氣象指數保險平臺設計與實現

歐善國，彭曉丹，黃 俊

(廣州市氣候與農業氣象中心，廣東 廣州511430)

0 引言

廣州地處南亞熱帶季風氣候區，面臨廣闊的海洋，背靠大陸，北回歸線從中部通過，熱量充足、雨量充沛、氣候溫暖濕潤且氣候資源豐富[1]。因此，廣州農作物種類多，既有稻谷和大豆為主的糧食作物，又有甘蔗、花生、木薯和花卉為主的經濟作物，還有蔬菜和果用瓜等其他作物。根據廣州市統計年鑒，2018年廣州市蔬菜總面積達到14.6萬hm2，占全市農作物總播種面積21.1萬hm2的69%，蔬菜總產量368.8萬t，是全市產量最高的農作物。因此，蔬菜產業成為廣州市農業經濟發展的重要支柱。受全球氣候變化影響，廣州近年來氣象災害越來越多，廣州蔬菜生產主要是露天或簡易大棚為主，極易遭到暴雨和大風等自然災害侵襲而造成農戶巨大損失。如何有效地防御和分散蔬菜產業的氣象災害風險，是廣州農業經濟發展必須研究的問題。做好氣象災害預警預報服務，可有效防御氣象災害風險，而農業保險是分散風險的有效手段。

2018年8月31日，《廣州市實施鄉村振興戰略三年行動計劃(2018—2020年)》正式發布，要求完善政策性農業保險，推動模式創新、品種創新。為此，廣州市農業農村局牽頭組織廣州市氣象局和保險公司，開展以蔬菜規?；N植經營主體為試點對象、蔬菜為試點標的，以氣象指數為理賠依據的蔬菜氣象指數保險工作。農業氣象指數保險是指把1個或幾個氣候條件(如氣溫和風速等)對農作物的損害程度指數化，每個指數都有對應的農作物產量和損益，保險合同以這種指數為基礎，當指數達到一定水平并對農產品造成一定影響時，投保人就可以獲得相應標準的賠償[2]。推行氣象指數保險是因為氣象指數保險與傳統農業保險比較，具有不存在道德風險，以及逆向選擇、成本低、簡明易懂、公平透明和鼓勵農民主動防損減損等優點[3]。2019年4月24日《廣州市蔬菜種植氣象指數保險實施方案(試行)》(簡稱《實施方案》)正式實施，根據廣州市各區近20年的氣象數據及蔬菜生產基地災情調查，確定了保險理賠觸發條件：①暴雨，日降雨量≥100 mm；②大風，日最大風速7級及以上。其中1項條件觸發即發生保險理賠。日最大風速是指在1 d給定時段內的10 min平均風速的最大值，是平均值。投保時約定就近的氣象站點(寫入保險合同)，理賠以廣州市氣象局發布的該站點數據為準，如果該站點數據有誤，以就近的站點數據為準。氣象部門的工作是每天24 h監測風力和降雨數據，當某項條件觸發后，氣象部門將會出示相關數據證明，相關數據在廣州市氣象局或廣州市農業農村局網站公開，保險公司立即進行快速理賠。

中國知網顯示，從2007年以來，與農業氣象指數保險相關的論文共有500多篇，論文研究的焦點主要有5類。第1類是從技術上探討各種農作物氣象指數保險產品研發方案[4-9]。第2類是從政策角度研究氣象指數保險在國內的推廣情況和發展戰略[10-14]。第3類是探討氣象指數保險在防災減災中的作用和與農業經濟增長的關系[15-17]。第4類是分析國外氣象指數保險成功經驗并提出建議[18-20]。第5類是從法律角度分析氣象指數保險的制度保障[21]。本文基于《實施方案》的內容和要求，探討廣州市蔬菜氣象指數保險平臺構建策略，從而實現2個目的：一是實現平臺智能化監控氣象數據，協助保險快速處置理賠業務；二是以平臺為載體，氣象部門與保險公司、蔬菜種植戶共同構筑新型的氣象災害防御體系。因此，在探討分散生產風險的同時，研究防御措施是本文的創新點。

