Нормализованная разница индекса воды

Нормализованный индекс разницы воды (NDWI) может относиться к одному из по крайней мере двух индексов, полученных с помощью дистанционного зондирования, относящихся к жидкой воде:

Один из них используется для мониторинга изменений содержания воды в листьях с использованием ближнего инфракрасного (NIR) и коротковолнового инфракрасного (SWIR) длин волн диапазона, предложенного Гао в 1996 году: ^[1]

{\mbox{NDWI}}={\frac {(Xnir-Xswir)}{(Xnir+Xswir)}}

Другой используется для мониторинга изменений, связанных с содержанием воды в водоемах, с использованием зеленых волн и длин волн ближнего ИК-диапазона, определенных Макфитерсом (1996):

{\mbox{NDWI}}={\frac {(Xgreen-Xnir)}{(Xgreen+Xnir)}}

Обзор

В дистанционном зондировании соотношение изображений или спектральное соотношение — это методы улучшения, при которых растровый пиксель из одного спектрального диапазона делится на соответствующее значение в другом диапазоне. ^[2] Оба приведенных выше индекса имеют одну и ту же функциональную форму; выбор используемых полос делает их подходящими для конкретной цели.

Если вы хотите отслеживать растительность в районах, пострадавших от засухи, рекомендуется использовать индекс NDWI, предложенный Гао, с использованием NIR и SWIR. Коэффициент отражения SWIR в этом индексе отражает изменения как в водности растительности, так и в структуре губчатого мезофилла в растительном пологе. На коэффициент отражения в ближнем ИК-диапазоне влияют внутренняя структура листа и содержание сухого вещества в листе, но не содержание воды. Сочетание NIR и SWIR устраняет изменения, вызванные внутренней структурой листьев и содержанием сухого вещества в листьях, повышая точность определения содержания воды в растительности. ^[3]

Концепция NDWI, сформулированная Гао, сочетающая отражательную способность NIR и SWIR, более распространена и имеет более широкий спектр применения. Его можно использовать для изучения содержания воды на уровне отдельных листьев. ^[4] ^[5] а также уровень купола/спутника. ^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]

Диапазон применения NDWI (Gao, 1996) простирается от сельскохозяйственного мониторинга до орошения сельскохозяйственных культур. ^[11] и управление пастбищами ^[12] к мониторингу леса для оценки пожарной опасности и влажности живого топлива ^[13] ^[14] ^[15] особенно актуально в контексте изменения климата.

Различные полосы SWIR можно использовать для характеристики водопоглощения в обобщенной форме NDWI, как показано в уравнении. 1. Две основные особенности поглощения воды в спектральной области SWIR сосредоточены в районе 1450 нм и 1950 нм , тогда как две второстепенные особенности поглощения сосредоточены в районе 970 и 1200 нм в спектре живой растительности. ^[16] ^[17] Sentinel-2 MSI имеет два спектральных диапазона в SWIR-диапазоне: канал 11 (центральная длина волны 1610 нм ) и диапазон 12 (центральная длина волны 2200 нм ). Спектральный диапазон в ближнем ИК-диапазоне с аналогичным наземным разрешением 20 м — это диапазон 8А (центральная длина волны 865 нм ).

Sentinel-2 NDWI для сельскохозяйственного мониторинга засухи и управления ирригацией может быть построен с использованием любой комбинации:

полоса 8А (864 нм) и полоса 11 (1610 нм)
диапазон 8А (864 нм) и диапазон 12 (2200 нм)

Оба состава подходят.

Sentinel-2 NDWI для обнаружения водных объектов может быть построен с использованием:

«Зеленый» диапазон 3 (559 нм) и «БИК» диапазон 8А (864 нм)

Индекс Макфитерса: при поиске водоемов или изменении уровня воды (например, наводнении) рекомендуется использовать зеленый и ближний ИК-диапазоны спектра. ^[18] или зеленые и SWIR спектральные полосы. Для улучшения обнаружения открытой воды была предложена модификация нормализованного разностного индекса воды (MNDWI) путем замены спектрального диапазона NIR на SWIR. ^[19]

Интерпретация

Визуальная или цифровая интерпретация созданного выходного изображения/растра аналогична NDVI :

От -1 до 0 — Яркая поверхность без растительности и воды.
+1 - представляет содержание воды

Для второго варианта NDWI другой порог также можно найти в ^[20] что позволяет избежать ложных срабатываний в городских районах:

< 0,3 - Неводный
>= 0,3 - Вода.

