遙感和地理信息技術(shù)在指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險中的應(yīng)用分析

楊健 張珣

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院遙感與數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，四川 成都 610066)

隨著我國近年來各類農(nóng)業(yè)遙感、農(nóng)業(yè)資源衛(wèi)星的密集升空，建立了國家級基本資源與環(huán)境遙感動態(tài)信息服務(wù)體系，地理信息產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)和共享機制的逐步建立，特別是農(nóng)村承包地確權(quán)頒證后，全國范圍內(nèi)具備了權(quán)屬到戶的耕地地塊級數(shù)字化地圖，為發(fā)展以遙感技術(shù)為核心、以地理信息系統(tǒng)為平臺、以全球定位系統(tǒng)為輔助的“天空地”一體化的農(nóng)業(yè)保險新模式提供了廣闊的應(yīng)用前景。銀保監(jiān)會數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國農(nóng)業(yè)保險保費規(guī)模為814.93億元，為全國1.89億戶次農(nóng)戶提供4.13萬億元的風(fēng)險保障，保費規(guī)模已經(jīng)超過了美國，成為全球最大的農(nóng)業(yè)保險市場，為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和鄉(xiāng)村振興提供了重要的金融保障。但是，我國農(nóng)業(yè)保險商業(yè)化程度不高，且隨著保險規(guī)模的擴大，成本效益、風(fēng)險管控、理賠的準(zhǔn)確性、時效性成為了保險理賠的制約因素。突出表現(xiàn)為信息不對稱、道德風(fēng)險和理賠效率等問題，嚴重制約了農(nóng)業(yè)保險經(jīng)濟補償、資金融通和社會管理職能的發(fā)揮[1]。為了促進農(nóng)業(yè)保險的發(fā)展,國家《關(guān)于加快農(nóng)業(yè)保險高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，要“穩(wěn)步推廣指數(shù)保險、區(qū)域產(chǎn)量保險、涉農(nóng)保險”，開展農(nóng)業(yè)保險創(chuàng)新研究和應(yīng)用。

1 農(nóng)業(yè)指數(shù)保險現(xiàn)狀

所謂農(nóng)業(yè)指數(shù)保險，就是將自然災(zāi)害或農(nóng)產(chǎn)品價格變動的風(fēng)險損害指數(shù)化，一旦實際風(fēng)險指數(shù)高于或低于預(yù)期設(shè)定指數(shù)，就觸發(fā)了保險賠付流程，投保農(nóng)戶就能獲得相應(yīng)的保險賠償。現(xiàn)在大部分指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險方案，是基于天氣指數(shù)、價格指數(shù)、生產(chǎn)指數(shù)作為賠償依據(jù)，不同指數(shù)保險類型的參考數(shù)據(jù)不同，保險風(fēng)險率也存在差異[2]。農(nóng)業(yè)指數(shù)保險理賠主要參照第三方客觀指標(biāo)，如國家政府對災(zāi)害的評估報告、權(quán)威部門發(fā)布的市場價格指數(shù)、氣象部門發(fā)布的降雨量或極溫天氣等指標(biāo)，見表1，不再單一依據(jù)投保農(nóng)戶生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)。這樣的理賠方式避免了偽造數(shù)據(jù)、騙保行為，既規(guī)范了農(nóng)業(yè)保險市場環(huán)境，又保護了保險公司的利益。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，如果發(fā)生指數(shù)保險內(nèi)的災(zāi)害風(fēng)險，且超過或低于設(shè)定閾值，農(nóng)戶就可以根據(jù)保險合同獲得相應(yīng)的理賠金額。

表1 我國氣象指數(shù)農(nóng)業(yè)保險研究和應(yīng)用

與傳統(tǒng)保險相比，指數(shù)保險在風(fēng)險控制和效率成本方面具有明顯的優(yōu)勢，特別是對一些受災(zāi)輕微，賠付額很小的被保險人。在偏僻的農(nóng)村，由于核保成本太高，保險公司不可能對所有的受災(zāi)地塊進行調(diào)查，只能對可疑的申索戶采取統(tǒng)計抽樣核查的方式；指數(shù)保險還有一個優(yōu)勢，由于其支付賠償?shù)囊罁?jù)是對指數(shù)的解讀，而不是個人損失或個人風(fēng)險狀況，因此其消除了許多欺詐、道德風(fēng)險和不利選擇，這些在基于索賠的保險中很常見；另外，農(nóng)業(yè)指數(shù)保險內(nèi)容和理賠標(biāo)準(zhǔn)簡單透明，其市場接受度強，易于推廣。然而，這類指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險缺陷也很顯著,其普遍缺乏地理相關(guān)性和個體損失相關(guān)性，因此其商業(yè)化程度不高。隨著天空地一體化遙感技術(shù)的發(fā)展，在指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險中引入遙感和地理信息技術(shù),可以極大地彌補這些不足。

