Calculando Índices de Vegetação Em Imagens Landsat 8 Pelo ArcGis 10

8/19/2019 Calculando Índices de Vegetação Em Imagens Landsat 8 Pelo ArcGis 10

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Calculando índices de vegetação em imagens

Landsat 8 pelo ArcGis 10

Por Huzel Geotecnologia

07/03/2015


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SumárioIntrodução .................................................................................................................................... 3

Exercício I - Calculo de índice de Reflectância ............................................................................. 4

Exercício II - Corrigir o valor da reflectância com ângulo do sol .................................................. 7

Exercício III - Calculo de NDVI para as Bandas 4 e 5 .................................................................... 8

Exercício IV - Calculando índice de Reflectância SAVI ................................................................. 9

Exercício V - Calcular índices Tasseled Cap ................................................................................ 11


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Introdução

No estudo da Vegetação, o NDVI – Índice de Vegetação por Diferença

Normalizada, é caracterizado como de grande importância porque destaca aqualidade da vegetação de uma área através de análise de bandas de imagemde satélite. Para tanto se faz necessário ter as bandas IR e NIR 4 e 5respectivamente, no caso estudado de imagens Landsat 8.

"Um NDVI é frequentemente usado em todo o mundo para monitorar a seca,monitorar e prever a produção agrícola, auxiliar na previsão de zonas de fogo perigosos, e mapear avanço da desertificação. O NDVI é o preferido paramonitoramento global vegetação porque ajuda a compensar a mudança dascondições de iluminação, inclinação da superfície, aspecto, e outros fatoresexternos "( Lillesand 2004).

A intensidade e densidade do crescimento da vegetação verde pode sermonitorado realizando a reflexão a partir da faixa vermelha e a faixa doinfravermelho. Normalmente a vegetação verde reflete mais energia na bandainfravermelha próxima do que na faixa visível. As folhas refletem menos naregião do infravermelho próximo quando estão doentes ou mortas. As queapresentam melhor reflexão na faixa de infravermelho são nuvens, água e neve,de forma que é decrescente em relação ao infravermelho próximo, e por fim adiferença para rochas e solos aparentes é quase zero.

A Saída do método NDVI cria uma banda única que só mostra vegetação. Osvalores próximos de zero representam rochas e solo nu e valores negativosrepresentam água, neve e nuvens. Essa razão ou diferença de duas bandas fazcom que o sinal de crescimento da vegetação seja diferente dos demaisamostrados. O Método NDVI foi desenvolvido por cientistas da NASA e épopularmente conhecido como Índice de Vegetação de DiferençaNormalizada (NDVI). A proporção de duas bandas resulta entre valores -1 a+1. A seguir é apresentada uma tabela, os valores de reflectância, faixasvermelhas e infravermelhas e seus valores de NDVI. A água tem um valor NDVIinferior a 0, solos nus entre 0 e 0,1, e a vegetação mais de 0,1. O aumento novalor NDVI positivo significa mais verde da vegetação.

NIR = valores DN de banda Near Infrared

tipo de cobertura VERMELHO NIR NDVI

Vegetação densa 0,1 0,5 0,7

Solo nu seco 0,269 0,283 0,025

Nuvens 0,227 0,228 0,002

Neve e gelo 0,375 0,342 -0,046

Água 0,022 0,013 -0,257


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xercício I - Calculo de índice de ReflectânciaNOTA

Os dados de radiância espectral OLI podem ser convertidos para TOA reflectância planetária através de coeficientes de reflectância rescaling

fornecidos no arquivo de metadados landsat8 OLI.

O arquivo metadado mencionado é o LC82150642013152LGN00_MTL.txt quepode ser encontrado na pasta onde encontram-se as imagens landsat.

1 - Abrir ArcMap e adicionar imagens de satélite de banda 4 e banda 5 de cálculoNDVI.

2 – Abrir o ArcToolbox

3 - Seguir os seguintes passos - Arc toolbox ->Spatial Analyst -> Map Algebra -> Raster Calculator


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4 – Encontrar o fator multiplicativo (Mρ) rescaling específico da banda escolhidaa ser analisada a partir dos metadados (Reflectance_Mult_Band_x, onde x é onúmero da banda).

Um exemplo onde o M ρ fator multiplicativo específico da banda é usado para

reescalar a partir dos metadados (Reflectance_Mult_Band_x, em que x é o

número de banda) é encontrado no ficheiro comentado anteriormente e

daremos um exemplo a seguir, onde aplicaremos os valores a nossa

calculadora do ArcMap (Raster Calculator ) . Esses fatores e cálculos devem

ser realizados para ambas as faixas – verm elhas e NIR (Ban das 4 e 5).

NOTA:

Modelo do Exemplo:

Ban da 4 reflect ânc ia = (2.0000E-05 * ( " LC82150642013152LGN00_B4.TIF " )) + -,100000

OndeREFLECTANCE_MULT_BAND_4 = 2.0000E-05RFLECTANCE_ADD_BAND_4 = -0,100000sub_tif_Band_4 = 4 th band (banda vermelha)Definir a pasta de saída e o nome do arquivo e clique em "OK"


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Refletância calculado para a banda 5

Função calculadora Raster para executar o cálculo de reflectância

Refletância calculado para a banda 4


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Reflectância para ângulo do sol corrigido para quinta banda

xercício III - Calculo de NDVI para as Bandas 4 e 5Nos cálculos anteriores preparamos as bandas 4 e 5 para interpolações ondeprecisaríamos de imagens com o menor residual de interferência para asanálises propostas e uma destas é a análise por NDVI (Normalized DifferenceVegetation Index).

