Diagnósticos por imagens aéreas em áreas agrícolas – NDVI

Determinar com precisão a saúde dos cultivos em tempo hábil de se tomar medidas corretivas não é a tarefa mais simples para o produtor. Apesar de ser possível fazer um acompanhamento visual e através de algumas ferramentas de mensuração direta nas folhas em grandes áreas com mais de 2 mil hectares, esses procedimentos se mostram trabalhosos, demorados e caros.

E se houvesse uma forma simples, rápida e eficiente de fazer o monitoramento do status das culturas em campo e seu progresso no decorrer do tempo de cultivo? É aí que o Índice Normalizado de Diferenciação Vegetativa (NDVI) entra.

Os índices de vegetação são amplamente utilizados na agricultura pelas suas vantagens operacionais em relação a outros métodos. Esse método é baseado nas propriedades físicas do comportamento da luz na superfície terrestre.

A imagem acima mostra um trecho do espectro eletromagnético que o ser humano pode enxergar. O espectro magnético representa a gama de estados ondulatórios da luz, sendo que enxergamos apenas uma pequena faixa, entre o azul e o vermelho. As regiões abaixo do violeta e acima do infravermelho já começa a não se captadas pelos nossos olhos. Da mesma forma que na região visível, esses comprimentos de onda incidem em superfícies e são refletidos de volta.

Com sensores adequados, é possível medir esse reflexo, e algumas faixas possuem a propriedade física de trazer informações sobre a superfície em que elas foram refletidas, como é o caso do infravermelho próximo. Em inglês, o termo infravermelho é referido como infrared, e o infravermelho próximo é referido como near infrared.

Nas plantas, a alta absorção da radiação solar, pelo processo de fotossíntese, ativa os seus pigmentos, ocorrendo também um alto espalhamento da radiação solar pela estrutura celular das folhas na região do infravermelho próximo.

Quando a luz do sol incide em uma planta, certos comprimentos de onda são absorvidos enquanto outros são refletidos.

A clorofila absorve fortemente a luz visível, enquanto as estruturas das células das folhas refletem fortemente a luz correspondente ao infravermelho próximo. Uma camada esponjosa ao longo da parte inferior de uma planta causa esses reflexos.

Quando uma planta se torna desidratada, estressada ou atacada por alguma doença, essa camada esponjosa se deteriora e as plantas passam a absorver mais luz na faixa no infravermelho próximo do que reflete.

De modo contrário, quando a luz infravermelha toca a folha de uma planta sadia, ela é refletida de volta. Logo, observando como a luz infravermelha varia quando comparada ao espectro da luz vermelha, é possível determinar uma correlação precisa do teor de clorofila, que se correlaciona com a saúde da planta.

O que pode ser determinado pelo NDVI

O NDVI pode caracterizar mudanças fisiológicas e morfológicas que acontecem nas áreas agrícolas e florestais no decorrer do ano, captando importantes alterações no vigor da vegetação. Ele abrange áreas particulares ou regionais e estaduais e serve como base para uma ampla gama de possibilidades de estudos baseados nas transformações vegetativas.

Esta tecnologia recebe muita importância pela possibilidade de realização de estudos que favoreçam a ocupação sustentável do solo, registrando a sua dinâmica ocupacional em escalas regionais e estaduais. Elas são geradas a partir do monitoramento ao longo dos anos da cobertura terrestre. Sua importância é extrema, pois permite o acompanhamento da conservação de corpos d’água.

O monitoramento da cobertura da permite a observação e estudo de diferentes estados de desenvolvimento dos cultivos, permitindo acompanhar o desenvolvimento da vegetação em função das condições ambientais e variações de dossel. A partir dela é possível distinguir diferentes atividades agrícolas, como pastagem e café, separando florestas de outras fitofisionomias com sucesso. Apesar disso, a saturação do NDVI pode prejudicar a distinção de diferentes formações florestais com mesma estrutura e fechamento de dossel.

O índice NDVI mede o estado e a saúde das culturas ou o vigor das colheitas. Esse índice de vegetação é um indicador de verde e tem uma forte correlação com a biomassa verde, o que é indicativo de crescimento. Sabe-se também que seus valores têm uma alta correlação com o rendimento das culturas, o que significa que pode ser utilizado como ferramenta para medir a produtividade das culturas e prever o rendimento futuro.

De modo mais abrangente, o NDVI pode ser usado para:

A grande vantagem de utilizar o NDVI é a agilidade que este método permite, por ser capaz de representar grandes áreas em extensões até continentais.

Por isso, é essencial que as câmeras multiespectrais estejam embarcadas em dispositivos aéreos, como drones ou satélites.

As câmeras multiespectrais se diferenciam das câmeras convencionais pois são capazes de detectar e registrar a intensidade de espectros da luz invisíveis aos olhos humanos, cuja capacidade de trazer informações químicas, físicas, quantitativas e qualitativas do alvo tem sido comprovada a cerca de 4 décadas.

Existem diversos satélites orbitando o nosso planeta, muitos deles gerando banco de imagens gratuitos, que podem ser baixados e analisados em softwares adequados, como o ArcGis, cruzando informações espectrais, espaciais e temporais para monitoramentos diversos.

Os dados são processados computacionalmente, gerando um valor final que vai de -1 a 1. Valores entre -1 e 0 sugerem um objeto inanimado ou morto, como estradas, construções ou plantas mortas. O NDVI quando varia entre 0 e 0.33, indica uma planta adoecida ou estressada, entre 0.33 e 0.66 é moderadamente saudável e entre 0.66 a 1 indica uma planta muito saudável.

Seu cálculo se faz com a seguinte fórmula: NDVI = (NIR-Vermelho) / (NIR+Vermelho), em que NIR é uma luz quase infravermelha e Vermelho é uma luz vermelha visível.

Tradicionalmente, os valores NDVI são apresentados como um mapa a cores, em que cada cor corresponde a uma determinada gama de valores. Não existe uma paleta de cores padrão, mas a maioria dos softwares utiliza o “vermelho-verde”, o que significa que as tonalidades vermelho-alaranjado-amarelo indicam solo nu ou vegetação morta/escassa, e todas as tonalidades de verde são um sinal de cobertura vegetal normal a densa.

Na imagem ao lado, quanto mais vegetação há, mais próximo do vermelho a área é representada (valores de NDVI próximos a 1). É importante ter conhecimento da área pois, muitas vezes não é possível distinguir entre áreas florestais ou agrícolas com dossel fechado.

As cores verdes representadas com menores valores de NDVI (valores compreendidos entre 1 e 0) são áreas com menor quantidade de vegetação verde (pasto) até solo exposto. Rios, lagos e lagoas, que apresentam material em suspensão apresentam-se em tons variando de verde ao azul (valores de 0 a -1).

Fontes:

http://marte.sid.inpe.br/col/dpi.inpe.br/sbsr@80/2006/11.15.23.52/doc/6075-6081.pdf

https://sentera.com/understanding-ndvi-plant-health/