基于遙感和地理信息技術(shù)的蝗蟲災(zāi)害防治

文|廖永生 航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司

一、背景

從2019年底，東非地區(qū)開始出現(xiàn)蝗災(zāi)并逐漸蔓延到西亞和南亞等地，因本次蝗災(zāi)規(guī)模大、破壞性強(qiáng)，受到國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注。蝗災(zāi)的爆發(fā)使非洲及亞洲部分地區(qū)受災(zāi)嚴(yán)重，導(dǎo)致大面積農(nóng)作物減產(chǎn)，也給林業(yè)和草原自然資源造成嚴(yán)重?fù)p害。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，截至2020年1月30日，蝗蟲災(zāi)害已經(jīng)導(dǎo)致1190萬人受災(zāi)。其中，東非肯尼亞、索馬里和埃塞俄比亞直接宣布農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全停止，數(shù)百萬人生命受到前所未有的威脅。雖然目前蝗災(zāi)得到了控制，但根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織判斷，蝗災(zāi)的擴(kuò)大趨勢(shì)可能會(huì)延續(xù)到6月，蝗群規(guī)模甚至有可能增長(zhǎng)至目前的500倍。

對(duì)于我國(guó)民眾來說，最關(guān)心的是這些蝗蟲是否會(huì)進(jìn)入我國(guó)境內(nèi)以及其可能造成的影響。雖然農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的專家表示，造成本次蝗災(zāi)的沙漠蝗蟲遷飛入侵我國(guó)的幾率很小，且歷史上也很少有該類蝗蟲進(jìn)入我國(guó)的記錄。但是，我國(guó)必須防患于未然，建立有效的蝗災(zāi)防治體系，嚴(yán)防境外沙漠蝗遷入危害，保證我國(guó)糧食生產(chǎn)安全。同時(shí)，我國(guó)防治蝗災(zāi)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)也可以為其他國(guó)家防蝗治蝗提供幫助。本文探討了基于PIE軟件的遙感和地理信息技術(shù)在蝗蟲災(zāi)害防治中的應(yīng)用。

二、遙感和地理信息技術(shù)在蝗蟲災(zāi)害防治領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來，我國(guó)蝗蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治能力不斷提升，已建立起比較完整的蝗蟲防治機(jī)制。例如，各地建立了蝗蟲監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成了蝗災(zāi)預(yù)警制度和應(yīng)急預(yù)案，還有一些地區(qū)建立了基于GIS的蝗蟲監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)。針對(duì)本次沙漠蝗蟲災(zāi)害，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、海關(guān)總署、國(guó)家林草局制定發(fā)布了《沙漠蝗及國(guó)內(nèi)蝗蟲監(jiān)測(cè)防控預(yù)案》，并沿中印、中巴、中緬邊境線，設(shè)置了29個(gè)沙漠蝗蟲監(jiān)測(cè)點(diǎn)，提高應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力。除此之外，中國(guó)農(nóng)業(yè)、林業(yè)和氣象等部門，都在研究將遙感地理信息等新技術(shù)應(yīng)用于蝗災(zāi)監(jiān)測(cè)和防治工作。遙感和地理信息技術(shù)應(yīng)用于蝗災(zāi)防治，有助于不斷完善系統(tǒng)，提高蝗災(zāi)防治水平。

20世紀(jì)80年代，遙感領(lǐng)域科學(xué)家提出使用衛(wèi)星遙感以及地理信息技術(shù)應(yīng)對(duì)蝗災(zāi)，最主要的內(nèi)容是評(píng)估蝗災(zāi)造成的損失和分析蝗蟲飛行路徑。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)限制，遙感衛(wèi)星數(shù)量極少，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)不足以實(shí)現(xiàn)對(duì)蝗災(zāi)過后損失的有效評(píng)估，地理信息技術(shù)和平臺(tái)也尚未普及，這種方法無法得到有效應(yīng)用和推廣。

隨著我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)量增多，遙感數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量不斷增加，地理信息技術(shù)不斷進(jìn)步，利用衛(wèi)星遙感和地理信息技術(shù)監(jiān)測(cè)與治理蝗災(zāi)成為現(xiàn)實(shí)。基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的蝗蟲災(zāi)害防治有多種應(yīng)用模式，例如，利用衛(wèi)星影像和地理信息系統(tǒng)建立蝗蟲飛行軌跡、損害區(qū)域等信息展示平臺(tái)，并作為預(yù)警救災(zāi)管理系統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)組成部分，可快速、直觀地瀏覽蝗災(zāi)的各種信息。除作為基礎(chǔ)顯示地圖外，遙感和地理信息技術(shù)還可以在蝗災(zāi)防治領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

1.蝗蟲習(xí)性分析

只有掌握蝗蟲習(xí)性才能采取有效可靠的滅蝗措施。不同種類蝗蟲的生活習(xí)性有較大差別，傳統(tǒng)生物學(xué)方法是采用單體蝗蟲的習(xí)性，比較難獲取群體蝗蟲的習(xí)性。利用衛(wèi)星遙感影像記錄的蝗蟲飛行軌跡和植被破壞情況，結(jié)合各類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及地表覆蓋數(shù)據(jù)（如地表溫度和濕度、植被類型、土壤類型等），分析蝗蟲的基本習(xí)性（如喜厭的植物種類、產(chǎn)卵以及生長(zhǎng)環(huán)境等），從而確定蝗蟲種類并采取有效的滅蝗措施。

