1、2018 年云省科学技术奖推荐项目公示项目一：基于时空大数据的重大林业有害生物测报预警新技术（一）项目基本情况项目名称 基于时空大数据的重大林业有害生物测报预警新技术候选人（单位）周汝良（西南林业大学） ，叶江霞（西南林业大学） ，石雷（中国林科院资源昆虫所） ，王艳霞（西南林业大学） ，龙晓敏（云南农业大学） ，邓忠坚（西南林业大学） ，泽桑梓（云南省林业科学院） ，廖怀建（中国林科院资源昆虫所） ，赵璠（西南林业大学） ，丁琨（西南林业大学） ， 黄晓园（西南林业大学） ，高仲亮（西南林业大学） ，李清玉（西南林业大学） ，吴明山（西南林业大学）推荐单位 云南省教育厅推荐专业(学科)评审委
2、员会B 林业 项目所属学科 1 2106045 植物病虫害测报学所属国民经济行业（A）农、林、牧、渔业任务来源 A 国家计划计划下达单位/部门国家自然科学基金委，国家林业局计划名称和编号“基于 DEM 地性线的卫星图像自动配准到地理底图上的方法” （项目编号：41261085） “有害生物测报 GIS 平台研发” （项目编号：200704044）项目开始时间 2007.06 项目结束时间 2011.12成果应用于生产时间 2008成果应用单位数量全国（2 种类测报）云南（7 种类测报）成果类别 应用基础类授权发明专利（项）3授权的其他知识产权 （项）10（二）项目简介影响重大林业有害生物扩散传
3、播、定植（殖）危害的生态因子，是时间、空间维度上不断变化的变量，利用传统的科技手段及方法，还无法在全国或全省的尺度上精准刻画和描述这些变量，如人类活动变量。行业部门只能在局部或个别点上，基于高密度、高频度的野外调查或观测数据开展测报预警，所耗费的人、财、物力巨大，测报的覆盖面、可预见性、前瞻性和精准性等存在一定不足，在广袤的野外观测或调查无法顾及的林区，容易形成测报预警的盲区或空白区。科学、精准的重大林业有害生物测报预警对于推动有害生物防治行业科技进步、保护森林资源和生物多样性，维护国家的生态安全具有重要支撑作用。该成果在国家林业公益性行业科研专项、国家自然科学基金、云南省重点基金及省院省校合
4、作项目 4 个项目资助下，历时 10 余年，研究并提出了一套利用卫星遥感数据提取气象类、人为活动类、植被及寄主类生态因子的变化信息；基于 GIS 技术，以天为单位采集记录相关测报变量数据；构建了有害生物发生发展过程的计算机连续化模拟表达、风险的概率化度量，用一套模型实现了全国及云南的重大林业有害生物的测报预警，测报结果“所见即所得”的立体可视化地图表达，多分辨率、多比例尺下的地图理解及应用。为国家林业局森林病虫害防治总站、云南省林业有害生物防治检疫局，搭建了重大林业有害生物时空大数据测报预警技术系统，分别开展了 2 年、10 年的测报预警工作。成果的主要技术内容及创新点如下。 （1）基于遥感和
5、 GIS 的测报变量基线及空间数据库构建技术借助遥感数据、基础地理数据及地面观测数据，通过遥感同化反演及信息提取、GIS 空间分析与建模技术等，建立了测报变量的时空基线（在时间、空间过程上的平均值）表达模型；构建了全国 250m 尺度、云南省 90m 尺度的气象类、地理环境类、人类活动及影响类、遥感指数与生物类等一百多个测报变量的基线地图，集成了空间数据库。其中，在全国率先提出了一套人类活动类变量、气象类变量空间地图基线、时间函数基线的构建技术，以及基于遥感参数的时空过程连续化模拟表达方法。（2）测报变量的动态合成及拟概率化模拟表达技术提出了基于基变量、时间基线和空间基线，动态合成有生态学意义
6、的测报变量，并实现变量的地图虚拟及可视化理解，灾害时间过程模拟、图像增强表达、交互式理解应用的技术方法。根据变量对有害生物发展生发展的作用机制，构建了气象类、地理环境类变量的指数化作用模型，构建了表达人为活动、森林健康、生物因子影响的共性作用函数模型。提出了 1 年 365 天的，基于遥感信息模拟表达、采集和集成气象因子场、人类活动影响数据的技术方法；耦合有害生物传播及生长发育规律，实现扩散传播、定植（殖）和危害过程的时空连续化模拟表达。以及风险的概率化测度及描述的技术方法。（3）测报分析 GIS 平台、测报结果地图互联网+发布平台及应用以 ArcGIS 系列产品为开发工具，研发了通用的“有害
7、生物测报 GIS 平台”、“全国林业有害生物测报预警结果发布 WebGIS 平台”。2008 年至 2017 年，开展了云南省有害生物总体趋势、松毛虫、切梢小蠹、松墨天牛、薇甘菊、松材线虫病的测报预警与应用发布。2017 年至 2018 年，开展了全国美国白蛾、松材线虫病的检疫测报预警、定殖传播及危害的测报预警，虫态发育时间过程模拟与预报。并通过国家林业局森防病害防治总站、云南省林业有害生物防治检疫局，向全国林业有害生物测报预警 WebGIS 系统向各州市级单位分发了1000 多幅测报预警成果地图，并开展地图浏览与可视化理解示范应用。（3）候选人对项目的贡献情况序号 姓 名 对本项目技术创造性
