شاخص آب تفاضلی نرمال شده | NDWI چیست ؟

شاخص آب تفاضلی نرمال شده

بهتر است که برای یادگیری شاخص آب تفاضلی نرمال شده، حتما بر مبحث شاخص های طیفی و نسبت گیری باندی مسلط باشید. بدون داشتن اطلاعات کافی در مورد این مباحث درک انواع شاخص های طیفی دشوار خواهد بود. در پست بررسی اصول شاخص های طیفی در سنجش از دور به طور کامل مباحث پایه را بررسی کرده ایم. در ادامه این پست در مورد اصول و منطق استفاده از شاخص ndwi در سنجش از دور صحبت خواهیم کرد. در پستی مشابه در مورد شاخص ndwi صحبت کرده ایم. 

پست های مشابه:

• شاخص های طیفی در سنجش از دور

• شاخص ndvi چیست ؟

 

ndwi چیست ؟

این شاخص معمول ترین و رایجترین شاخص برای بارزسازی آب و تشخیص میزان رطوبت می باشد. شاخص آب تفاضلی نرمال شده که ترجمه شده عبارت normalized difference water index می باشد و به اختصار ndwi نام گرفته است، از مجموعه شاخص های تفاضلی نرمال شده می باشد که در پست شاخص های طیفی به طور کامل بررسی شده است. این شاخص بر اساس رابطه زیر عمل می کند:

( Bx + By ) / (Bx - By)

 

در یک فرمول قابل فهم تر می توان این رابطه را به شکل زیر و بر اساس باندهای بازتابی و جذبی نوشت:

(باند جذبی + باند بازتابی) / (باند جذبی - باند بازتابی)

 

حال کافی است تا کاربر بر اساس سنجنده مورد نیاز و داشتن اطلاعات کافی در مورد نمودار طیفی و رفتار طیفی آب در محدوده های مرئی تا swir موج الکترومغناطیس، باندهای جذبی و بازتابی را پیدا کرده و آن را در فرمول بالا جایگزاری کند. در گام بعدی در مورد باندهای جذبی و بازتابی آب و جایگزاری آن صحبت می کنیم.

 

بررسی منطق ndwi

برای بررسی منطق و نحوه عملکرد شاخص ndwi، ابتدا باید به نمودار طیفی آب مراجعه کنید (برای بارزسازی هر پدیده دیگری نیز باید همین کار را انجام دهید). در این نمودار باید به دنبال باندهای جذبی و بازتابی بگردیم. بر اساس نمودار تصویر زیر واضح است که در نمودار در باند nir می توان یک فرورفتگی عمیق را مشاهده کرد که به پدیده جذب معروف است. از این باند به عنوان باند جذبی در شاخص ndwi استفاده شده است. اما برای باند بازتابی واضح است که باندهای مرئی را به شدت بازتاب داده است. در این شاخص از باند green یا سبز به عنوان باند بازتابی استفاده شده است.

نکته قابل توجه در استفاده از شاخص های طیفی مانند ndwi، ndvi و یا هر شاخص دیگر بررسی سنجنده های در دسترس و پیدا کردن سنجنده هایی است که باند جذبی پدیده مورد نظر ما را ثبت می کنند. به طور مثال ممکن است یک سنجنده باند nir را ثبت نکرده باشد و درواقع فاقد این باند باشد. بنابراین نکته، نمی توان از این سنجنده برای بارز کردن پدیده مورد نظر استفاده کرد. 

 

نحوه اعمال ndwi

بعد از درک باندهای بازتابی و جذبی می توان این باندهای را با فرمول ndwi ترکیب کرد. همانطور که اشاره کردیم green باند جذبی، و nir باند بازتابی برای آب می باشد با جایگزاری این باندهای در فرمول مورد نظر می توانیم به رابطه زیر برسیم.

(green + nir) / (green- nir)

 

خروجی این رابطه همیشه عددی بین مثبت یک تا منفی یک خواهد بود. هر چی عدد به 1+ نزدیکتر باشد به معنی وجود آب و رطوبت بیشتر است. از طرفی دیگر هر چه خروجی به 1- نزدیکتر باشد به معنی عدم وجود آب است. در جدول زیر می توانید معنی هر رنج عددی در خروجی ndwi را مشاهده کنید.

جدول مطابقت هر رنج عددی در ndwi

رنج عددی	مطابقت رنج عدد
0,2  –  1	آب سطحی
0.0  –  0,2	سیل، رطوبت بالا
-0,3  –  0.0	خشکی متوسط، سطوح غیر آبی
-1  –  -0.3	خشکی، سطوح غیر آبی

 

در تصویر زیر می توانید نمونه این شاخص را که بر یک منطقه سیل زده اعمال شده است، مشاهده کنید. در این تصویر مناطق آبی رنگ مناطق دارای آب مناطق زرد رنگ مناطق سیل زده و دارای آب کم و مناطق سبز رنگ مناطق فاقد آب می باشد.

 

استفاده از ndwi در انواع سنجنده ها

با توجه به تفاوت باندهای سنجنده نحوه اعمال این شاخص در سنجنده های مختلف، متفاوت خواهد بود. به این معنی که ممکن است یک سنجده باند سبز را در باند اول خود و سنجنده دیگر همین باند را در باند دوم خود ذخیره کند (مانند سنجنده های استر و لندست 8). در جدول زیر نحوه استفاده از ndwi در سنجنده های مختلف آورده شده است.

فرمول ndwi در سنجنده های لندست و سنتینل

سنجنده	فرمول ndwi
لندست 4 تا 7	(Band 2 – Band 4)/(Band 2 + Band 4)
لندست 8	(Band 3 – Band 5)/(Band 3 + Band 5)
سنتینل 2	(Band 3 – Band 8)/(Band 3 + Band 8)