1 平臺設計

1.1技術路線

廣州市蔬菜氣象指數保險平臺建設的總體目標是實現數字化、自動化和網頁化，后續能夠靈活擴展的農業氣象指數保險業務平臺。平臺運用廣州市氣象部門統一建設的氣象監測數據(Oracle數據庫)，采用PostGIS建立氣象指數保險數據庫，使用Java進行數據處理，采用Spring boot微服務架構、輕量級GIS服務和VUE、OpenLayers(JavaScript)等計算機技術進行平臺建設，研發基于WebGIS的蔬菜氣象指數保險平臺，平臺技術路線如圖1所示。

1.2平臺框架結構

平臺采用“分層”設計思想構建，遵循SOA(Service Oriented Architecture，面向服務的體系結構)架構原則，基于Web GIS和J2EE體系，采用BS結構，平臺框架如圖2所示。

(1)支撐層：平臺軟硬件支撐環境及網絡支撐環境，包括服務器、基礎網絡、操作系統、數據庫軟件和Web應用中間件等。

(2)數據層：包括氣象監測數據、地理空間基礎數據和氣象指數保險業務數據。

(3)服務層：提供支撐平臺應用的基礎服務、基礎地圖服務、空間分析服務、模型監測服務、數據質檢服務、定時監測任務服務和產品發布共享服務。

(4)應用層：平臺應用層包括業務平臺和微信小程序2個子系統。業務平臺包括農氣站點分布、保單站點關聯、蔬菜指數模型、指數保險監測、指數監測分布圖和氣象證明制作。微信小程序包括天氣實況查詢、天氣預測預報、氣象災害預警發布、氣象災情上報與反饋、氣象保險宣傳和用戶信息錄入。

1.3平臺開發語言及工具

平臺數據處理和后臺服務開發使用Java語言，Web前端開發使用VUE、OpenLayers(JavaScript)等語言，其他開發工具如表1所示。

表1 平臺開發語言與工具

2 平臺實現

根據廣州市蔬菜氣象指數保險平臺的服務需求，平臺劃分為Web業務平臺和微信小程序2個子系統。系統功能劃分：Web系統的農氣站點分布、保單站點關聯、蔬菜指數模型、指數保險監測、指數監測分布和氣象證明制作6個模塊，以及微信客戶端的天氣實況查詢、天氣預測預報、氣象災害預警發布、反饋與建議、氣象保險宣傳和用戶信息錄入6個模塊。Web系統實現從指數保險承保時的最近站點查詢，保單站點管理，指數模型動態設置，24 h的定時指數模型監測運算，到觸發理賠條件時的氣象證明制作，覆蓋整個業務流程，滿足廣州市蔬菜種植氣象指數保險試點業務工作需要。微信客戶端是面向保險公司和蔬菜種植戶2種用戶提供氣象信息服務和收集氣象災情與反饋建議等。

2.1農氣站點分布

蔬菜氣象指數保險在投保時，需要填寫約定的氣象站點，農氣站點分布模塊主要實現投保地塊最近氣象站點的檢索，可以查找某個經緯度位置最近N個站點，同時支持站點名稱的檢索和數據下載，以數據列表和GIS分布圖的方式展示農氣站點數據，如圖3所示。

2.2保單站點關聯

管理承保金融保險單位提供的蔬菜氣象指數保險保單信息，建立保單和最近5個氣象站的關聯信息(如最近站點有數據質量問題是可以采用就近站點數據)，為蔬菜氣象指標保險的指數模型動態監測提供監測站點數據，模塊以列表和GIS分布圖的方式展示保險保單與關聯站點數據，如圖4和5所示。

2.3蔬菜指數模型

實現蔬菜指數保險指數模型的管理維護，包括日降雨量和風力指數模型。平臺將氣象指數拆分為氣象要素、指標等級、邏輯運算、數學運算和臨界閾值，并通過可拖拽的流程化設置，實現進行靈活組合配置。

2.4指數保險監測

實現蔬菜氣象指數保險日降雨量和風力指數模型每天24 h的定時監測運算，監測結果的查詢展示及結果下載，支持業務人員手工重新運算指數模型。默認只展示第1關聯順位的監測數據，可以查看輔助站點的數據。

