GIS per la sostenibilità: calcolare l’indice NDVI con ArcGIS Pro

Nel terzo articolo della nostra rubrica incentrata sui tool di ArcGIS Pro utili a valutare aspetti e indicatori legati alla sostenibilità, affrontiamo il tema dello stato di salute della vegetazione, calcolato tramite l’indice NDVI.

All’interno di ArcGIS Pro sono presenti una serie di strumenti che permettono di eseguire analisi su dati raster multibanda, ottenibili da dato satellitare. I raster che vengono utilizzati per questo scopo sono immagini multispettrali contenenti, oltre alle bande visibili del rosso, del verde e del blu anche la banda del vicino infrarosso (NIR, Near Infra Red).

Questi tool, racchiusi all’interno della Indices gallery e nelle Raster Functions di ArcGIS Pro, attraverso la creazione di differenti indici consentono di valutare una serie di fenomeni enfatizzando certi fattori rilevati da un immagine.

Per approfondire altre possibilità offerte da ArcGIS Pro legate al tema della sostenibilità vi rimandiamo ai primi due articoli della nostra rubrica, inerenti ai tool per l’analisi sulle isole di calore urbane e  sulla valutazione dell’ efficienza energetica solare.

L’indice NDVI

Tra le variabili misurabili attraverso la Indices Gallery e le Raster Functions si trova lo stato di salute della copertura vegetale, indagabile attraverso un indice chiamato NDVI, acronimo di Normalized Difference Vegetation Index.

Questo indice si basa sulla differenza tra le riflessioni della luce nella banda dello spettro elettromagnetico visibile, nello specifico la banda dello spettro rosso (R), alla quale si può relazionare  l’assorbimento della clorofilla, e quella dell’infrarosso vicino (NIR) alle quale è legata l’alta riflettività delle piante.

L’NDVI è ampiamente utilizzato in ambiti come l’agricoltura, la gestione delle risorse naturali, la previsione delle colture, il monitoraggio ambientale e molto altro ancora. L’indice permette infatti di monitorare le variazioni nella vegetazione nel tempo e nello spazio, fornendo informazioni preziose per prendere decisioni in ambito agricolo, ambientale e scientifico.

Esistono poi alcune alternative al NDVI in ArcGIS Pro che si basano su diverse bande spettrali e forniscono informazioni specifiche sullo stato della vegetazione, questi indici sono il NDRE (progettato specificatamente  per valutare la salute e lo stress delle piante attraverso la banda del red edge) e il Green NDVI (utile per rilevare le variazioni di clorofilla utilizzando la banda del verde).

La scelta tra questi indici dipenderà dalle esigenze specifiche e dagli obiettivi dell’analisi. E’ possibile selezionare l’indice più adatto in base alle applicazione e alla disponibilità delle bande spettrali a disposizione. In molti casi, gli esperti utilizzano una combinazione di questi indici per ottenere una visione completa delle condizioni della vegetazione e delle colture.

Calcolare l’indice in ArcGIS Pro

Esistono diverse modalità che consentono, con pochi passaggi, di calcolare l’NDVI in ArcGIS Pro, è possibile farlo tramite:

• La Indices Gallery presente nella tab Imagery
• La Raster Function NDVI o NDVI Colormap
• I processing template dei Servizi ready to use presenti nel Living Atlas, come Sentinel-2 View

Per poter generare l’indice, se non si procede con l’utilizzo di servizi pronti per l’uso, è possibile utilizzare i dati multispettrali Landsat-8, recuperabili da USGS EarthExplorer o i dati Sentinel-2, resi disponibili da Copernicus.

Dopo aver inserito in ArcGIS Pro il dato satellitare (per i seguenti esempi abbiamo utilizzato un dato Sentinel-2)  andiamo a vedere come ottenere l’indice NDVI.

Tab Indices Gallery

La prima possibilità per generare un raster rappresentativo dell’indice è l’utilizzo del comando NDVI presente nella Indices Gallery della Tab Imagery.

Per generare l’indice è sufficiente selezionare il comando NDVI nella Gallery per aprire la finestra di configurazione, dove sarà necessario inserire la banda 8 al parametro NIR Band Index e la banda 4 al Red Band Index.

Dopo qualche istante viene generato un nuovo raster layer rappresentante l’indice NDVI, con un range di valori compreso tra 1 e -1, dove 1 rappresenta le aree con copertura vegetate e con piante in salute, mentre -1 indica l’acqua, le aree non coltivate o le zone antropiche.

Raster Function NDVI

Un’altra rapida possibilità offerta da ArcGIS Pro è l’utilizzo delle raster functions, una volta aperto il Raster Function Pane dalla Tab Imagery è possibile selezionare l’opzione NDVI.

Tra i parametri richiesti è necessario definire come input il raster multispettrale inserito in mappa, impostare le bande del NIR e del Red e inserire il check su scientific output per ottenere un raster rappresentativo dell’indice NDVI con range compreso tra -1 e 1, analogamente all’output dell’Indices Gallery.

NDVI template da servizio Living Atlas

L’ultima opzione per creare un raster rappresentativo dell’NDVI sfrutta dei dati ready to use, come il servizio Sentinel-2 Views del Living Atlas, disponibile per gli utenti Arcgis, che contiene diverse bande già organizzate in template predefiniti e modificabili dalle proprietà del layer.
Per approfondire il Living Atlas e l’inserimento dei dati in ArcGIS vi rimandiamo a un nostro precedente video/articolo.

Tra i diversi template è possibile selezionare NDVI Raw oppure alcune varianti già valorizzate o con colormap, una volta selezionata l’opzione il layer si aggiornerà evidenziando l’indice NDVI.

 

Dennis Zammarchi Archeologo preistorico di formazione con un orientamento alla fotogrammetria e alla cartografia, in One Team ricopro il ruolo di GIS Application Engineer. Fra le mie passioni ci sono la lettura, la zoologia, la storia e la cinematografia. Nel tempo libero mi piace molto visitare nuovi luoghi per imparare più cose possibili sul mondo.

Gianluca Sala Geologo di formazione con grande passione per Python e le analisi geospaziali, lavoro in One Team come GIS Application Engineer. Al di fuori dell’ufficio sono sempre alla ricerca di nuove esperienze, amo affrontare nuove sfide e imparare costantemente.