定义互操作性：构建跨领域数据无缝交换的通用标准

《Journal of ICT Standardization》：Defining Interoperability: A Universal Standard

本文针对当前互操作性定义碎片化严重、阻碍跨领域协作的问题，提出了一种新颖的、涵盖技术、语义、句法、法律及组织等多维度的通用互操作性定义。该研究通过文献分析系统梳理了互操作性的历史演变，并对提出的定义进行了灵活性、清晰度、可衡量性等关键标准评估。研究结果为解决医疗健康（e-health）、物流、IT等领域的系统互通难题提供了统一框架，对推动全球协作与技术创新具有重要意义。

　　

在当今这个数据驱动的时代，从医疗健康到物流运输，从信息技术到工业制造，不同系统、不同平台之间的顺畅“对话”与协作，即互操作性（Interoperability），已成为推动科技进步与社会发展的基石。然而，一个令人困扰的悖论是：尽管互操作性的重要性已成为共识，但关于“什么是互操作性”这个最基本的问题，却始终没有统一的答案。研究人员发现，不同领域竟然存在着超过117种不同的互操作性定义！这种“各自为政”的局面导致了严重的碎片化，使得跨领域、跨系统的协作困难重重，就像一群说着不同语言的人试图合作完成一项精密任务，效率低下且错误频发。

特别是在医疗健康领域，互操作性缺失的后果尤为严峻。试想一下，当一位患者在不同医院就诊时，其电子健康记录（EHR）可能因为系统间数据格式、语义理解的差异而无法完整共享，导致医生无法获得全面的病史信息，进而影响诊断的准确性和治疗的有效性。这种信息孤岛现象不仅降低了医疗服务的效率，更直接关系到患者的生命安全。因此，迫切需要一种能够被广泛接受、适用于不同场景的通用互操作性定义，来为混乱的局面建立秩序，为未来的无缝协作铺平道路。

正是为了应对这一挑战，发表在《Journal of ICT Standardization》上的这篇论文《Defining Interoperability: A Universal Standard》应运而生。比利时鲁汶大学的Giada Lalli博士及其团队致力于为“互操作性”建立一个坚实、统一的定义框架。研究团队系统追溯了互操作性概念自1977年美国国防部（DoD）首次明确定义以来，历经IEEE（电气与电子工程师学会）等标准组织的发展，直至当前涵盖语义、句法、法律等多维度的演变历程。通过深入的文献计量分析，他们识别出现有定义的巨大异质性和关键缺口——在已识别的36种互操作性类型中，仅有8种拥有稳定且被广泛接受的定义，其余则处于模糊或 evolving 状态。在此基础上，研究提出了一个包含简洁定义和扩展定义的双重命题。简洁定义（Proposition 1）将互操作性概括为“不同系统、单元或组件无缝交换信息、服务和数据，并有效利用所交换内容的能力”。扩展定义（Proposition 2）则详细阐述了技术、语用（Pragmatic）、语义（Semantic）、句法（Syntactic）、法律（Legal）、组织（Organisational）、操作（Operational）、企业（Enterprise）、建构性（Constructive）、程序性（Programmatic）、电子（Electronic）以及数据（Data）共十二个维度的具体内涵。这个新定义旨在解决现有定义在灵活性、清晰度、可衡量性、可扩展性以及通用语言和标准方面的不足。

为开展此项研究，作者主要运用了以下几种关键方法：

1. 1.
   文献计量分析（Bibliometric Analysis）： 对大量已有文献进行系统性检索、筛选和分析，以识别和评估不同领域中对互操作性的定义，揭示其异质性和演变规律。
2. 2.
   定义合成与分类法构建： 基于定义的成熟度和稳定性，对现有定义进行分类处理：直接采纳稳定维度的定义（如技术、语义互操作性）；综合调和仍在发展中的定义（如操作、企业互操作性）；为新兴或定义不清的类型（如建构性、程序性互操作性）提出新定义。
3. 3.
   标准评估框架： 建立了一个包含五项关键标准（灵活性、清晰性与简洁性、可衡量性、可扩展性、语言与标准）的评估框架，用以系统比较和评估所选的代表性互操作性定义，包括本文提出的新定义。
4. 4.
   案例研究（Case Study）： 选择电子健康（e-health）领域作为具体应用场景，深入分析互操作性定义在该领域的实际挑战和应用潜力，以验证所提定义的实用价值。研究中涉及的医疗数据标准（如HL7, DICOM）和医疗信息系统属于背景知识引用，非本研究实验样本。

