Нормалізований індекс різниці вегетаційного покриву (NDVI) полегшує життя фермерів

Нормалізований різницевий вегетаційний індекс (NDVI) є загальновживаним показником для кількісної оцінки щільності та стану рослинності. Його значення коливаються від -1 до 1, причому від'ємні значення вказують на наявність води або голого ґрунту, значення, близькі до нуля, вказують на розріджену рослинність, а вищі значення - на густішу і здоровішу рослинність.

Що таке нормалізований індекс різниці рослинного покриву (NDVI)?

Це метод, який обчислює різницю між кількістю червоного світла, отриманого рослинністю, і кількістю ближнього інфрачервоного світла, яке інтенсивно відбивається рослинністю.

Метою цього методу є кількісний аналіз стану рослинного покриву. Не існує ситуації, в якій його значення виходило б за межі спектру від -1 до +1. Однак не існує чіткого розмежування між багатьма типами рослинного покриву, які можна зустріти.

Якщо сума показників виявиться меншою за нуль, то цілком ймовірно, що речовина, про яку йдеться, - вода. Якщо ви отримали показник NDVI, близький до позитивного, є велика ймовірність того, що це просто купа щільно упакованого зеленого листя. Це особливо вірно, якщо листя щільно прилягає одне до одного.

Зелене листя має більше значення, ніж червоне, тому так і відбувається. Уявіть на мить, що воно дуже близьке до того, щоб дорівнювати 0.

У такій ситуації навряд чи є шанси на те, що там ще залишилося хоч якесь листя, а регіон може бути навіть урбанізованим до цього моменту. Індекс нормалізованої різниці рослинності - це індекс, який використовується аналітиками у сфері дистанційне зондування більшу частину часу.

Чим корисний нормалізований індекс різниці в рослинності?

Існує багато різних вегетаційних індексів, і переважна більшість з них є порівнянними між собою. Однак саме він використовується найчастіше і найширше, а також має суттєву перевагу, яка полягає у високій роздільній здатності зображень, які отримуються на основі супутникові дані.

За таких обставин для визначення NDVI можна використовувати канали з роздільною здатністю десять метрів. Пам'ятайте, що один піксель дорівнює десять на десять метрів. З іншого боку, роздільна здатність індексу, що використовує канали надмірного світла, а саме червоного кольору, може становити двадцять метрів, де один піксель дорівнює двадцять на двадцять метрів.

Як розраховується NDVI?

Його можна визначити за допомогою наступної простої математичної процедури, яка перетворює необроблену супутникову інформацію в індекси рослинності.

Рівняння створює єдине число, яке є репрезентативним та інтегрує інформацію, доступну в червоному та NIR (ближньому інфрачервоному) діапазонах.

Для цього береться коефіцієнт відбиття в червоному спектральному діапазоні і віднімається від коефіцієнта відбиття в інфрачервоному діапазоні. Після цього результат ділиться на сумарний коефіцієнт відбиття в інфрачервоному та червоному діапазонах.

Оцінка NDVI ніколи не буде більшою за позитивну і меншою за негативну. Крім того, число від -1 до 0 позначає рослину, яка загинула, та неорганічні об'єкти, такі як каміння, дороги та будівлі.

Водночас, його значення для живих рослин може варіюватися від 0 до 1, де 1 означає найздоровішу рослину, а 0 - найнездоровішу. Кожному пікселю на зображенні можна присвоїти одне значення, незалежно від того, чи представляє цей піксель один листок, чи пшеничне поле площею 500 акрів.

Як ми використовуємо нормалізований індекс різниці в рослинності?

Цілком виправдано, що зараз його використовують у різних галузях досліджень. Наприклад, у сільському господарстві його використовують для цілей точного землеробства та оцінки біомаси. Лісівники також використовують його для оцінки лісових ресурсів, а також індексу листової поверхні (LAI).

Крім того, NASA вважає його надійною ознакою наявності посушливих умов. Пропорційне значення NDVI та концентрація рослинності є нижчими в районах, де вода слугує бар'єром для розвитку рослинності.

Це пов'язано з тим, що вода не дає корінню рослин проростати вглиб ґрунту. Вона, в тому числі й інші види дистанційне зондування, має можливість бути використаним у широкий спектр різних способів у реальності.

Що NDVI може розповісти нам про рослини?

Важливо мати чітке розуміння того, що нормалізована різниця Індекс рослинності є лише індикатором здоров'я рослини і не надає інформації про причини певного стану.

Вегетаційний індекс є скоріше вираженням, ніж прямим відображенням того, що відбувається на полі. Давайте розглянемо три способи застосування NDVI для польового аналізу:

Коли починається новий сезон

Це корисно для розуміння зимостійкості рослини і того, як їй вдалося вижити.

