Обзор возможностей индекса NDVI

В современном земледелии часто используются различные формулы и вегетационные индексы для определения качества урожая. Один из них – это индекс NDVI, который используется особенно часто. Его цель – это помочь фермерам определить состояние растений и поля в любой точке по снимкам со спутника или других устройств. В данной статье мы более подробно рассмотрим что это такое, как применяется и как позволяет увеличить доходность фермеров.

Что такое NDVI карты?

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – это индекс растительности или показатель здоровья растений, который определяет количество фотосинтетически активной  биомассы. Сегодня это один из самых эффективных и популярных индексов, позволяющих быстро и качественно оценить состояние полей с воздуха.

Рассчитать индекс можно по такой форме:

NIR – отражение в максимально ближней инфракрасной области спектра,

Red – отражение в красной области.

По этой формуле эксперты могут выявить максимально точную плотность растения в определенной точке изображения. Как видим, она равна разнице интенсивностей отражения света в инфракрасном и красном диапазоне, которая делится на сумму этих интенсивностей.

Мы видим растения зеленым лишь потому что основной пигмент растительности, хлорофилл, отлично отображает зеленые волны. Но он также может поглощать красные волны. Это основные элементы за счет чего происходит фотосинтез и растение может расти. Внутриклеточная структура растения отображает только ближние инфракрасные волны. В итоге мы видим что хорошее, здоровое растение, имеющее отличную клеточную структуру и достаточно хлорофилла, отлично поглощает красный свет и отражает инфракрасный. Если растение не здоровое, все происходит с точностью наоборот. 

Для того чтобы определить состояние растительности, необходимо сравнить значения поглощения и отражения красных и инфракрасных лучей. Благодаря этому мы и получим индекс NDVI.

Впервые индекс был разработан учеными из Техасского университета в 1973 году. Все значения индекса приводятся к диапазону от -1 до +1, где значения от -1 до 0 – это неживая природа, дома, камни, дороги, вода, снег, и т.д. А диапазон от 0 до 1 – это живая природа.

Пользователи могут рассчитать максимально точный индекс NDVI используя любые снимки (низкого, среднего или высокого разрешения). Но они должны иметь спектральные каналы в красном (0,55-0,75 мкм) и инфракрасном диапазоне (0,75-1,0 мкм). Более того, алгоритм расчета данного индекса встроен во многие пакеты программного обеспечения (Pix4D, Scanex MODIS Processor, Arc View Image Analysis, ENVI, ERDAS Imagine и другие).

Индекс NDVI в зависимости от сезона

Начало сезона

NDVI показывает состояние растения на данный момент. Но, к сожалению, он не подскажет вам причины возникновения заболеваний. Профессиональные фермеры измеряют индекс в начале сезона, середине или же конце.

Например, в начале сезона, индекс покажет состояние растений после зимовки:

• индекс менее чем 0,15 говорит о том, что скорее всего растения погибли;
• индекс 0,15 – 0,2 тоже является низким и говорит о том, что скорее всего растения начали зимовку на очень ранней фенологической стадии.
• 0,2 – 0,3 говорит о том что с растениями все хорошо и они плавно возобновляют вегетацию.
• 0,3 – 0,5 -отличный показатель.

Но если вы видите нетипичные, подозрительные или же аномальные значения, лучше всего проверить этот участок самостоятельно.

Середина сезона

На данном этапе, индекс позволяет понять как хорошо растения себя чувствуют в поле. Если значение индекса в диапазоне от 0,5 до 0,85, то у вас нет никаких проблем на участке. Если же показатели ниже, это говорит о том что растения нуждаются в питательных удобрениях или влаге. Более того, по этому показателю можно создать подробную карту внесения азотной подкормки. Данные измерения помогут вам найти зоны низкой, средней или же высокой вегетации. На основе этих данных, фермеры разрабатывают стратегию внесения удобрений.

В конце сезона

На данном этапе, фермеры могут узнать когда поля уже готовы к сбору урожая. Если диапазон значения колеблется в районе 0,3 – 0,35, это говорит о том что участок уже готов к сборке урожая. 

