Одно из важнейших открытий в области дистанционного (спутниковое и аэрофото) зондирования Земли – это открытие спектральных индексов. Еще на заре развития этой отрасли оказалось, что во многих случаях недостаточно анализа материалов дистанционного зондирования в отдельных диапазонах спектра. Более информативными являются отношения или разности отражения солнечного излучения в различных зонах спектра. Показатели, характеризующие соотношение отражений в различных каналах спутниковой съемки – это и есть спектральные индексы. Раньше всего они нашли свое практическое применение в дистанционном мониторинге растительного покрова. Спектральные индексы, используемые для оценки состояния растительности, называют вегетационными индексами (ВИ). Индексы растительности являются одним из наиболее популярных и широко изученных продуктов дистанционного зондирования Земли. Увеличение концентрации хлорофилла листа или площади листа, сгущения листвы могут вносить изменение в длину волн – уменьшение ближнего инфракрасного спектра (NIR) и увеличение красного спектра (RED). Все это проявляется на индексных изображениях.
Классификация вегетационных индексов
Для того, что бы систематизировать вегетационные индексы (ВИ), представленные в специальной литературе, их группируют в три группы:
- ВИ, чувствительные к растительной массе (RVI, NDVI, IPVI, WDVI);
- ВИ, которые устойчивы к почвенному влиянию (SAVI, OSAVI, MSAVI, MSAVI2);
- ВИ, минимизирующие влияние атмосферы (GARI, ARVI, GVI).
Краткая характеристика основных вегетационных индексов
Индекс разницы растительности (DVI)
Формула для расчета приведена ниже:
DVI=NIR-RED
Этот индекс подходит для задач, где необходимо подчеркнуть спектральное различие между растительностью и почвой. Однако, этот индекс не учитывает влияние атмосферы, что в некоторых моментах может искажать результаты анализа данных дистанционного зондирования.
Нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI)
Нормализованный разностный индекс растительности (NDVI) количественно определяет растительность, измеряя разницу между ближним инфракрасным диапазоном (который сильно отражает растительность) и красным диапазоном (который поглощает растительность). Этот индекс описывает также густоту растительности, позволяет производить оценку всхожести и мониторинг роста растений.
NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED)
Этот показатель является показателем здоровой зеленой растительности. Значение этого индекса варьируется от -1 до 1. Для растительности диапазон значений составляет от 0,2 до 0,8.
Пример ортофотоплана, полученного на основании съемки БПЛА
Пример расчета индекса NDVI для выявления проблемных участков растительности
Почвенный скорректированный вегетационный индекс (SAVI)
Этот индекс похож на NDVI, но он подавляет влияние пикселей почвы. Для его расчета используется коэффициент корректировки подстилающей поверхности, L, который является функцией плотности растительности и часто требует предварительного знания количества растительности.
SAVI=1.5*(NIR-RED)/(NIR+RED+0.5)
Чаще используется оптимальное значение L = 0,5 для учета изменений фона почвы первого порядка. Этот индекс лучше использовать в районах с разряженной вегетативной массой, где почва видна сквозь растительный покров.
Оптимизированный индекс почвенной растительности (GOSAVI)
Этот индекс основан на индексе почвенной растительности (SAVI). На основании использования этого индекса было определенно, что его значение обеспечивает большую вариабельность почвы, чем SAVI, для низкого растительного покрова, в то же время демонстрируя повышенную чувствительность к растительному покрову (превышающую 50%).
GOSAVI=(NIR-GREEN)/(NIR+GREEN+0.16)
Этот индекс, аналогично SAVI, лучше использовать в районах с редкой растительностью.
Индекс зеленой растительности, стойкий к влиянию атмосферы (GARI)
Этот индекс чувствителен к широкому диапазону концентраций хлорофилла и менее чувствителен к атмосферным воздействиям, чем NDVI.
GARI=(NIR-[GREEN-(BLUE-RED)])/(NIR+[GREEN-(BLUE-RED)])
Гамма-константа является весовой функцией, которая зависит от наличия аэрозоля в атмосфере. По умолчанию используется значение гамма-константа 1.7.
Видимый атмосферостойкий вегетационный индекс (VARI)
Этот индекс устойчив к влиянию атмосферы и используется для оценки доли растительности, а также ее видового состава.
VARI=(GREEN-RED)/(GREEN+RED-BLUE)
Пример ортофотоплана, полученного на основании съемки БПЛА
Пример расчета индекса VARI для оценки доли активной фитомассы
Несмотря на огромное количество доступных индексов растительности, подавляющее большинство фермеров, протестировав различные показатели, зачастую выбирают один или два индекса, которые, по их мнению, лучше отражают здоровье и состояние их полей. Результаты расчета индексов могут варьироваться в зависимости от типа культуры, качества почвы и других условий окружающей среды. Независимо от заявленной цели, индекс растительности должен отражать действительность «на месте».
Дополнительная информация по услуге “Расчет вегетационных индексов” доступна по ССЫЛКЕ →