Индекс NDVI для дистанционного мониторинга растительности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 20 марта, печатный экземпляр отправим 24 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №31 (269) август 2019 г.

Дата публикации: 05.08.2019

Статья просмотрена: 1140 раз

Библиографическое описание:

Баширова, Ч. Ф. Индекс NDVI для дистанционного мониторинга растительности / Ч. Ф. Баширова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 31 (269). — С. 30-31. — URL: https://moluch.ru/archive/269/61895/ (дата обращения: 06.03.2021).



В данной статье рассматривается способ использования данных дистанционного зондирования для мониторинга растительных и лесных сообществ. С помощью космических снимков анализируются изменения вегетационных индексов — показателей, представляющих собой комбинацию из различных спектральных каналов излучения, отраженного от изучаемого объекта. Самым распространенным является вегетационный индекс — NDVI.

Ключевые слова: NDVI, дистанционный мониторинг, космические снимки.

В качестве компонента информационного обеспечения мониторинга лесного покрова рассматриваются данные съёмок с космических аппаратов. Дистанционными методами возможно выявить подробности, которые при проведении наземных визуальных осмотров невозможно или которые требуют финансовых и организационных затрат. Спутниковые данные ориентированы для контроля антропогенных и природных процессов, протекающих с малой и средней скоростью на значительных площадях, а при крупномасштабной съемке — отобразить быстро протекающие негативные процессы (вырубки лесов, лесные пожары, интенсивное повреждение насекомыми, аварийные сбросы загрязняющих веществ в атмосферу, разливы нефти). Самым используемым индексом для решения задач, использующих количественные оценки растительного покрова, является индекс NDVI.

Индекс Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) — это нормализованный относительный индекс растительности — простой количественный показатель количества фотосинтетически активной биомассы (обычно называемый вегетационным индексом). В 1973 году индекс NDVI был определен Rouse B. J. и в 1969 г. представлен Kriegler F. J. Вычисляется по следующей формуле:

где NIR — это отражение в ближней инфракрасной области спектра, а RED отражение в красной области спектра. В соответствии с формулой, в определенной точке изображения плотность растительности равняется разнице интенсивностей отраженного света в красном и инфракрасном диапазоне, деленной на их сумму интенсивностей.

При расчете индекс опирается на двух наиболее стабильных участках спектральной кривой отражения сосудистых растений. В красной области спектра (0,6–0,7 мкм) располагается максимум поглощения солнечной радиации хлорофиллом высших сосудистых растений, а в инфракрасной области (0,7–1,0 мкм) обнаруживается область максимального отражения клеточных структур листа. А это значит, что высокая фотосинтетическая активность приводит к меньшему отражению в красной области спектра и большему в инфракрасной. И с отношением этих показателей друг к другу можно четко выделять растительные от других объектов [2].

Индекс NDVI может быть вычислен с помощью любых снимков высокого, среднего и низкого разрешения, имеющие спектральные каналы в красном (0,55–0,75 мкм) и инфракрасном диапазоне (0,75–1,0 мкм). Алгоритм для расчета NDVI встроен практически во все пакеты программного обеспечения, связанные с обработкой данных дистанционного зондирования (Arc View Image Analysis, ERDAS Imagine, ENVI, Ermapper, Scanex MODIS Processor, ScanView, Saga Gis и др.).

Американская программа Landsat является наиболее продолжительным проектом по получению космических фотоснимков Земли. Установленное на спутниках Landsat оборудование сделало миллиарды снимков с покрытием всего мира. Преимущественным фактором является, что в архиве данных USGS хранятся снимки за продолжительное много лет наблюдений (съёмок с космических аппаратов). Второй важный фактор — доступ к этому архиву является максимально демократичным, т. е. бесплатным. Снимки представлены с разрешением от 15 метров в виде весьма обширной коллекции, включая и территорию России.

