NDVI cho nông nghiệp: mô hình hữu ích và những lỗi thường gặp

Bắt đầu với câu hỏi vận hành

Sử dụng NDVI để so sánh các kiểu thực vật trong bối cảnh phù hợp, kiểm tra đầu vào màu đỏ và cận hồng ngoại cũng như mặt nạ chất lượng. Kiểm tra các quan sát thực địa trước khi gán ý nghĩa nông học.

Tách biệt quan sát khỏi giải thích

Các tán cây dày đặc có thể bão hòa chỉ số, trong khi nền đất và các pixel hỗn hợp ảnh hưởng đến các cây thưa thớt. Một ngưỡng tốt hay xấu phổ quát là không phù hợp đối với tất cả các loại cây trồng và giai đoạn.

Giải thích công thức trước thang màu

Ghi lại công thức, tên băng tần, cảm biến, mức xử lý, hệ số tỷ lệ và cách xử lý nốt được sử dụng để tính toán chỉ số. Đối với NDVI, mối quan hệ quen thuộc là sự khác biệt giữa độ phản xạ cận hồng ngoại và phản xạ đỏ chia cho tổng của chúng. Các chỉ số khác sử dụng các dải khác nhau và phản ứng với các kết hợp khác nhau của tán, nước, khí quyển và nền.

Kiểm tra độ phân giải gốc trước khi kết hợp các băng tần và phân biệt việc lấy mẫu lại với thông tin bổ sung. Sử dụng phương pháp xử lý có thể so sánh giữa các ngày và kiểm tra các đám mây, bóng, sương mù, đất trống và các pixel hỗn hợp. Phạm vi màu hiển thị là một lựa chọn trực quan; việc thay đổi nó có thể làm cho những khác biệt về số lượng giống nhau trở nên ít nhiều ấn tượng.

Liên kết mẫu số với một câu hỏi thực địa rõ ràng và các quan sát tham khảo phù hợp. Một chỉ số có thể hỗ trợ việc xác định sự biến đổi tương đối trong các điều kiện xác định mà không cần đo lường một đặc tính nông học cụ thể. Tránh các ngưỡng chung cho các loại cây trồng và giai đoạn không liên quan. Báo cáo công thức và các giới hạn kèm theo bản đồ để người dùng có thể phân biệt proxy có nguồn gốc từ hình ảnh với phép đo vật lý đã hiệu chỉnh.

Nối chi tiết không gian với câu hỏi

GIS nông nghiệp kết nối ranh giới cánh đồng, quan sát và hình ảnh, nhưng mỗi tập dữ liệu đều có hỗ trợ không gian riêng. Một điểm đánh dấu một vị trí, một đa giác mô tả một khu vực và một pixel raster tóm tắt một dấu chân. Chúng không nên được coi là phép đo tương đương. Trước khi phủ các lớp, hãy kiểm tra hệ quy chiếu tọa độ, ngày tháng và đơn vị của chúng. Vấn đề căn chỉnh hiển thị có thể phát sinh từ vấn đề tọa độ hoặc tham chiếu địa lý thay vì sự di chuyển hoặc thay đổi trong chính phần cắt.

Các dải tần của Sentinel-2 có độ phân giải không gian gốc khác nhau. Các dải cận hồng ngoại rộng và nhìn thấy được của nó có độ phân giải tốt hơn các dải hồng ngoại biên đỏ và sóng ngắn. Việc lấy mẫu lại có thể đặt các dải đó vào một lưới chung, nhưng nó không tạo ra chi tiết mới được quan sát. Khi một cánh đồng hẹp hoặc nhỏ, các pixel ranh giới có thể trộn lẫn phần cắt với đường, cây cối, mặt nước hoặc vùng đất lân cận. Giải thích sự kết hợp đó trước khi diễn giải giá trị trung bình trên đồng ruộng là phép đo cây trồng thuần túy.

Bảo toàn thông tin chất lượng và thời gian thông qua phân tích

Hình ảnh quang học đòi hỏi phải chú ý đến các đám mây, sương mù và bóng tối. Một cảnh có tỷ lệ phần trăm đám mây tổng thể nhỏ vẫn có thể khiến trường mục tiêu bị che khuất. Kiểm tra khu vực quan tâm thực tế và giữ lại phương pháp che phủ hoặc chất lượng đã sử dụng. So sánh các sản phẩm tương thích và các lựa chọn xử lý tài liệu, đặc biệt khi xây dựng chuỗi thời gian từ các ngày hoặc cảm biến khác nhau. Một bước nhảy không giải thích được có thể là vấn đề về chất lượng dữ liệu chứ không phải là sự thay đổi đột ngột của thảm thực vật.

