气象指数保险平台设计与实现

欧善国，彭晓丹，黄 俊

(广州市气候与农业气象中心，广东 广州511430)

0 引言

广州地处南亚热带季风气候区，面临广阔的海洋，背靠大陆，北回归线从中部通过，热量充足、雨量充沛、气候温暖湿润且气候资源丰富[1]。因此，广州农作物种类多，既有稻谷和大豆为主的粮食作物，又有甘蔗、花生、木薯和花卉为主的经济作物，还有蔬菜和果用瓜等其他作物。根据广州市统计年鉴，2018年广州市蔬菜总面积达到14.6万hm2，占全市农作物总播种面积21.1万hm2的69%，蔬菜总产量368.8万t，是全市产量最高的农作物。因此，蔬菜产业成为广州市农业经济发展的重要支柱。受全球气候变化影响，广州近年来气象灾害越来越多，广州蔬菜生产主要是露天或简易大棚为主，极易遭到暴雨和大风等自然灾害侵袭而造成农户巨大损失。如何有效地防御和分散蔬菜产业的气象灾害风险，是广州农业经济发展必须研究的问题。做好气象灾害预警预报服务，可有效防御气象灾害风险，而农业保险是分散风险的有效手段。

2018年8月31日，《广州市实施乡村振兴战略三年行动计划(2018—2020年)》正式发布，要求完善政策性农业保险，推动模式创新、品种创新。为此，广州市农业农村局牵头组织广州市气象局和保险公司，开展以蔬菜规模化种植经营主体为试点对象、蔬菜为试点标的，以气象指数为理赔依据的蔬菜气象指数保险工作。农业气象指数保险是指把1个或几个气候条件(如气温和风速等)对农作物的损害程度指数化，每个指数都有对应的农作物产量和损益，保险合同以这种指数为基础，当指数达到一定水平并对农产品造成一定影响时，投保人就可以获得相应标准的赔偿[2]。推行气象指数保险是因为气象指数保险与传统农业保险比较，具有不存在道德风险，以及逆向选择、成本低、简明易懂、公平透明和鼓励农民主动防损减损等优点[3]。2019年4月24日《广州市蔬菜种植气象指数保险实施方案(试行)》(简称《实施方案》)正式实施，根据广州市各区近20年的气象数据及蔬菜生产基地灾情调查，确定了保险理赔触发条件：①暴雨，日降雨量≥100 mm；②大风，日最大风速7级及以上。其中1项条件触发即发生保险理赔。日最大风速是指在1 d给定时段内的10 min平均风速的最大值，是平均值。投保时约定就近的气象站点(写入保险合同)，理赔以广州市气象局发布的该站点数据为准，如果该站点数据有误，以就近的站点数据为准。气象部门的工作是每天24 h监测风力和降雨数据，当某项条件触发后，气象部门将会出示相关数据证明，相关数据在广州市气象局或广州市农业农村局网站公开，保险公司立即进行快速理赔。

中国知网显示，从2007年以来，与农业气象指数保险相关的论文共有500多篇，论文研究的焦点主要有5类。第1类是从技术上探讨各种农作物气象指数保险产品研发方案[4-9]。第2类是从政策角度研究气象指数保险在国内的推广情况和发展战略[10-14]。第3类是探讨气象指数保险在防灾减灾中的作用和与农业经济增长的关系[15-17]。第4类是分析国外气象指数保险成功经验并提出建议[18-20]。第5类是从法律角度分析气象指数保险的制度保障[21]。本文基于《实施方案》的内容和要求，探讨广州市蔬菜气象指数保险平台构建策略，从而实现2个目的：一是实现平台智能化监控气象数据，协助保险快速处置理赔业务；二是以平台为载体，气象部门与保险公司、蔬菜种植户共同构筑新型的气象灾害防御体系。因此，在探讨分散生产风险的同时，研究防御措施是本文的创新点。

