Индекс растительности
Индекс растительности ( VI ) представляет собой преобразование спектрального изображения двух или более полос изображения, предназначенное для увеличения вклада свойств растительности и обеспечения надежных пространственных и временных взаимосравнений наземной фотосинтетической активности и растительного покрова . структурных изменений [2]
Существует множество VI, многие из которых функционально эквивалентны. Во многих индексах используется обратная зависимость между отражательной способностью красного и ближнего инфракрасного диапазона, связанная со здоровой зеленой растительностью. С 1960-х годов ученые использовали спутниковое дистанционное зондирование для мониторинга изменений растительности на поверхности Земли. Измерения характеристик растительности включают индекс площади листьев (LAI), процент зеленого покрова, содержание хлорофилла, зеленую биомассу и поглощенную фотосинтетически активную радиацию (APAR).
VI исторически классифицировались на основе ряда признаков, включая количество спектральных полос (2 или более 2); метод расчетов (относительный или ортогональный) в зависимости от требуемой цели; или по их историческому развитию (классифицируются как VI первого поколения или VI второго поколения). [3] Для сравнения эффективности различных ВИ Lyon, Yuan et al. (1998) [4] классифицировал 7 ВП на основе их методов вычислений (вычитание, деление или рациональное преобразование). Благодаря достижениям в технологии гиперспектрального дистанционного зондирования теперь доступны спектры отражения с высоким разрешением, которые можно использовать с традиционными мультиспектральными ВИ. Кроме того, были разработаны VI для использования специально с гиперспектральными данными, например, для использования узкополосных индексов растительности.
Использование
[ редактировать ]Индексы растительности использовались для:
- изучить климатические тенденции ; [5]
- оценивать водность почв ; дистанционно [6] [7]
- следить за засухой ; [8] [9] [10]
- график полива сельскохозяйственных культур , [11] управление посевами; [12]
- следить за испарением и транспирацией растений . [13]
- оценить изменения в биоразнообразии [14]
- классифицировать растительность [15]
- обнаружение и количественная оценка болезней сельскохозяйственных культур [16]
Типы индекса растительности
[ редактировать ]Мультиспектральный индекс растительности
[ редактировать ]
- Индекс растительности (RVI): определяется как соотношение между красным и ближним инфракрасным светом на мультиспектральных изображениях. [17]
- Нормализованный индекс различий растительности (NDVI): наиболее часто используемый индекс дистанционного зондирования. [18] который вычисляет соотношение разницы и суммы между ближним инфракрасным и красным диапазонами мультиспектральных изображений. Обычно он принимает значения от -1 до +1. Чаще всего он используется для мониторинга динамики растительности, [19] включая количественный анализ биомассы.
- Преобразование Kauth-Thomas Tasseled Cap: индекс спектрального улучшения, который преобразует спектральную информацию спутниковых данных в спектральные характеристики. [20] [21] [22]
- Инфракрасный индекс
- Нормализованная разница индекса воды
- Перпендикулярный индекс растительности
- Зелень над голой почвой
- Индекс стресса влаги: спектральный индекс, который измеряет уровень стресса влаги в листьях. [23]
- Индекс содержания воды в листьях (LWCI) [24]
- Средний IR-индекс
- Индекс растительности с поправкой на почву (SAVI): скорректированная форма NDVI, разработанная для минимизации влияния яркости почвы на спектральные индексы растительности, особенно в районах с высоким составом почвы. [25]
- Модифицированный SAVI: в основном применяется в районах с низкими показателями NDVI.
- Индекс атмосферной устойчивости растительности
- Индекс устойчивости растительности к почве и атмосфере
- Расширенный индекс растительности (EVI): очень похож на NDVI. Единственное отличие состоит в том, что он корректирует фоновый шум атмосферы и кроны, особенно в регионах с высокой биомассой.
