NDVI: co to jest? Wzór, wartości i obliczanie w QGIS
Opublikowano
NDVI, czyli znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji (Normalized Difference Vegetation Index), to liczba od −1 do +1, która mówi, ile zdrowej zielonej roślinności zawiera piksel zdjęcia satelitarnego. Porównuje dwa rodzaje światła odbijanego od powierzchni: bliską podczerwień, niewidoczną dla oka, i czerwień. NDVI = (NIR − Red) / (NIR + Red). Gęste uprawy i las dają około 0,6 do 0,9, goła gleba około 0,1, a woda wartości poniżej zera.
To najczęściej używany wskaźnik roślinności, bo prawie każdy satelita i wiele kamer dronowych rejestruje te dwa rodzaje światła, a jedną liczbę na piksel łatwo zmapować i porównywać w czasie. Rolnicy używają go do wyszukiwania słabych miejsc na polu, leśnicy do śledzenia suszy, a planiści do mierzenia, jak zielone jest miasto. W QGIS policzysz go za darmo w kilka minut (kroki poniżej) albo poprosisz o to jednym zdaniem AI Agent, wtyczkę QGIS, którą tworzymy.
policzysz go za darmo w kilka minut (kroki poniżej) albo poprosisz o to jednym zdaniem Jak działa NDVI
Rośliny pochłaniają światło czerwone, a odrzucają bliską podczerwień. Zdrowy liść pochłania większość czerwieni, której potrzebuje do wzrostu, i odbija większość bliskiej podczerwieni. NASA Earthdata wyjaśnia, że gdy roślina cierpi z powodu suszy lub choroby, odbija więcej czerwieni i mniej bliskiej podczerwieni, więc różnica między nimi maleje.
NDVI zamienia tę różnicę w jedną liczbę:
NDVI = (NIR − Red) / (NIR + Red)
Weźmy zdrowe pole pszenicy, które odbija 40% bliskiej podczerwieni i 4% światła czerwonego: (0,40 − 0,04) / (0,40 + 0,04) = 0,82. Goła gleba może odbijać 28% i 20%: (0,28 − 0,20) / (0,28 + 0,20) = 0,17. Dzielenie przez sumę sprawia, że wskaźnik jest „znormalizowany”: pole w cieniu i to samo pole w pełnym słońcu dają zbliżone wartości.
Badacze po raz pierwszy użyli go na zdjęciach satelitarnych w 1974 roku, by obserwować uprawy na Wielkich Równinach w USA z pierwszego satelity Landsat.
Co oznaczają wartości NDVI
Amerykańska służba geologiczna USGS podaje przedziały, które powtarza większość źródeł. Traktuj je jako orientacyjną regułę:
| NDVI | Co to zwykle jest |
|---|---|
| Poniżej 0 | Woda, chmury, śnieg |
| Od 0 do 0,1 | Gołe skały, piasek, goła gleba, tereny zabudowane |
| Od 0,2 do 0,5 | Rzadka roślinność: łąki, krzewy, młode lub dojrzewające uprawy |
| Od 0,6 do 0,9 | Gęsta roślinność: las, uprawy w szczycie wzrostu |
W sformułowaniu USGS tereny bez roślin mają „0,1 lub mniej”, rzadka roślinność „około 0,2 do 0,5”, a gęsta „około 0,6 do 0,9”. To samo pole przechodzi przez wszystkie trzy w ciągu roku, jak pokazuje następna sekcja.
NDVI w ciągu sezonu, na pomiarach
Wartość NDVI znaczy coś dopiero z datą. Żeby to pokazać, prześledziłem jedno pole uprawne w Pendżabie w Indiach przez cały rok zdjęć satelitarnych Sentinel-2. To samo pole miało 0,06 na początku czerwca i 0,92 na początku września: od gołej gleby do gęstej uprawy, na tym samym kawałku ziemi.
Krzywa podąża za kalendarzem rolniczym: pszenica rośnie zimą i osiąga szczyt około lutego, po kwietniowym zbiorze pole jest gołe, a ryż sadzi się pod koniec czerwca i osiąga szczyt w sierpniu i wrześniu. Pobliskie miasto przez cały rok mieści się między 0,05 a 0,17. Dlatego „0,2” może oznaczać młodą uprawę, zebrane pole albo wieś, zależnie od miesiąca.
