Co to jest NDVI

W każdym czasopiśmie rolniczym można znaleźć wzmiankę o NDVI. Co oznacza ten akronim i do czego jest używany?

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) to prosta miara ilości aktywnej fotosyntetycznie biomasy (potocznie nazywana indeksem wegetacji). Wskaźnik ten oblicza się na podstawie absorpcji i odbicia przez rośliny światła czerwonego i bliskiej podczerwieni. Wartości wskaźnika dla roślinności wahają się od 0,20 do 0,95. Im lepiej rozwinięta jest roślinność w sezonie wegetacyjnym, tym wyższa jest wartość NDVI. NDVI jest więc wskaźnikiem, za pomocą którego można ocenić rozwój zielonej masy roślin w sezonie wegetacyjnym.

Wskaźnik ten jest aktywnie wykorzystywany w rolnictwie do wielu zadań.

Najbardziej znanym zastosowaniem NDVI jest ocena rozwoju upraw. Na podstawie mapy rozkładu NDVI można ocenić, gdzie w terenie wartości są bardzo niskie, a gdzie ponadprzeciętne. Do oceny wizualnej stosuje się skalę kolorystyczną: kolor szary oznacza stan roślin poniżej krytycznego (poniżej 0,25), kolor czerwono-żółto-zielony oznacza odpowiednio słaby, średni lub doskonały rozwój biomasy. Dane te należy interpretować w odniesieniu do fazy wegetacyjnej i rodzaju uprawy na polu.

W okresie wegetacji wskaźnik ten wzrasta, osiąga wartość szczytową około 0,80-0,85 (w zbożach jest to moment kłoszenia), a następnie zaczyna spadać. Spadek wskaźnika pod koniec okresu wegetacyjnego odzwierciedla proces dojrzewania upraw. Dlatego, na przykład, dla kilku łanów zbóż, indeks NDVI może być użyty do określenia najlepszej kolejności zbioru łanów, ponieważ im niższy indeks, tym bardziej suche ziarno.

Mapa roślinności pól w gospodarstwie

Innym zastosowaniem NDVI jest ocena zachwaszczenia pól. Szczególnie dobrze sprawdza się to w okresie kiełkowania, kiedy kępy szybko rosnących chwastów są wyraźnie widoczne na zdjęciach.

Żółte plamki na czerwonym tle to kępy chwastów. Widoczny jest również nieregularny rozwój biomasy, wynikający z wpływu ukształtowania terenu.

Regularne inspekcje terenowe z wykorzystaniem zdjęć pomagają zauważyć zmiany w pojawianiu się infekcji lub szkodników. Dzięki odpowiednio wczesnemu wykryciu takich problemów możliwe jest podjęcie najskuteczniejszych działań ochronnych.

Oczywiście, obrazy mogą być również wykorzystywane do oceny jakości procesu siewu. Czy kierowca ciągnika dobrze wysiał, czy równomiernie rozłożył SPP lub nawóz, czy nie było żadnych nieprawidłowości lub nakładek.

Okrągłe ślady na polu to jesienne szkody w uprawach, prawdopodobnie spowodowane przez ATV. Na tych terenach aktywnie rozwijają się chwasty, co powoduje, że wartość wskaźnika wegetacji jest tu wyższa.
1,2 – dwie strefy o różnym rozwoju upraw, związane z tym, że pole miało dwóch poprzedników.

Zalety stosowania dronów w porównaniu z innymi metodami mapowania NDVI

NDVI roślin może być mierzony za pomocą danych satelitarnych oraz metod naziemnych z wykorzystaniem czujników optycznych. Jednak najbardziej popularną i efektywną opcją jest fotografia lotnicza z dronów. Stosowanie metod naziemnych do wyznaczania wskaźnika NDVI jest czasochłonne i kosztowne. W obrazach satelitarnych na jeden piksel przypada duży obszar, który obejmuje zarówno pole, jak i jego granice, zwłaszcza przy przetwarzaniu terenu o złożonej konfiguracji. W tym przypadku oprogramowanie przypisze średni indeks z dużym błędem w wynikach.

