XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
COMPARAÇÃO ENTRE OS ÍNDICES DE VEGETAÇÃO NDVI, EVI e EVI2 DO
SENSOR TERRA/MODIS EM ÁREAS CULTIVADAS COM SOJA IRRIGADA NO
MUNICÍPIO DE PLANURA/MG
THÁLITA CARRIJO DE OLIVEIRA1, ELIZABETH FERREIRA2; RAFAEL MENEZES PEREIRA3
RESUMO: Índices de vegetação (IV) podem ser definidos como a combinação de dados de bandas
espectrais, selecionadas com o objetivo de realçar a relação desses dados com os parâmetros da
vegetação. Alguns dos principais índices de vegetação utilizados em estudos agrícolas são os
produtos NDVI, EVI e EVI2 obtidos através de imagens do sensor MODIS a bordo do satélite TERRA.
Os produtos NDVI e EVI são disponibilizados pela Embrapa e, recentemente, o INPE desenvolveu
ferramentas para acesso de séries temporais do EVI2. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi
comparar as séries temporais dos produtos NDVI, EVI e EVI2 das imagens MODIS para avaliar o seu
desempenho na identificação de áreas de soja irrigada no Município de Planura/MG. Foi utilizado o
produto MOD13Q1 e coletados 5 pontos (coordenadas geográficas) referentes a área cultivada com
soja irrigada por pivô central para posterior análise do comportamento dos índices de vegetação,
considerando a época de plantio e colheita da soja na região da safra 2010-2011. Os resultados
mostraram que os índices de vegetação NDVI, EVI e EVI2 apresentaram um comportamento
semelhante, podendo ser utilizados na identificação de áreas cultivadas com soja irrigada. E o EVI2
processado e disponível em formato de fácil acesso para qualquer usuário deve ser utilizado para
análise destas áreas.
Palavras-chave: NDVI, EVI, EVI2.
INTRODUÇÃO
Técnicas de sensoriamento remoto são utilizadas desde a década de 1960 na modelagem de
vários parâmetros biofísicos da vegetação, que podem ser medidos, por exemplo, através dos índices
de vegetação (JENSEN, 2009).
Os índices de vegetação (IVs) podem ser definidos como transformações lineares de bandas
espectrais, geralmente nas faixas do vermelho (V) e infravermelho próximo (IVP) do espectro
eletromagnético, utilizadas para realçar o comportamento espectral da vegetação. Estes índices são
relacionados a parâmetros biofísicos da cobertura vegetal, como biomassa e índice de área foliar
(PONZONI e SHIMABUKURO, 2007). Incluem também elevados graus de correlação com o vigor
vegetativo, atividade fotossintética e produtividade (EPIPHANIO et al., 1996).
O índice de vegetação mais utilizado é o NDVI (Normalized Difference Vegetation Index),
que é sensível à presença de clorofila e outros pigmentos responsáveis pela absorção da radiação solar
na banda do vermelho (JIANG et al., 2008; RISSO et al., 2009). Devido a grande utilização deste
índice, explica-se a existência de diversos estudos, no que se refere ao mapeamento, estimativa de
produção e produtividade e, monitoramento de culturas agrícolas através de perfis temporais
(FONTANA et al., 2000; WARDLOW e EGBERT, 2008; RAMME et al., 2010).
O EVI (Enhanced Vegetation Index) foi formulado com a finalidade de atenuar os efeitos do
solo e da atmosfera sobre o monitoramento da vegetação, contendo um fator de ajuste para solos e
coeficientes que descrevem o uso da banda azul para correção da banda vermelha quanto ao
espalhamento atmosférico por aerossóis (JIANG et al., 2008; JENSEN, 2009).
O índice de vegetação baseado no EVI, denominado EVI2, não utiliza a banda azul, pois não
fornece informações adicionais sobre as propriedades biofísicas da vegetação, tendo a finalidade de
reduzir o ruído e as incertezas associadas à alta variabilidade dos aerossóis atmosféricos, podendo ser
um substituto aceitável para o EVI quando a imagem for de boa qualidade e quando for feita a
correção atmosférica (ALBUQUERQUE et al., 2010).
