Одне з найважливіших відкриттів в галузі дистанційного (супутникове та аерофото) зондування Землі – це відкриття спектральних індексів. Ще на зорі розвитку цієї галузі виявилося, що в багатьох випадках недостатньо аналізу матеріалів дистанційного зондування в окремих діапазонах спектру. Більш інформативними є відношення або різниця відбивання сонячного випромінювання в різних зонах спектра. Показники, що характеризують співвідношення відбивання в різних каналах супутникової зйомки – це і є спектральні індекси. Перш за все вони знайшли своє практичне застосування в дистанційному моніторингу рослинного покриву. Спектральні індекси, які використовуються для оцінки стану рослинності, називають вегетаційними індексами (ВІ). Індекси рослинності є одним з найбільш популярних і широко вивчених продуктів дистанційного зондування Землі. Збільшення концентрації хлорофілу листа або площі листа, згущення листя можуть вносити зміни в довжину хвиль – зменшення ближнього інфрачервоного спектра (NIR) і збільшення червоного спектра (RED). Все це проявляється на індексних зображеннях.
Класифікація вегетаційних індексів
Для того, щоб систематизувати вегетаційні індекси (ВІ), представлені в спеціальній літературі, їх групують в три групи:
- ВІ, чутливі до рослинної маси (RVI, NDVI, IPVI, WDVI);
- ВІ, які стійкі до ґрунтового впливу (SAVI, OSAVI, MSAVI, MSAVI2);
- ВІ, які мінімізують вплив атмосфери (GARI, ARVI, GVI).
Коротка характеристика основних вегетаційних індексів
Індекс різниці рослинності (DVI)
Формула для розрахунку наведена нижче:
DVI=NIR-RED
Цей індекс підходить для задач, де необхідно підкреслити спектральну відмінність між рослинністю і ґрунтом. Однак, цей індекс не враховує вплив атмосфери, що в деяких моментах може спотворювати результати аналізу даних дистанційного зондування.
Нормалізований диференційний вегетаційний індекс (NDVI)
Нормалізований диференційний індекс рослинності (NDVI) кількісно визначає рослинність, вимірюючи різницю між ближнім інфрачервоним діапазоном (який сильно відбиває рослинність) і червоним діапазоном (який поглинає рослинність). Цей індекс описує також густоту рослинності, дозволяє здійснювати оцінку схожості і моніторинг росту рослин.
NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED)
Цей показник є показником здорової зеленої рослинності. Значення цього індексу варіюється від -1 до 1. Для рослинності діапазон значень становить від 0,2 до 0,8.
Приклад ортофотоплана, отриманого на підставі зйомки БПЛА
Приклад розрахунку індексу NDVI для виявлення проблемних ділянок рослинності
Ґрунтовий скоригований вегетаційний індекс (SAVI)
Цей індекс схожий на NDVI, але він пригнічує вплив пікселів ґрунту. Для його розрахунку використовується коефіцієнт коригування підстилаючої поверхні, L, який є функцією щільності рослинності і часто вимагає попереднього знання кількості рослинності.
SAVI=1.5*(NIR-RED)/(NIR+RED+0.5)
Найчастіше використовується оптимальне значення L = 0,5 для обліку змін фону ґрунту першого порядку. Цей індекс краще використовувати в районах з розрідженою вегетативною масою, де ґрунт видно крізь рослинний покрив.
Оптимізований індекс ґрунтової рослинності (GOSAVI)
Цей індекс заснований на індексі ґрунтової рослинності (SAVI). На підставі використання цього індексу було визначено, що його значення забезпечує більшу варіабельність ґрунту, ніж SAVI, для низького рослинного покриву, водночас демонструючи підвищену чутливість до рослинного покрову (перевищує 50%).
GOSAVI=(NIR-GREEN)/(NIR+GREEN+0.16)
Цей індекс, аналогічно SAVI, краще використовувати в районах з розрідженою рослинністю.
Індекс зеленої рослинності, стійкий до впливу атмосфери (GARI)
Цей індекс чутливий до широкого діапазону концентрацій хлорофілу і менш чутливий до атмосферних впливів, ніж NDVI.
GARI=(NIR-[GREEN-(BLUE-RED)])/(NIR+[GREEN-(BLUE-RED)])
Гамма-константа є ваговою функцією, яка залежить від наявності аерозолю в атмосфері. За замовчуванням використовується значення гамма-константи 1.7.
Видимий атмосферостійкий вегетаційний індекс (VARI)
Цей індекс стійкий до впливу атмосфери і використовується для оцінки частки рослинності, а також її видового складу.
VARI=(GREEN-RED)/(GREEN+RED-BLUE)
Приклад ортофотоплана, отриманого на підставі зйомки БПЛА
Приклад розрахунку індексу VARI для оцінки частки активної фітомаси
Попри величезну кількість доступних індексів рослинності, переважна більшість фермерів, протестувавши різні показники, найчастіше вибирають один або два індекси, які, на їхню думку, краще показують здоров’я та стан їх полів. Результати розрахунку індексів можуть варіювати в залежності від типу культури, якості ґрунту та інших умов навколишнього середовища. Незалежно від заявленої мети, індекс рослинності повинен показувати дійсність «на місці».
Додаткова інформація за послугою “Розрахунок вегетаційних індексів” доступна за ПОСИЛАННЯМ →