NDVI con ArcGIS: Guía completa para el monitoreo de cultivos

¿Te gustaría saber qué es el NDVI y cómo puedes usarlo con ArcGIS Pro para analizar la vegetación de tu zona de interés? 

En este artículo, te voy a explicar, qué es el NDVI, cómo se calcula, para qué sirve y cómo puedes aplicarlo con ArcGIS, una de las plataformas más avanzadas y completas de sistemas de información geográfica.

¿Qué es el NDVI, cómo se calcula y para qué sirve?

El NDVI son las siglas de Normalized Difference Vegetation Index, que en español significa Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada. Es una medida que nos indica la cantidad y la salud de la vegetación en una superficie, basándose en la reflectancia de la luz solar en el espectro visible e infrarrojo cercano. ¿Y qué es la reflectancia? Pues es la capacidad que tiene un objeto de reflejar la luz que le llega. 

La vegetación tiene una reflectancia particular, que depende de su contenido de clorofila y agua. La clorofila absorbe mucha luz en el espectro visible (sobre todo en el rojo) para realizar la fotosíntesis, mientras que refleja mucha luz en el infrarrojo cercano. Por eso, el NDVI se calcula restando la reflectancia en el rojo y el infrarrojo cercano, dividiendo por la suma de la reflectancia en el rojo y el infrarrojo cercano. El resultado es un valor entre -1 y 1, que indica el grado de verdor de la vegetación. Cuanto más cercano a 1, más verde y sana es la vegetación. Cuanto más cercano a -1, menos vegetación o más seca y estresada.

El NDVI es muy útil para estudiar el estado y la dinámica de la vegetación, ya que nos permite detectar cambios temporales y espaciales, identificar zonas con problemas ambientales o agrícolas, evaluar la productividad y la biodiversidad, entre otras aplicaciones.

Para calcular y visualizar el NDVI con ArcGIS, necesitamos contar con imágenes satelitales o aéreas que tengan bandas en el rojo y el infrarrojo cercano. ArcGIS Pro nos permite importar, procesar y analizar estas imágenes de forma fácil y rápida, usando herramientas como  Image Analyst o el Raster Calculator. En los siguientes apartados, te mostraré cómo puedes hacerlo paso a paso. ¡No te lo pierdas!

Insumos para el calculo de NDVI en ArcGIS Pro

• Licencia de ArcGIS Pro. 
• Polígono del área de interés. 
• Imágenes del Sentinel 2 sobre el área de interés descargadas desde ArcGIS Living Atlas. 

Procedimiento de calculo de NDVI en ArcGIS Pro

Paso 1: Cargar polígono del área de interés (Finca)

En este primer paso debemos cargar al mapa el polígono correspondiente a nuestra finca. 

 

Paso 2: Cargar el servicio de imágenes Sentinel 2  desde ArcGIS Living Atlas

Debemos dirigirnos a el panel 'Catalog'-->'Portal'---> escribimos en el buscador 'Sentinel 2' ----> elegimos opción 2: 'Sentinel-2 Level-2A'---->hacemos click derecho y seleccionamos 'Add To Current Map'. 

Luego de agregar en el mapa podremos ver en el panel 'Contens' el servicio de imágenes de Sentinel 2 así como muestra la siguiente imagen. 

Paso 3: Filtrar imágenes por fecha

Ubicamos el servicio de imágenes Sentinel 2 en el panel 'Contens' --- hacemos click derecho sobre ella  para buscar y seleccionar la sección 'Properties' --- se despliega una nueva ventana llamada 'Layer Properties: Sentinel-2 Level-2A' --- seleccionamos la opción 'Time' para determinar el rango de fecha para nuestra imagen, finalmente seleccionamos 'Ok' para guardar cambios. 

Nota: Para este ejemplo seleccionamos un rango de fechas desde 1/12/2022 al 31/12/2022.

Paso 4: Composición predeterminadas de bandas de imágenes Sentinel 2 en ArcGIS Pro

En en este paso usaremos una combinación de bandas de 'Color Infrarrojo' que nos permitirá identificar la vegetación presente en nuestra área de interés (Finca), para luego determinar el NDVI usando las bandas 8 y 4 de acuerdo a la formula explicada en las secciones anteriores. 

Iniciaremos ingresando en las propiedades del servicio de imágenes de Sentinel 2, luego se selecciona la opción 'Processing Templates'---- seguidamente se despliega el menú de la opción  'Processing Templates'---- 'Color Infrared' ---- por últimos presionamos 'Ok' para guardar los cambios. 

El resultado debe lucir de esta forma: 

Paso 5: Recorte de la imagen satelital de acuerdo al polígono de la finca

En el paso anterior, hicimos una composición de bandas de color infrarrojo, pero esta se encuentra  cubriendo una extensión global  por lo que es recomendable, antes de proceder a calcular el NDVI, recortar las imágenes de acuerdo a la extensión de interés. Para este caso haremos el recorte de acuerdo al polígono de la finca.

Primero debemos configurar la extensión del servicio de imágenes 'Sentinel-2 Level-2A' solo mostrando el área visible en la  pantalla, para no tener errores en el geoproceso por ser una capa global. Para eso nos dirigimos al manu superior en la pestaña 'Imagery'--- seleccionamos la opción 'Process'--- se desplegara un menú en donde seleccionaremos 'clip'.

Como resultado se agregara solo una porción de la imagen de acuerdo a la extensión que tenemos en pantalla. 

Paso 6: Calculo del Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI)

Para este paso nos vamos a dirigir, a la pestaña 'Imagery'--- 'Indices'---'NDVI'----- verificamos que las bandas cumplan con la formula: B8 y B4. El resultado es el siguiente: 

El resultado debería mostrarse de la siguiente manera: 

 

Para mejorar la visualización y solo mostrar el área de interés,  usaremos una herramienta que nos ayudará a recortar la imagen de acuerdo al polígono de la finca. Para eso nos dirigimos a buscar dentro de la pestaña 'Geoprocessing' la herramienta 'Extract By Mask' ---- 'Input Raster: Clip_NDVI_Sentinel-2 Level-2A'---- 'Input Raster or feature mask data: Pol_Finca' ---- 'Output Raster: Clip_Finca'. Los demás parámetros se dejan por defectos. Seleccionamos 'Run'.

El resultado se muestra de la siguiente manera: 

Finalmente, podemos generar un mapa donde debemos incluir  la leyenda, la flecha norte y la barra de escala. Con esto podemos concluir que del área de estudio el cultivo se encuentran algunas parcelas (Verdes) que tienen plantas medianamente sanas en su gran mayoría mientras una pequeña porción de la finca presenta parcelas (Rojas) donde la vegetación se encuentra muerte. 

Con este procedimiento pudimos incluir imágenes del satélite Sentinel 2 las cuales filtramos a una fecha especifica y recortamos a nuestra área de interés para finalmente obtener un análisis del estado de salud del cultivo en la finca.