Внешние ссылки

https://edo.jrc.ec.europa.eu/documents/factsheets/factsheet_ndwi.pdf (NDWI для мониторинга урожая: индекс Гао, 1996 г.)
https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/MODIS_MYD09GA_006_NDWI (расчет MODIS NDWI)
https://developers.google.com/earth-engine/datasets/catalog/LANDSAT_LC08_C01_T1_32DAY_NDWI (расчет Landsat NDWI)
http://deltas.usgs.gov/fm/data/data_ndwi.aspx (относительно индекса Макфитерса для водных объектов)
http://space4water.org/taxonomy/term/1246 (Модификация индекса Макфитерса для улучшения обнаружения водных объектов)

Ссылки

^ Гао, Бо-Кай (1996). «NDWI — нормализованный разностный индекс воды для дистанционного измерения жидкой воды растительности из космоса» (PDF) . Дистанционное зондирование окружающей среды . 58 (3): 257–266. Бибкод : 1996RSEnv..58..257G . дои : 10.1016/S0034-4257(96)00067-3 . Проверено 5 августа 2021 г.
^ Лиллисанд и почему
^ Чеккато и др. 2001 г.
^ Чеккато и др., 2001. Дистанционное зондирование окружающей среды 77 (2001) 22–33.
^ Fourty & Baret 1997 О спектральных оценках биохимии свежих листьев. Международный журнал дистанционного зондирования, 19, 1283–1297 гг.
^ Сьюзан Л. Устин , Дар А. Робертс, Хорхе Пинсон, Стефан Жакмуд, Маргарет Гарднер, Джордж Шир, Клаудия М. Кастаньеда, Алисия Паласиос-Оруэта, 1998 Оценка содержания воды в пологе кустарников чапараля с использованием оптических методов, Дистанционное зондирование окружающей среды, том 65, выпуск 3, страницы 280–291, ISSN 0034–4257, https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00038-8
^ Серрано, Л., Устин, С.Л., Робертс, Д.А., Гамон Х.А. и Пенуэлас, Дж. 2000. Определение содержания воды в растительности чапараля на основе данных AVIRIS. Дистанционное зондирование окружающей среды, 74(3):570-581.
^ П.Е. Деннисон, Д.А. Робертс, С.Х. Петерсон и Дж. Речел (2005) Использование нормализованного разностного индекса воды для мониторинга влажности живого топлива, Международный журнал дистанционного зондирования, 26:5, 1035-1042, DOI: 10.1080/0143116042000273998
^ Серрано, Дж.; Шахидиан, С.; да Силва Ж.М. (2019) Оценка нормализованного разностного индекса воды как Инструмент для мониторинга сезонной и межгодовой изменчивости пастбищ в средиземноморской агро-лесопастбищной системе. Вода 2019, 11, 62; дои: 10.3390/w11010062
^ Марусиг, Д.; Петруцеллис, Ф.; Томаселла, М.; Наполитано, Р.; Альтобелли, А.; Нардини, А. Корреляция состояния воды в растениях, измеренного на местах и с помощью дистанционного зондирования, как инструмент мониторинга риска исчезновения лесов, вызванного засухой. Леса 2020, 11, 77
^ Э. Фарг, С. Арафат, М. С. Абд Эль-Вахед, А. Эль-Гинди, 2017 г. Оценка распределения воды в поворотных ирригационных системах с использованием изображений дистанционного зондирования в восточной части дельты Нила. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2016.12.001 .
^ Серрано, Дж.; Шахидян, С.; да Силва Ж.М. (2019) doi:10.3390/w11010062
^ PE Деннисон, Д.А. Робертс, С.Х. Петерсон и Дж. Речел (2005) DOI: 10.1080/0143116042000273998
^ Абдоллахи, М.; Ислам, Т.; Гупта, А.; Хасан, К.К. Усовершенствованная система прогнозирования опасности лесных пожаров: интеграция данных дистанционного зондирования и исторических источников данных о возгорании. Дистанционное зондирование. 2018, 10, 923.
^ Марусиг, Д.; Петруцеллис, Ф.; Томаселла, М.; Наполитано, Р.; Альтобелли, А.; Нардини, А. Корреляция состояния воды в растениях, измеренного на местах и с помощью дистанционного зондирования, как инструмент мониторинга риска исчезновения лесов, вызванного засухой. Леса 2020, 11, 77
^ Карран, П.Дж. (1989) Дистанционное зондирование химии листьев. ДИСТАНЦИОННОЕ ЧУВСТВИЕ. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА. 30:271-278
^ Жакмуд и Устин, 2003: Применение моделей переноса радиации для оценки содержания влаги и картирования сожженных земель http://www.ipgp.jussieu.fr/~jacquemoud/publications/jacquemoud2003.pdf
^ SK McFEETERS (1996) Использование индекса нормализованной разницы воды (NDWI) при определении объектов открытой воды, Международный журнал дистанционного зондирования, 17:7, 1425-1432, DOI: 10.1080/01431169608948714
^ Сюй, 2006: Сюй, Ханьцю «Модификация нормализованного разностного индекса воды (NDWI) для улучшения характеристик открытой воды на изображениях дистанционного зондирования». Международный журнал дистанционного зондирования 27, № 14 (2006): 3025-3033. https://doi.org/10.1080/01431160600589179
^ Макфитерс, Стюарт (2013). «Использование нормализованного индекса разницы воды (NDWI) в географической информационной системе для обнаружения плавательных бассейнов для борьбы с комарами: практический подход» . Дистанционное зондирование . 5 (7): 3544–3561. Бибкод : 2013RemS....5.3544M . дои : 10.3390/rs5073544 .