2.5指數監測分布

以時序列表，GIS分布圖的方式展示監測模型的結果數據，業務人員可以直觀了解保單的監測結果是否觸發理賠條件。可選擇模型和日期進行歷史數據查詢，查看分布圖上保單和站點的詳細數據，如圖6所示。

2.6氣象證明制作

指數保險監測每天24 h監測風力和降雨數據，當觸發理賠條件(按方案約定日累計雨量100 mm以上或日最大風速達7級以上)，按氣象證明產品文件格式自動生成氣象證明，業務人員可對文檔進行修改，導出PDF文件，支撐業務人員開展氣象指數保險業務工作。

2.7天氣實況查詢

基于微信客戶端的GPS定位，平臺智能推送給用戶最近監測站點氣象數據，有利于及時了解天氣實況。

2.8天氣預測預報

平臺智能推送24 h和1周的天氣預報，以及農業氣象服務專報和月報，有利于種植戶合理安排生產計劃，以及保險業務人員做好到基層辦理承保業務工作計劃。

2.9氣象災害預警預報

保險公司擁有自身完善的銷售網絡優勢，可與氣象部門共同構建新型的氣象防災預警體系。當氣象災害預警發布時，平臺智能推送給保險業務人員，由保險業務人員利用自身的網絡及時快捷通知種植戶采取有效的防災減災措施。實踐證明，氣象部門與保險公司聯合構建新型的氣象災害預警體系，有利于切實解決好“最后1公里”問題，更重要的是讓種植戶通過及時做好防御措施避免發生大的損失又能獲得理賠，親身體驗投保所帶來的增值服務和效益，增加投保的積極性，更加關注氣象服務，這對氣象部門、保險部門和種植戶來說是共贏。

2.10反饋與建議

該模塊具有4項功能。①實現災情上報，保險人員與種植大戶通過拍照與文字描述及時進行氣象災情上報，有利于氣象部門收集災情，形成災情案例數據庫，為提高氣象災害預警水平和開發科學有效的指數保險模型打下基礎。②地理信息上報，保險人員通過GPS定位，反饋生產基地地理信息，包括地形地貌圖片上傳，有利于氣象部門開展精細化的氣象服務。③保險人員和種植大戶對氣象服務與氣象指數保險工作及時反饋工作意見。④開展調查問卷活動。

2.11氣象保險宣傳

盡管農業氣象指數保險相對于傳統農業保險具有多個優勢，但在我國發展農業氣象指數保險仍然面臨不少的困難，農戶對農業保險的有效需求依然不足。調查發現，政府對農業保險宣傳力度、農戶家庭收入、土地種植規模、農戶受教育程度、農戶的年齡和對保險公司的信任度等都對農業保險的有效需求構成很大的影響[22-26]。其中，政府對農業保險宣傳力度的不足，導致當前我國農戶對于農業保險的認知水平依然比較低，很多農戶并不了解農業保險的運作機理，對農業保險功能的認識不正確。因此，利用平臺加大農業保險產品的宣傳，可有效提高農戶風險感知和保險認知，加大農戶對農業保險的需求。

2.12個人信息錄入

保險人員和種植大戶通過本模塊錄入個人信息與投保戶的種植情況，以便氣象部門開展靶向氣象服務。

3 平臺實現的關鍵技術

3.1空間數據庫技術

PostGIS是對象關系型數據庫系統PostgreSQL的擴展。PostGIS提供如下空間信息服務功能：空間對象、空間索引、空間操作函數和空間操作符。同時，PostGIS遵循OpenGIS的規范。

平臺采用PostGIS數據庫，遵循氣象行業數據標準和WebGIS對屬性數據庫的要求，構建蔬菜指數保險業務數據庫，包括氣象站點、保單信息、保單站點關聯、指數模型、指數保險監測和行政區劃等數據，以滿足空間檢索和最近站點檢索的需求。

3.2WebGIS

WebGIS(網絡地理信息系統)是指工作在Web網上的GIS。它是傳統的GIS在網絡上的延伸和發展，具有傳統GIS的特點，可以實現空間數據的檢索、查詢、制圖輸出和編輯等GIS基本功能，同時也是Internet上地理信息發布、共享和交流協作的基礎[1]?？臻g信息和屬性信息統一存儲、管理和查詢，可實現地圖操作基本功能、數據共享和空間分析等功能。