Como sabe-se, para encontrar o NDVI deve-se utilizar a formula:

= −

+

Banda 4 = RED

Banda 5 = NIR

Após saber disto aplicar a formula pelo Raster Calculator com a formula:

NDVI = (Banda 5 corrigido - Banda 4 corrigido) / (Banda 5 corrigido + Banda 4corrigido)

Definir a pasta de saída eo nome do arquivo e clique em "OK"


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Raster Calculator função para executar NDVI

NDVI - Normalized Difference Vegetation Index

O resultado dessa operação varia entre -1 e 1, de forma que quanto maior

proximidade de 1, maior a probabilidade de presença de vegetação, e quantomaior a proximidade de -1, maior a incidência de solos descobertos ou rochas.

xercício IV - Calculando índice de Reflectância SAVIO Índice de vegetação ajustado ao solo mostra as condições do background dosolo. O modelo SAVI é um híbrido entre NDVI e PVI (Perpendicular VegetationIndex).

= −

+ + ∗ ( + )


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Onde NIR é a banda 5 e RED é a banda 4 respectivamente. L é o fator decorreção do brilho do solo. O valor de L varia de acordo com a cobertura devegetação verde. Altas áreas de vegetação L = 0; as áreas que não têmnenhuma vegetação verde L = 1. Geralmente L = 0,5 na maioria das causas efunciona bem como padrão de análise. Quando L = 0, NDVI = SAVI.

1 - Abrir Raster Calculator e aplicar esta fórmula e executar o programa como sesegue:

=__ − __

__ − __∗ ( + )

Raster Calculator e função para executar SAVI

SAVI - Índice de Vegetação ajustado ao solo


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xercício V - Calcular índices Tasseled Cap A transformação Tasseled Cap (Kauth-Thomas) foi projetada com o intuito deanalisar e mapear a vegetação e mudanças de desenvolvimento urbanodetectados por vários sistemas de sensores de satélite.

Algumas pessoas perguntam qual a necessidade da Tasseled Cap, uma vez quetemos os outros índices: NDVI e SAVI.

Pois bem, diretamente, o SAVI e NDVI faz abordagem do Greenness (verdor) eé representada como um contraste entre a soma das bandas do visível e doinfravermelho próximo. Este componente está diretamente relacionado àvariáveis associadas à cobertura vegetal.

Greenness é apenas uma das três dimensões da transformação Tasseled Cap. As outras duas dimensões ortogonais à Cor Verde, e ortogonais uma à outra esão Brilho humidade. Estas dimensões contêm informações que não são

transmitidas por um índice de vegetação. Brilho é uma medida que quantificacomo claro-escuro uma determinada superfície. Umidade fornece informaçõessobre o conteúdo de vegetação, umidade, solos e seus valores são fortementeinfluenciados pelo DN dos canais SWIR.

Por fim, temos que perder o costume de limitar sensoriamento remoto apenassobre a medição quantidade de vegetação. Solos, corpos d'água, afloramentosrochosos, áreas urbanas também são alvos ambientalmente importantes etrabalhando com três dimensões independentes de informação no domínioóptico, que permitirá a análise da superfície de terra mais rica.

Para mais informações sobre essa transformação, segue informações abaixo:

O primeiro componente, denominado Brightness (brilho), é uma soma ponderadade todas as bandas e está relacionado à variação espectral do solo,consequentemente em processos que afetam esta propriedade, tais comomudanças na distribuição de tamanho das partículas do solo.

O segundo componente é chamado de Greenness (verdor) e é representadacomo um contraste entre a soma das bandas do visível e do infravermelho próximo. Esta componente está diretamente relacionada à variáveis associadasà cobertura vegetal.

O terceiro componente, que recebe o nome de Wetness (umedecimento),contrasta a soma das bandas do visível e infravermelho próximo com a somadas bandas do infravermelho médio. Esta banda expressa primariamente aumidade do solo e em menor grau o status hídrico da vegetação. (SILVA, 2004;GLERIANI et al., 2003).

O índice Tasseled Cap utiliza uma combinação linear de 6 bandas Landsat (dabanda 2 a banda 7). Índices Tasseled Cap são calculados pela seguinteequação:

= (2 ∗ 2) + (3 ∗ 3) + (4 ∗ 4)+ (5 ∗ 5) + (6 ∗ 6) + (7 ∗ 7)


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Tasseled Cap - índice de luminosidade

Onde é o índice Tasseled cap calculado para o brilho, cor verde oucoeficiente de umidade.

Índice banda 2(Azul)

banda 3(Verde)

banda 4(Vermelho)

banda 5(NIR)

banda 6(SWIR 1)

banda 7(SWIR 2)

Brilho 0,3029 0,2786 0,4733 0,5599 0,508 0,1872verdor -0,2941 -0,243 -0,5424 0,7276 0,0713 -0,1608

wetness 0,1511 0,1973 0,3283 0,3407 -0,7117 -0,45591 – Calcula-se a reflectância das bandas 2, 3, 4, 5, 6 e 7 usando o mesmo métodoacima mencionado.

2 – Abrir Raster Calculator e aplicar a formula para o índice de brilho e dar ok.

Raster Calculator e função para executar Tasseled Cap


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Os demais índices a serem calculados: Luminosidade e de cobertura vegetal, ouGreenness e Wetness fica a critério de vocês. Na tabela acima existe todos osíndices necessários a essa análise.

Agradecemos desde já por lerem e aplicarem nosso tutorial, ficamos adisposição em caso de dúvidas e/ou questionamentos. Para mais aplicações esugestões, pedidos de tutoriais e cursos sob demanda acessem:https://www.facebook.com/huzelgeotecnologia/

Abraço a todos e até mais.

Equipe Huzel Geotecnologia
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