W przeciwieństwie do wyżej wymienionych technik, drony pozwalają na uzyskanie najwyższej jakości obrazów, których piksele będą kilkadziesiąt razy drobniejsze niż obrazy z kosmosu. Tylko dzięki zastosowaniu UAV możliwe będzie badanie dużych obszarów i uzyskiwanie informacji w krótkim czasie przy minimalnym poziomie błędu indeksu NDVI, co pozwoli na identyfikację nawet niewielkich obszarów problemowych. Wykorzystanie bezzałogowych statków powietrznych do określania NDVI jest:

  • maksymalna szczegółowość obrazu z jakością 5 do 10 cm/piksel;
  • zdolność do pracy w warunkach pochmurnych;
  • wysoka produktywność: UAV może objąć do 5000 hektarów, w zależności od zastosowanego modelu
  • poprawa wydajności upraw poprzez wdrożenie środków opartych na zidentyfikowanych problemach.

Badając swoje pola za pomocą dronów, możesz określić, czy wykorzystujesz cały posiadany areał. Nierzadko można znaleźć obszary, które nie są wykorzystywane. Z naszego doświadczenia wynika, że może to dodać do 5% powierzchni.

Oprócz wskaźnika NDVI, wyniki pracy mogą być wykorzystane do uzyskania zdjęć w naturalnej skali barw, a także do wykonania ortofotomapy, określenia parametrów terenu itp.

Etapy pracy i zastosowany sprzęt

Wyznaczanie indeksu NDVI odbywa się za pomocą:

  • Drony własnej produkcji, w zależności od możliwości i nakładu pracy;
  • Aparat Sony A6000 z wymienną optyką i rozdzielczością 24,3 Mpix.
  • Sprzęt pomiarowy GNSS
  • Kamera wielospektralna Parrot Sequoia użyta do akwizycji indeksu NDVI

Ta ostatnia wyposażona jest w bardzo czuły czujnik światła, dzięki czemu może być używana nawet przy pochmurnej pogodzie. W celu uzyskania wysokiej jakości obrazu, badanie lotnicze przeprowadza się na wysokości około 300-700 metrów. Wydajność sprzętu pozwala na zbadanie pola o powierzchni 5.000 hektarów w ciągu jednego dnia roboczego.

Prace nad NDVI prowadzone są w kilku etapach:

  • Ponieważ możliwości stosowanych urządzeń nie pozwalają na rozróżnienie upraw w obrębie tej samej grupy roślin, kalibracja jest początkowo przeprowadzana dla każdej odmiany.
  • Wyznaczanie punktów kontroli naziemnej dla kolejnych kontroli naziemnych.
  • Pomiar pola odbywa się na całej jego powierzchni, przy czym współrzędne każdego z centrów zdjęciowych są rejestrowane w tym samym czasie za pomocą geodezyjnego odbiornika GNSS.
  • Po przeprowadzeniu ankiety dane są przetwarzane przy użyciu specjalnego oprogramowania.

Mapa jest tworzona w celu wizualnej identyfikacji różnic w stanie roślin, przy użyciu schematu kolorów od jaśniejszych odcieni, gdy wskaźnik jest niski, do ciemniejszych kolorów, gdy NDVI jest wysoki.

Gdzie jest on używany?

Mapa danych NDVI może być wykorzystywana samodzielnie lub jako część systemu zarządzania gospodarstwem. Najbardziej popularnym zastosowaniem jest stosowanie go na dużych powierzchniach upraw zbóż pełnych i rzędowych. Niezbędna metoda do wyznaczania wskaźnika NDVI, jest brana pod uwagę przy określaniu stanu upraw na obszarze o złożonej topografii i obecności innych obiektów pochodzenia naturalnego i pozaprzyrodniczego. Na przykład, NDVI wyraźnie identyfikuje sztuczne materiały, takie jak asfalt i beton, a także naturalne źródła wody, obszary z pokrywą śnieżną, rozmiękłe rośliny i otwartą glebę.

Wyniki ankiety

W wyniku badania klient otrzymuje wizualną mapę terenu, mapę z indeksem NDVI oraz szczegółową ortofotografię terenu, przedstawiającą dane w formie cyfrowej i graficznej. Wszystkie indeksy posiadają georeferencje w formacie KMZ lub geoTIF. Na życzenie, wyniki mogą zawierać również inne formaty, takie jak SHP, JPG, itp.