基于遥感和地理信息技术的蝗虫灾害防治

文|廖永生 航天宏图信息技术股份有限公司

一、背景

从2019年底，东非地区开始出现蝗灾并逐渐蔓延到西亚和南亚等地，因本次蝗灾规模大、破坏性强，受到国际社会广泛关注。蝗灾的爆发使非洲及亚洲部分地区受灾严重，导致大面积农作物减产，也给林业和草原自然资源造成严重损害。据联合国粮农组织统计，截至2020年1月30日，蝗虫灾害已经导致1190万人受灾。其中，东非肯尼亚、索马里和埃塞俄比亚直接宣布农业生产完全停止，数百万人生命受到前所未有的威胁。虽然目前蝗灾得到了控制，但根据联合国粮农组织判断，蝗灾的扩大趋势可能会延续到6月，蝗群规模甚至有可能增长至目前的500倍。

对于我国民众来说，最关心的是这些蝗虫是否会进入我国境内以及其可能造成的影响。虽然农业农村部的专家表示，造成本次蝗灾的沙漠蝗虫迁飞入侵我国的几率很小，且历史上也很少有该类蝗虫进入我国的记录。但是，我国必须防患于未然，建立有效的蝗灾防治体系，严防境外沙漠蝗迁入危害，保证我国粮食生产安全。同时，我国防治蝗灾的经验和技术也可以为其他国家防蝗治蝗提供帮助。本文探讨了基于PIE软件的遥感和地理信息技术在蝗虫灾害防治中的应用。

二、遥感和地理信息技术在蝗虫灾害防治领域的应用

近年来，我国蝗虫监测预警和防治能力不断提升，已建立起比较完整的蝗虫防治机制。例如，各地建立了蝗虫监测点，形成了蝗灾预警制度和应急预案，还有一些地区建立了基于GIS的蝗虫监测预测服务系统。针对本次沙漠蝗虫灾害，农业农村部、海关总署、国家林草局制定发布了《沙漠蝗及国内蝗虫监测防控预案》，并沿中印、中巴、中缅边境线，设置了29个沙漠蝗虫监测点，提高应急监测能力。除此之外，中国农业、林业和气象等部门，都在研究将遥感地理信息等新技术应用于蝗灾监测和防治工作。遥感和地理信息技术应用于蝗灾防治，有助于不断完善系统，提高蝗灾防治水平。

20世纪80年代，遥感领域科学家提出使用卫星遥感以及地理信息技术应对蝗灾，最主要的内容是评估蝗灾造成的损失和分析蝗虫飞行路径。但是由于当时技术限制，遥感卫星数量极少，卫星遥感数据不足以实现对蝗灾过后损失的有效评估，地理信息技术和平台也尚未普及，这种方法无法得到有效应用和推广。

随着我国遥感卫星数量增多，遥感数据类型和数据量不断增加，地理信息技术不断进步，利用卫星遥感和地理信息技术监测与治理蝗灾成为现实。基于卫星遥感技术的蝗虫灾害防治有多种应用模式，例如，利用卫星影像和地理信息系统建立蝗虫飞行轨迹、损害区域等信息展示平台，并作为预警救灾管理系统平台基础数据组成部分，可快速、直观地浏览蝗灾的各种信息。除作为基础显示地图外，遥感和地理信息技术还可以在蝗灾防治领域发挥重要作用。

1.蝗虫习性分析

只有掌握蝗虫习性才能采取有效可靠的灭蝗措施。不同种类蝗虫的生活习性有较大差别，传统生物学方法是采用单体蝗虫的习性，比较难获取群体蝗虫的习性。利用卫星遥感影像记录的蝗虫飞行轨迹和植被破坏情况，结合各类卫星遥感数据以及地表覆盖数据（如地表温度和湿度、植被类型、土壤类型等），分析蝗虫的基本习性（如喜厌的植物种类、产卵以及生长环境等），从而确定蝗虫种类并采取有效的灭蝗措施。

2.蝗虫飞行迁徙路线分析

蝗虫飞行迁徙路线受到地形地貌的限制和植物的趋避诱导。基于蝗虫习性，建立数字高程模型（DEM），并结合卫星遥感数据获取的植被分布及长势等情况，综合分析蝗虫飞行迁徙路线，从而选择最佳位置开展灭蝗。图1是利用数字高程模型数据建立的本次沙漠蝗虫飞行路线分析预测成果，如果2020年6月蝗虫灾害蔓延到印度东南部，则有可能通过雅鲁藏布江大峡谷进入中国境内。

图1 基于喜马拉雅山数字高程模型建立的沙漠蝗虫迁徙路线分析预测

3.蝗灾损失统计分析

蝗灾损失统计分析是灾后重建工作的重要前提和基础。由于蝗灾影响面积非常大，传统的实地调查方法工作量大、准确度低。利用卫星遥感影像，通过对遭受蝗虫灾害地区的卫星遥感影像进行对比分析，可以有效分析出蝗灾导致的农作物、草原和森林等植被的损害量，从而确定相应的保险赔偿和灾害补偿额等。图2是基于高分六号卫星遥感影像对巴基斯坦信德省蝗灾后植被受损情况的分析。

图2 巴基斯坦信德省2020年2月蝗灾后植被受损情况分布图

4.灭蝗方案设计

通过卫星遥感影像获取的数据，结合蝗虫的习性特点，可确定蝗虫数量、可能飞行路线、到达某个地区时间以及可能的产卵地等，设计最佳灭蝗方案。

当然，遥感和地理信息技术应用于灭蝗，需要结合原有蝗虫研究积累、灭蝗技术和经验，才能取得最好的灭蝗效果。可以预见，卫星遥感和地理信息技术的结合，将成为未来蝗灾治理体系一个重要组成部分。

三、关于建立蝗虫灾害预警防治系统的思考

遥感和地理信息技术应用于灭蝗，需要跨学科和融合多种资源，包括遥感地理信息、昆虫、农林以及自然资源等。目前，我国已经拥有多颗遥感卫星，每天都能获取海量的卫星遥感数据，同时拥有国情普查、国土调查、农业调查以及林业调查等丰富的数据，这些数据都可以为蝗虫灾害预警防治系统提供有效支持。

从遥感数据解译成为各种专业数据并结合地理信息实现信息服务，需要经过数据处理、数据解译、数据集成分析等一系列过程。随着大数据技术和人工智能技术飞速发展，数据解译和数据集成分析的水平越来越高，未来对蝗虫灾害的预警和防治将越来越准确。通过集成大数据、人工智能和地理信息服务功能，快速建立蝗虫灾害预警防治系统，有助于农业、灾害和自然资源管理等部门及时、有效地对蝗虫灾害进行防治。

四、结语

本次席卷东非、西亚和南亚的蝗灾虽然未对我国造成严重影响，但是也要看到蝗灾的巨大破坏作用，积极采取措施应对可能再次到来的蝗灾。我国是一个蝗灾多发的国家，治蝗问题备受关注。如何通过遥感和地理信息技术更好地开展蝗虫灾害预警、防治、减灾救灾以及灾后重建工作，是技术人员和各单位需要面对的问题。只有开发先进有效的技术和服务平台，帮助各灾害处置单位快速、高效地获取遥感地理信息，才能最大程度减少蝗虫灾害造成的损失，保障国家粮食安全、农业生产安全和生态安全。