- Новый индекс растительности
- Индекс свободной от аэрозолей растительности
- Треугольный индекс растительности
- Приведенное простое соотношение
- Видимый индекс атмосферостойкости
- Индекс нормализованной разницы
- Взвешенный индекс разницы растительности (WDVI)
- Доля поглощенной фотосинтетически активной радиации (ФАПАР)
- Нормализованный индекс зелености разницы (NDGI)
- Индекс температурного водного стресса растительности (TVWSI) [26]
Гиперспектральный индекс растительности
[ редактировать ]С появлением гиперспектральных данных индекс растительности был разработан специально для гиперспектральных данных.
- Дискретно-полосный нормализованный индекс различий растительности
- Индекс желтизны
- Индекс фотохимического отражения
- Дискретно-полосный нормализованный разностный индекс воды
- Определение положения красного края
- Прогноз содержания хлорофилла в сельскохозяйственных культурах
- Индекс расстояния момента (MDI)
Расширенные индексы растительности
[ редактировать ]С появлением машинного обучения для определения индексов растительности на основе данных можно использовать определенные алгоритмы. Это позволяет учитывать все спектральные диапазоны и обнаруживать скрытые параметры, которые могут быть полезны для усиления этих вегетационных индексов. Таким образом, они могут быть более устойчивыми к изменениям освещения, теням или даже некалиброванным изображениям, если эти артефакты существуют в обучающих данных.
- Синтез индексов растительности с использованием генетического программирования [27]
- Подход мягких вычислений для выбора и объединения спектральных диапазонов [28]
- DeepIndices: индексы дистанционного зондирования, основанные на аппроксимации функций посредством глубокого обучения [29]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Данные загружены с «Австралийское бюро метеорологии» . 13 июня 2018 г., нанесено на карту от 14 июня 2018 г.
- ^ Уэте, А.; Дидан, К.; Миура, Т.; Родригес, ЕП; Гао, X.; Феррейра, LG (2002). «Обзор радиометрических и биофизических характеристик вегетационных индексов MODIS». Дистанционное зондирование окружающей среды . 83 (1–2): 195–213. Бибкод : 2002RSEnv..83..195H . дои : 10.1016/S0034-4257(02)00096-2 .
- ^ Баннари, А.; Морен, Д.; Бонн, Ф.; Уэте, Арканзас (1 августа 1995 г.). «Обзор вегетационных индексов» Обзоры дистанционного зондирования . 13 (1–2): 95–120. дои : 10.1080/02757259509532298 . ISSN 0275-7257 .
- ^ Лион, Джон Дж. (1998). «Эксперимент по обнаружению изменений с использованием индексов растительности». Фотограмметрическая техника и дистанционное зондирование : 143–150. CiteSeerX 10.1.1.462.2056 .
- ^ Эклунд, Л.; Олссон, Л. (2003). «Тенденции индекса растительности в африканском Сахеле, 1982–1999 годы» . Письма о геофизических исследованиях . 30 (8): 1430. Бибкод : 2003GeoRL..30.1430E . дои : 10.1029/2002GL016772 . ISSN 0094-8276 . S2CID 129096989 .
- ^ Гиллис, РР; Кустас, В.П.; Хьюмс, Канзас (1997). «Проверка метода« треугольника »для получения поверхностного содержания влаги в почве и потоков энергии на основе дистанционных измерений индекса нормализованной разницы растительности (NDVI) и поверхности e». Международный журнал дистанционного зондирования . 18 (15): 3145–3166. Бибкод : 1997IJRS...18.3145G . дои : 10.1080/014311697217026 . ISSN 0143-1161 .
- ^ Сандхолт, Инге; Расмуссен, Кьельд; Андерсен, Йенс (2002). «Простая интерпретация пространства приземной температуры/индекса растительности для оценки состояния поверхностной влажности». Дистанционное зондирование окружающей среды . 79 (2–3): 213–224. Бибкод : 2002RSEnv..79..213S . дои : 10.1016/S0034-4257(01)00274-7 . ISSN 0034-4257 .