1 平台设计

1.1技术路线

广州市蔬菜气象指数保险平台建设的总体目标是实现数字化、自动化和网页化，后续能够灵活扩展的农业气象指数保险业务平台。平台运用广州市气象部门统一建设的气象监测数据(Oracle数据库)，采用PostGIS建立气象指数保险数据库，使用Java进行数据处理，采用Spring boot微服务架构、轻量级GIS服务和VUE、OpenLayers(JavaScript)等计算机技术进行平台建设，研发基于WebGIS的蔬菜气象指数保险平台，平台技术路线如图1所示。

1.2平台框架结构

平台采用“分层”设计思想构建，遵循SOA(Service Oriented Architecture，面向服务的体系结构)架构原则，基于Web GIS和J2EE体系，采用BS结构，平台框架如图2所示。

(1)支撑层：平台软硬件支撑环境及网络支撑环境，包括服务器、基础网络、操作系统、数据库软件和Web应用中间件等。

(2)数据层：包括气象监测数据、地理空间基础数据和气象指数保险业务数据。

(3)服务层：提供支撑平台应用的基础服务、基础地图服务、空间分析服务、模型监测服务、数据质检服务、定时监测任务服务和产品发布共享服务。

(4)应用层：平台应用层包括业务平台和微信小程序2个子系统。业务平台包括农气站点分布、保单站点关联、蔬菜指数模型、指数保险监测、指数监测分布图和气象证明制作。微信小程序包括天气实况查询、天气预测预报、气象灾害预警发布、气象灾情上报与反馈、气象保险宣传和用户信息录入。

1.3平台开发语言及工具

平台数据处理和后台服务开发使用Java语言，Web前端开发使用VUE、OpenLayers(JavaScript)等语言，其他开发工具如表1所示。

表1 平台开发语言与工具

2 平台实现

根据广州市蔬菜气象指数保险平台的服务需求，平台划分为Web业务平台和微信小程序2个子系统。系统功能划分：Web系统的农气站点分布、保单站点关联、蔬菜指数模型、指数保险监测、指数监测分布和气象证明制作6个模块，以及微信客户端的天气实况查询、天气预测预报、气象灾害预警发布、反馈与建议、气象保险宣传和用户信息录入6个模块。Web系统实现从指数保险承保时的最近站点查询，保单站点管理，指数模型动态设置，24 h的定时指数模型监测运算，到触发理赔条件时的气象证明制作，覆盖整个业务流程，满足广州市蔬菜种植气象指数保险试点业务工作需要。微信客户端是面向保险公司和蔬菜种植户2种用户提供气象信息服务和收集气象灾情与反馈建议等。

2.1农气站点分布

蔬菜气象指数保险在投保时，需要填写约定的气象站点，农气站点分布模块主要实现投保地块最近气象站点的检索，可以查找某个经纬度位置最近N个站点，同时支持站点名称的检索和数据下载，以数据列表和GIS分布图的方式展示农气站点数据，如图3所示。

2.2保单站点关联

管理承保金融保险单位提供的蔬菜气象指数保险保单信息，建立保单和最近5个气象站的关联信息(如最近站点有数据质量问题是可以采用就近站点数据)，为蔬菜气象指标保险的指数模型动态监测提供监测站点数据，模块以列表和GIS分布图的方式展示保险保单与关联站点数据，如图4和5所示。

2.3蔬菜指数模型

实现蔬菜指数保险指数模型的管理维护，包括日降雨量和风力指数模型。平台将气象指数拆分为气象要素、指标等级、逻辑运算、数学运算和临界阈值，并通过可拖拽的流程化设置，实现进行灵活组合配置。

2.4指数保险监测

实现蔬菜气象指数保险日降雨量和风力指数模型每天24 h的定时监测运算，监测结果的查询展示及结果下载，支持业务人员手工重新运算指数模型。默认只展示第1关联顺位的监测数据，可以查看辅助站点的数据。

