物世界與人類社會之間具有復合性與交織性的特點[19]，因此，從“場域安全”理論(場域安全是指與安全關聯(lián)，具有特定活動性質(zhì)且沒有危險或威脅的關系狀態(tài)[20])看，生物安全數(shù)據(jù)同樣需要根據(jù)不同場域類型存儲在相對應模塊中，便于進行下一步的數(shù)據(jù)處理工作。因此，在生物安全情報系統(tǒng)構(gòu)建中，后臺技術人員需根據(jù)實際情況設計不同生物安全數(shù)據(jù)存儲模型?；谏锇踩膱鲇蝾愋蛣澐諿19]，構(gòu)建“生物安全數(shù)據(jù)存儲模型”如圖4所示。

圖4 生物安全數(shù)據(jù)存儲模型

此外，數(shù)據(jù)層主要是由生物安全數(shù)據(jù)庫群、生物安全信息庫群和生物安全情報庫群組成，依據(jù)“數(shù)據(jù)—信息—情報”三角轉(zhuǎn)化模式[21]，可得到三者之間的關系：“情報=信息+人工加工[22-23]，信息=數(shù)據(jù)+技術加工[4]”。因此，數(shù)據(jù)層中包括以下兩個轉(zhuǎn)化過程：

a.生物安全數(shù)據(jù)到生物安全信息的轉(zhuǎn)化。生物安全大數(shù)據(jù)庫群主要來源于龐大的生物安全數(shù)據(jù)資源，如生物安全監(jiān)測數(shù)據(jù)、動植物疫情數(shù)據(jù)、國家生物資源數(shù)據(jù)、生物武器與恐襲數(shù)據(jù)、人類遺傳基因數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)生物安全數(shù)據(jù)、生物性公共衛(wèi)生安全數(shù)據(jù)、生物實驗室運行數(shù)據(jù)、生物安全法律法規(guī)和生物安全研究成果等。系統(tǒng)對上述各生物安全業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源進行搜集整合，之后再對其進行清洗變換，最終將其導入各生物安全信息庫群，完成由生物安全數(shù)據(jù)到生物安全信息的轉(zhuǎn)化。生物安全信息庫群主要包括量化生物信息庫、研判工具信息庫及專家意見信息庫等。量化生物信息庫是各安全部門對生物安全數(shù)據(jù)的量化信息整合，可提供生物安全信息的內(nèi)容共享；研判工具信息庫是生物信息研判所需的數(shù)學工具或物理模型，由安全技術信息整合而成；專家意見信息庫主要是社會各領域的專家學者對生物安全問題提出的各種建議、意見及經(jīng)驗性判斷等，對生物安全信息定量分析具有參考價值(見圖2)。生物安全信息庫群最終目的是為生物安全情報提供整合資源。

b.生物安全信息到生物安全情報的轉(zhuǎn)化。生物安全信息通過各領域生物安全專家評估審核并生成審核報告，最終轉(zhuǎn)化為成熟的生物安全情報，被儲存在對應的情報庫中，可隨時提取使用。生物安全情報庫群包括生態(tài)類生物安全情報庫、資源類生物安全情報庫、科技類生物安全情報庫、軍事類生物安全情報庫、信息類生物安全情報庫、經(jīng)濟類生物安全情報庫、社會類生物安全情報庫等。生態(tài)類生物安全情報庫包括外來物種情報、生物多樣性情報及動植物疫情情報等；資源類生物安全情報庫包括國家生物資源情報與人類遺傳資源情報等；科技類生物安全情報庫包括生物技術情報、生物實驗室情報與生物監(jiān)測網(wǎng)情報等；軍事類生物安全情報庫包括生物恐襲情報與生物武器情報等；信息類生物安全情報庫包括國家公民健康情報、人群異常疾病情報與聯(lián)網(wǎng)生物醫(yī)療設備情報等；經(jīng)濟類生物安全數(shù)據(jù)庫包括轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物情報與疫苗研發(fā)情報等；社會類生物安全情報庫包括生物性公共衛(wèi)生情報與生物性食品安全情報等(見圖2)。生物安全情報庫群的最終作用是為決策者提供生物安全的決策支持。

4 結(jié) 語

在大數(shù)據(jù)時代，運用大數(shù)據(jù)驅(qū)動來獲取生物安全情報是現(xiàn)代生物安全治理的重要內(nèi)容，生物安全情報系統(tǒng)是否完善決定了決策者能否獲得可靠、科學、及時且完備的生物安全情報。因此，本文從理論層面出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有生物安全情報理論基礎與大數(shù)據(jù)技術研究成果，提出大數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物安全情報系統(tǒng)模型的理論框架，是大數(shù)據(jù)在生物安全情報領域應用的一項重大嘗試，旨在填補當前安全情報部門在利用大數(shù)據(jù)驅(qū)動進行生物安全情報搜集、分析、生產(chǎn)與應用等方面中的不足與短板，為生物安全情報系統(tǒng)設計提供一個整體理論框架，同時也為今后大數(shù)據(jù)下情報主導的生物安全治理工作模式向更高層次邁進奠定一定的理論基礎。