• Якщо його значення менше 0,15, існує певна ймовірність того, що всі рослини на цій ділянці поля загинули. Як правило, ці цифри стосуються обробленого ґрунту без рослин.
• Інший приклад низького показника - 0,15-0,2. Це може свідчити про те, що рослини почали готуватися до зими в ранній фенологічний період, ще до фази культивації.
• Результат в діапазоні від 0,2 до 0,3 є задовільним. Швидше за все, рослини перейшли до фази кущіння і відновили свій вегетативний стан.0.3-
• 0,5 - пристойне значення. Однак важливо пам'ятати, що вищі показники NDVI свідчать про те, що рослини перезимували на більш пізній фенологічній стадії. Припустимо, що супутниковий знімок був зроблений до того, як рослинність відновила свій нормальний стан. У такому випадку важливо проаналізувати територію після того, як рослинність повернулася до нормального стану.
• Число більше 0,5 вказує на аномалію під час післязимової фази. Рекомендується перевірити цю зону поля.

Нагадаємо, якщо ви помітили, що отримані значення значно відрізняються від норми, необхідно провести обстеження відповідної ділянки поля. Велике відхилення від норми необхідне для того, щоб значення були віднесені до категорії аномальних на даній ділянці.

Коли сезон у розпалі

Використання індексу може бути корисним для кращого розуміння того, як розвиваються рослини. Уявіть, що показники знаходяться в діапазоні від помірного до високого (0,5-0,85). Дуже ймовірно, що саме ця частина території наразі не стикається з жодними серйозними проблемами.

Якщо індекс залишається нижчим, ніж повинен бути, це може свідчити про такі проблеми, як дефіцит ґрунтової води або поживних речовин. Однак вам потрібно провести власне розслідування в цій конкретній області.

Ми генеруємо карти для внесення зі змінною швидкістю (VRA) азоту за допомогою нормалізованого різницевого вегетаційного індексу. Ми визначаємо регіони з індексом рослинності від низького до високого.

Після цього фермер самостійно визначає кількість необхідних добрив. Нижче наведено найефективніший спосіб внесення азоту:

• Припустимо, що вегетаційний індекс для регіону високий. У такому випадку рекомендовану дозу добрив слід зменшити до 10 і 30 відсотків від типової норми.
• Якщо вегетаційний індекс знаходиться на рівні середнього, рекомендовану дозу добрив слід збільшити до 20-25% від звичайної.
• Якщо вегетаційний індекс низький, спочатку потрібно з'ясувати, чому він такий.

Для того, щоб реконструювати поле врожайність сільськогосподарських культур, ми також використовуємо цей індекс. На основі цих даних ми створюємо карти, які можна використовувати для змінної норми внесення калійних і фосфорних добрив.

Коли сезон закінчується

Індекс NDVI є корисним інструментом для визначення готовності полів до збирання врожаю; чим нижчий індекс, тим ближче частина площі наближається до стадії, коли вона готова до збирання врожаю. У цьому сценарії, значення індексу нижче 0,25 було б ідеальним.

Почнемо з того, що це математичне обчислення, яке виконується піксель за пікселем на зображенні за допомогою інструментів ГІС (географічної інформаційної системи). Обчислюючи контраст між кількістю червоного та ближнього інфрачервоного світла, поглиненого та відбитого рослиною, він вимірює загальний стан здоров'я рослини.

Нормалізований індекс відмінностей рослинності можна використовувати для вивчення земель по всьому світу, що робить його ідеальним для цілеспрямованих польових досліджень та національного чи глобального моніторингу рослинності.

Використовуючи NDVI, ми можемо отримати миттєвий аналіз полів, що дозволяє аграріям оптимізувати виробничий потенціал територій, обмежити вплив на навколишнє середовище та модифікувати свої точні сільськогосподарські операції.

Більше того, вивчення цих даних у поєднанні з іншими потоками даних, наприклад, про погоду, може допомогти краще зрозуміти повторюваність посух, заморозків чи повеней та їхній вплив на рослинність.

Поширені запитання

1. Для чого в першу чергу використовується NDVI?

В першу чергу він використовується для визначення стану здоров'я та густоти рослинності на певній території. Цей індекс широко використовується в сільському, лісовому господарстві та екології для моніторингу росту рослинності, оцінки рівня стресу рослин, виявлення зон посухи або хвороб, а також для прийняття рішень щодо управління посівами.

2. Як читати знімки NDVI?

Щоб прочитати зображення NDVI, ви можете інтерпретувати кольорову шкалу, пов'язану зі значеннями індексу. Зазвичай здорова рослинність виглядає зеленою, тоді як менш здорова або розріджена - жовтою або червоною.

Темніші відтінки можуть вказувати на ділянки з високою біомасою, тоді як світліші відтінки можуть вказувати на нижчу щільність рослинності або наявність голого ґрунту.

Розуміння контексту території, що аналізується, наприклад, конкретного типу сільськогосподарських культур або умов навколишнього середовища, може додатково допомогти в інтерпретації зображень NDVI та прийнятті обґрунтованих рішень щодо сільськогосподарських практик.