Jak to zmierzyliśmy. Użyłem wszystkich 87 obrazów Sentinel-2 tego obszaru od 26 września 2025 do 26 września 2026 i wybrałem punkty próbkowania, zanim odczytałem jakąkolwiek wartość. Każdy punkt to średnia z 3 × 3 pikseli o rozmiarze 10 m, a data się liczy tylko wtedy, gdy nad punktem nie ma chmur ani cienia: dla tego pola to 60 dat.
Jakich kanałów użyć, satelita po satelicie
Wzór się nie zmienia, ale każdy satelita numeruje swoje kanały (rejestrowane barwy światła) inaczej. Pomylenie ich to najczęstszy błąd na początku.
| Źródło | Kanał czerwony | Kanał bliskiej podczerwieni | Rozmiar piksela | Częstotliwość przelotów |
|---|---|---|---|---|
| Sentinel-2 (ESA) | B4, 665 nm | B8, 842 nm | 10 m | 5 dni lub krócej |
| Landsat 8 i 9 (USGS) | Kanał 4 | Kanał 5 | 30 m | 8 dni łącznie |
| Landsat 4 do 7 | Kanał 3 | Kanał 4 | 30 m | Archiwum od 1982 roku |
| MODIS (NASA) | Gotowy produkt NDVI, MOD13Q1 | 250 m | Kompozyt 16-dniowy | |
| Wielospektralna kamera dronowa | Kanał czerwony | Kanał NIR | Kilka cm | Gdy tylko polecisz |
Sentinel-2 to domyślny wybór dla pól i gospodarstw: darmowy, piksele 10 m, nowy obraz co kilka dni. Landsata użyj, żeby sięgnąć przed rok 2015, a MODIS do całego kraju co dwa tygodnie. Zwykła kamera dronowa nie policzy NDVI, bo nie rejestruje bliskiej podczerwieni. Jak znaleźć sceny i przesyłać je strumieniowo, opisujemy w poradniku pobieranie Sentinel-2 w QGIS.
Przesunięcie w Sentinel-2, które po cichu zaniża NDVI
Od 25 stycznia 2022 roku pliki Sentinel-2 dodają 1000 do każdej wartości. Raport jakości danych ESA każe to odjąć: odbicie (udział odbitego światła) = (wartość − 1000) / 10000. Klasyczny wzór z samouczków, (B8 − B4) / (B8 + B4) na surowych wartościach, pomija ten krok i wynik wychodzi za niski.
Błąd jest największy dokładnie tam, gdzie ma największe znaczenie, czyli na zdrowych uprawach:
| Powierzchnia | Poprawne NDVI | NDVI, gdy zapomnisz o 1000 | Błąd |
|---|---|---|---|
| Gęsta uprawa | 0,82 | 0,56 | −0,26 |
| Goła gleba | 0,17 | 0,12 | −0,05 |
Zdrowa uprawa spada z przedziału „gęsta” do „rzadka”. Na naszym obrazie Harike udział powierzchni powyżej 0,6 spada z 73% do 14%, jeśli zapomnisz o przesunięciu. Żaden z dziewięciu sprawdzonych przez nas samouczków NDVI dla QGIS o tym nie wspomina.
Niektóre źródła już je usuwają, więc sprawdź, zanim odejmiesz. Kliknij piksel narzędziem Informacje o obiekcie (Identify): wartości w tysiącach są surowe, wartości od 0 do około 1 to już odbicie.
Ograniczenia NDVI
NDVI mierzy zieleń, a zieleń to nie to samo co zdrowie. W prawdziwych projektach pojawiają się cztery ograniczenia:
- Wskaźnik się nasyca. Nad bardzo gęstą roślinnością NDVI utrzymuje się około 0,85 do 0,9 i nie odróżni bujnego pola od bardzo bujnego.
- Przebija kolor gleby. Tam, gdzie roślin jest mało, ciemna i jasna gleba dają różne wartości dla tych samych roślin.
