NDWI: Нормалізований Диференційний Індекс Вологості

NDWI (Normalized Difference Water Index) використовується для визначення об’єктів відкритих водних просторів та їх виділення на супутниковому знімку на тлі ґрунту та рослинності.

Оскільки індекс NDWI (Нормалізований різницевий водний індекс) ефективно визначає вміст вологи, його часто плутають з індексом NDMI, також відомим як NDWI GAO. Насправді, це різні індекси, з унікальними формулами розрахунку та сферою застосування. NDMI використовує комбінацію NIR-SWIR (ближній інфрачервоний та короткохвильовий інфрачервоний) для посилення присутності вологи в листі рослин. NDWI розраховується з використанням комбінації GREEN-NIR (видимий зелений та ближній інфрачервоний), що дозволяє виявляти незначні зміни вмісту води у водоймах.

Індекс NDWI був запропонований Макфітерсом у 1996 році. Сьогодні він застосовується для виявлення та моніторингу найменших змін у вмісті водних об’єктів. Використовуючи переваги спектральних діапазонів NIR (ближній інфрачервоний) та GREEN (видимий зелений), NDWI може посилити присутність водних об’єктів на супутниковому знімку. Недоліком цього індексу є чутливість до будівельних конструкцій, що може призводити до переоцінки водних об’єктів.

Формула NDWI

Рівняння NDWI виглядає так:

NDWI = (Green – NIR)/(Green + NIR)

Для даних Landsat 7:

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

Для даних Landsat 8:

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

Для даних Sentinel 2:

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

Вибір цих довжин хвиль заснований на максимальних значеннях відбиваючих характеристик водних об’єктів у зеленому спектрі довжин хвиль та мінімальних – у ближньому інфрачервоному спектрі, де рослинність та ґрунт мають максимальні значення.

Результатом цього рівняння є водні об’єкти, які мають позитивні значення, тоді як ґрунт та наземна рослинність мають нульові чи негативні значення.

Інтерпретація NDWI

Показники присутності рослинності значно нижчі за показники водних об’єктів (0,5 і вище), що дозволяє легко відрізнити рослинність від водойм. Будівельні об’єкти мають позитивні значення від 0 до 0,2.

Значення індексу NDWI відповідають наступним діапазонам:

0,2 – 1 – Поверхня води,
0,0 – 0,2 – Затоплення, вологість,
-0,3 – 0,0 – Помірна посуха, неводні поверхні,
-1 – -0,3 – Посуха, неводні поверхні

Застосування Індексу NDWI

Щоразу, коли виникає необхідність визначити водний об’єкт, зробити його контур більш чітким на карті, та відстежувати його зміни, застосовується нормалізований диференційний водний індекс. За межами видимого спектру, в інфрачервоному діапазоні, вода практично не відображає світло. NDWI використовує цю властивість для успішного визначення водойм на карті та моніторингу каламутності води.

Візуалізація NDWI

Дані, витягнуті з супутникового зображення з використанням індексу NDWI, візуалізуються у вигляді карт з використанням палітри кольорів і графіків, щоб показати у вигляді кривої, як значення змінюються з часом . На карті більш високі значення, що наближаються до +1, зазвичай відображаються синім кольором і відповідають або високому вмісту води, або поверхні води, тоді як нижчі значення аж до -1 є контрольними ознаками умов посухи, крім тих випадків, коли область інтересу представлена неводною поверхнею.