09/21/2020

Индексы Растительности для Полного Анализа Вегетации

А вы знали, что NDVI (нормализованный дифференцированный вегетационный индекс) – не единственный показатель состояния растительности? Как минимум, существует еще сотня других, которые находят широкое применение.

По сути, каждый индекс вегетации – это определенная комбинация (формула) измеряемых сенсорами по двум и более каналам с разными длинами волн отражательных свойств (содержание воды, хлорофилла, пигментов и т.д.), которые определенным образом характеризуют состояние растительности.

По мере совершенствования датчиков, спутники наблюдения Земли подпитывают разработки в области дистанционного зондирования новыми данными, что улучшает уже существующие методы анализа.

Давайте рассмотрим подробнее новые инструменты в LandViewer и узнаем, какой полезной информацией они могут дополнить обычный анализ, основанный на NDVI.

Спектральные свойства растительности и вегетационные индексы (ВИ), которые их учитывают, помогают аграриям оценить состояние полей и прогнозировать урожай.

Тем не менее, возможности каждого из них ограничены. NDVI чувствителен к явлениям в атмосфере и почве, поэтому следует использовать и другие спектральные индексы, позволяющие проанализировать состояние растительности точнее.

SAVI

Что такое SAVI? Почвенный вегетационный индекс SAVI был введен для минимизации яркости почвы ученым Уэте (Huete). Он добавил коэффициент коррекции по почве L в уравнение NDVI, чтобы уменьшить почвенные шумы, которые существенно влияют на результат (цвет, влажность, вариабельность почв в регионе и др.).

Формула вегетационного индекса SAVI:

SAVI = ((NIR – Red) / (NIR + Red + L)) x (1 + L)

Ключевые факты: коэффициент L в индексе SAVI не является постоянным. Он колеблется в диапазоне от -1 до 1, в зависимости от количества зеленого покрова на исследуемой территории. В основанном на дистанционном зондировании анализе областей с интенсивной зеленой растительностью коэффициент L=0 (в этом случае данные вегетационного индекса SAVI и NDVI одинаковы), а в регионах с незначительной растительностью L=1.

Когда используется: для анализа культур на ранних стадиях развития; для мониторинга засушливой местности со скудной вегетацией (менее 15% общей площади) и открытых пространств, где поверхность почвы не защищена растительностью.

изображение индекса SAVI
Расчет SAVI по изображению оросительных узлов в Саудовской Аравии, полученный с Sentinel 2.

ARVI

Как подсказывает название, атмосфероустойчивый вегетационный индекс ARVI – это первый инструмент на основе спутниковых данных, на который относительно мало влияют атмосферные факторы (например, аэрозоли).

Индекс ARVI рассчитали Кауфман (Kaufman) и Танре (Tanré). По сути, этот показатель представляет собой NDVI, скорректированный с учетом влияния рассеивательных свойств атмосферы на значения в красном диапазоне спектра отражения. Поэтому для его вычисления берут значения синей области.

Формула ARVI:

ARVI = (NIR – (2 * Red) + Blue) / (NIR + (2 * Red) + Blue)

Ключевые факты: По сравнению с другими инструментами оценки состояния растительности, применяемый в сельском хозяйстве индекс ARVI также мало зависит от топографических особенностей. Благодаря этому он является эффективным инструментом мониторинга тропических горных областей, часто покрытых золой в результате подсечно-огневого земледелия.

Когда используется: для наблюдения за  регионами с высокой концентрацией атмосферных аэрозолей (дождей, тумана, пыли, дыма, загрязнения воздуха).

EVI

Что такое EVI? Усовершенствованный вегетационный индекс EVI был создан Лю (Liu) и Уэте  (Huete) для коррекции результатов NDVI, которые искажаются из-за атмосферных явлений и сигналов почвенного фона, в особенности, в регионах с плотной растительностью. Шкала EVI варьируется от -1 до 1; для здоровой растительности показатель колеблется в пределах 0,2-0,8.