[1] Гао, Бо-Кай (1996). «NDWI — нормализованный разностный индекс воды для дистанционного измерения жидкой воды растительности из космоса» (PDF) . Дистанционное зондирование окружающей среды . 58 (3): 257–266. Бибкод : 1996RSEnv..58..257G . дои : 10.1016/S0034-4257(96)00067-3 . Проверено 5 августа 2021 г.

[2] Лиллисанд и почему

[3] Чеккато и др. 2001 г.

[4] Чеккато и др., 2001. Дистанционное зондирование окружающей среды 77 (2001) 22–33.

[5] Fourty & Baret 1997 О спектральных оценках биохимии свежих листьев. Международный журнал дистанционного зондирования, 19, 1283–1297 гг.

[6] Сьюзан Л. Устин , Дар А. Робертс, Хорхе Пинсон, Стефан Жакмуд, Маргарет Гарднер, Джордж Шир, Клаудия М. Кастаньеда, Алисия Паласиос-Оруэта, 1998 Оценка содержания воды в пологе кустарников чапараля с использованием оптических методов, Дистанционное зондирование окружающей среды, том 65, выпуск 3, страницы 280–291, ISSN 0034–4257, https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00038-8

[7] Серрано, Л., Устин, С.Л., Робертс, Д.А., Гамон Х.А. и Пенуэлас, Дж. 2000. Определение содержания воды в растительности чапараля на основе данных AVIRIS. Дистанционное зондирование окружающей среды, 74(3):570-581.

[8] П.Е. Деннисон, Д.А. Робертс, С.Х. Петерсон и Дж. Речел (2005) Использование нормализованного разностного индекса воды для мониторинга влажности живого топлива, Международный журнал дистанционного зондирования, 26:5, 1035-1042, DOI: 10.1080/0143116042000273998

[9] Серрано, Дж.; Шахидиан, С.; да Силва Ж.М. (2019) Оценка нормализованного разностного индекса воды как Инструмент для мониторинга сезонной и межгодовой изменчивости пастбищ в средиземноморской агро-лесопастбищной системе. Вода 2019, 11, 62; дои: 10.3390/w11010062

[10] Марусиг, Д.; Петруцеллис, Ф.; Томаселла, М.; Наполитано, Р.; Альтобелли, А.; Нардини, А. Корреляция состояния воды в растениях, измеренного на местах и с помощью дистанционного зондирования, как инструмент мониторинга риска исчезновения лесов, вызванного засухой. Леса 2020, 11, 77

[11] Э. Фарг, С. Арафат, М. С. Абд Эль-Вахед, А. Эль-Гинди, 2017 г. Оценка распределения воды в поворотных ирригационных системах с использованием изображений дистанционного зондирования в восточной части дельты Нила. https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2016.12.001 .

[12] Серрано, Дж.; Шахидян, С.; да Силва Ж.М. (2019) doi:10.3390/w11010062

[13] PE Деннисон, Д.А. Робертс, С.Х. Петерсон и Дж. Речел (2005) DOI: 10.1080/0143116042000273998

[14] Абдоллахи, М.; Ислам, Т.; Гупта, А.; Хасан, К.К. Усовершенствованная система прогнозирования опасности лесных пожаров: интеграция данных дистанционного зондирования и исторических источников данных о возгорании. Дистанционное зондирование. 2018, 10, 923.

[15] Марусиг, Д.; Петруцеллис, Ф.; Томаселла, М.; Наполитано, Р.; Альтобелли, А.; Нардини, А. Корреляция состояния воды в растениях, измеренного на местах и с помощью дистанционного зондирования, как инструмент мониторинга риска исчезновения лесов, вызванного засухой. Леса 2020, 11, 77

[16] Карран, П.Дж. (1989) Дистанционное зондирование химии листьев. ДИСТАНЦИОННОЕ ЧУВСТВИЕ. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА. 30:271-278

[17] Жакмуд и Устин, 2003: Применение моделей переноса радиации для оценки содержания влаги и картирования сожженных земель http://www.ipgp.jussieu.fr/~jacquemoud/publications/jacquemoud2003.pdf

[18] SK McFEETERS (1996) Использование индекса нормализованной разницы воды (NDWI) при определении объектов открытой воды, Международный журнал дистанционного зондирования, 17:7, 1425-1432, DOI: 10.1080/01431169608948714

[19] Сюй, 2006: Сюй, Ханьцю «Модификация нормализованного разностного индекса воды (NDWI) для улучшения характеристик открытой воды на изображениях дистанционного зондирования». Международный журнал дистанционного зондирования 27, № 14 (2006): 3025-3033. https://doi.org/10.1080/01431160600589179

[20] Макфитерс, Стюарт (2013). «Использование нормализованного индекса разницы воды (NDWI) в географической информационной системе для обнаружения плавательных бассейнов для борьбы с комарами: практический подход» . Дистанционное зондирование . 5 (7): 3544–3561. Бибкод : 2013RemS....5.3544M . дои : 10.3390/rs5073544 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]