- ^ Питерс, Эй Джей; Уолтер-Ши, Э.А.; Джи, Л.; Влия, А.; Хейс, М.; Свобода, доктор медицинских наук (2002). «Мониторинг засухи с помощью стандартизированного индекса растительности на основе NDVI» (PDF) . Фотограмметрическая инженерия и дистанционное зондирование . 68 (1): 71–75 . Проверено 16 мая 2018 г.
- ^ Коган, Ф.Н. (1995). «Применение индекса вегетации и яркостной температуры для обнаружения засухи». Достижения в космических исследованиях . 15 (11): 91–100. Бибкод : 1995AdSpR..15k..91K . дои : 10.1016/0273-1177(95)00079-Т . ISSN 0273-1177 .
- ^ Ван, З.; Ван, П.; Ли, X. (2004). «Использование продуктов MODIS для измерения температуры поверхности земли и нормализованного индекса разницы растительности для мониторинга засухи на юге Великих равнин, США». Международный журнал дистанционного зондирования . 25 (1): 61–72. Бибкод : 2004IJRS...25...61W . дои : 10.1080/0143116031000115328 . ISSN 0143-1161 . S2CID 129234540 .
- ^ Джонс, Х.Г. (2004). «Планирование полива: преимущества и недостатки растительных методов» . Журнал экспериментальной ботаники . 55 (407): 2427–2436. дои : 10.1093/jxb/erh213 . ISSN 1460-2431 . ПМИД 15286143 .
- ^ Пинтер-младший, Пол Дж.; Хэтфилд, Джерри Л.; Шеперс, Джеймс С.; Барнс, Эдвард М.; Моран, М. Сьюзен; Дотри, Крейг С.Т.; Апчерч, Дэн Р. (2003). «Дистанционное зондирование для управления растениеводством» . Фотограмметрическая инженерия и дистанционное зондирование . 69 (6): 647–664. дои : 10.14358/ПЕРС.69.6.647 . ISSN 0099-1112 .
- ^ Кустас, В.П.; Норман, Дж. М. (2009). «Использование дистанционного зондирования для мониторинга суммарного испарения над поверхностью суши». Журнал гидрологических наук . 41 (4): 495–516. дои : 10.1080/02626669609491522 . ISSN 0262-6667 .
- ^ Петторелли, Натали; Райан, Сэди; Мюллер, Томас; Буннефельд, Нильс; Енджеевска, Богумила; Лима, Маурисио; Каусруд, Кирре (2011). «Индекс нормализованной разницы растительности (NDVI): непредвиденные успехи в экологии животных» (PDF) . Климатические исследования . 46 (1): 15–27. Бибкод : 2011ClRes..46...15P . дои : 10.3354/cr00936 . ISSN 0936-577X . JSTOR 24872307 .
- ^ Ллойд, Дэниел (1990). «Фенологическая классификация наземного растительного покрова с использованием коротковолновых изображений индекса растительности». Международный журнал дистанционного зондирования . 11 (12): 2269–2279. Бибкод : 1990IJRS...11.2269L . дои : 10.1080/01431169008955174 . ISSN 0143-1161 .
- ^ Махлейн, АК; Румпф, Т.; Велке, П.; Дене, Х.В.; Плюмер, Л.; Штайнер, У.; Эрке, ЕС (январь 2013 г.). «Разработка спектральных индексов для обнаружения и идентификации болезней растений» . Дистанционное зондирование окружающей среды . 128 : 21–30. дои : 10.1016/j.rse.2012.09.019 .
- ^ Джордан, Карл Ф. (июль 1969 г.). «Вывод индекса площади листьев из качества света на лесной подстилке» . Экология . 50 (4): 663–666. дои : 10.2307/1936256 . ISSN 0012-9658 . JSTOR 1936256 .
- ^ Бхандари, АК; Кумар, А.; Сингх, ГК (2012). «Извлечение признаков с использованием нормализованного индекса различий растительности (NDVI): пример города Джабалпур» . Технология Процедиа . 6 : 612–621. дои : 10.1016/j.protcy.2012.10.074 . ISSN 2212-0173 .
