NDWI: Нормализованный Разностный Водный Индекс

NDWI (Normalized Difference Water Index) используется для определения объектов открытых водных пространств и их выделения на спутниковом снимке на фоне почвы и растительности.

Поскольку индекс NDWI (Нормализованный разностный водный индекс) эффективно определяет содержание влаги, его часто путают с индексом NDMI, также известным как NDWI GAO. На самом деле, это разные индексы с уникальными формулами расчета и сферой применения. NDMI использует комбинацию NIR-SWIR (ближний инфракрасный и коротковолновый) для усиления присутствия влаги в листьях растений. NDWI рассчитывается с использованием комбинации GREEN-NIR (видимый зеленый и ближний инфракрасный), что позволяет выявлять незначительные изменения содержания воды в водоемах.

Индекс NDWI был предложен Макфитерсом в 1996 году. Сегодня, он применяется для обнаружения и мониторинга малейших изменений в содержании водных объектов. Используя преимущества спектральных диапазонов NIR (ближний инфракрасный) и GREEN (видимый зеленый), NDWI может усилить присутствие водных объектов на спутниковом снимке. Недостатком данного индекса является чувствительность к строительным конструкциям, которая может приводить к переоценке водных объектов.

Формула NDWI

Уравнение NDWI выглядит так:

NDWI = (Green – NIR)/(Green + NIR)

Для данных Landsat 7:

NDWI = (Band 2 – Band 4)/(Band 2 + Band 4)

Для данных Landsat 8:

NDWI = (Band 3 – Band 5)/(Band 3 + Band 5)

Для данных Sentinel 2:

NDWI = (Band 3 – Band 8)/(Band 3 + Band 8)

Выбор этих длин волн основан на максимальных значениях отражательных характеристик водных объектов в зеленом спектре длин волн и минимальных – в ближнем инфракрасном спектре, где растительность и почва имеют максимальные значения.

Результатом этого уравнения являются водные объекты, которые имеют положительные значения, в то время как почва и наземная растительность имеют нулевые или отрицательные значения.

Интерпретация NDWI

Показатели присутствия растительности значительно ниже, чем показатели водных объектов (0,5 и выше), что позволяет легко отличить растительность от водоемов. Строительные объекты имеют положительные значения от 0 до 0,2.

Значения NDWI индекса соответствуют следующим диапазонам:

0,2 – 1 – Поверхность воды,
0,0 – 0,2 – Затопление, влажность,
-0,3 – 0,0 – Умеренная засуха, неводные поверхности,
-1 – -0,3 – Засуха, неводные поверхности

Применение Индекса NDWI

Каждый раз, когда возникает необходимость определить водный объект, сделать его контур более четким на карте, и отслеживать его изменения, применяется нормализованный разностный водный индекс. За пределами видимого спектра, в инфракрасном диапазоне, вода практически не отражает свет. NDWI использует это свойство для успешного определения водоемов на карте и мониторинга мутности воды.

Визуализация NDWI

Данные, извлеченные из спутникового изображения с использованием индекса NDWI, визуализируются в виде карт с использованием цветовой палитры и графиков, чтобы показать в виде кривой, как значения меняются с течением времени. На карте более высокие значения, приближающиеся к +1, обычно отображаются синим цветом и соответствуют либо высокому содержанию воды, либо поверхности воды, в то время как более низкие значения, вплоть до -1, являются контрольными признаками условий засухи, кроме тех случаев, когда область интереса представлена неводной поверхностью.