Criação de imagem NDVI a partir de imagens Landsat 8 (sensor OLI)

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Imagens NDVI (normalized difference vegetation index) representam a biomassa vegetação de uma região por meio de um índice. O NDVI é calculado a partir da combinação de duas bandas (vermelho e infra-vermelho próximo) e o resultado é uma imagem cujos valores variam de -1 a +1, correspondendo desde regiões com ausência de cobertura vegetal até aquelas com grande biomassa vegetal.

O R, como demonstrado aqui, pode ser usado para produzir imagens NDVI a partir das bandas do Landsat, pondendo importar, reprojetar, reamostar e exibir a imagens resultante de modo bastante simples. Uma imagem NDVI pode ser usada em análises ecológicas, pois ela pode ser um indicador da estrutura da vegetação (maiores valores de NDVI estão supostamente associados com vegetação mais complexa e valores menores com vegetação menos complexa), e também com análises de mudança no uso da terra ou incidência de perturbações. As queimadas são um exemplo de perturbações que afetam temporariamente o valor do NDVI e uma comparação temporal do índice pode mapear as áreas queimadas. Um exemplo disso é mostrado a seguir.

As imagens Landsat 8 são distribuídas gratuitamente em várias páginas, como no Earth Explorer do USGS (http://earthexplorer.usgs.gov). A primeira coisa a fazer é criar uma conta e ativá-la. Para isso, basta seguir as instruções da página. O vídeo abaixo, com aproximadamente 3 min, mostra como selecionar e baixar imagens do Landsat. 

Uma vez que as imagens foram obtidas e descompactadas no diretório de trabalho, o usuário poderá copiar e modificar o script R disponibilizado (veja no final deste artigo) para importar, reprojetar e produzir a imagem NDIV. As imagens Landsat 8 OLI vêm projetadas em UTM, mas é preciso mudar a projeção para o hemisfério sul. A imagem NDVI é criada com a fórmula (NIR - RED)/(NIR + RED), onde NIR é a imagem do infravermelho próximo (near-infrared) e RED é a imagem do vermelho. As tabelas abaixo mostram o nome das bandas NIR e RED para o Landsat 5/7 (bandas 4 e 3) e no Landsat 8 (bandas 5 e 4). 

Quadro 1. Relação das bandas e comprimentos de onda do satélite Landsat 5 e 7.

landsat7

 

Quadro 2. Relação das bandas e comprimentos de onda do satélite Landsat 8.

landsat8

 

 Após a aplicação do script, que requer os pacotes raster e SDMTools, as seguintes imagens podem ser obtidas:

banda4 cinza 

Figura 1. Banda 5 (red) da APA Gama-Cabeça do Veado (Brasília-DF) após processamento com o pacote raster (importação, reprojeção, corte e exibição).

ndvi mai2014

Figura 2. Imagem NDVI de maio/2014 da região da APA Gama-Cabeça do Veado (Brasília-DF). Combinação das bandas 5 (red) e 6 (nir) do sensor OLI do Landsat 8. Valores mais altos indicam áreas com maior biomassa vegetal, como as matas de galeria ao longo dos cursos d'água da área. 

O uso em queimadas

O exemplo abaixo mostra como usar o NDVI para identificar áreas onde ocorreu uma mudança significativa do valor do NDVI. As imagens são do Landsat 5 e datam de dois períodos: abril e setembro de 2011. Entre esses meses ocorreu uma grande queimada na Reserva do IBGE, sendo que 90% da área foi tomada pelo incêndio. Nesse caso, usei duas funções disponíveis no pacote SDMTools (species distribution modelling tools) para comparar o NDVI de abril e o NDVi de setembro e mostrar áreas onde podemos afirmar com 90% de certeza que as mudanças foram significativas. Os comandos que produziram as imagens está no final do script. 

 image diff

Figura 3. Imagem resultante da comparação feita com o pacote SDMTools de duas imagens NDVI. As áreas brancas mostram os locais onde houve uma variação significativa no valor do NDVI entre os períodos considerados (p<0.10).

Last modified on Wednesday, 03 June 2015 22:04