NASA og vejrsatellitter
Historien om NDVI og NDRE starter langt væk fra selve marken og afgrøderne.
Tilbage i 1960 begyndte NASA at opsende satellitter med simple kameraer og radiometre, som skulle overvåge jordens atmosfære og overflade. Informationerne fra disse satellitter skulle bruges til at udvikle metoder til mere præcise vejrudsigter.
I 1972 blev de første satellitter med multispectral kameraer sendt op med et nyt formål, man var nu interesseret i at aflæse vegetation på jordens overflade, blandt andet for at se variationerne mellem vinter, forår, sommer og efterår ift. breddegraderne. Man var interesseret i en metode, hvorigennem man kunne kende forskel på vegetation og andre jordbundsforhold, som jord eller klipper ud fra refleksion af sollys.
I 1973 lykkedes det 2 amerikanske forskere at finde frem til en sådan metode. Det viste sig, at hvis man analyserede forholdet mellem tilbagereflekteret lys med bølgelængder omkring rød og infrarød, at man her indirekte kunne aflæse planters fotosyntese.
Planters fotosyntese
Når planter vokser, bruger de sollyset som energi i deres fotosyntese, CO2 og vand bliver omdannet til ilt og sukker 6H2O + 6CO2 -> C6H12O6 + 6O2, sukker bliver brugt af planten som brændstof og ilten er her et affaldsprodukt, som vi andre er glade for.
Det er reelt klorofylpigment (grønkorn) i bladene, der laver fotosyntesen, de bruger her primært energi fra den røde del af lysspektret (RED). Det nær infrarøde lys (NIR) reflekteres væk fra bladene som beskyttelse, så disse ikke opnår temperaturer, der kan medføre skade på grønkornene. Det betyder, at en god fotosyntese er ensbetydende med, at det røde lys (RED) vil blive absorberet af planten og det infrarøde lys (NIR) vil blive reflekteret væk.
Til sammenligning har jord og andre typer af overflader, f.eks. klippe eller asfaltvej, her kun en lille forskel mellem det reflekterede lys fra RED og NIR. Med andre ord, jo større forskellen er på tilbagerefleksionen mellem rødt lys (RED) og nær infrarødt lys (NIR), jo bedre er plantens fotosyntese.
NDVI – Plantesundhed
Da lysforholdene er meget forskellige, afhængigt af hvor man befinder sig på jorden, vil det derfor være svært at sammenligne NDVI data fra sted til sted. Man bruger derfor et lille trick til at normalisere forskellen mellem summen af RED og NIR. Dette kaldes et vegetations indeks. Dette indeks kan bruges overalt på jorden og tager højde for de forskellige lysforhold. Formlen for vegetations indeks også kaldet NDVI kan ses herunder:
NDVI =(NIR-RED) / (NIR+RED)
Når man beregner NDVI, vil man få værdier liggende mellem -1 og 1. I praksis ligger værdierne mellem -0,2 og 1, jo tættere man er på 1 jo mere fotosyntese og bedre vegetation har man.
Som en tommelfingerregel kan man gå ud fra, at værdier fra -1 – 0 er døde objekter, f.eks. jord eller vej, fra 0 – 0,33 ligger planter som er stresset og ikke har det for godt. 0,33 – 0,66 er nogenlunde sunde planter og 1 er helt i top, dette er illustreret i nedenstående figur.
Viden om NDVI data, altså indekstallene kan man direkte omsætte til NDVI kort, der viser en afgrødes vækstbetingelser, et eksempel kan ses herunder på en mark, som er overfløjet med drone her i 2019, grøn farve er godt, rød farve er mindre godt.
NDVI anvendelsesområder
Ud over at NDVI-indekset egner sig godt til at analysere fotosyntesen, egner dette indeks sig også godt til at sige noget om afgrødens dækningsgrad på den enkelte mark, noget om biomassen samt hurtig identifikation af skadedyrsangreb. Noget vi ofte beskæftiger os med, og som du kan læse mere om på planteinspektion.dk.
NDRE – Klorofyl måling
NDRE arbejder med lidt anderledes bølgelængder end NDVI indekset, men ellers er princippet det samme. På baggrund af lysrefleksionen fra planten kan man indirekte aflæse mængden af klorofyl, jo mere klorofyl, jo bedre har planten det. NDRE er ligeledes normaliseret så data, uanset hvor på kloden den indhentes, kan sammenlignes.
I stedet for at kigge på forskellen mellem refleksionerne fra rødt lys (RED) og nær infrarødt lys (NIR), sammenligner man refleksioner mellem Rededge og NIR. Rededge’s bølgelængde på 675-750nm ligger mellem kanten af det røde lys og infrarødt lys. Dvs. at i stedet for at bruge hele det røde lysområde, som ved NDVI, bruger man kun den yderste del.
Formlen for NDRE indekset kan ses her:
NDRE = (NIR-Rededge) / (NIR+Rededge)
NDRE anvendelsesområder
Rededge’s bølgelængde trænger dybere ind i bladet før det reflekteres, dette giver os mulighed for at kunne spore andre variable som f.eks. næringsstofferne i planten.
NDRE udmærker sig ved at være en bedre indikator for vegetationens sundhed, specielt fra midt til sent på sæsonen, da der på dette tidspunkt kan være akkumuleret høje mængder af klorofyl i bladene. Her kan NDVI indekset ved høje målinger, tæt på 1, have en tendens til kun at kunne analysere alt godt, selv om man kan have udfordringer i sin afgrøde.
Specielt lige før høst, vil man kunne opleve store udsving i NDRE indekset, dette er et resultat af, at planten ikke længere har et stort behov for sukker, da den nu er moden til høst.
Forskellige producenter af software hævder ligeledes, at man vha. NDRE er i stand til at identificere gødningsbehov og Nitrogen-optagelse. Til sammenligning siger NDVI indekset mere noget om biomassen.
På hjemmesiden www.dronedynamics.com er der en lille kortfilm, der visuelt fortæller hvad NDVI er, se mere her NDVI
Tilsvarende algoritmer
Ud over NDVI og NDRE findes der en række andre algoritmer som også kan bruges, blandt andet VARI som er en algoritme for RGB kamera eller LCI som er en algoritme der analysere klorofyl mængder i områder der har meget tæt vegetation. Man kan læse mere om de forskellige algoritmer her: Vegetations index.
Er man mere nysgerrig og gerne vil vide mere om droner i landbruget kan her henvises til en anden tidligere skrevet artikel der omhandler Præcisionslandbrug her: Præcisionslandbrug og Big data
Derudover er man også meget velkommen til at kontakte Dansk planteinspektion.dk hvis man ønsker en uforpligtende dialog om droner i landbruget: info@planteinspektion.dk eller 30200127.
