Wskaźnik NDVI i rolnictwo precyzyjne – satelity i ich historia

Znormalizowany wskaźnik różnicy wegetacji (NDVI) jest prostym graficznym wskaźnikiem, którego można użyć do analizy pomiarów za pomocą teledetekcji, zazwyczaj, ale niekoniecznie, z platformy kosmicznej lub drona i oceny, czy obserwowany cel zawiera żywą zieloną roślinność, czy nie.

Krótka historia NDVI

Eksploracja kosmosu rozpoczęła się na dobre wraz z wystrzeleniem Sputnika 1 przez Związek Radziecki 4 października 1957 r. Był to pierwszy stworzony przez człowieka satelita krążący wokół Ziemi. Kolejne udane premiery, zarówno w Związku Radzieckim (np. Programy Sputnik i Cosmos), jak i w USA (np. Program Explorer), szybko doprowadziły do zaprojektowania i działania dedykowanych satelitów meteorologicznych. Są to platformy orbitujące wokół instrumentów specjalnie zaprojektowanych do obserwacji atmosfery i powierzchni Ziemi w celu poprawy prognozowania pogody. Od 1960 roku seria satelitów TIROS wprowadziła kamery telewizyjne i radiometry. Było to później (od 1964 r.), A następnie satelity Nimbus i rodzina zaawansowanych radiometrów o bardzo wysokiej rozdzielczości na pokładzie platform National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Ten ostatni mierzy współczynnik odbicia planety w pasmach czerwonych i bliskiej podczerwieni, a także w podczerwieni termicznej. Równolegle NASA opracowała satelitę Earth Resources Technology Satellite (ERTS), która stała się prekursorem programu Landsat. Te wczesne czujniki miały minimalną rozdzielczość spektralną, ale zwykle zawierały pasma w czerwonej i bliskiej podczerwieni, które są przydatne do odróżnienia roślinności i chmur wśród innych celów.

Wraz z wystrzeleniem pierwszego satelity ERTS – który wkrótce miał zostać przemianowany na Landsat 1 – 23 lipca 1972 r. Za pomocą skanera MultiSpectral Scanner (MSS) NASA sfinansowała szereg badań w celu określenia jego zdolności do zdalnego wykrywania Ziemi. Jedno z tych wczesnych badań miało na celu zbadanie zielonkawej wegetacji wiosennej, a następnie wysuszenia letniego i jesiennego (tak zwany „rozwój wiosenny i retrogradacja”) na północy i południu regionu Great Plains w środkowych Stanach Zjednoczonych. Region ten obejmował szeroki zakres szerokości geograficznych, od południowego krańca Teksasu do granicy USA-Kanada, co zaowocowało szerokim zakresem kątów zenitów słonecznych w czasie obserwacji satelitarnych.

Podczas tego badania w Great Plains (doktorant Donald Deering i jego doradca dr Robert Hass) stwierdzili, że ich zdolność do korelowania lub kwantyfikacji cech biofizycznych roślinności rangeland tego regionu z satelitarnych sygnałów spektralnych była zakłócona tymi różnicami w kącie zenitu słonecznego w poprzek tego silnego gradientu poprzecznego. Z pomocą rezydenta matematyka (Dr. John Schell) badali rozwiązania tego dylematu, a następnie opracowali stosunek różnicy promieni czerwonych i podczerwieni w stosunku do ich sumy jako środka do dostosowania lub „normalizacji” efektów kąta zenitu słonecznego. Pierwotnie nazywali ten współczynnik „Indeksem wegetacji” (i innym wariantem, transformacją pierwiastka kwadratowego stosunku różnicy sumy, „Indeksem transformacji wegetacji”); ale ponieważ kilku innych badaczy teledetekcyjnych zidentyfikowało prosty stosunek czerwieni / podczerwieni i inne stosunki spektralne jako „wskaźnik wegetacji”, w końcu zaczęli identyfikować formułę stosunku różnica / suma jako znormalizowany wskaźnik wegetacji różnic. Najwcześniej zgłoszone zastosowanie NDVI w badaniu Great Plains miało miejsce w 1973 r. Przez Rouse i wsp. [3] (Dr John Rouse był dyrektorem Centrum Teledetekcji Uniwersytetu A&M w Teksasie, gdzie przeprowadzono badanie Great Plains). Poprzedziły je jednak Kriegler i in. w 1969 r. [4] Wkrótce po uruchomieniu ERTS-1 (Landsat-1), Compton Tucker z NASA Goddard Space Flight Center opublikował serię wczesnych artykułów naukowych w czasopismach opisujących zastosowania NDVI.

Tak więc NDVI była jedną z najbardziej udanych z wielu prób prostej i szybkiej identyfikacji obszarów wegetowanych i ich „stanu”, i pozostaje najbardziej znanym i stosowanym wskaźnikiem do wykrywania żywych baldachimów zielonych roślin na podstawie danych z wielospektralnego teledetektora. Po wykazaniu możliwości wykrycia roślinności użytkownicy używali NDVI również do oceny zdolności fotosyntetycznych zadaszeń roślin. Może to być jednak bardziej złożone przedsięwzięcie, jeśli nie zostanie wykonane właściwie, jak omówiono poniżej.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *