gisvyvojari.cz

Vegetační indexy v QGIS

15. 8. 2022

Vegetační indexy slouží pro zjištění zdravotního stavu vegetace. Jsou založené na principu dálkového průzkumu země (DPZ) a fyzikálních vlastnostech elektromagnetického záření – viditelného i neviditelného světla. Vegetační indexy využívají rozdílných odrazivostí povrchu (DN hodnot) naměřených v červené části elektromagnetického spektra (RED) a blízké infračervené části elektromagnetického spektra (NIR). Pro výpočet vegetačních indexů se používají letecké nebo družicové multispektrální snímky a lze je jednoduše vypočítat v softwaru QGIS.

NDVI

K určení zdravotního stavu vegetace je možné využít množství chlorofylu. Chlorofil pohlcuje většinu dopadajícího viditelného světla a odráží velkou část blízkého infračerveného světla. Nezdravá nebo řídká vegetace odráží více viditelného světla a méně světla v blízké infračervené části spektra. Na základě těchto vlastností dokážeme odlišit nezdravou vegetaci od zdravé nebo vymezit jednotlivé druhy rostlin. Nejpoužívanějším vegetačním indexem je Normalizovaný diferenční vegetační index (NDVI). Rovnice pro výpočet indexu je NIR – RED / NIR + RED. Výsledné hodnoty se pohybují v rozmezí od -1 po 1. Čím více se hodnota blíží k 1, tím je vegetace zdravější.

Družicové snímky Sentinel 2

Evropská kosmická agentura (ESA) na základě programu Copernicus poskytuje zdarma aktuální družicové snímky z družic Sentinel snímající povrch Země. Snímky lze stáhnout z webové aplikace Copernicus Open Access Hub a dále je libovolně používat. Družicové snímky jsou v rastrovém formátu a jejich rozlišení se pohybuje v rozmezí 10 až 50 metrů na pixel v závislosti na určité pásmo. Stahování snímků lze například zautomatizovat díky užitečnému API.

Sentinel není jediným zdrojem snímků. Existuje mnoho dalších vstupních dat (snímků) pro výpočet vegetačních indexů, jak z veřejné, tak i komerční sféry, lišící se hlavně rozlišením, aktuálností a počtem pásem.

RED pásmo ze Sentinel 2.
Pásmo B4 (RED) z družicového multispektrálního snímku družice Sentinel 2.

Výpočet v QGIS

Prvním krokem pro výpočet vegetačního indexu je vložení potřebných pásem do QGIS. Pomocí dokumentace dokážeme zjistit, které barevné kanály patří k jednotlivým pásmům:

  • B2 = BLUE (modrá)
  • B3 = GREEN (zelená)
  • B4 = RED (červená)
  • B8 = NIR (blízké infračervené)

Pro NDVI potřebujeme RED a NIR, tedy si importujeme pouze pásma B4 a B8 ze staženého ZIP souboru. Rozlišení těchto dvou rastrů je 10 m na pixel. Pomocí nástroje Raster Calculator dosadíme do rovnice pro výpočet NDVI naše vybraná pásma a vznikne nám rastr s hodnotami NDVI v rozmezí -1 až 1.

Výpočet NDVI v QGIS
Výpočet NDVI v QGIS pomocí nástroje Raster Calculator.

Interpretace výsledků

Vypočítali jsme si hodnoty NDVI pomocí Raster Calculatoru, ale důležitá je interpretace výsledků. K tomu slouží klasifikační tabulky, které nám rozdělí hodnoty NDVI do příslušných kategorií a na základě těchto kategorií můžeme zjistit, zda se jedná o zdravou či nezdravou vegetaci apod. Klasifikační tabulky jsou většinou vytvářeny na základě požadavků zkoumané plodiny nebo dle dalších vlastních požadavků pro určení kategorií.

Pro ukázku interpretace našich hodnot použijeme upravenou klasifikační tabulku z webu agricolus.com a jednotlivým kategoriím nastavíme v QGIS vhodné barvy. Červená barva nám značí, že se jedná o nezdravou vegetaci, nebo vegetace zde vůbec není (např. vodní plochy, zástavba). Naopak tmavě zelená barva představuje zdravou, hustě prorostlou vegetaci.

Klasifikované NDVI
Symbologie NDVI dle klasifikační tabulky.
Snímek v pravých barvách
Družicový snímek v pravých barvách.

Vegetační indexy jsou vhodné pro dlouhodobou studii území, nelze totiž vyhodnotit z jednoho snímku (z jednoho dne), zda vegetace roste správně, nebo špatně. Proto je dobré mít výsledky z několika dní a porovnávat je mezi sebou a třeba i mezi dalšími vegetačními indexy (NDVI, NDMI).

Pomocí vegetačních indexů lze například vyhodnotit různé vodohospodářské studie či zmírnit dopad sucha na zájmovém území. V případě informací či potřeby školení se obraťte na náš kontaktní formulář.

Galerie obrázků