2 遙感和地理信息技術(shù)增強了農(nóng)業(yè)保險中的地理相關(guān)性

大部分的農(nóng)業(yè)指數(shù)保險缺乏地理要素，只能對各類指數(shù)進行臺賬式管理和分析。而地理區(qū)域特征卻是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害的重要影響因素。高程、坡度、坡向決定了洪澇和干旱災(zāi)害的強弱，見表2，耕作區(qū)域離主要公路和村鎮(zhèn)的距離也直接影響到農(nóng)產(chǎn)品的價格成本。在很多地區(qū)，往往一座山、一道梁、一條河之隔農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)和氣候特征就截然不同。采用遙感和地理信息技術(shù)，可以方便將這些區(qū)域區(qū)分開來，使保險結(jié)果更精準(zhǔn)，同時也能防止逆向選擇。

采用遙感和地理信息技術(shù)，可將保險標(biāo)的空間信息化，建立承保標(biāo)的空間數(shù)據(jù)庫和管理信息系統(tǒng)，精確鎖定標(biāo)的位置和面積，有效地解決農(nóng)作物損失面積核不準(zhǔn)、損失程度認不清、現(xiàn)場查勘難度大等難題，提升了農(nóng)業(yè)保險風(fēng)險管控能力。真正做到“按圖承保”、“按圖理賠”和過程監(jiān)管。

在表2的案例中，無論是傳統(tǒng)的索賠型保險還是指數(shù)保險，遙感數(shù)據(jù)都在保險承保和賠付中起到了重要的作用。其主要表現(xiàn)在，遙感歷史影像數(shù)據(jù)是保險評估的基礎(chǔ)，只有具有長時序的歷史影像資料，才能建立最優(yōu)的保險模型；地理高程數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)保險，特別是洪災(zāi)保險關(guān)鍵參數(shù)，激光點云等遙感設(shè)備可以生成精確的地理高程；高分辨率的衛(wèi)星影像是保險賠付的重要依據(jù)，可以極大地提高效率，節(jié)約保險人的人力成本；遙感影像作物分類，可以精確識別目標(biāo)作物并統(tǒng)計受損面積。

表2 遙感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)保險的典型案例[7]

3 遙感信息技術(shù)可以縮減基差風(fēng)險的發(fā)生，提高指數(shù)型保險的個體相關(guān)性

基差風(fēng)險源于用于觸發(fā)賠付的指數(shù)與其預(yù)期承保的風(fēng)險不完全相關(guān)。主要體現(xiàn)在3個方面，保險合同設(shè)計不合理，保險人的受災(zāi)損失與保險指數(shù)相關(guān)性不強；產(chǎn)量(財產(chǎn))損失影響因素復(fù)雜，而保險模型僅承保了其中的個別指數(shù)；保險概率分布帶來的差異，個體家庭所面臨的風(fēng)險可能與總體所面臨的風(fēng)險不同，保險賠付時就會出現(xiàn)保險條件全部相同的一個村，個別家庭沒有受災(zāi)同樣得到了賠償，反之受災(zāi)了卻得不到賠償[8]。第1類問題可以通過采用更長時序的數(shù)據(jù)來進行匹配和建模加以解決。第2類問題需要添加或修改保險指數(shù)，如產(chǎn)量保險可以在日照指數(shù)下再添加關(guān)鍵生育期NDVI的時間積分等；干旱保險時不僅采用降雨量指數(shù)，還可以添加地表(植被)熱輻射狀態(tài)指數(shù)TCI)等。遙感和地理空間信息技術(shù)是解決第3類問題的有效手段。采用遙感和GIS技術(shù)、風(fēng)險因素分層區(qū)劃方法[9,10]，將影響保險標(biāo)的的主要地理要素、氣象要素、耕作制度等分層疊加，分層時以層內(nèi)方差最小、層間方差最大為原則。疊加后被保險區(qū)域劃分為不同的亞區(qū)，每個亞區(qū)內(nèi)各種要素相對均一，配合像元級的遙感指數(shù)，能夠較好地抑制由于內(nèi)部方差過大帶來的基差風(fēng)險。利用層次分析法確定各風(fēng)險區(qū)劃因子的權(quán)重系數(shù)，進而采用農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險評估模型計算各亞區(qū)象元的農(nóng)業(yè)風(fēng)險指數(shù)，其值越大，表示農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險程度越大[11]。由于通過地理、氣候分層，把決定承保風(fēng)險的協(xié)變量分級劃分出來，配合大比例尺的承保經(jīng)營權(quán)底圖，保險公司就可以按照風(fēng)險等級簽訂不同的保險賠付合同。