2.5指数监测分布

以时序列表，GIS分布图的方式展示监测模型的结果数据，业务人员可以直观了解保单的监测结果是否触发理赔条件。可选择模型和日期进行历史数据查询，查看分布图上保单和站点的详细数据，如图6所示。

2.6气象证明制作

指数保险监测每天24 h监测风力和降雨数据，当触发理赔条件(按方案约定日累计雨量100 mm以上或日最大风速达7级以上)，按气象证明产品文件格式自动生成气象证明，业务人员可对文档进行修改，导出PDF文件，支撑业务人员开展气象指数保险业务工作。

2.7天气实况查询

基于微信客户端的GPS定位，平台智能推送给用户最近监测站点气象数据，有利于及时了解天气实况。

2.8天气预测预报

平台智能推送24 h和1周的天气预报，以及农业气象服务专报和月报，有利于种植户合理安排生产计划，以及保险业务人员做好到基层办理承保业务工作计划。

2.9气象灾害预警预报

保险公司拥有自身完善的销售网络优势，可与气象部门共同构建新型的气象防灾预警体系。当气象灾害预警发布时，平台智能推送给保险业务人员，由保险业务人员利用自身的网络及时快捷通知种植户采取有效的防灾减灾措施。实践证明，气象部门与保险公司联合构建新型的气象灾害预警体系，有利于切实解决好“最后1公里”问题，更重要的是让种植户通过及时做好防御措施避免发生大的损失又能获得理赔，亲身体验投保所带来的增值服务和效益，增加投保的积极性，更加关注气象服务，这对气象部门、保险部门和种植户来说是共赢。

2.10反馈与建议

该模块具有4项功能。①实现灾情上报，保险人员与种植大户通过拍照与文字描述及时进行气象灾情上报，有利于气象部门收集灾情，形成灾情案例数据库，为提高气象灾害预警水平和开发科学有效的指数保险模型打下基础。②地理信息上报，保险人员通过GPS定位，反馈生产基地地理信息，包括地形地貌图片上传，有利于气象部门开展精细化的气象服务。③保险人员和种植大户对气象服务与气象指数保险工作及时反馈工作意见。④开展调查问卷活动。

2.11气象保险宣传

尽管农业气象指数保险相对于传统农业保险具有多个优势，但在我国发展农业气象指数保险仍然面临不少的困难，农户对农业保险的有效需求依然不足。调查发现，政府对农业保险宣传力度、农户家庭收入、土地种植规模、农户受教育程度、农户的年龄和对保险公司的信任度等都对农业保险的有效需求构成很大的影响[22-26]。其中，政府对农业保险宣传力度的不足，导致当前我国农户对于农业保险的认知水平依然比较低，很多农户并不了解农业保险的运作机理，对农业保险功能的认识不正确。因此，利用平台加大农业保险产品的宣传，可有效提高农户风险感知和保险认知，加大农户对农业保险的需求。

2.12个人信息录入

保险人员和种植大户通过本模块录入个人信息与投保户的种植情况，以便气象部门开展靶向气象服务。

3 平台实现的关键技术

3.1空间数据库技术

PostGIS是对象关系型数据库系统PostgreSQL的扩展。PostGIS提供如下空间信息服务功能：空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符。同时，PostGIS遵循OpenGIS的规范。

平台采用PostGIS数据库，遵循气象行业数据标准和WebGIS对属性数据库的要求，构建蔬菜指数保险业务数据库，包括气象站点、保单信息、保单站点关联、指数模型、指数保险监测和行政区划等数据，以满足空间检索和最近站点检索的需求。

3.2WebGIS

WebGIS(网络地理信息系统)是指工作在Web网上的GIS。它是传统的GIS在网络上的延伸和发展，具有传统GIS的特点，可以实现空间数据的检索、查询、制图输出和编辑等GIS基本功能，同时也是Internet上地理信息发布、共享和交流协作的基础[1]。空间信息和属性信息统一存储、管理和查询，可实现地图操作基本功能、数据共享和空间分析等功能。

