شاخص NDVI چیست؟ بهترین شاخص برای ارزیابی پوشش گیاهی در کشاورزی نوین است. شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (Normalized difference vegetation index) به عنوان یکی از محبوب ترین شاخص های پوشش گیاهی و یک راه ارزشمند برای درک سلامت پوشش گیاهی با استفاده از سنجش زمین از راه دور است. با افزایش میزان تصاویر سنجش از راه دور از ماهواره‌هایی که زمین را رصد می کنند (EO)، سال به سال، شاخص‌های کاربردی آسان مانند NDVI به استخراج اطلاعات کمک می‌کنند.
شاخص NDVI اطلاعات مفیدی از ساختار موجود در گیاهان و میزان فتوسنتز آن ها به ما می دهد و به وسیله آن می توان مواردی که برای کشاورزی نیاز است را یافت و سریعا به آن رسیدگی کرد. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید تا در این مطلب به معرفی شاخص NDVI قابل استخراج از داده‌های سنجش از دور، بپردازیم…
شاید به مطالب زیر نیز علاقه مند باشید:
- “افزایش میزان عملکرد محصول با استفاده از تصاویر ماهواره ای”
- “کاربرد سنجش از دور در برآورد تبخیر و تعرق محصولات کشاورزی”
- “تعیین کاربری اراضی با استفاده از علم سنجش از دور”
NDVI چیست؟
شاخص NDVI یک شاخص سلامت پوشش گیاهی است که بر اساس نحوه بازتاب گیاهان محدوده خاصی از طیف الکترومغناطیسی است. به زبان ساده شاخص NDVI نشانگر سلامت گیاه بر اساس نحوه انعکاس امواج نوری مختلف توسط یک گیاه است. برای درک سلامت گیاهان طیف الکترومغناطیسی در نحوه عملکرد شاخص NDVI بسیار مهم است و به ما این امکان را می دهد که میزان سلامت گیاه را بر اساس نحوه انعکاس انرژی و نور تعیین کنیم.
برای چشم انسان، گیاه سبز است زیرا رنگدانه کلروفیل موجود در آن امواج سبز را منعکس می کند و امواج قرمز را جذب می کند. ساختار سلولی در گیاهان منعکس کننده امواج مادون قرمز نزدیک (NIR) است. بنابراین، هنگامی که فتوسنتز اتفاق می افتد و گیاه رشد می کند و دارای ساختارهای سلولی بیشتری می شود. این بدان معنی است که یک گیاه سالم، گیاهی با کلروفیل و ساختارهای سلولی زیاد است که به طور فعال نور قرمز را جذب کرده و امواج مادون قرمز نزدیک را منعکس می کند. یک گیاه ناسالم دقیقا برعکس عمل می کند.
براورد شاخص NDVI با استفاده از تصاویر ماهواره ای
این رابطه بین نور و کلروفیل این است که چگونه می توانیم از شاخص NDVI برای تشخیص یک گیاه سالم از یک گیاه بیمار استفاده کنیم. حسگرهای ماهواره ای در فضا، طول موج نور جذب شده و بازتاب شده توسط گیاهان سبز را اندازه گیری می کنند. آنها منبع عالی داده های طیفی برای تجزیه و تحلیل شاخص NDVI هستند. شاخص NDVI حضور پوشش گیاهی سبز زنده را با استفاده از این نور منعکس شده در نوارهای مرئی و نزدیک به مادون قرمز تشخیص داده و به آن ها به صورت عددی قابل فهم می کند.
به زبان ساده، شاخص NDVI نشانگر سبز بودن پوشش گیاهی – تراکم و سلامت – هر پیکسل در یک تصویر ماهواره ای است.
NDVI چه زمانی ایجاد شد؟
NDVI در سال 1973 ایجاد شد، زمانی که یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه A&M تگزاس داده‌های ارسال شده از اولین ماهواره‌های رصد زمین را که به دور زمین می‌چرخند، بررسی کردند. ابزار تصویربرداری آن ها طول موج های نور مادون قرمز را که توسط پوشش گیاهی روی زمین منعکس شده بود، ثبت کرد. این تیم با استفاده از داده های Landsat 1، تغییرات پوشش گیاهی منطقه ای را در طول فصل رشد نقشه برداری کرد. به ازای هر پیکسل زمین، آن ها طول موج های نور منعکس شده را به یک NDVI پردازش کردند که تقریباً به پوشش و سلامت گیاه نزدیک شد. از آن زمان، شاخص NDVI دریچه ای به سلامت گیاهان در سراسر جهان بوده است.
این شاخص از بسیاری جهات و برای اهداف بسیاری مفید است. از قبیل کمک به کشاورزان در انجام کشاورزی دقیق گرفته تا اجازه دادن به محیط بانان برای درک تغییرات اکوسیستم و همچنین این اجازه را می دهد تا زمین را در هر منطقه از جهان با استفاده از یک محاسبه ساده نظارت کرد.
توضیح کلی برای فرمول NDVI چیست؟
برای محاسبه شاخص NVDI باید مقادیر جذب نور قرمز و بازتاب امواج مادون قرمز نزدیک را با هم مقایسه کنیم تا بفهمیم یک گیاه چقدر سالم است. فرمول ساده ریاضی زیر NDVI را محاسبه می کند و به نوبه خود، داده های خام ماهواره ای را به شاخص های پوشش گیاهی تبدیل می کند.