- Chmury fałszują wynik. Cienka chmura obniża NDVI, więc usuń piksele z chmurami, zanim cokolwiek uśrednisz.
- Satelity różnią się nieznacznie. Sentinel-2 i Landsat dają zbliżone, ale nie identyczne wartości dla tego samego pola.
Gdy te ograniczenia dają się we znaki, lepszą odpowiedź da inny wskaźnik:
| Wskaźnik | Użyj go, gdy |
|---|---|
| EVI | Roślinność jest bardzo gęsta, jak las tropikalny, gdzie NDVI przestaje rosnąć |
| SAVI | Roślin jest mało i widać dużo gleby, jak w młodych uprawach lub na terenach suchych |
| NDRE | Śledzisz azot w uprawie późno w sezonie (wymaga kanału red-edge, który ma Sentinel-2) |
| NDWI | Chcesz mapować wodę, a nie rośliny |
Jak obliczyć NDVI w QGIS
Wczytaj kanały czerwony i bliskiej podczerwieni
W przypadku Sentinel-2 wczytaj kanały B04 (czerwony) i B08 (bliska podczerwień), pobrane lub przesyłane strumieniowo tak, jak w poradniku o Sentinel-2. Kliknij piksel narzędziem Informacje o obiekcie (Identify): wartości w tysiącach są surowe, wartości od 0 do 1 są już poprawione.
Otwórz Kalkulator rastrowy
Raster > Kalkulator rastrowy… (Raster > Raster Calculator…). Wpisz wzór z nazwami swoich warstw. Dla odbicia: ("B08@1" - "B04@1") / ("B08@1" + "B04@1"). Dla surowych wartości od 2022 roku najpierw odejmij 1000 od każdego kanału: (("B08@1" - 1000) - ("B04@1" - 1000)) / (("B08@1" - 1000) + ("B04@1" - 1000)). Ustaw zasięg na swój obszar, a nie na cały kafel.
Nadaj wynikowi styl
Otwórz właściwości warstwy, zakładkę Styl, typ renderowania Pojedynczy kanał pseudokolor, a w nim paletę od czerwieni przez żółć do zieleni od −0,2 do 0,9. Woda zrobi się czerwonobrązowa, pola zielone.
Podsumuj dla każdego pola
Uruchom Przetwarzanie > Algorytmy przetwarzania i narzędzie „Statystyki strefowe” z poligonami pól, aby dostać średnie NDVI każdego pola jako atrybut.
Oto Kalkulator rastrowy ze wzorem dla surowych wartości Sentinel-2, w którym najpierw odejmuje się 1000 od każdego kanału:
A tak wygląda wynik ze stylem od czerwieni do zieleni, z legendą w panelu Warstwy:
W jednej wiadomości
Tworzymy AI Agent, więc ta część dotyczy naszej własnej wtyczki. Powyższe kroki zajmują około dziesięciu minut, gdy już je znasz. Z wtyczką wpisujesz samo zadanie. Wysłałem jej to, w nowym projekcie z domyślnymi ustawieniami: „Oblicz NDVI dla pól wokół Harike w Pendżabie z najnowszego obrazu Sentinel-2 bez chmur, nadaj mu styl od czerwieni do zieleni i powiedz, jaki udział obszaru jest powyżej 0,6.”
Sprawdziła pięć wrześniowych obrazów, pominęła dwa z chmurami, użyła tego z 8 września, usunęła przesunięcie i odpowiedziała po około 3 minutach i 30 sekundach: 75% z 17 km² obszaru było powyżej 0,6. Jej NDVI zgadzało się z moim ręcznym co do piksela.
Zostawiła też w projekcie swoje robocze warstwy i nazwała obszar „4 km na 4 km”, choć ma 3,8 na 4,5 km. Drobiazgi, ale sprawdzaj liczby, które cytujesz.
Wypróbuj AI Agent w QGIS za darmo, bez karty
Co warto zapamiętać
NDVI = (NIR − Red) / (NIR + Red), wartość od −1 do +1. Gęste uprawy i las dają około 0,6 do 0,9, goła gleba około 0,1, woda poniżej zera.