Чтобы вычислить индекс NDVI необходимо в начале работы зарегистрироваться на сайте EarthExplorer [6] и загрузить космические снимки Landsat, покрывающие выбранную территорию. Далее в программном продукте SAGA GIS [4] надо сделать импорт и перепроциерование космического снимка. Затем перед созданием индексного изображения провести радиометрическую калибровку снимка. В данных снимков Landsat каждый пиксель содержит многочисленные значения полученное после преобразований значений, зарегистрированных сенсором спутника [1]. Поэтому такие значения необходимо переводить в отражательную способность с помощью инструмента Top of Atmosphere Reflectance. Затем на их основе строится индексное изображение — NDVI. Для этого выбирается инструмент Vegetation Index (Slope Based). В настройках инструмента в строке Red Reflectance указывается красный спектр канала, в строке Near Infrared Reflectance инфракрасный спектр. В результате выполнения операции получается растровый снимок NDVI.

Для растительности на территории индекс NDVI принимает положительные значения, и чем больше зеленая фитомасса, тем они выше. На значения индекса оказывает влияние состав видовой растительности, сомкнутость, состояние, угол наклона поверхности, цвет почвы под растительностью. Значения NDVI позволяют чётко отделять и анализировать растительные объекты от прочих природных объектов. Например, искусственные материалы (бетон, асфальт) принимают значения -0,5; для водных источников характерны значения -0,25; для снежного покрова -0,05; открытая почва 0,025; для разряженной растительности значения равны 0,2–0,5; для густой растительности 0,7–0,8. В зависимости от полученных значений формируется анализ по состоянии растительности на территории. Высокие значения индекса характеризуют большую фитомассу, что отражает благоприятный рост и продуктивность растений на территории.

Благодаря всем особенностям, карты с индексом NDVI часто применяются как один из вспомогательных слоев для проведения анализа. Карты с данными индекса NDVI позволяют анализировать состояние растительности, ее плотность, всхожесть и рост, прогнозировать продуктивность угодий. Также данные карты помогают выявлять проблемные зоны угнетенной растительности — такие участки заметно отличаются цветом при визуализации полученных данных.

Главным преимуществом вегетационных индексов является легкость их получения и широкий диапазон решаемых с их помощью задач. Следует отметить, что любые вегетационные индексы не дают абсолютных показателей исследуемого свойства, и их значения зависят от характеристик сенсора (ширина спектральных каналов, разрешения), условий съемки, освещенности, состояния атмосферы. Они дают только относительные оценки свойств растительного покрова, которые могут быть интерпретированы и с привлечением полевых данных пересчитаны в абсолютные.

Литература:

1. Рахматуллина, И. Р. Экологическое картографирование: практикум / И. Р. Рахматуллина, З. З. Рахматуллин, А. А. Кулагин. — Уфа: Изд-во БГПУ, 2018. — 84 с.

2. Черепанов, А. С. Вегетационные индексы / А. С. Черепанов // Геоматика. — 2011. — № 2. — С.98–102.

3. EarthExplorer [Электронный ресурс] // URL: https://earthexplorer. usgs.gov.html. — 25.06.2019.

4. SAGA — System for Automated Geoscientific Analyses [Электронный ресурс]. — URL: http://www.saga-gis.org/en/index.html. — 25.06.2019.

Основные термины (генерируются автоматически): NDVI, индекс, красная область спектра, ENVI, ERDAS, вегетационный индекс, дистанционное зондирование, индексное изображение, инфракрасный диапазон, растительный покров.


Ключевые слова

NDVI, дистанционный мониторинг, космические снимки

Похожие статьи

Спектральные индексы для оценки пожарной опасности лесов по...

Улучшенный вегетационный индекс EVI (Enhanced Vegetation Index) по своей значимости аналогичен NDVI (Normalised Difference Vegetation Index).

Индекс NDWI при оценке пожарной опасности используется для определения наличии влаги в растительном покрове.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Опыт применения дистанционного зондирования растительности при исследовании

дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность

Улучшенный вегетационный индекс EVI (Enhanced Vegetation Index) по своей значимости...

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Метод дистанционного зондирования растительности. Поэтому этот индекс часто используется для оценки изменений растительности в

Оценка сухости растительного покрова. Примечание: NIR – отражение в ближней инфракрасной области спектра; RED...

Разработка и внедрение информационно-аналитических систем...

