Prezentacja

Wyznaczanie indeksu suszy TVDI
przy użyciu wolnego
oprogramowania i bezpłatnych
zdjęd satelitarnych
Jarosław Zawadzki, Karol Przeździecki
Wydział Inżynierii Środowiska
Politechnika Warszawska
Wilgotnośd gleby – dlaczego jest istotna?
• Wilgotnośd gleby oraz zawartośd wody w pokrywie
roślinnej są jednymi z kluczowych parametrów w
modelowaniu
procesów
zachodzących
na
powierzchni Ziemi.
• Bardzo ważna z punktu widzenia rolnictwa.
Intensywna produkcja roślinna w dużej mierze
zależy od dostępności wody.
• Jest jednym z podstawowych czynników
decyzyjnych w zarządzaniu systemem produkcji w
rolnictwie precyzyjnym.
Wilgotnośd gleby – czynniki zmienności.
Wilgotnośd gleby ulega zmianom zarówno w
aspekcie przestrzennym jak i czasowym.
Czynniki wpływające na retencję wody w glebie:
• szybkośd infiltracji do głębszych warstw,
• temperatura
• rodzaj roślinności
• zabiegi agrotechniczne
• opady
• topografia, itd.
Konwencjonalne metody pomiaru
wilgotności gleb
Najczęściej wykorzystywanymi metodami pomiaru
wilgotności gleb są:
• Metoda grawimetryczna z wykorzystaniem
cylindrów Kopeckiego.
• Metody elektrooporowe.
• Metoda TDR (ang. Time Domain Reflectometry).
TDR ThetaProbe ML2x
TDR Fieldscout
Miernik elektrooporowy
Zdalne pozyskiwanie danych o wilgotności
Zalety w stosunku do badao
terenowych:
MODIS
• Obniżenie kosztów w stosunku do badao
terenowych.
• Możliwośd zwiększenia rozdzielczości
czasowej badao
• Możliwośd zwiększenia obszaru badao, do
rozmiarów praktycznie nieosiągalnych dla
badao terenowych
• Możliwośd korzystania z bezpłatnych
programów oraz danych.
źródło
http://modis.gsfc.nasa.gov
Indeks TVDI . Niezbędne dane satelitarne.
Do wyznaczenia indeksu korzystaliśmy z następujących
bezpłatnych danych z sensora MODIS* (ang. Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer) :
• MOD11A2– produkt o nazwie
Land Surface Temperature &
Emissivity
• MOD13A2- produkt o nazwie
Vegetation Indices
Źródło https://lpdaac.usgs.gov/
Źródło https://lpdaac.usgs.gov/
Indeks TVDI. Wykorzystane programy.
Do przetwarzania danych w celu wyznaczenia indeksu
korzystaliśmy z następujących bezpłatnych narzędzi:
• MRT – Modis Reprojection Tool*, program do zmiany
projekcji oraz konwersji formatów.
• LDOPE Tool*, program do analizy oraz oceny jakości
produktów MODIS LAND.
• Quantum GIS**, open source’owy program GIS.
• Open Office*** , darmowy pakiet biurowy
wykorzystany do prezentacji graficznej danych.
*( dostępne na stronie: https://lpdaac.usgs.gov/)
**( dostępny na stronie http://www.qgis.org/)
*** ( dostępny na stronie http://pl.openoffice.org/)
„Metoda trójkąta”. Teoria.
Jedną z metod badania wilgotności jest tzw. „metoda trójkąta” w
przestrzeni TS-VI. Temperatura powierzchni-wskaźnik wegetacyjny
(ang. Surface temperature-Vegetation Index).
Podstawową ideą połączenia ze sobą temperatury powierzchni
oraz indeksów wegetacyjnych jest fakt, że temperatura
powierzchni jest silnie związana z zawartością wilgoci oraz
pokrywą roślinną.
Obszar ograniczony dwiema
prostymi: suchą i mokrą.
Wstępne przygotowanie danych.