فرمول NDVI اطلاعات موجود در باندهای قرمز و امواج مادون قرمز نزدیک را در یک مقدار واحد و معرف ترکیب می کند. این کار را با کم کردن بازتاب در باند طیفی قرمز از مادون قرمز نزدیک انجام می‌دهد. سپس، آن را بر مجموع مادون قرمز نزدیک و بازتاب قرمز تقسیم می کند.
مقدار شاخص NDVI همیشه بین ۱- و ۱+ خواهد بود؛ مقادیر بین ۰و ۱- نشان دهنده گیاهان مرده یا اجسام غیر آلی مانند سنگ ها، جاده ها و خانه ها است. مقادیر شاخص NDVI برای گیاهان زنده بین 0 تا ۱ است که 1 سالم ترین و 0 کمترین مقدار سلامت است. یک مقدار واحد را می توان برای هر پیکسل در یک تصویر تعیین کرد. از یک برگ جداگانه تا یک مزرعه گندم 500 هکتاری.
مطلب تکمیل کننده: “آینده کشاورزی جهان چیست؟”
NDVI چه چیزی می تواند در مورد گیاهان به ما بگوید؟
همانطور که یک گیاه از اعماق خواب زمستانی به بلوغ اواخر تابستان تبدیل می شود، خواص بازتابی آن نیز تغییر می کند. شاخص NDVI می تواند به شما در پیگیری این تغییرات فصلی کمک کند.
مهم است بدانید که شاخص NDVI نشانگر سلامت گیاه است و راهی برای تشخیص یک بیماری خاص در گیاه نیست. این بیشتر مجموعه ای از سرنخ های قابل سنجش در مورد آنچه در حال حاضر در زمین زراعی اتفاق می افتد است تا شما خود را به آن مجهز کنید.
خشکسالی، بیماری، آفات یا سیل از جمله عوامل متعددی هستند که می توانند بر پوشش گیاهی و به نوبه خود بر ارزش NDVI آن تأثیر بگذارند. کشاورزی نوین با تکیه بر علوم فضایی می تواند به پیش بینی این مخاطرات بپردازد.
منابع داده مفید برای NDVI
همه چیز با ماهواره ها در فضا شروع می شود. همانطور که می دانیم، پس از اینکه نور خورشید به سطح گیاه را می تابد، ماهواره‌ها طول موج های منعکس شده را دریافت می کنند و تصویری از سیاره را برای ما ترسیم می کنند.
ماهواره هایی مانند Landsat، Sentinel-2 و SPOT با سنجش کره زمین، تصاویری در محدوده باندهای قرمز و نزدیک به مادون قرمز تولید می کنند که برای محاسبه شاخص NDVI ایده آل است.
برخی از موارد دیگری که هنگام انتخاب داده‌های خود، به ویژه برای تجزیه و تحلیل مقایسه‌ای، باید در نظر بگیرید، تأثیر جو، خطاهای کالیبراسیون، و حتی زمان عبور از مدار است، زیرا این موارد می‌توانند نتایج شما را تحت تأثیر قرار دهند، یا انعکاس را کاهش دهند یا اغراق کنند.
مزایای شاخص NDVI
- شاخص NDVI یک محاسبه ریاضی پیکسلی است که با استفاده از ابزار GIS بر روی یک تصویر ارائه می شود. شاخص NDVI شاخص سلامت گیاه است که با مقایسه مقادیر جذب و بازتاب نور قرمز و مادون قرمز نزدیک محاسبه می شود.
- با شاخص NDVI ، زمین در سراسر جهان را می توان مورد مطالعه قرار داد و هم برای تجزیه و تحلیل میدانی هدفمند و هم برای نظارت بر پوشش گیاهی در مقیاس قاره ای یا جهانی مفید می باشد.
- با استفاده از شاخص NDVI می‌توانیم تحلیلی فوری از مزارع به دست آورد و به کشاورزان این امکان را می‌دهدتا پتانسیل بازده مزرعه را به حداکثر برسانند، تأثیرات زیست‌محیطی را به حداقل برسانند و شیوه‌های کشاورزی دقیق خود را تنظیم کنند.
- توجه کردن به شاخص NDVI در کنار سایر جریان‌های داده مانند داده‌های آب و هوا می‌تواند بینش بیشتری در مورد الگوهای خشکسالی، یخبندان یا سیل‌هایی که بر پوشش گیاهی تأثیر می‌گذارند، به دست دهد.
- شاخص های پوشش گیاهی زیادی وجود دارد و بیشتر آنها شبیه به یکدیگر هستند. اما شاخص NDVI محبوب ترین و گسترده ترین آنها است و همچنین یک مزیت مهم دارد: وضوح بالای تصاویر با داده های ماهواره Sentinel-2 است.
معایب شاخص NDVI
یکی از اشکالات شاخص NDVI این است که وقتی گیاه به آستانه رشد معینی می رسد، این شاخص حساسیت خود را از دست می‌دهد. به عبارت دیگر، اگر گیاهی بسیار فعال رشد کند، تشخیص یک گیاه سبز غیرعادی از یک گیاه سبز معمولی غیرممکن می‌شود.
شاخص NDVI به آب و هوا نیز بستگی دارد: اگر ابرها برای مدت طولانی در یک منطقه وجود داشته باشند، تصویر ماهواره نامشخص خواهد بود.