基于WebGIS技术建立1个高效、开放和交互性好的气象指数保险平台，整合获得的实时多源信息，通过用户交互自动生成服务产品，为不同的服务对象提供直观和可视的业务服务功能，满足用户的实际应用需求，进一步提高广州市气象信息服务水平。

3.3动态构建气象指数

参考广州市各区历史降雨和大风数据，结合蔬菜因雨灾风灾的损失程度，制定了广州市蔬菜气象指数保险的日降雨指数(表2)和风力指数(表3)模型及对应的理赔公式。

表2 日降雨量指数

表3 风力指数

平台需要实时监测风力和降雨数据，当触发指数条件时，自动制作气象证明支撑业务人员开展相关工作，同时考虑灵活的模型设置有利于后续模型的新增或调整。为了提高平台适用性和灵活性，平台的蔬菜指数模型模块实现动态构建气象指数。

平台将气象指数拆分为气象要素、指标等级、逻辑运算、数学运算和临界阈值，并通过可拖拽的流程化设置，实现进行灵活组合配置。业务人员根据指标设置页面完成蔬菜指数保险模型的配置，系统后台自动进行转换生成相应的数据统计SQL和指数等级运算规则，指数模型设计界面如图7所示。

3.4指数模型监测定时任务

Quartz是个开源的作业调度框架，为在Java应用程序中进行作业调度提供了简单却强大的机制。Quartz框架的核心是调度器，为了确保可伸缩性，Quartz采用了基于多线程的架构。启动时，框架初始化1套worker线程，这套线程被调度器用来执行预定的作业。Quartz允许开发人员根据时间间隔来调度作业。它实现了作业和触发器的多对多关系，还能把多个作业与不同的触发器关联。整合了Quartz的应用程序可以重用来自不同事件的作业，还可以为1个事件组合多个作业。

平台通过Quartz作业调度框架，实现每天24 h监测风力和降雨数据(根据配置的指数模型从市局的气象监测数据库统计数据)，按照数据质检规则进行数据质控，并判断是否触发理赔条件，当某一条件触发后(按方案约定日累计雨量100 mm以上或日最大风速达7级以上)，自动生成气象证明，支撑业务人员开展气象指数保险业务工作。

4 平台应用

根据广州市农业农村局统计数据，2019年5—11月试点工作期间，保险公司共投保165份保单，累计承保蔬菜种植200多户，承保种植面积1 480多hm2，承保风险保额约786.5万元，赔付252单，赔付金额达136.2万元，对提高广州市蔬菜种植业抗风险能力，促进广州市蔬菜种植业可持续发展具有积极作用。2019年11月，“广东省广州市地方财政蔬菜气象指数保险”荣获广东金融支农联盟“广东省最受欢迎金融支农产品”奖。

广州市蔬菜气象指数保险平台具有灵活的扩展性，能够满足后续不同农业产业指数模型的灵活设置，以及后续业务量增大的平台升级扩容需求，支撑广州市创新农村金融保险服务在2020年实现农业产业保险品种全覆盖的建设目标。

5 结束语

农业的天然脆弱性体现在对于天气有较强的依赖性，天气的变化决定了产量收入[27]。因此，农业生产面临气象灾害、其他自然灾害和市场价格的风险[28]。2019年10月9日，多部门联合发布《关于加快农业保险高质量发展的指导意见》，要求2022年我国农业保险保费收入需达到840亿元，相当于年均增长10%以上，可以预见农业保险将进入高质量发展新时期[29]。2020年中央1号文件要求“推进稻谷、小麦和玉米完全成本保险和收入保险试点”“优化保险+期货试点模式”。因此，未来气象部门将加大力度与保险部门联合开发水果、水产、畜牧和病虫害等农业气象指数保险，以及与气象关联度高的农产品产量保险、价格保险、收入保险和“保险+期货”等产品，加大气象科普知识和保险产品的宣传，同时完善气象+保险气象灾害防御体系，从分散风险和防御风险2方面大力推进现代农业经济发展。