Какое оборудование используется для съемки поверхности

Для проведения качественного исследования используется следующее оборудование (которое устанавливается на беспилотник):

• RGB камеры (позволяют вести съемку в видимом световом диапазоне и могут быть установлены на большинство беспилотников);
• Тепловизионные камеры (способны улавливать тепловое излучение поверхности). Тепловизионные камеры позволяют определить заболевания на относительно ранних стадиях. Вы сможете увидеть сильно увлажненные или же достаточно сухие участки.
• Мультиспектральные камеры (позволяют работать как в видимом так и не видимом диапазонах). Съемка с помощью этой камеры позволяет увидеть содержание хлорофилла и азота в тканях растений.

Беспилотники используются как носитель оборудования, для сбора данных и расчета карт NDVI для сельского хозяйства, для сбора данных подходят разные модели, но так же есть и готовые решения, одним из которых является DJI Phantom 4 Multispectral. Подробнее о котором Вы можете прочитать Здесь.

Основные преимущества использования индекса NDVI

Давайте рассмотрим основные преимущества данного метода прогнозирования урожайности:

• Позволяют выявить заболевания растений на ранней стадии (пока еще есть шансы спасти урожай):
• Возможность исследовать большие территории за максимально короткое время;
• Возможность получить максимально подробные данные в высоком разрешении;
• Позволяют работать в любую погоду (если использовать беспилотник с высоким IP индексом);
• Позволяет определить порог развития растений на полях;
• Возможность найти переувлажненные или же наоборот, очень сухие участки;
• Фермеры могут рассчитать точное количество внесения удобрений;
• Возможность определить объем выпадающих осадков;
• Точное прогнозирование урожайности, биологического разнообразия;
• Возможность определить степень ущерба;
• Легкость получения данных;
• Данные этого индекса используются для вычисления LAI (индекс листовой поверхности) и FPAR (индекс фотосинтетической активной радиации).

MicaSense RedEdge-MX и Matrice RTK 300 – лучшее решение для получения NDVI индекса

Хоть современные технологии позволяют рассчитать индекс NDVI максимально точно, ваши рассчеты всегда зависят от того, какую технику вы используете. Лучшее решение в данном случае это использование MicaSense RedEdge-MX Dual в комбинации с лучшим промышленным дроном – Matrice RTK 300.

Основные преимущества MicaSense RedEdge-MX Dual – это наличие двух пятиполосных камер (RedEdge-MX и RedEdge-MX Blue), которые могут быть использованы практически с любым беспилотником. Устройство способно охватить очень широкий диапазон спектра для тщательного исследования растительности с воздуха. Камера позволяет вам:

• Сравнивать изображения со спутниковыми данными Sentinel и Landsat.
• Легко обрабатывать данные используя приложения Pix4D, Agisoft и другие.
• Выполнить детальный мониторинг мелководья.
• Сделать анализ эффективности хлорофилла.

Интеграция MicaSense RedEdge-MX Dual с Matrice RTK 300 позволяет увеличить эффективность исследований. Основное преимущество этого беспилотника это длительное время полета (до 55 минут) и высокий IP рейтинг. Рабочая температура беспилотника от -20 до +50. Максимальная передача сигнала до 15 км. Все это говорит о том что вы можете оценить качество растительности максимально быстро и эффективно. Это высокопроизводительный беспилотник с максимально улучшенной системой передачи сигнала.

Сегодня, метод NDVI – это лучшее решение для определения порога развития урожая в полях. Этот метод максимально быстрый и позволяет мониторить растения на всех стадиях развития. Аэрофотосъемка с дрона дает максимально детальные данные в достаточно высоком разрешении. Более того, с помощью беспилотника можно исследовать до 5000 га в любую погоду. Но есть одно условие – для максимально точных результатов необходимо хорошее освещение.

Оставьте запрос для получения консультации о MicaSense RedEdge-MX и Matrice RTK 300 и мы перезвоним Вам в ближайшее время.