NDVI прост для вычисления, имеет самый широкий динамический диапазон из распространенных вегетационных индексов, и лучшую чувствительность к изменениям в растительном покрове в ГИС. Формулой расчета для индекса вегетации является отношение...

Оценка степени восстановления леса после пожара...

Индекс вегетации-NDVI (3–4каналы) (NormalizedDifferenceVegetationIndex) представляет собой разность спектральных отражений в ближнем инфракрасном и красном оптических каналах, нормализованную на их суммуNDVI = ТМ4— ТМ3/ ТМ4 + ТМ3, где, ТМ4 — отражение в ближней...

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

Метод дистанционного зондирования растительности. Дистанционное зондирование может выявлять и отслеживать изменения в. Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий Акмолинской области методами дистанционного зондирования.

Использование программного пакета «Иртис 2000» компании IR...

Опыт применения дистанционного зондирования растительности... Низкие температуры воздуха и почвы, вечная мерзлота, короткий вегетационный период и. В настоящее время получение данных для расчета NDVI возможно со спутниковых аппаратов, таких как.

Применение спектроскопии отражения для недеструктивного...

Спектроскопия отражения широко используется в дистанционном зондировании в целях

Для каждого из образцов записывали спектр отражения в видимой области (400-700 нм) против

Максимальные значения отражения были характерны для ближней ИК-области, в которой...

Геоинформационное картографирование антропогенной...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI. зондирование: она поглощает, отражает и передает электромагнитное излучение

Для решения задач в области мониторинга и охраны водоохранных зон и прибрежных защитных...

Похожие статьи

Спектральные индексы для оценки пожарной опасности лесов по...

Улучшенный вегетационный индекс EVI (Enhanced Vegetation Index) по своей значимости аналогичен NDVI (Normalised Difference Vegetation Index).

Индекс NDWI при оценке пожарной опасности используется для определения наличии влаги в растительном покрове.

Опыт применения дистанционного зондирования...

Опыт применения дистанционного зондирования растительности при исследовании

дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI, продуктивность

Улучшенный вегетационный индекс EVI (Enhanced Vegetation Index) по своей значимости...

Анализ данных дистанционного зондирования... | Молодой ученый

Метод дистанционного зондирования растительности. Поэтому этот индекс часто используется для оценки изменений растительности в

Оценка сухости растительного покрова. Примечание: NIR – отражение в ближней инфракрасной области спектра; RED...

Разработка и внедрение информационно-аналитических систем...

NDVI прост для вычисления, имеет самый широкий динамический диапазон из распространенных вегетационных индексов, и лучшую чувствительность к изменениям в растительном покрове в ГИС. Формулой расчета для индекса вегетации является отношение...

Оценка степени восстановления леса после пожара...

Индекс вегетации-NDVI (3–4каналы) (NormalizedDifferenceVegetationIndex) представляет собой разность спектральных отражений в ближнем инфракрасном и красном оптических каналах, нормализованную на их суммуNDVI = ТМ4— ТМ3/ ТМ4 + ТМ3, где, ТМ4 — отражение в ближней...

Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий...

Метод дистанционного зондирования растительности. Дистанционное зондирование может выявлять и отслеживать изменения в. Исследование трансформации сельскохозяйственных угодий Акмолинской области методами дистанционного зондирования.

Использование программного пакета «Иртис 2000» компании IR...

Опыт применения дистанционного зондирования растительности... Низкие температуры воздуха и почвы, вечная мерзлота, короткий вегетационный период и. В настоящее время получение данных для расчета NDVI возможно со спутниковых аппаратов, таких как.

Применение спектроскопии отражения для недеструктивного...

Спектроскопия отражения широко используется в дистанционном зондировании в целях

Для каждого из образцов записывали спектр отражения в видимой области (400-700 нм) против

Максимальные значения отражения были характерны для ближней ИК-области, в которой...

Геоинформационное картографирование антропогенной...

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, экосистемы Арктики, NDVI. зондирование: она поглощает, отражает и передает электромагнитное излучение

Для решения задач в области мониторинга и охраны водоохранных зон и прибрежных защитных...

Задать вопрос