8、贡献1 周汝良课题主持人，负责项目总体技术路线设计，研发计划、实施方案制定，技术和集成应用创新的主要贡献人；对创新点 1，2，3，4 有重要贡献。2 叶江霞项目主要研发人员，负责测报变量分析、全国的重大有害生物寄主、土地利用遥感解译与制图，云南省主要有害生物的测报分析及预警地图发布；对创新点1，2，4 及应用推广有重要贡献。3 石 雷项目主要研发人员，负责害虫生物学研究和利用高光谱技术，建立病虫害预警模型来预测病虫害发生规律；对创新点 1 及 2 有重要贡献。4 王艳霞项目主要研发人员，负责亚像元立体可视化图像处理、温度场遥感反演、地理环境因子的水热分布规律研究及植被指数等遥感信息提取；对创新
9、点 1，2 及 4有重要贡献。5 龙晓敏项目主要研发人员，负责地貌可视化增强及多尺度表达处理，遥感影像几何精纠正处理，云南林业有害生物信息网的设计；对创新点 3 及 4 有重要贡献。6 邓忠坚项目主要研发人员，负责林业有害生物测报因子及测报模型数据库的设计和构建，测报及预警发布平台研发；对创新点 3 有重要贡献。7 泽桑梓 项目前期工作主研人员，负责有害生物测报机理分析研究，有害生物综合防治研究；对创新点 2 及应用推广有重要贡献。8 廖怀建 主要负责害虫生物学研究，揭示害虫的发生、发展及危害机理；对创新点 2 有重要贡献。9 赵璠项目前期主要研发人员，负责局地气象因子等测报变量的精确获取、调
10、试及传输技术研究，固定样地采集定位技术研究；对创新点 1 有重要贡献。10 丁琨项目主要研发人员，负责基于“基于 DEM 地性线的遥感图像自动配准到地理底图上的方法”的遥感影像处理研究；对创新点 1 有重要贡献。11 黄晓园项目主要研发人员，负责基于 MODIS 数据的地面温度、湿度反演研究及云南林业有害生物信息网开发设计；对创新点 1 和 3 有重要贡献。12 高仲亮项目主要研发人员，负责积温分布及其影响因子的相关性分析；对创新点 1 有重要贡献。13 李清玉项目主要研发人员，负责基于卫星影像成像机理研究，以及基于物理机制的影像的可视化增强处理 ；对创新点 1 和 4 有重要贡献。14 吴明
11、山项目主要研发人员，负责有害生物测报模型构建与评价研究；对创新点 2 有重要贡献。（四）完成单位对项目的贡献情况1. 西南林业大学主要完成了测报技术体系研究与构建，主要包括基变量的构建与大数据采集集成，遥感反演和信息提取比对，测报建模，时空过程模拟与空间连续化测报，GIS 测报与发布平台开发等创新型研究。支撑国家林业局森林病虫害防治总站开展了 2017、2018 年度的全国美国白蛾、松材线虫病的测报预警与应用发布。从 2008 年开始，支撑云南省林业有害生物防治检疫局开展了松墨天牛、松毛虫、切梢小蠹、松材线虫病、薇甘菊及有害生物总体趋势的测报分析与应用发布。2. 中国林科院资源昆虫所通过“3S
12、”技术和高光谱遥感技术，建立森林病虫危害预警模型，长期监测病虫害发生发展；同时揭示害虫生物学特性，进一步提高预测预报水平。以单位的名义进行技术推广，获得良好的效果。同时，为项目的开展提供人力和试验地，为本成果的实施和技术落地，提供了强有力的支持。3. 云南农业大学参加了卫星影像增强处理、几何精纠正及多尺度地貌表达的研究，并参与云南林业有害生物预警测报地图发布系统的设计。4. 云南省林业科学院承担云南省重大林业有害生物实地调查、监测工作，参与林业有害生物监测、预警新技术研究工作。协助项目主持单位西南林业大学完成华山松木蠹象、褐梗天牛、松墨天牛引诱监测工作，阐明了云南松松小蠹致死特性。（五） 获得
13、科技成果情况成果获得授权发明专利 3 项、受理发明专利 5 项、授权实用新型专利 2 项，授权计算机软件著作权 8 项；成果通过行业主管部门-国家林业局森林病虫害防治总站、云南省林业有害生物防治检疫局，在全国 800 多个州市进行了测报预警地图、县级单位风险概率测报报表的发布应用。通过行业部门的实践检验表明，美国白蛾的测报精度达 83%，松材线虫病达 76%。成果在云南应用中，近三年来取得了 3.8 亿元的防灾减灾效益。（六）项目曾获奖励情况2012、2013 年度，对云南与四川、云南与广西某些交界区域（详见附件图），作出了松材线虫病传入的高风险预警，以此指导基层开展有针对性的野外监测与核查，
14、并在云南盐津县发现了新疫区。在全国专项工作会议上，云南的测报预警工作受到了国家森防总站领导的表扬，并将本团队推选为全国林业有害生物测报预警技术的支撑团队，2016 年至 2018 年，开展了全国重大林业有害生物的测报预警工作。（七）典型应用示例图 1 2017 年全国美国白蛾定殖及高风险检疫区的检出传播预警图图 4 全国各省、州市美国白蛾定殖传播测报风险图应用示例（以河南省、平顶山市为例）图 5 2008 年云南松材线虫病测报预警图图 6 2013 年云南松材线虫病及 2015 年松小蠹测报预警图图 8 昆明市松毛虫危害的时间过程测报图 3 2017 年度美国白蛾与松材线性虫病扩散预警与实际新发疫区叠加图图 2 2017 年度全国美国白蛾虫态发育预警图及 2017 年松材线虫病发生风险图图 7 云南省松墨天牛及薇甘菊测报分析预警图
