Introduction
Today, geomatics with its information gathering techniques and 3D modeling (remote sensors, photogrammetry and laser scanning) is being used successfully in various fields. Crop surveying and precision agriculture are one of its most notable emerging applications.
Definition of Precision Agriculture
Precision agriculture can be defined as "an agricultural management strategy that uses digital information technology to obtain data from multiple sources that provide knowledge for decision making in primary food production".
The opportunity to see the field from the sky (using satellites and/or aerial devices) offers the possibility to study crops from a non-traditional point of view and the ability to detect behaviors that are difficult to observe from the ground.
Data taken with multi-spectral images allows us to perform various qualitative and quantitative observations that are very useful for monitoring different phenomena and phenological developments, as well as observing the reaction when applying any controller, fertilizer or agricultural work.
Crop monitoring using multi-spectral images can be very effective in describing what is happening in the field and avoiding the costs of some field inspections.
AgroCognitive
At AgroCognitive we provide a set of already processed images and vegetation indicators so that the producer can, with the help of our remote sensing technology, interpret phenological development and identify affectations.
Image Types and Indices
Types of images and indices that we are able to deliver in our standard service
NDVI Index
Greenness, density and health of vegetation
GNDVI Index
Advanced photosynthetic activity
MSAVI2 Index
Modified soil adjusted
NDWI Index
Crop water status
NDVI Index
The NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) or green index is an indicator that indicates the greenness, density and health of vegetation in each pixel of a spectral image. It has been one of the most widely used vegetation indices in remote sensing since its introduction in the 1970s and digital agriculture is one of the industries that takes the most advantage of its benefits.
The NDVI is suitable for estimating vigor throughout the growth and development cycle based on how plants reflect certain ranges of the electromagnetic spectrum. It allows knowing their current state, which can then be used to compare with another temporal image to observe its evolution over time.
Technical Characteristics
This index is a reflection of the biophysical properties of the plant canopy and how a plant reflects energy and light. It uses near-infrared to red (NIR) bands of the electromagnetic spectrum to estimate a dimensionless indicator between -1.0 and 1.0.
📈 Values close to 1
The more intense the green, the more vigor exists in the vegetation and plant cover.
⚪ Values close to 0
Correspond to areas with very little vegetation, early crop phases, bare soil.
📉 Negative values
Usually associated with water areas, snow or clouds.
How Does It Work?
To the human eye, a plant is green because the chlorophyll pigment it contains reflects green waves and absorbs red ones. This means that a healthy plant –with lots of chlorophyll and cellular structures– actively absorbs red light and reflects NIR when photosynthesis occurs. Thus, that relationship between light and chlorophyll is how we can use NDVI to differentiate a healthy plant from a sick one.
Plant States - NDVI
NDVI States Diagram
Visual exemplification of how plants reflect light according to their health
NDVI Application Example
NDVI Field Image
Comparative visualization of plant vigor over time
The comparative image shows plant vigor close to ideal but in the center of the lot there is evidence of some phenomenon that is confirmed 20 days later.
Índice GNDVI
El GNDVI o Vegetación de Diferencia Normalizada Verde, también es un índice del vigor de la planta y su actividad fotosintética. Se trata de un índice más sensible a la clorofila y es utilizado en las etapas más avanzadas del desarrollo de la planta, ya que se satura más tarde que el NDVI. El GNDVI es utilizado para determinar la captación de agua y nitrógeno en la canopia del cultivo.
Características
Similar al NDVI, los valores arrojados por este índice también oscilan entre -1.0 y 1.0. El GNDVI es el índice de vegetación verde que utiliza la banda infrarrojo cercano (NIR) y la banda verde (GREEN) del espectro electromagnético, de allí su sensibilidad aumentada respecto al NDVI.
💧 Valores -1.0 a 0.1
Están asociados a la presencia de agua o suelo desnudo. Se emplea fundamentalmente en la etapa intermedia y final del ciclo del cultivo.