研究结果

1. 互操作性定义的历史演变

研究通过回顾互操作性的历史，揭示了其从军事领域起源（DoD，1977年强调系统、单元或部队间服务交换与有效协作）到逐步扩展到技术、电子、企业应用等领域的历程。IEEE在1990年代的贡献突出了在异构环境中信息交换和标准的重要性。进入21世纪，互操作性的概念进一步丰富，涵盖了语义、结构、句法等层面，以应对日益复杂的信息系统需求，例如欧洲互操作性框架（EIF）强调数据、业务流程和组织间的无缝交互。分析表明，尽管不同定义在具体侧重点上存在差异（如DoD侧重作战与后勤，IEEE强调技术标准和异构环境），但都共同关注信息交换与利用、技术兼容性以及标准的作用。这种演变也反映了实现真正互操作性所面临的持续挑战，特别是在医疗健康等复杂领域，定义和标准的激增导致了实施中的不一致和差距。

2. 提出的新定义

本研究的核心成果是提出了一个全新的、综合性的互操作性定义体系，由两个命题构成：

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  命题1（简洁定义）： 将互操作性定义为“不同系统、单元或组件无缝交换信息、服务和数据，并有效利用所交换内容的能力”。这一定义简洁明了，抓住了互操作性的核心本质。
• •
  命题2（扩展定义）： 详细阐述了互操作性的十二个维度，为理解和实现互操作性提供了全面的框架。例如，技术互操作性关注系统和网络间的通信能力；语义互操作性确保交换信息的意义被一致理解；法律互操作性解决不同法律框架下的协作问题；数据互操作性强调数据的无缝交换、解释和集成。该定义澄清了以往容易混淆的概念，如明确区分了语义互操作性（共享意义）和句法互操作性（数据结构格式）。此外，它还理顺了组织、操作和企业互操作性之间的关系，指出企业内部互操作性是实现与外部组织（组织互操作性）和服务提供者（操作互操作性）有效交互的基础。

3. 互操作性定义的评价

研究建立了一个包含五项关键标准的评估框架（灵活性、清晰性与简洁性、可衡量性、可扩展性、语言与标准），并对包括本文新定义在内的多个代表性定义进行了评价。结果表明，早期的DoD定义虽然清晰、可衡量并使用通用语言，但在灵活性上可能受限；一些后来的定义（如Asuncion和van Sinderen提出的语用互操作性定义）虽灵活且可衡量，但缺乏可扩展性；而欧盟NIFO关于法律互操作性的定义虽灵活且可扩展，但清晰度不足。相比之下，本研究提出的新定义在所有五项评价标准上均表现良好，表明其具备作为通用定义的潜力，能够适应不同领域、不同规模的应用需求，并为评估互操作性努力提供了可衡量的基础（例如通过响应时间、数据准确性、错误率等指标）。

4. 案例研究：医疗健康领域的互操作性

研究以医疗健康领域为例，生动展示了互操作性定义不统一所带来的实际问题。医疗生态系统涉及医生、护士、药师等多种专业人员以及众多异构的计算系统和专业领域，产生和处理着临床记录、实验室结果等多样化数据。缺乏标准化的数据交换定义和协议导致了严重的互操作性问题。例如，电子健康记录（EHR）中对“病历”定义的不一致可能导致数据交换碎片化，进而引发不完整的病史、诊断错误、用药事故、不一致的治疗方案以及碎片化的护理协调，最终损害护理质量。尽管存在HL7、DICOM、SNOMED CT等标准，但底层定义的碎片化问题仍未根本解决。应用本研究提出的新定义，可以为实现医疗健康领域的互操作性提供一个清晰的框架：通过促进语义对齐和标准整合，有助于实现电子健康记录（EHR）的互操作性；支持以患者为中心的数据共享模式（如基于区块链的系统）；并赋能联邦式医疗健康模型，在保障隐私的前提下实现实时数据访问。

结论与意义

这项研究论证了一个单一的、被普遍接受的互操作性定义对于统一不同领域的努力、改善医疗健康等关键领域成果的至关重要性。研究所提出的通用定义成功地将互操作性的多个维度整合到一个连贯的框架中，该框架既具备核心的简洁性，又具有扩展的灵活性，能够适应各种背景和新兴挑战。通过满足灵活性、清晰度、可衡量性、可扩展性以及建立通用语言和标准等关键标准，该定义为减少低效、促进全球创新和协作提供了一条清晰的路径。

在讨论中，作者也指出了该定义的未来发展方向，例如可以考虑纳入社会互操作性（Social Interoperability）和伦理互操作性（Ethical Interoperability）等维度，以更好地应对数据使用中的伦理规范、公平性以及社会价值观对齐等问题。该定义的实践应用需要采纳相关标准（如HL7, SNOMED CT）、集成先进技术框架（如联邦架构、区块链）、促进利益相关者之间的协作以及加强培训教育。

总之，这项研究通过提供一个坚实、全面且适应性强的互操作性定义，为未来的研究、标准化和实践奠定了重要的基础。随着该定义的逐步采纳和完善，它有望在从医疗健康到物流、从信息技术到工业互联网的广泛领域内，真正打破信息孤岛，开启无缝协作的新时代，最终造福社会与人类福祉。