1
Engenheira Agrícola, Mestranda em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Lavras/Departamento de Engenharia,
[email protected]
2
Engenheira Agrícola, Professora Doutora em Agronomia (Irrigação e Drenagem), Universidade Federal de Lavras/Departamento
de Engenharia, [email protected]
3
Engenheiro Agrônomo, Estação Experimental de Valparaíso, RIDESA/UFSCar, Valparaíso/SP, [email protected]
XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
Os perfis temporais distintos obtidos a partir dos índices de vegetação facilitam a
discriminação de culturas agrícolas em imagens obtidas por meio de sensores orbitais, como o sensor
MODIS. Dessa forma, é crescente a utilização de imagens de sensores orbitais em estudos cujo
objetivo é identificar e discriminar diferentes culturas em uma determinada região, como por exemplo,
cultivos de soja (WARDLOW et al., 2007; RISSO et al., 2009; RIZZI et al., 2009; RISSO et al.,
2012).
Com a finalidade de facilitar e disseminar o uso de produtos MODIS/TERRA, a Embrapa
disponibiliza os produtos índices de vegetação EVI e NDVI, provenientes de dados já existentes que
foram processados antes de serem disponibilizados aos usuários (ESQUERDO et al., 2010). Mais
recentemente, o INPE desenvolveu ferramentas para acesso de séries temporais do EVI2 (FREITAS et
al., 2011).
Neste contexto, o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de comparar e analisar
os perfis temporais dos produtos NDVI, EVI e EVI2 do sensor Terra/MODIS em áreas de soja irrigada
no Município de Planura/MG, safra 2010/2011.
MATERIAL E MÉTODOS
A área de estudo encontra-se no município de Planura – MG que está localizado no triângulo
mineiro entre as coordenadas 19º57’22” e 20º10’10” S, 48º44’39” e 48º30’45” WGr.
Foi feito um trabalho de campo para a identificação e coleta de pontos referentes a áreas
cultivadas com soja e irrigada por pivô central (PEREIRA et al., 2011).
Na tabela 1 são mostrados os valores de longitude, latitude e a área referente a cada pivô
central cultivado com soja.
Tabela 1 - Pontos referentes a áreas cultivadas com soja e irrigadas por pivô central, no município de
Planura/MG.
Área do pivô (ha)
Pontos
Longitude (E)
Latitude (N)
34,2
1
-48,69596813
-20,13239
118,6
2
-48,66004813
-20,11443
142,9
3
-48,60616813
-20,130145
55,4
4
-48,58371813
-20,10545
40,7
5
-48,56126813
-20,06953
O produto MOD13Q1 do sensor Terra/MODIS foi obtido para o período de agosto de 2010 a
março de 2011, coincidindo com a época de plantio e colheita da soja na região. Este produto
apresenta uma síntese do máximo valor do índice de vegetação (NDVI e EVI) com intervalo de 16
dias.
O produto MOD13Q1 que contém, entre várias informações, os índices de vegetação NDVI
e EVI foi obtido através do Banco de Produtos MODIS na Base Estadual Brasileira, disponível pela
Embrapa (ESQUERDO et al., 2010).
A partir do produto MOD13Q1 e de procedimentos de filtragem foram geradas duas séries
temporais EVI2: com filtro e sem filtro (FREITAS et al., 2011). Para a visualização das séries
temporais EVI2 foi necessário fornecer um par de coordenadas geográficas (tabela1) ao acessar o
laboratório virtual no endereço eletrônico http://www.dsr.inpe.br/laf/series.html. Os valores de EVI2,
para o período de estudo, foram anotados manualmente para posterior reconstrução do perfil temporal
de EVI2.
O NDVI, o EVI e o EVI2 estão descritos conforme as equações 1, 2 e 3, respectivamente.
NDVI =
em que, IVP = reflectância no infravermelho próximo; V = reflectância no vermelho.
(1)
XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
EVI = G
(2)
em que, IVP = reflectância no infravermelho próximo; V = reflectância no vermelho; A = reflectância
no azul; C1 = coeficiente de correção dos efeitos atmosféricos para a banda do vermelho (6); C2 =
coeficiente de correção dos efeitos atmosféricos para a banda do azul (7,5); L = fator de correção para
a interferência do solo (1); G = fator de ganho (2,5).