Формула индекса EVI:

EVI = 2.5 * ((NIR – Red) / ((NIR) + (C1 * Red) – (C2 * Blue) + L))

Ключевые факты: вегетационный индекс EVI имеет коэффициенты C1 и C2 для корректировки аэрозольных рассеиваний, которые присутствуют в атмосфере, и коэффициент L для поправок искажения значений из-за почвенного фона и растительного покрова.

Выбрать показатели для вычисления индекса EVI по разным спутниковым данным начинающим GIS-специалистам иногда затруднительно. Обычно для сенсора NASA MODIS (для которого он был рассчитан) C1=6, C2=7,5 и L=1. Если вам интересно, как получить EVI с помощью Sentinel 2 или Landsat 8, воспользуйтесь программой Crop Monitoring, в которой также можно выгрузить результаты.

Когда используется: для анализа вегетации в регионах Земли с большим количеством хлорофилла (например, дождевых лесах), и предпочтительно с минимальными топографическими особенностями (не гористых местностях).

LAI

Что означает LAI? Индекс листовой поверхности LAI разработан для анализа листовой поверхности нашей планеты и анализирует количество листьев на определенной территории. Его высчитывают как отношение односторонней (освещенной) площади листьев к занимаемой ими поверхности почвы. Индекс LAI – важный показатель в исследованиях, которые изучают состояние сельскохозяйственных культур, лесных насаждений, окружающей среды и климатических условий.

Вегетационный индекс растительности LAI определяется как для отдельных культур, так и целых регионов.

Листья являются важной частью растений и составляют около 90% от их биомассы (сухого вещества). В них происходит процесс фотосинтеза, в результате которого вырабатываются питательные вещества, необходимые для здорового развития растений.

Формула LAI:

LAI = площадь листьев / площадь почвы

Ключевые факты: Листовой индекс LAI был введен для сенсора NASA MODIS для уточнения данных NDVI. В отличие от последнего, он учитывает топографические особенности, а спектральные зоны, которые используются для его расчетов, проходят атмосферную коррекцию.

Если LAI=3, то листья могут покрыть занимаемую поверхность в три слоя. Индекс LAI считается высоким при цифре 0-3,5. Однако его значения увеличиваются при облачности и наличии ярких объектов.

Когда используется: для анализа состояния культур, а также как вводный параметр для модели прогнозирования продуктивности.

NDWI

Нормализованный дифференцированный водный индекс разработан для исследования водных поверхностей Земли с помощью спутников. Для получения данных используются ближний инфракрасный диапазон и зеленая область спектра.

Такая комбинация позволяет уменьшить влияние почвенного шума и растительного покрова. NDWI является важным показателем в сельском хозяйстве, а также применяется для оценки мутности вод.

Формула индекса NDWI:

NDWI = (Green-NIR) / (Green+NIR)

Ключевые факты: Средний инфракрасный диапазон показывает количество воды в клетках растений и губчатый слой мезофилла, а ближний инфракрасный спектр дает возможность анализировать внутренние клетки листа и количество в нем сухого вещества.

Индекс NDWI вычисляется путем комбинирования среднего и ближнего ИК каналов. Данная комбинация нейтрализует отражение сухого вещества, что позволяет получить более точную картину содержания воды в растениях. 

Когда используется: для обнаружения затопленных сельскохозяйственных угодий, выявления наводнений на полях, мониторинга эффективности ирригации, определения заболоченных территорий.

GNDVI

GNDVI – это нормализованный дифференцированный вегетационный индекс зелени. Для его расчета используется зеленая область спектра с длиной волн 540-570 нм и ближний инфракрасный диапазон.

Формула индекса GNDVI:

GNDVI = (NIR – Green) / (NIR + Green)

Ключевые факты: индекс GNDVI более чувствителен к хлорофиллу, чем NDVI.

Когда используется: для оценки развития культур, выявления растений в состоянии стресса и на стадии увядания, определения содержания азота в листьях растений при отсутствии крайнего красного канала в имеющемся диапазоне.

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ

Контакты

Если вы заинтересованы в сотрудничестве, заполните форму, и мы скоро с вами свяжемся
Осталось символов (макс. 1024): 1024
* Обязательные поля
183 queries in 0.221 seconds.