基于WebGIS技術建立1個高效、開放和交互性好的氣象指數保險平臺，整合獲得的實時多源信息，通過用戶交互自動生成服務產品，為不同的服務對象提供直觀和可視的業務服務功能，滿足用戶的實際應用需求，進一步提高廣州市氣象信息服務水平。

3.3動態構建氣象指數

參考廣州市各區歷史降雨和大風數據，結合蔬菜因雨災風災的損失程度，制定了廣州市蔬菜氣象指數保險的日降雨指數(表2)和風力指數(表3)模型及對應的理賠公式。

表2 日降雨量指數

表3 風力指數

平臺需要實時監測風力和降雨數據，當觸發指數條件時，自動制作氣象證明支撐業務人員開展相關工作，同時考慮靈活的模型設置有利于后續模型的新增或調整。為了提高平臺適用性和靈活性，平臺的蔬菜指數模型模塊實現動態構建氣象指數。

平臺將氣象指數拆分為氣象要素、指標等級、邏輯運算、數學運算和臨界閾值，并通過可拖拽的流程化設置，實現進行靈活組合配置。業務人員根據指標設置頁面完成蔬菜指數保險模型的配置，系統后臺自動進行轉換生成相應的數據統計SQL和指數等級運算規則，指數模型設計界面如圖7所示。

3.4指數模型監測定時任務

Quartz是個開源的作業調度框架，為在Java應用程序中進行作業調度提供了簡單卻強大的機制。Quartz框架的核心是調度器，為了確?？缮炜s性，Quartz采用了基于多線程的架構。啟動時，框架初始化1套worker線程，這套線程被調度器用來執行預定的作業。Quartz允許開發人員根據時間間隔來調度作業。它實現了作業和觸發器的多對多關系，還能把多個作業與不同的觸發器關聯。整合了Quartz的應用程序可以重用來自不同事件的作業，還可以為1個事件組合多個作業。

平臺通過Quartz作業調度框架，實現每天24 h監測風力和降雨數據(根據配置的指數模型從市局的氣象監測數據庫統計數據)，按照數據質檢規則進行數據質控，并判斷是否觸發理賠條件，當某一條件觸發后(按方案約定日累計雨量100 mm以上或日最大風速達7級以上)，自動生成氣象證明，支撐業務人員開展氣象指數保險業務工作。

4 平臺應用

根據廣州市農業農村局統計數據，2019年5—11月試點工作期間，保險公司共投保165份保單，累計承保蔬菜種植200多戶，承保種植面積1 480多hm2，承保風險保額約786.5萬元，賠付252單，賠付金額達136.2萬元，對提高廣州市蔬菜種植業抗風險能力，促進廣州市蔬菜種植業可持續發展具有積極作用。2019年11月，“廣東省廣州市地方財政蔬菜氣象指數保險”榮獲廣東金融支農聯盟“廣東省最受歡迎金融支農產品”獎。

廣州市蔬菜氣象指數保險平臺具有靈活的擴展性，能夠滿足后續不同農業產業指數模型的靈活設置，以及后續業務量增大的平臺升級擴容需求，支撐廣州市創新農村金融保險服務在2020年實現農業產業保險品種全覆蓋的建設目標。

5 結束語

農業的天然脆弱性體現在對于天氣有較強的依賴性，天氣的變化決定了產量收入[27]。因此，農業生產面臨氣象災害、其他自然災害和市場價格的風險[28]。2019年10月9日，多部門聯合發布《關于加快農業保險高質量發展的指導意見》，要求2022年我國農業保險保費收入需達到840億元，相當于年均增長10%以上，可以預見農業保險將進入高質量發展新時期[29]。2020年中央1號文件要求“推進稻谷、小麥和玉米完全成本保險和收入保險試點”“優化保險+期貨試點模式”。因此，未來氣象部門將加大力度與保險部門聯合開發水果、水產、畜牧和病蟲害等農業氣象指數保險，以及與氣象關聯度高的農產品產量保險、價格保險、收入保險和“保險+期貨”等產品，加大氣象科普知識和保險產品的宣傳，同時完善氣象+保險氣象災害防御體系，從分散風險和防御風險2方面大力推進現代農業經濟發展。