2.蝗蟲飛行遷徙路線分析

蝗蟲飛行遷徙路線受到地形地貌的限制和植物的趨避誘導(dǎo)。基于蝗蟲習(xí)性，建立數(shù)字高程模型（DEM），并結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取的植被分布及長(zhǎng)勢(shì)等情況，綜合分析蝗蟲飛行遷徙路線，從而選擇最佳位置開展滅蝗。圖1是利用數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)建立的本次沙漠蝗蟲飛行路線分析預(yù)測(cè)成果，如果2020年6月蝗蟲災(zāi)害蔓延到印度東南部，則有可能通過雅魯藏布江大峽谷進(jìn)入中國(guó)境內(nèi)。

圖1 基于喜馬拉雅山數(shù)字高程模型建立的沙漠蝗蟲遷徙路線分析預(yù)測(cè)

3.蝗災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)分析

蝗災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)分析是災(zāi)后重建工作的重要前提和基礎(chǔ)。由于蝗災(zāi)影響面積非常大，傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查方法工作量大、準(zhǔn)確度低。利用衛(wèi)星遙感影像，通過對(duì)遭受蝗蟲災(zāi)害地區(qū)的衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行對(duì)比分析，可以有效分析出蝗災(zāi)導(dǎo)致的農(nóng)作物、草原和森林等植被的損害量，從而確定相應(yīng)的保險(xiǎn)賠償和災(zāi)害補(bǔ)償額等。圖2是基于高分六號(hào)衛(wèi)星遙感影像對(duì)巴基斯坦信德省蝗災(zāi)后植被受損情況的分析。

圖2 巴基斯坦信德省2020年2月蝗災(zāi)后植被受損情況分布圖

4.滅蝗方案設(shè)計(jì)

通過衛(wèi)星遙感影像獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合蝗蟲的習(xí)性特點(diǎn)，可確定蝗蟲數(shù)量、可能飛行路線、到達(dá)某個(gè)地區(qū)時(shí)間以及可能的產(chǎn)卵地等，設(shè)計(jì)最佳滅蝗方案。

當(dāng)然，遙感和地理信息技術(shù)應(yīng)用于滅蝗，需要結(jié)合原有蝗蟲研究積累、滅蝗技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，才能取得最好的滅蝗效果。可以預(yù)見，衛(wèi)星遙感和地理信息技術(shù)的結(jié)合，將成為未來蝗災(zāi)治理體系一個(gè)重要組成部分。

三、關(guān)于建立蝗蟲災(zāi)害預(yù)警防治系統(tǒng)的思考

遙感和地理信息技術(shù)應(yīng)用于滅蝗，需要跨學(xué)科和融合多種資源，包括遙感地理信息、昆蟲、農(nóng)林以及自然資源等。目前，我國(guó)已經(jīng)擁有多顆遙感衛(wèi)星，每天都能獲取海量的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，同時(shí)擁有國(guó)情普查、國(guó)土調(diào)查、農(nóng)業(yè)調(diào)查以及林業(yè)調(diào)查等豐富的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都可以為蝗蟲災(zāi)害預(yù)警防治系統(tǒng)提供有效支持。

從遙感數(shù)據(jù)解譯成為各種專業(yè)數(shù)據(jù)并結(jié)合地理信息實(shí)現(xiàn)信息服務(wù)，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)解譯、數(shù)據(jù)集成分析等一系列過程。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)解譯和數(shù)據(jù)集成分析的水平越來越高，未來對(duì)蝗蟲災(zāi)害的預(yù)警和防治將越來越準(zhǔn)確。通過集成大數(shù)據(jù)、人工智能和地理信息服務(wù)功能，快速建立蝗蟲災(zāi)害預(yù)警防治系統(tǒng)，有助于農(nóng)業(yè)、災(zāi)害和自然資源管理等部門及時(shí)、有效地對(duì)蝗蟲災(zāi)害進(jìn)行防治。

四、結(jié)語(yǔ)

本次席卷東非、西亞和南亞的蝗災(zāi)雖然未對(duì)我國(guó)造成嚴(yán)重影響，但是也要看到蝗災(zāi)的巨大破壞作用，積極采取措施應(yīng)對(duì)可能再次到來的蝗災(zāi)。我國(guó)是一個(gè)蝗災(zāi)多發(fā)的國(guó)家，治蝗問題備受關(guān)注。如何通過遙感和地理信息技術(shù)更好地開展蝗蟲災(zāi)害預(yù)警、防治、減災(zāi)救災(zāi)以及災(zāi)后重建工作，是技術(shù)人員和各單位需要面對(duì)的問題。只有開發(fā)先進(jìn)有效的技術(shù)和服務(wù)平臺(tái)，幫助各災(zāi)害處置單位快速、高效地獲取遙感地理信息，才能最大程度減少蝗蟲災(zāi)害造成的損失，保障國(guó)家糧食安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和生態(tài)安全。