To samo pole przechodzi przez całą skalę w ciągu roku, więc wartość NDVI znaczy coś dopiero z datą. Jedno pole w Pendżabie miało 0,06 na początku czerwca i 0,92 na początku września.
W Sentinel-2 NDVI korzysta z kanałów B8 i B4 w rozdzielczości 10 m. Od 25 stycznia 2022 roku surowe wartości poziomu 2A mają przesunięcie −1000, które obniża NDVI gęstej uprawy z 0,82 do 0,56, jeśli je zignorujesz.
NDVI nasyca się nad gęstą okrywą roślinną i jest wrażliwy na glebę i chmury. W takich przypadkach lepiej sprawdzają się EVI, SAVI i NDRE.
Najczęstsze pytania
Jaka wartość NDVI jest dobra dla upraw?
Zdrowa uprawa w szczycie wzrostu zwykle ma 0,6 do 0,9. Na początku sezonu, gdy rośliny pokrywają niewiele gleby, normalne jest 0,2 do 0,4. Porównuj pole samo ze sobą w ciągu sezonu albo z sąsiednimi polami z tą samą uprawą w tym samym dniu, zamiast ze stałym progiem.
Co oznacza ujemne NDVI?
Prawie zawsze wodę, chmurę lub śnieg, które odbijają więcej światła czerwonego niż bliskiej podczerwieni. Czysta otwarta woda zwykle ma wartości poniżej zera, a mętna lub płytka może leżeć tuż nad nim, więc samo NDVI słabo wykrywa wodę.
Jakie kanały Sentinel-2 służą do obliczenia NDVI?
B8 (bliska podczerwień, 842 nm) i B4 (czerwień, 665 nm), oba w rozdzielczości 10 m. NDVI = (B8 − B4) / (B8 + B4) na odbiciu. Na surowych wartościach poziomu 2A przetworzonych od 25 stycznia 2022 roku najpierw odejmij przesunięcie 1000 od każdego kanału.
Czym różni się NDVI od NDRE?
NDRE używa kanału red-edge zamiast czerwonego. Nadal reaguje nad gęstą okrywą roślinną, gdzie NDVI się nasyca, więc lepiej nadaje się do oceny azotu i kondycji upraw późno w sezonie. Wymaga czujnika z kanałem red-edge, takiego jak Sentinel-2 lub wielospektralna kamera dronowa.
Czy mogę obliczyć NDVI ze zwykłego zdjęcia z drona?
Nie. NDVI wymaga kanału bliskiej podczerwieni, a zwykła kamera RGB rejestruje tylko czerwień, zieleń i błękit. Istnieją wskaźniki w świetle widzialnym, takie jak VARI, ale to słabsze przybliżenia. Do NDVI z drona potrzebujesz kamery wielospektralnej.
Czy QGIS potrafi automatycznie obliczyć NDVI?
QGIS nie ma przycisku NDVI na jedno kliknięcie, ale Kalkulator rastrowy robi to jednym wzorem, jak pokazano wyżej. Żeby pominąć kroki, wtyczka z agentem AI może znaleźć obraz, policzyć NDVI i nadać mu styl z jednego zdania: nasz AI Agent zrobił to dla obszaru rolniczego w Pendżabie w około trzy i pół minuty.
Skąd wziąć dane NDVI za darmo?
Policz je sam z Sentinel-2 (10 m) lub Landsata (30 m), oba darmowe, albo pobierz gotowe NDVI z MODIS od NASA (MOD13Q1, 250 m, co 16 dni). QGIS liczy je z dwóch kanałów w minutę w Kalkulatorze rastrowym.
Żeby zdobyć zdjęcia, pobieranie Sentinel-2 w QGIS porównuje cztery sposoby, z wybraną i przesłaną strumieniowo sceną. Multispektralne a hiperspektralne wyjaśnia kanały stojące za wskaźnikiem, a mapowanie koron drzew w QGIS prowadzi od wskaźnika roślinności do poligonów. AI Agent przeprowadza cały proces NDVI z jednego zdania w QGIS, a centrum QGIS AI zestawia pozostałe wtyczki AI według zadań.
