NDVI, NIR, infravörös, multispektrális műholdképek – olyan kifejezések, amelyekkel a precíziós gazdálkodással foglalkozó gazdaként egyre többször találkozunk. Mit jelentenek ezek és hogyan hasznosíthatjuk őket anélkül, hogy NASA mérnökké válnánk?

A Cropio rendszerben a monitoring és a differenciált kijuttatás alapját a műholdképek adják

A vegetációs indexről röviden

Az mindnyájunknak világos, hogy mit jelent a növény vegetációs fejlődési időszaka: erélyes növekedés, nagy mennyiségű zöldtömeg előállítása történik a vetés és az érés közötti hetekben, hónapokban. A kizöldülő határ képét jól ismerjük – de hogyan tudjuk ezt mérni és felhasználni?

A normalizált vegetációs index (NDVI) egy olyan grafikus indikátor, amely a távérzékelés során készített képek (műhold-, légi- és drónfelvételek) elemzése során megmutatja, hogy az adott földrajzi területen van-e zöld növényzet vagy nincs. Egyszerűen hangzik, és az elméleti háttere is könnyen megérthető.

A szivárvány a legjobb példa arra, hogy a napfény nem egyszínű, hanem különböző hullámhosszú színtartományokból épül fel. Amikor a napfény nekiütközik az útjába kerülő testeknek, akkor bizonyos tartományok (hullámhosszok) elnyelődnek, míg más hullámhosszok visszaverődnek. A felületek alakja, színe alapvetően meghatározó a visszaverődés és az elnyelődés szempontjából (fekete pickuposok, sziasztok!). A növényzetben található klorofill kis mértékben veri vissza a látható  tartomány sugarait, míg a közeli infravörös (near-infrared, azaz NIR) tartományban tapasztalható visszaverődés erősebb. Vagyis minél nagyobb a látható tartományban mérhető elnyelődés (az egyszerűség kedvéért a látható tartományok közül a vörös sávot szoktuk használni) és a közeli infravörös tartományban detektálható visszaverődés, annál fejlettebb a vegetáció az adott területen. Ez könnyen belátható, hiszen ha a növényünknek minden feltétel adott a zavartalan növekedéshez, akkor zöldellik, fotoszintetizál, így az NDVI értékeink is a maximumhoz közeli értékeken mozognak.

Az egészséges növényzet a látható tartomány sugarainak java részét elnyeli, míg a közeli infravörös sugarakat visszaveri. A gyengélkedő vegetáció viszont több látható sugarat ver vissza és több infravöröset nyel el. Ezt a matematika nyelvén az alábbi egyszerű képlettel írhatjuk le:

NDVI = (NIR – RED) / (NIR + RED)

ahol az NDVI a normalizált vegetációs index, a NIR a közeli infravörös tartomány, a RED pedig a látható tartomány vörös sávja.

A közeli infravörös (near-infrared) és a látható (visible) színtartományok elnyelődése, valamint visszaverődése az egészséges és gyengélkedő növények leveleiről (forrás: NASA)

Az egyszerű különbség helyett a normalizált különbséget használjuk (így tudjuk kiküszöbölni az eltérő kitettségből, lejtésből, megvilágításból eredő különbségeket), azaz az értékeket egy előre kiválasztott tartományba “sűrítjük”. Jelen esetben -1 és +1 közé, így egyszerűbb a számításokhoz és az ábrázolásokhoz (például térképekhez) használni a kapott értékeket. A vízfelület, a felhők és a hótakaró negatív értékeket mutatnak, a fedetlen talaj, a sziklák és a mesterséges felszínek 0 körüli értékeket vesznek fel, míg a növényzet pozitív értékeket ad vissza.

Egy RGB és egy NDVI fotó ugyanarról a területről – az egészséges, zöld növények 0,1 és 0,9 közötti értékeket adnak, míg például a vízfelületek és a fák törzse 0 alatti értékkel jellemezhetőek (forrás: Chris Fastie)

A vegetációs index a kultúrnövények állapotának és termőképességének mérésére bizonyítottan alkalmas, így a várható hozam előrejelzésének is fontos eleme. Emellett a növényzet sűrűségének diagnosztizálására is használható, ebből pedig a kelés, csírázás és a fejlődés egyenletességére, egyszóval az állomány egységességére is tudunk következtetni.

A vegetációs index a területek felügyeletének legfontosabb indikátora a Cropio rendszerben. A Cropio folyamatosan figyeli az egyes területek egymáshoz viszonyított kondícióját, valamint a táblákon belüli eltéréseket (zónákat) is feltárja, lehetővé téve a differenciált kijuttatást és a termésátlagok megbecslését. Ehhez közepes és nagy felbontású műholdképeket használunk.

Hogyan történik a vegetációs index kiszámítása a gyakorlatban?

A Cropio összesen 10 különböző műhold felvételeit használja, amelyeket először kalibrál, majd kielemez. A MODIS műholdak a közepes felbontású (250 méter/pixel – azaz egy képpont a valóságban 250 métert jelent) képeket szállítja, míg a Landsat 8 és a Sentinel 2 műholdak felelnek a nagy felbontású (15-10 méter/pixel) felvételekért. A talajnedvesség és talajhőmérséklet adatokat a MetOp és a Landsat 7 biztosítják.

A 250 méter/pixel felbontású képek a gazdaságszintű NDVI értékekhez használhatóak, vagyis ezek alapján vetheted össze a tábláidat egymással. A felhők, árnyékok zavarhatják a számítást és helytelen értékekhez vezethetnek, ezért a Cropio a nem tiszta időben készült képeket megjelöli, valamint az NDVI idő-grafikon számításából automatikusan kihagyja azokat.