Các chỉ số thực vật mô tả sự kết hợp của các tín hiệu quang phổ phản xạ. USGS giải thích rằng NDVI nhạy cảm với nền đất và có thể bão hòa trong thảm thực vật dày đặc. Do đó, chỉ số được diễn giải tốt nhất theo giai đoạn cây trồng, cấu trúc tán cây và bằng chứng trên đồng ruộng. Loại màu sắc không phải là thước đo trực tiếp về nồng độ chất dinh dưỡng, nhận dạng bệnh tật hoặc năng suất thu hoạch được. Những diễn giải đó cần được hiệu chuẩn và xác nhận phù hợp, đồng thời mọi dự đoán đều phải duy trì độ không chắc chắn cũng như các điều kiện mà nó được đánh giá.

Làm cho bản đồ có thể tái tạo và hữu ích cho người quan sát tiếp theo

Giữ nguyên đầu vào ban đầu, ngày phân tích, phiên bản phương pháp và các thông số liên quan cùng với đầu ra. Sử dụng chú thích rõ ràng để phân biệt các giá trị được quan sát, các chỉ số dẫn xuất và các ứng cử viên chưa được xác minh. Trong trường hợp một số liệu thống kê loại trừ các pixel có mây hoặc các vùng không bị cắt xén, hãy ghi lại trường hợp loại trừ và phạm vi bao phủ hợp lệ. Nếu mức độ bao phủ thay đổi giữa các ngày, hãy thừa nhận rằng mức trung bình có thể đại diện cho các phần khác nhau của trường. Điều này đặc biệt quan trọng khi một báo cáo biến một chuỗi bản đồ thành một xu hướng.

Thiết kế xác nhận xung quanh mục đích sử dụng dự định. Một mô hình cho một vụ mùa và một vụ nên được thử nghiệm trên các ví dụ độc lập đại diện cho các điều kiện mà nó sẽ hoạt động. Kiểm tra hiện trường sẽ tìm kiếm các đối tượng bị bỏ sót cũng như các đối tượng được đề xuất không chính xác và kiểm tra phân loại phải bao gồm từng danh mục có ý nghĩa. Giữ lại những bất đồng và xem xét nguyên nhân của chúng thay vì loại bỏ những trường hợp khó khăn. Bản đồ trở nên có giá trị về mặt vận hành khi người khác có thể theo dõi bằng chứng của nó, hiểu giới hạn của nó và quyết định cần quan sát gì tiếp theo.

Kiểm tra sự hỗ trợ đằng sau mọi giá trị được ánh xạ

Kiểm tra nguồn trên lĩnh vực quan tâm thực tế. Siêu dữ liệu trên toàn cảnh có thể che giấu đám mây, bóng, dải mờ, khảo sát chưa hoàn chỉnh hoặc vấn đề căn chỉnh chính xác ở nơi cần đưa ra quyết định. Ghi lại ngày, hỗ trợ không gian, cờ chất lượng và phạm vi bao phủ hợp lệ cho từng trường. Một quan sát có ít sự hỗ trợ có thể sử dụng được sẽ không có sẵn thay vì được lấp đầy bằng một giá trị có vẻ hợp lý.

Xem xét các giá trị bị thiếu và loại trừ riêng biệt với các phép đo hợp lệ. Số 0, vị trí chưa được truy cập, pixel bị che và lỗi cảm biến mô tả các trường hợp khác nhau. Giữ nguyên lý do thiếu dữ liệu qua giai đoạn tóm tắt. Nếu sử dụng giá trị ước tính, hãy đánh dấu giá trị đó là ước tính và giải thích phương pháp để không thể nhầm lẫn với quan sát độc lập.

Chọn các quy tắc chấp nhận trước khi so sánh kết quả. Áp dụng chúng một cách nhất quán để đạt được kết quả thuận lợi và không thuận lợi. Giữ lại một tập hợp nhỏ các ví dụ khó và xem lại sau khi xử lý các thay đổi. Việc xem xét chất lượng phải bao gồm các thiếu sót và các khu vực không thể tiếp cận cũng như các hồ sơ đã được lập thành công. Một tập dữ liệu không đầy đủ minh bạch sẽ hữu ích hơn một bản đồ rõ ràng hoàn chỉnh mà không thể xác định được các giá trị không được hỗ trợ.

Khớp chi tiết hình ảnh, thời gian và quá trình xử lý với nhiệm vụ

Mô tả tính năng hoặc thay đổi nhỏ nhất mà hình ảnh phải giải quyết. Giám sát thảm thực vật ở cấp độ hiện trường và kiểm tra từng nhà máy yêu cầu chi tiết không gian khác nhau và không yêu cầu nào được thiết lập bởi mức thu phóng được hiển thị. Kiểm tra độ phân giải băng tần gốc, ngày thu thực tế và phạm vi phủ sóng có thể sử dụng. Hình ảnh được lấy mẫu lại có thể có nhiều pixel hơn mà không chứa nhiều chi tiết độc lập hơn.

