Проработав 5 лет агрономом, я ушёл в IT разрабатывать приложения для фермеров. Одна из основных функций этих приложений — показывать вегетационный индекс NDVI. Рассказываю, как мы его получаем из спутниковых снимков и почему он обновляется не так часто, как хотелось бы.
Для начала, что такое NDVI? Нормализованный вегетационный индекс, также известный как NDVI, — это показатель здоровья растения. Он вычисляется по тому, как растение отражает и поглощает разные световые волны. Здоровое растение активно поглощает красный свет и отражает ближний инфракрасный, а больное — ровно наоборот. Эту информацию мы получаем благодаря спутникам. Солнечный свет падает на растения, световые волны одной длины поглощаются, волны другой длины отражаются — и спутник улавливает все эти данные с помощью своих датчиков.
Индекс вегетации полезен, если вы хотите дистанционно наблюдать за состоянием ваших полей. Но прежде чем превратиться в карту NDVI, спутниковые изображения совершают довольно сложное путешествие. Расскажу, как это происходит у нас в OneSoil.
Шаг 1: Спутники фотографируют Землю
Всё начинается со спутников в космосе. Мы используем только изображения спутников Sentinel-2 программы Copernicus. Copernicus — это спутниковая программа наблюдения и мониторинга Земли, запущенная Европейской комиссией.
Снимки Sentinel-2 хорошо подходят для нужд сельского хозяйства, так как они имеют разрешение 10 метров и обновляются каждые 3-5 дней.
Спутникам нужно 10 дней, чтобы облететь Землю 143 раза по орбите. За это время они делают снимки всей поверхности Земли. Далее эти фотографии отправляются в наземные центры обработки и архивирования данных, где изображения обрабатываются, нарезаются на более мелкие квадраты и загружаются в облачное хранилище Copernicus. Туда они попадают спустя 2-12 часов после съёмки.
В этот момент вступаем в игру мы.
Шаг 2: Мы обрабатываем спутниковые снимки
Наша цель — показать точный индекс NDVI как можно скорее. Ежедневно мы получаем около 300 гигабайтов необработанных данных. Это от 200 до 300 спутниковых изображений, каждое из которых отображает площадь 100 на 100 км. Чтобы использовать их при расчёте NDVI, мы автоматически сжимаем полученные данные и обрабатываем их.
Обработка изображения — важный шаг, потому что часто на спутниковых снимках видны снег и облака. Но только чистые изображения позволяют оценить состояние вегетации, поэтому мы разработали собственные алгоритмы для поиска и фильтрации облаков, теней от них и снега. Бум! Вот и ответ на часто задаваемый нам вопрос «почему индекс NDVI моего поля не обновлялся?» Если погода плохая и небо затянуто облаками, то изображения будут «грязными», и у нас будет недостаточно данных для расчёта NDVI.
После чистки наступает стадия расчёта индекса вегетации. Чтобы определить значение NDVI в определённой точке изображения, мы используем следующую формулу:
Затем мы расшифровываем рассчитанные значения и задаём им цвета, которые соответствуют диапазону NDVI.
Шаг 3: Показываем вегетацию в приложениях
После всех этих операций мы показываем индекс NDVI в наших приложениях, накладывая его вторым слоем поверх карт Google или Mapbox. Ура!
Когда вы знаете NDVI, осматривать поля становится проще: вы можете пропустить части поля, на которых всё хорошо, и направится сразу в проблемные области. Индекс вегетации не может рассказать, что именно влияет на ваши посевы — это подсказка о том, что происходит на поле в данный момент.
Существует несколько сценариев использования NDVI для анализа поля: они отличаются в начале, в середине и в конце сезона. Подробнее писал вот тут.
Итоги
Вот два основных момента, которые я считаю важными.
Во-первых, NDVI — это математический расчёт, а не спутниковое изображение само по себе. Рассчитывается индекс NDVI на основе регулярно обновляемых снимков.
Во-вторых, NDVI не обновляется каждую секунду, час или даже день. Обычно фотографии определённого региона делаются каждые 3-5 дней, а если погода была облачная, то расчёт NDVI может занять ещё больше времени.
Что ещё почитать по теме
Зачем нужен вегетационный индекс NDVI?
Как следить за состоянием посевов по NDVI: бесплатный инструмент