EVI2 = G
(3)
em que, Vermelho = c * Azul, então c = Vermelho/Azul.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na figura 1 são mostrados os perfis temporais dos índices de vegetação NDVI, EVI e EVI2
(com filtro e sem filtro) determinados nas cinco áreas cultivadas com soja irrigada por pivô central, no
município de Planura/MG, safra 2010/2011.
Figura 1 - Perfis temporais dos valores médios de NDVI, EVI e EVI2 (com filtro e sem filtro) em
áreas cultivadas com soja irrigada por pivô central no município de Planura – MG.
Os perfis temporais apresentados na figura 1 mostram que valores baixos nos perfis
correspondem ao início do ciclo da cultura, ou seja, o plantio da soja ocorreu entre setembro de 2010 e
outubro de 2010. A partir daí, a planta começou a crescer e se desenvolver, então os valores dos
índices de vegetação aumentaram até o período de máximo desenvolvimento da cultura, que ocorreu
entre novembro de 2010 e janeiro de 2011. A etapa seguinte corresponde aos estádios de colheita da
soja, que ocorreu entre janeiro de 2011 e março de 2011. Ainda na figura 1 foi observado que a
colheita provavelmente ocorreu por volta do dia 21/02/2011. Entretanto, o EVI2 (com filtro) não
mostrou esta tendência, pois o seu valor continuou decrescendo a partir desta data. Assim, a colheita,
considerando o perfil de EVI2 (com filtro), ocorreu em uma data posterior a 09/03/2011.
Foi observado um comportamento semelhante entre os índices NDVI, EVI e EVI2 (sem
filtro) para todo o ciclo da cultura. Este comportamento semelhante entre o NDVI e outros índices de
vegetação também foi relatado por Almeida e Fontana (2009), na comparação entre o NDVI e o índice
de vegetação perpendicular (PVI). Jiang et al. (2008) também relataram semelhança entre os índices
EVI e EVI2, demonstrando que as diferenças entre eles são insignificantes quando as influências
XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
atmosféricas também são insignificantes, e concluíram que o EVI2 é um substituto aceitável e preciso
para o EVI.
A figura 2 mostra a correlação entre os índices de vegetação EVI2 (sem filtro) e NDVI (a);
EVI2 (sem filtro) e EVI (b); EVI2 (com filtro) e NDVI (c); e, EVI2 (com filtro) e EVI (d).
(a)
(c)
(b)
(d)
Figura 2 – Correlação entre os índices EVI2 (sem filtro) e NDVI (a); EVI2 (sem filtro) e EVI (b);
EVI2 (com filtro) e NDVI (c); e, EVI2 (com filtro) e EVI (c).
Foi observada uma maior correlação entre os índices EVI2 (sem filtro) e EVI do que em
relação aos índices correlacionados. Dessa forma, o ciclo da soja pode ser acompanhado a partir da
análise do EVI2, com o objetivo de obter resultados aceitáveis e precisos, na avaliação e identificação
de áreas cultivadas com esta cultura.
CONCLUSÃO
Os índices de vegetação NDVI, EVI e EVI2 (sem filtro) apresentaram comportamento
semelhante, na identificação de áreas cultivadas com soja irrigada. Desta forma, o laboratório virtual,
no qual estão disponíveis as séries temporais de produtos EVI2, pode ser utilizado para analisar a
cultura da soja em substituição ao uso de softwares para processamento de imagens.
AGRADECIMENTOS
À FAPEMIG, Processo CAG APQ 01560-12.
XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, T. S.; FONTANA, D. C. Desempenho dos índices de vegetação NDVI e PVI para a
cultura da soja em diferentes condições hídricas e de sistema de manejo do solo. In: SIMPÓSIO
BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14., 2009, Natal. Anais eletrônicos... Natal:
INPE, 2009.
ALBUQUERQUE, C. K.; CRUZ, C. B. M.; BARROS, R. S. Comparação do comportamento do
NDVI e EVI2 – Um novo índice de vegetação. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CIÊNCIAS
GEODÉSICAS E TECNOLOGIAS DA GEOINFORMAÇÃO, 3., 2010, Recife. Anais eletrônicos...
Recife: UFRJ, 2010.