Xem xét các lựa chọn xử lý trước khi so sánh ngày tháng hoặc nguồn. Độ phản xạ bề mặt, độ rạng rỡ thô, hình ảnh trực quan và các ô bản đồ được tạo kiểu là những sản phẩm khác nhau. Lưu ý xử lý khí quyển, hiệu chuẩn bằng phép đo phóng xạ khi có liên quan, căn chỉnh hình ảnh và mặt nạ chất lượng. Khi các nguồn khác nhau, hãy so sánh ở quy mô mà cả hai đều có thể hỗ trợ và giải thích liệu việc so sánh liên quan đến mô hình không gian hay sự thống nhất về số lượng.

Giữ một tài liệu tham khảo trường phù hợp với câu hỏi. Một bức ảnh có thể xác nhận rằng có một khoảng trống tồn tại, trong khi đó cần có một dụng cụ đã được hiệu chuẩn hoặc phương pháp phòng thí nghiệm để xác định đặc tính định lượng. Lên lịch quan sát hiện trường đủ gần với hình ảnh để thể hiện cùng một điều kiện và ghi lại độ trễ. Nếu phần cắt thay đổi giữa các lần mua lại, hãy giữ lại sự kiện đó như một phần của diễn giải thay vì coi các nguồn là đồng thời.

Xác định sản phẩm bàn giao và phê duyệt

Cung cấp bản đồ đánh giá NDVI với phạm vi hiển thị nhất quán, loại trừ chất lượng, bối cảnh cắt xén và các câu hỏi thực địa thay vì điểm sức khỏe chung.

Đánh giá thực tế trước khi chia sẻ kết quả

Kiểm tra quan sát dựa trên nguồn của nó và đảm bảo mã định danh trường là chính xác. Xem lại ngày tháng, đơn vị, giá trị còn thiếu, loại trừ chất lượng và phiên bản hình học. Yêu cầu một đồng nghiệp mô phỏng lại một kết quả tiêu biểu từ những thông tin đầu vào được ghi lại. Việc kiểm tra độc lập nhỏ này thường phát hiện ra mã trường bị hiểu sai hoặc giả định xử lý trước khi nó ảnh hưởng đến toàn bộ báo cáo.

Viết ra những lời giải thích thay thế cho mô hình được ánh xạ và xác định bằng chứng nào sẽ phân biệt chúng. Giữ một quan sát đo lường tách biệt với việc diễn giải và với bất kỳ hướng dẫn điều trị hoặc quản lý nào. Một quyết định nên nêu tên người xem xét chịu trách nhiệm và giải thích các thủ tục vận hành tại địa phương. Nếu bằng chứng không đầy đủ thì kết quả phù hợp sẽ là một cuộc kiểm tra có chủ đích chứ không phải là một tuyên bố chắc chắn.

Giữ kết quả ban đầu, mọi phiên bản đã xem xét và nhật ký thay đổi ngắn. Nêu rõ những địa điểm và khoảng thời gian mà kết quả đầu ra có thể mô tả một cách hợp lý. Khi chia sẻ bản đồ, hãy cung cấp chú thích rõ ràng, ngày tháng nguồn và lời giải thích dễ hiểu về sự không chắc chắn. Người nhận phải biết liệu đặc điểm đó là một quan sát đã được xác nhận, một ứng cử viên đang chờ kiểm tra hay một ước tính dựa trên mô hình.

Biến cuộc điều tra thành một chu trình thực địa có thể lặp lại

Chuẩn bị chuyến thăm với một bản đồ có thể sử dụng được tại địa điểm dự kiến và một danh sách ngắn gọn các câu hỏi. Xác nhận quyền truy cập, quyền, thiết bị và sự sẵn có của một người quen thuộc với lĩnh vực này. Chọn điểm dừng đại diện cũng như các khu vực bất thường. Ghi lại những nơi không thể tuân theo lộ trình đã định, vì việc thiếu quan sát có thể làm thay đổi cách diễn giải kết quả.

Sau chuyến thăm, hãy xem lại các quan sát trong khi nhóm vẫn có thể làm rõ chúng. Kết nối hình ảnh, phép đo và nhận xét vào cùng một trường và truy cập số nhận dạng. Chỉ định trạng thái theo dõi và lưu giữ các trường hợp chưa được giải quyết. Việc sửa chữa phải giải thích điều gì đã thay đổi và tại sao; nó không được xóa bỏ bằng chứng ban đầu hoặc làm cho cách giải thích trước đó trở nên chắc chắn.

Vào ngày quan sát phù hợp tiếp theo, hãy so sánh các điều kiện sử dụng cùng định nghĩa và xem xét mọi sự kiện quản lý hoặc thời tiết xảy ra giữa các lần quan sát. Ghi lại hành động đã thực sự hoàn thành và kết quả hoạt động của nó. Điều này tạo ra dấu vết bằng chứng từ mô hình ban đầu đến xác nhận thực địa và đánh giá sau đó, giúp quá trình lập bản đồ dễ dàng cải thiện hơn qua các mùa tiếp theo.