對于復(fù)雜的地理環(huán)境和氣象環(huán)境，只有引入遙感空間信息技術(shù)，指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險模式才會具有更大的應(yīng)用空間。

4 指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險中遙感技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)

4.1 遙感數(shù)據(jù)確保了保險指數(shù)的公平性和客觀性

在指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險發(fā)展的過程中,遙感技術(shù)為其提供了有效的解決途徑。在收集數(shù)據(jù)時,衛(wèi)星傳感器可以根據(jù)不同的空間分辨率收集與農(nóng)作物相關(guān)的各類數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)相比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)，具有成本效益高的特點。由此設(shè)計的指數(shù)很容易被客觀量化、可公開驗證、且不可能被保險人和被保險人操縱，具有較高的公平性和真實性。

4.2 遙感技術(shù)提供了長期穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流

地球觀測衛(wèi)星可以提供連續(xù)的數(shù)據(jù)信息流,這是保險設(shè)計的基礎(chǔ)。針對傳感器設(shè)定圖像預(yù)處理程序,從而確保遙感數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、長期性。遙感衛(wèi)星記錄了氣象條件、作物生長及其環(huán)境的變化數(shù)據(jù),隨著數(shù)據(jù)量的增加,遙感技術(shù)在指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險中的價值日益彰顯。AVHRR傳感器從1979—2010年連續(xù)運行了30a有余，Modis傳感器數(shù)據(jù)從2010年1月16日到現(xiàn)在都可以免費查詢接收。我國的高分系列衛(wèi)星也提供了多種傳感器、多種分辨率的遙感數(shù)據(jù)。

在應(yīng)用指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險時,保險人需要收集歷年的產(chǎn)量數(shù)據(jù)以及氣象指標(biāo)、植被指數(shù)等,在此基礎(chǔ)之上校準(zhǔn)模型,從而設(shè)計出科學(xué)有效的保價方案[8]。在國際機構(gòu)的推動之下,部分國家和商業(yè)保險機構(gòu)開始陸續(xù)應(yīng)用指數(shù)保險。從應(yīng)用和文獻分析可以看到，指數(shù)保險在成功應(yīng)用時需要滿足以下條件[7]。對于指數(shù)信息而言,必須是由公正權(quán)威的部門提供，需要確保內(nèi)容可信、清晰；在合同有效期內(nèi),能夠適時采集數(shù)據(jù),并且要具有一定的可持續(xù)性；具有長時序的歷史數(shù)據(jù),這樣才能正確分析承保風(fēng)險,對保險產(chǎn)品進行準(zhǔn)確定價；選擇的指數(shù)需要與被保險作物有著密切的相關(guān)性，減少基差風(fēng)險。