EPIPHANIO, J. C. N.; GLERIANI, J. M.; FORMAGGIO, A. R.; RUDORFF, B. F. T. Índices de
vegetação no sensoriamento remoto da cultura do feijão. Pesq. agropec. bras. Brasília, v.31, n. 6, p.
445-454, 1996.
ESQUERDO, J.; ANTUNES, J.; ANDRADE, J. Desenvolvimento do Banco de Produtos MODIS
na Base Estadual Brasileira. Campinas, SP: Embrapa Informática Agropecuária, 2010. 7 p.
(Embrapa Informática Agropecuária. Comunicado Técnico, 100).
FONTANA, D. C.; WEBER, E.; DUCATI, J. R.; FIGUEIREDO, D. C.; BERLATO, M. A.;
BERGAMASCHI, H. A case estudy for crop monitoring and harvest forecast in south Brazil.
Proceeding of the 28th International Symposium on Remote Sensing for Environment, Março de 2000.
Anais…, Cape Town, África, ICRSE, p. 91-94. 2000.
FREITAS, R.M.; ARAI, E.; ADAMI, M.; SOUZA, A.F.; SATO, F.Y.; SHIMABUKURO, Y.E.;
ROSA, R.R.; ANDERSON, L.O.; RUDORFF, B.F.T. Virtual laboratory of remote sensing series:
visualization of MODIS EVI2 data set over South America. Journal of Computational
Interdisciplinary Sciences, 2:57-64. 2011.
JENSEN, J. R. Sensoriamento Remoto da Vegetação. In:___. Sensoriamento remoto do ambiente:
uma perspectiva em recursos terrestres. Tradução: José Carlos Neves Epiphanio (coord.) et al. São
José dos Campos: Parêntese, 2009.
JIANG, Z.; HUETE, A. R.; DIDAN, K.; MIURA, T. Development of a two-band enhanced vegetation
index without a blue band. Remote Sensing of Environment, v. 112, n. 10, p. 3833–3845, 2008.
PEREIRA, R. M. Validação de mapas de uso e cobertura do solo do município de Planura/MG.
2011. 47p. Monografia. (Graduação em Agronomia) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2011.
PONZONI, F. J.; SHIMABUKURO, Y. E. Sensoriamento remoto no estudo da vegetação. São José
dos Campos: Parêntese, 2007. 128p.
RAMME, F. L. P.; LAMPARELLI, R. A. C.; ROCHA, J. V. Perfis temporais NDVI MODIS, na canasoca, de maturação tardia. Eng. Agríc., Jaboticabal, v. 30, n. 3, 2010.
RISSO, J.; RIZZI, R.; EPIPHANIO, R. D. V.; RUDORFF, B. F. T.; FORMAGGIO, A. R.;
SHIMABUKURO, Y. E.; FERNANDES, S. L. Potencialidade dos índices de vegetação EVI e NDVI
dos produtos MODIS na separabilidade espectral de áreas de soja. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE
SENSORIAMENTO REMOTO, 14., 2009, Natal. Anais eletrônicos... Natal: INPE, 2009.
RISSO, J. et al . Índices de vegetação Modis aplicados na discriminação de áreas de soja. Pesq.
agropec. bras., Brasília, v. 47, n. 9, 2012.
XXII CONGRESSO DE PÓS-GRADUAÇÃO DA UFLA
14 a 18 de outubro de 2013
RIZZI, R.; RISSO, J.; EPIPHANIO, R. D. V.; RUDORFF, B. F. T.; FORMAGGIO, A. R.;
SHIMABUKURO, Y. E.; FERNANDES, S. L. Estimativa da área de soja no Mato Grosso por meio
de imagens MODIS. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14., 2009,
Natal. Anais eletrônicos... Natal: INPE, 2009.
WARDLOW, B. D.; EGBERT, S. L; KASTENS, J. H. Analysis of time-series MODIS 250 m
vegetation index data for crop classification in the U.S. Central Great Plains. Remote Sens. Environ.,
v. 108, 2007.
WARDLOW, B. D.; EGBERT, S. L Large-area crop mapping using time-series MODIS 250 m NDVI
data: An assessment for the U.S. Central Great Plains. Remote Sens. Environ., v. 112, 2008.