Перейти к содержанию
Innovialabs

Мониторинг посевов с дронов и спутников: что такое NDVI

Продвинутое4 мин

Коротко

NDVI сравнивает отражение растений в красном и ближнем инфракрасном диапазонах и показывает, где посевы слабее; спутник дает регулярный обзор, дрон — детали, а итог превращается в карты-задания для техники.

Что такое NDVI

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) — индекс, который показывает, насколько активна растительность. Здоровые листья сильно поглощают красный свет для фотосинтеза и сильно отражают ближний инфракрасный (NIR). Угнетенное растение отражает NIR слабее.

Формула простая:

ndvi = (nir - red) / (nir + red)

Значения лежат от -1 до 1. Голая почва и вода дают низкие значения, густые здоровые посевы — высокие. Абсолютное число само по себе мало что говорит: смотрят на разницу внутри поля и динамику во времени.

Другие индексы

NDVI не единственный и не всегда лучший:

ИндексЧто учитываетКогда полезен
NDVIКрасный и NIRОбщий обзор, ранние и средние фазы
NDRERed edge и NIRПлотные посевы, где NDVI «насыщается», азотный статус
SAVI / EVIПоправки на почву и атмосферуРедкие посевы, много открытой почвы
NDWI / NDMINIR и коротковолновый ИКВлагообеспеченность растений

На поздних фазах, когда листья полностью закрывают почву, NDVI почти перестает расти. Тогда различия лучше видны в NDRE.

Спутник или дрон

ПараметрСпутникДрон
ДетализацияМетры на пиксельСантиметры на пиксель
ОхватВсе поля сразуОграничен батареей и временем полета
РегулярностьКаждые несколько дней, если нет облаковКогда нужно, по погоде
ОблакаГлавная проблемаЛетает под облаками
ЗатратыЕсть бесплатные открытые данныеАппарат, мультиспектральная камера, пилот, обработка
ЗадачаРегулярный мониторинг, поиск аномалийДетальная проверка, подсчет растений, точечные проблемы

На практике их комбинируют: спутник раз в несколько дней показывает, где что-то не так, а дрон летит на конкретный участок за подробностями. Открытые спутниковые данные, например миссии Sentinel-2 программы Copernicus, подходят для старта без затрат на съемку.

Как найти стресс и болезни

Индекс показывает отклонение, но не причину. Пятно с низким NDVI может означать:

  • недостаток влаги или переувлажнение;
  • дефицит азота или других элементов;
  • болезни и вредителей;
  • огрехи посева, уплотнение почвы, градобой.

Рабочий процесс:

  1. Сравнивайте участок с остальным полем и с прошлыми снимками — важна динамика.
  2. Отбросьте снимки с облаками и тенями: маска облачности обязательна.
  3. Наложите другие слои: карту почв, рельеф, историю операций, данные метеостанции.
  4. Отправьте агронома на проверку в поле (scouting) по координатам аномалии.
  5. Зафиксируйте причину в системе, чтобы со временем правила стали точнее.

Модели машинного обучения могут помогать классифицировать проблемы, но им нужны размеченные примеры с подтверждением в поле.

От снимка к карте-заданию

Карта-задание (prescription map) превращает индекс в нормы для техники:

  1. Выберите снимок в подходящую фазу развития культуры.
  2. Разделите поле на зоны по значениям индекса: обычно несколько классов от слабых к сильным участкам.
  3. Назначьте каждой зоне норму. Логика зависит от задачи: азот иногда добавляют на слабые участки, а иногда, наоборот, на участки с высоким потенциалом. Это агрономическое решение, а не автоматическое.
  4. Сгладьте мелкие пятна: техника не может менять норму на каждом метре.
  5. Экспортируйте карту в формат, который читает контроллер техники (часто shapefile или ISOXML).

Передача данных в программу хозяйства

Мониторинг дает максимум, когда он связан с учетом:

  • снимки и индексы привязаны к контурам полей из программы управления фермой;
  • найденная аномалия создает задачу агроному на осмотр;
  • выполненная обработка записывается как операция с затратами;
  • в конце сезона индексы сравниваются с картой урожайности.

Для автоматизации используют API спутниковых платформ: система по расписанию забирает новые снимки, считает индексы по каждому полю и отправляет уведомление, если значение резко упало.

Частые ошибки

  • Сравнивать абсолютные значения NDVI разных культур и дат.
  • Не учитывать облака, дымку и угол солнца.
  • Строить карту-задание по одному снимку без проверки в поле.
  • Хранить снимки отдельно от истории операций.

Частые вопросы

В активные фазы роста — при каждом новом безоблачном снимке. Важнее регулярность и сравнение с прошлыми датами, чем один идеальный снимок.

Поможем с этим

Если хотите не разбираться самим, а получить результат — этим мы занимаемся каждый день.

Обсудить проект

Читайте также

Есть идея или задача? Расскажите нам

Ответим в течение рабочего дня и предложим решение. Консультация бесплатная.