5 遙感技術(shù)提供了與目標(biāo)作物直接相關(guān)的指數(shù)產(chǎn)品

遙感技術(shù)提供了解決上述指數(shù)保險需求的途徑。數(shù)據(jù)通過預(yù)處理后，衛(wèi)星傳感器將提供連續(xù)、可靠和公正的多種空間分辨率下的各種植被和水文參數(shù)。這些遙感數(shù)據(jù)記錄了地面土壤和植被的光譜輻射特征。各種衛(wèi)星多光譜、高光譜數(shù)據(jù)生成的各類植被指數(shù)拓展了農(nóng)業(yè)指數(shù)保險的應(yīng)用寬度。應(yīng)用歸一化植被指數(shù)(NDVI)與牧草鮮生物量高度相關(guān)的特征，建立基于降雨和NDVI指數(shù)模型對牧草和牲畜進行保險，這在國內(nèi)外都有了很多成功的案例。和NDVI指數(shù)類似，地表溫度LST可以來源于衛(wèi)星熱紅外傳感器數(shù)據(jù)，土壤水分SM可以從主動或被動微波遙感數(shù)據(jù)中獲取[12]。基于NDVI的植被條件指數(shù)(VCI)和基于LST的熱輻射條件指數(shù)(TCI)，這些都已被證明是在區(qū)域或全球尺度內(nèi)監(jiān)測干旱的2個有用的工具。增強型植被指數(shù)EVI、植被健康指數(shù)VHI、干旱脅迫指數(shù)(Drought Severity Index，DSI)、植被狀態(tài)指數(shù)(Vegetation conditions index VCI)、地表(植被)熱輻射狀態(tài)TCI、DSDI(Demand Sensitive Drought Index)等在區(qū)域尺度針對水災(zāi)、干旱、倒伏和森林火災(zāi)等農(nóng)業(yè)災(zāi)害保險方面都開始了試驗和成功應(yīng)用[13]，見表3。

表3 遙感干旱相關(guān)指數(shù)匯總表

同樣，遙感在基于降雨量指標(biāo)的指數(shù)保險中也有著廣泛應(yīng)用。由于降雨有高度的空間變異特性，需要密集的氣象站網(wǎng)絡(luò)才能形成有效的降雨空間分布數(shù)據(jù)。在偏遠的農(nóng)村或經(jīng)濟水平落后地區(qū)往往缺乏氣象站(或自動氣象站)，當(dāng)密集氣象網(wǎng)絡(luò)難以實現(xiàn)時，通過衛(wèi)星遙感可以解決上述難題。衛(wèi)星遙感反演降水技術(shù)可以利用熱紅外和微波傳感器來觀測和估算地面降水強度。

6 應(yīng)用特點

在指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險中應(yīng)用遙感技術(shù),可以根據(jù)區(qū)域特征、業(yè)務(wù)特點等內(nèi)容分段推進項目,并逐步積累數(shù)據(jù),制定查勘定損模型,從多角度、多層次探索具體的指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險模式。

遙感和GIS技術(shù)相結(jié)合,可以為指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險的承保、理賠以及整個作物種植過程的監(jiān)測提供有效的技術(shù)支持。在承保工作當(dāng)中,GIS技術(shù)可以彌補指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險應(yīng)用中的不足,為費率厘定、信息化管理等提供有效數(shù)據(jù),使指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險業(yè)務(wù)的管控能力以及風(fēng)險分析能力得到有效提升；在理賠階段,遙感技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)按圖理賠。主要體現(xiàn)在，針對災(zāi)情給予整體評估，可以利用遙感技術(shù)分析承保地區(qū)的整體損失情況,解決了氣象指數(shù)尺度大，分布不均的問題；引入風(fēng)險分層技術(shù)，降低基差風(fēng)險；充分發(fā)揮遙感查勘理賠能力，對災(zāi)害的損失情況進行真實有效反映；為農(nóng)戶或者政府提供有效的規(guī)避災(zāi)害風(fēng)險意見，在生長季中利用遙感影像和關(guān)鍵指數(shù)對作物情況進行評估,及時反饋給被保險人,有助于其制定應(yīng)對措施,降低損失,實現(xiàn)共贏目標(biāo)。

7 結(jié)束語

隨著遙感和GIS技術(shù)的發(fā)展，指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險的應(yīng)用頻率逐漸提高,然而在應(yīng)用的過程中仍然存在不足之處,主要表現(xiàn)為需要更多價格便宜、光譜分辨率、時空分辨率更高的衛(wèi)星影像；需要建立省(市)級的第三方遙感指數(shù)權(quán)威發(fā)布機構(gòu)；要繼續(xù)深入研究遙感植被指數(shù)的區(qū)域適應(yīng)性和保險匹配算法。遙感指數(shù)型農(nóng)業(yè)保險應(yīng)用仍處于初步發(fā)展階段,還需要從政策和實踐中不斷完善，使之成為農(nóng)業(yè)保險的重要力量，為鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展保駕護航。