Assessing the evolution in remotely sensed vegetation index using image processing techniques

Abstract

Vegetation has a substantial role as an indicator of anthropic effects, specifically in cases where urban planning is required. This is especially the case in the management of coastal cities, where vegetation exerts several effects that heighten the quality of life (alleviation of unpleasant weather conditions, mitigation of erosion, aesthetics, among others). For this reason, there is an increased interest in the development of automated tools for studying the temporal and spatial evolution of the vegetation cover in wide urban areas, with an adequate spatial and temporal resolution. We present an automated image processing workflow for computing the variation of vegetation cover using any publicly available satellite imagery (ASTER, SPOT, LANDSAT, MODIS, among others) and a set of image processing algorithms specifically developed. The automatic processing methodology was developed to evaluate the spatial and temporal evolution of vegetation cover, including the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), the vegetation cover percentage and the vegetation variation. A prior urban area digitalization is required. The methodology was applied in Monte Hermoso city, Argentina. The vegetation cover per city block was computed and three transects over the city were outlined to evaluate the changes in NDVI values. This allows the computation of several information products, like NDVI profiles, vegetation variation assessment, and classification of city areas regarding vegetation. The information is available in GIS-readable formats, making it useful as support for urban planning decisions.

A vegetação tem um papel importante como indicador de efeitos antrópicos, especificamente nos casos em que o planejamento urbano é necessário. Este é especialmente o caso na gestão de cidades costeiras, onde a vegetação exerce diversos efeitos que elevam a qualidade de vida (alívio de condições climáticas desagradáveis, mitigação da erosão, estética, entre outras). Por essa razão, há um interesse crescente no desenvolvimento de ferramentas automatizadas para o estudo da evolução temporal e espacial da cobertura vegetal em grandes áreas urbanas, com adequada resolução espacial e temporal. Apresentamos um fluxo de trabalho automatizado de processamento de imagens para calcular a variação da cobertura vegetal usando qualquer imagem de satélite publicamente disponível (ASTER, SPOT, LANDSAT, MODIS, entre outros) e um conjunto de algoritmos de processamento de imagem desenvolvidos especificamente. A metodologia de processamento automático foi desenvolvida para avaliar a evolução espacial e temporal da cobertura vegetal, incluindo o Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI), o percentual de cobertura vegetal e a variação da vegetação. Uma digitalização prévia da área urbana foi necessária. A metodologia foi aplicada na cidade de Monte Hermoso, na Argentina. A cobertura vegetal por quarteirão foi computada e três transectos sobre a cidade foram delineados para avaliar as mudanças nos valores de NDVI. Isso permite o cálculo de vários produtos de informação, como perfis de NDVI, avaliação da variação da vegetação e classificação das áreas da cidade em relação à vegetação. A informação está disponível em formatos legíveis pelo GIS, tornando-a útil como suporte para decisões de planejamento urbano.