Na przygotowanie danych składają się następujące
etapy:
•Zmiana projekcji sinusoidalnej na układ
współrzędnych UTM, w odwzorowaniu
WGS-84,w programie MRT,
• Wyłączenie pikseli słabej jakości na
podstawie warstw zawierających
informacje o jakości, przy wykorzystaniu
programu LDOPE. Brak interfejsu, praca z
linii komend.
Interfejs graficzny
MRT
Maskowanie.
Po wstępnym przygotowaniu danych musimy przeprowadzid
maskowanie pikseli. Operację tą wykonujemy w programie
Quantum GIS w kalkulatorze rastra.
Ogólny wzór maskowania wygląda następująco:
warstwa _ surowa  maska _ warstwa  scale _ factor  warstwa
gdzie:
warstwa_surowa – warstwa LST lub indeksu wegetacyjnego
maska_warstwa – warstwa maskująca utworzona w programie
LDOPE
scale_factor – współczynnik przeliczeniowy z metadanych zdjęcia
satelitarnego
Konwersja formatów.
W celu wykonania dalszych operacji wymagana jest konwersja
formatu HDF i GEOTIFF na których pracuje Quantum GIS, na
format danych wykorzystywany w obliczeniach. Konwersję
wykonujemy w QGIS.
Schemat zmian formatów w trakcie pracy z programami:
HDF
HDF
MRT
LDOPE
GEOTIFF
QGIS
ASC
QGIS
Open
Office
„Metoda trójkąta”. Indeks suszy TVDI.
Wykres rozrzutu LST(NDVI)
Okres 9-24 maj 2009r.
305
300
LST
295
290
285
280
0
0,1
0,2
0,3
0,4
NDVI
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
„Metoda trójkąta”. Indeks suszy TVDI.
W celu wyznaczenia wskaźnika suszy TVDI należy, po
wstępnym przygotowaniu oraz konwersji danych, wyznaczyd
równania krzywych suchej i mokrej.
Krzywa sucha
Krzywa mokra
Tsmin  amin  bmin VI
Tsmax  amax  bmax VI
Krzywa sucha Ts/NDVI
304
293
302
300
298
292
296
294
292
290
290
288
286
284
0,2
f(x) = -2,78x + 291,33
291
LST
LST
Okres 9 -24 maj 2009r
Krzywa mokra Ts/NDVI
Okres 9 - 24 maj 2009r
f(x) = -14,9x + 308,26
289
288
287
286
285
0,3
0,4
0,5
NDVI
0,6
0,7
0,8
0,9
0
0,1
0,2
0,3
0,4
NDVI
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
„Metoda trójkąta”. Indeks suszy TVDI.
Po wyznaczeniu współczynników krzywych suchej i mokrej
należy na ich podstawie wyliczyd wskaźnik TVDI dla badanego
obszaru korzystając z równania:
TVDI 
Ts  (amin  bmin VI )
amax  bmax VI  (amin  bmin VI )
Tworzenie map indeks suszy TVDI.
Mapy indeksu suszy tworzymy w programie QGIS przy użyciu
kalkulatora rastra podstawiając do powyższego wzoru
obliczone współczynniki krzywych.
Mapa indeksy TVDI (NDVI) dla okresu 9-24 maja 2009r.
Kolor niebieski reprezentuje tereny o dużej wilgotności
natomiast żółty z niedoborem wilgoci.
Podsumowanie
•Metodę „trójkątów” można wykonywad stosując
bezpłatne oprogramowanie,
•Wykorzystanie zdjęd MODIS pozwala na bezpłatny
dostęp do danych,
•Metoda daje możliwośd analizy wilgotności gleby
na dużych obszarach oraz na znaczne obniżenie
kosztów badao,
•Pozwala na zwiększenie obszaru analiz w stosunku
do badao terenowych,
•Pozwala na zwiększenie rozdzielczości czasowej
badao, przy zachowaniu bardzo dobrej zdolności
rozdzielczej.
Dziękuję za uwagę
Kontakt : Jarosław Zawadzki, [email protected]