⚡ Valores 0.11 a 0.20
Están relacionados con actividad fotosintética media y puede ser indicio de una vegetación deprimida o envejecida.
🌱 Valores mayores a 0.21
Están asociados a una actividad fotosintética alta con concentración de agua en el dosel de la planta en balance.
¿Cuándo usar el GNDVI?
Cuando necesitemos hacer seguimientos a cultivos con canopeos densos o que se encuentren en etapas más avanzadas de desarrollo y cercanas a la cosecha, mientras que el NDVI es adecuado para estimar el vigor del cultivo durante las etapas intermedias.
Estados de la Planta - GNDVI
Diagrama Sensibilidad GNDVI
Ejemplificación de sensibilidad aumentada a la clorofila en etapas avanzadas
Ejemplo de Aplicación GNDVI
Imagen Temporal GNDVI
Comparación temporal de canopeos densos en desarrollo avanzado
La sensibilidad del GNDVI muestra menor concentración de clorofila en una fecha, pero un mes después refleja una etapa de maduración adecuada.
Índice MSAVI2
El MSAVI2 o Índice de Vegetación Ajustado al Suelo Modificado, es una versión, como su palabra lo indica, mejorada de su predecesor el índice SAVI. Se utiliza como una variante para mejorar la sensibilidad de observación en campos donde ya se han cosechado cultivos semi permanentes o en campos donde se está comenzando la siembra, por lo que se presume normal que haya presencia de suelo desnudo.
Ventajas del MSAVI2
En estos casos de estadío temprano del cultivo, los índices como NDVI o NDRE proporcionan datos incompletos o erróneos, principalmente debido a que solo existe una pequeña cantidad de vegetación o a la falta de clorofila en ella (por ejemplo, en el estado fenológico de emergencia). De esta manera MSAVI2, sirve para minimizar la influencia del fondo del suelo y aumentar el rango dinámico que señala la vegetación.
Como MSAVI2 se usa para minimizar la influencia del suelo desnudo, también sirve para monitorear cultivos que no llegan a cubrir el suelo en su estado más desarrollado o para cultivos leñosos. Este índice nos permite ser minuciosos en el uso de fertilizantes durante los primeros estadíos reduciendo el impacto ambiental y aumentando la producción de manera significativa.
Estados de la Planta - MSAVI2
Diagrama Ajuste de Suelo
Ejemplificación de minimización de influencia del suelo desnudo
Ejemplo de Aplicación MSAVI2
Comparativa RGB vs MSAVI2
Visualización de cultivos en etapa inicial vs suelo desnudo
La imagen comparativa muestra como MSAVI2 proporciona mejor evaluación de la salud del cultivo en etapa inicial comparado con NDVI en presencia de suelo desnudo.
Índice NDWI
El NDWI o Índice Diferencial de Agua Normalizado, se utiliza para hacer seguimiento al estado hídrico del cultivo, específicamente la concentración de agua en las plantas (no sirve para evaluar el estado hídrico del suelo). Este valor es muy importante porque nos permite identificar el déficit o saturación de humedad que es un elemento clave para corroborar el balance hídrico del cultivo.
Características Técnicas
Este índice usa bandas verdes y cercanas a infrarrojas de imágenes multi-espectrales. El NDWI puede mejorar la información sobre el agua de manera eficiente en la mayoría de los casos. Su evaluación al suelo descubierto, edificaciones y nubosidad que oscila entre -1.0 y 0 y resulta en la sobre-estimación (cercano a 1) de los cuerpos de agua.
Estados de la Planta - NDWI
Diagrama Estado Hídrico
Ejemplificación de concentración de agua en plantas según NDWI
Ejemplo de Aplicación NDWI
Balance Hídrico del Lote
Visualización homogénea del estado hídrico del cultivo
La evaluación del NDWI indica que el lote se encuentra en una situación de balance hídrico saludable y homogénea en toda su extensión.