A 250 méter/pixel felbontású képekből létrehozott, gazdaságszintű áttekintő felület a Cropio rendszerben

A nagy felbontású (15-10 méter per pixel) fényképek már a táblán belüli különbségek detektálására is használhatóak. Ezeket egyre sűrűbben, hetente legalább egyszer, megfelelő időjárási viszonyok esetén pedig akár 2-3 alkalommal frissítjük. A művelési zónák nyomon követése és a differenciált kijuttatási műveletek megtervezése ezekkel a felvételekkel lehetséges – természetesen megfelelő értelmezés mellett.

Rendszeresen frissülő műholdképekre van szükséged?

Most 1 hónapig INGYEN használhatod a Cropio platform összes funkcióját!

Induljon az 1 hónapos tesztidőszak

Hogyan értelmezzük a kapott eredményeket?

A Cropio kétféle térképen szemlélteti a vegetációs index értékeket a tábláidon.

A Térkép / Vegetáció menüpontban található térképek a közepes felbontású (250 méter per pixel) műholdképeket használják. Ez egy gyorsan áttekinthető, színkódolt felületet eredményez, ahol a gazdaságod egyes tábláinak teljesítményét és állapotát vetheted össze. Ugyanazt a kukoricahibridet vetetted a település két végén található tábláidba? Vagy épp az ellenkezője történt: eltérő hibrideket választottál a szomszédos parcellák bevetésére? Ezen a térképen kiválóan összehasonlíthatod őket és segítségünkkel levonhatod a következtetéseket.

Az egyes NDVI értékek értelmezése így történhet:

  • 0,05 – 0,3: a területet a rendszer barna színnel jelöli = az adott táblán nincs növényzet;
  • 0,3 – 0,4: sárgás-barna vagy sárga színű táblák = alacsony vegetációs érték, az első csíranövények megjelenése vagy a betakarítás utáni gyomok néznek ki így;
  • 0,4 – 0,6: sárgától a világoszöldig terjedő értékek = alacsony és átlagos vegetáció, pl. a hó nélküli, erősen fagyos télből kijövő növények néznek ki így márciusban;
  • 0,6 vagy magasabb: zöld vagy sötétzöld táblák = magas vegetációs érték, ami aktív fejlődést, egészséges és sűrű növényzetet jelent;
  • fehér szín: hóval fedett parcellák.

A Cropio a közepes felbontású felvételek mellett nagy felbontású (15-10 méter per pixel) képekkel is segíti a munkádat. Ezek egyrészt a Térkép / Nagyfelbontású képek menüpontban érhetőek el, másrészt minden táblád aloldalán a Vezérlőpult / Képek menüpontban megtalálod ezeket. Itt a fent leírt színskála mellett egy kontraszt színekkel ellátott verziót is találsz – ezen jobban kiemelhetőek a különbségek és látványosabbak a táblán belüli eltérések.

A kontrasztos térképek négy színt használnak:

  • piros szín: gyenge vegetáció vagy a növényzet teljes hiánya;
  • sárga szín: gyenge vegetáció;
  • zöld szín: átlagos növénytakaró;
  • kék szín: sűrű, jó állapotban lévő növényzet.

A színskálához tartozik egy jelmagyarázat is, ahol láthatod, hogy az egyes színárnyalatok mit jelentenek. E skála segítségével a zónák közötti eltérések és foltokra fordítandó figyelem mértéke is megállapítható. Ha például a kék szín 0,7-es értéket jelöl, a piros pedig 0,65-öt, akkor nincs miért aggódni, a táblád szinte homogén. Ha viszont a kék szín 0,7-es értéke mellett a piros szín 0,3-at jelent, akkor a pirosló foltra érdemes odafigyelned.

NDVI és kontrasztos NDVI képek egy adott tábla aloldalán a Cropióban

A magasabb NDVI érték nem mindig jelent jót: ha 2-3  kisebb zónában 0,6-os értéket mérsz, miközben a terület java része még csak 0,3-0,35 körül van, akkor a magasabb NDVI értéket mutató foltokban árvakelésre vagy gyomosodásra gyanakodhatsz.

Ha vetéskor nem gyomos a terület, akkor az NDVI-nak 0,25-0,3 körül kell lennie. Az alkalmazott talajműveléstől függően ez természetesen változhat, a direktvetéses táblák akár 0,35-0,4 körüli indexet is mutathatnak a vetés idején.

Jól tudjuk, hogy a kelés és a csíranövény fejlődésének sebessége eltérő az egyes fajok között – az őszi búza csíranövényei például a vetés utáni 12-15. napon kezdenek megjelenni. Ez azt jelenti, hogy ettől a naptól kezdve a vegetációs indexnek emelkednie kell azokon a területeken, amiket ugyanabban az időben őszi búzával vetettünk be (ahogy haladunk előre a vegetatív fázisban, úgy a 0,1 körüli eltérés elfogadható lesz az egyes területek között). Ha valahol alacsonyabb az érték, akkor azt a területet érdemes alaposan körüljárni, mert ott valószínűleg valami akadályozza a megfelelő kelést.

Elvitelre

Az NDVI felvételek elméleti hátterét az adja, hogy a növényzetben található klorofill kis mértékben veri vissza a látható tartomány sugarait, míg a közeli infravörös tartományban tapasztalható visszaverődés erősebb. A két érték különbségéből megállapítható, hogy az adott területen található növénytakaró mennyire sűrű és milyen kondícióban van.

A Cropio rendszer közepes és nagy részletességű képeket használ a tábláid vegetációs indexének megállapítására. A közepes felbontású felvételek a napi szintű állapotváltozás lekövetésére, a nagy felbontású képek pedig a táblán belüli különbségek azonosítására szolgálnak.