- ^ Врилинг, Антон; де Леу, Ян; Саид, Мохаммед (22 февраля 2013 г.). «Продолжительность периода роста в Африке: изменчивость и тенденции за 30 лет временных рядов NDVI» . Дистанционное зондирование . 5 (2): 982–1000. Бибкод : 2013RemS....5..982В . дои : 10.3390/rs5020982 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Сиве, Рене Нгамабу; Кох, Барбара (12 января 2008 г.). «Анализ векторов изменений для классификации процессов изменения растительного покрова с использованием шляпки с кисточками в качестве биофизического индикатора» . Экологический мониторинг и оценка . 145 (1–3): 227–235. дои : 10.1007/s10661-007-0031-6 . ISSN 0167-6369 . ПМИД 18193332 . S2CID 189913689 .
- ^ Юсуф, Рим; Аль-Хакани, Эбтихал (2021). «Оценка степени опустынивания с использованием методов преобразования кисточек и спектральных индикаторов: Ирак» . Фундаментальные и прикладные науки — Научный журнал Университета короля Фейсала . дои : 10.37575/b/sci/0019 . ISSN 1658-0311 .
- ^ Каут Р.Дж. и Г.С. Томас (1976): Кепка с кисточками - графическое описание спектрально-временного развития сельскохозяйственных культур с точки зрения LANDSAT. Материалы симпозиума по машинной обработке данных дистанционного зондирования
- ^ Рок, Б.Н.; Фогельманн, JE; Уильямс, Д.Л.; Фогельманн, А.Ф.; Хошизаки, Т. (июль 1986 г.). «Дистанционное обнаружение повреждений леса» . Бионаука . 36 (7): 439–445. дои : 10.2307/1310339 . ISSN 1525-3244 . JSTOR 1310339 .
- ^ Запись LWCI в базе данных индексов, https://www.indexdatabase.de/db/i-single.php?id=129.
- ^ Уэте, Арканзас (август 1988 г.). «Индекс растительности с поправкой на почву (SAVI)» . Дистанционное зондирование окружающей среды . 25 (3): 295–309. Бибкод : 1988RSEnv..25..295H . дои : 10.1016/0034-4257(88)90106-X .
- ^ Джоши, Р.К.; Рю, Д.; Шеридан, Дж.Дж.; Лейн, Пенсильвания (2021). «Моделирование водного стресса растительности в лесу из космоса: индекс температурного водного стресса растительности (TVWSI)» . Дистанционный датчик . 13 (22:4635): 4635. doi : 10.3390/rs13224635 .
- ^ Пуэнте, Сезар; Олаге, Густаво; Трабукки, Маттиа; Архона-Вильиканья, П. Давид; Субервьель-Монтальво, Карлос (январь 2019 г.). «Синтез индексов растительности с использованием генетического программирования для оценки эрозии почвы» . Дистанционное зондирование . 11 (2): 156. дои : 10.3390/rs11020156 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Альбаррасин, Хуан Ф.Х.; Оливейра, Рафаэль С.; ХироТА, Марина; дос Сантос, Джеферссон А.; Торрес, Рикардо да С. (январь 2020 г.). «Мягкий вычислительный подход к выбору и объединению спектральных диапазонов» . Дистанционное зондирование . 12 (14): 2267. arXiv : 2011.05127 . дои : 10.3390/rs12142267 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Вайссад, Жан-Антуан; Паоли, Жан-Ноэль; Ну и дела, Кристель; Джонс, Гавейн (январь 2021 г.). «DeepIndices: индексы дистанционного зондирования, основанные на аппроксимации функций посредством глубокого обучения, применение к некалиброванным изображениям растительности» . Дистанционное зондирование . 13 (12): 2261. дои : 10.3390/rs13122261 . ISSN 2072-4292 .