Skip to main content

Pasture Monitoring Applying Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) Time Series with Sentinel-2 and Landsat 8 Images, to Improve Milk Production at Santa Mónica Farm, Imbabura, Ecuador

  • Conference paper
  • First Online:
Computational Science and Its Applications – ICCSA 2020 (ICCSA 2020)

Part of the book series: Lecture Notes in Computer Science ((LNTCS,volume 12254))

Included in the following conference series:

Abstract

The soils have had an increasing pressure due to the intensification of their use for agriculture, forestry, grazing and urbanization. In this way, the implementation of good practices for sustainable soil management are essential to reverse their tendency to degradation as preventive measures and so, guarantee food security and protect the provision of different ecosystem services associated with the soil. The advent of the Sentinel and Landsat satellite programs provide free data sets with good spatial and temporal resolution that can be a valuable source of information for monitoring pasture resources. In order to evaluate this type of techniques, a time series (TS) was generated with images of the Landsat 8 (L8) OLI (Operational Land Imager) sensor and a time series with images of the Sentinel-2 (S2), MSI (Multispectral Imager) sensor to determine the best results in the quantification of changes in the coverage of pastures at the Santa Mónica farm. In this study, pastures were analyzed using the normalized difference vegetation index (NDVI) time series obtained from median quarterly mosaics obtained in 2019. Different samples were drawn that represent the change trend throughout the time series and were classified according to their degree of change and persistence in the series. The results indicate that the densification of the time series allows to provide better results in the quantification of the changes and dynamics of the coverage. The established methodology represents a great advance on the generation of images and the monitoring and detection of changes in coverage through time series [22]. Hence, it is one the first studies carried out in the country that incorporate this type of process. It was concluded that the determination of spectral signatures with the index used together with the near infrared (NIR) and short wave infrared (SWIR 1) spectral bands, allow to extract values and intervals where the change produced by pastures is identified with an acceptable level of accuracy.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

References

  1. Altieri, M., Nicholls, C.: Agroecología Teoría y práctica para una agricultura sostenible. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, México D.F (México). Primera edición (2000)

    Google Scholar 

  2. Abecia, J.: La “ganadería de precisión” en el sector de los pequeños rumiantes. Ganadería, Nº. 95, pp. 34–37 (2015). ISSN 1695-1123

    Google Scholar 

  3. Drusch, M., et al.: Sentinel-2: ESA’s optical high-resolution mission for GMES operational services. Remote Sens. Environ. 120, 25–36 (2012)

    Article  Google Scholar 

  4. Granados, F.: Uso de Vehículos Aéreos no tripúlados (UAV) para la evaluación de la producción agraría. Instituto de Agricultura Sostenible-IAS/CSIC (2011)

    Google Scholar 

  5. Punalekar, S.M., Verhoef, A., Quaife, T.L., Bermingham, L., Reynolds, C.K.: Application of Sentinel-2A data for pasture biomass monitoring using a physically based radiative transfer model. Remote Sens. Environ. 218, 207–220 (2018)

    Article  Google Scholar 

  6. Mishra, N., Md, O.H., Leigh, L., Aaron, D., Helder, D., Markham, B.: Radiometric cross calibration of Landsat 8 operational land imager (OLI) and Landsat 7 enhanced thematic mapper plus (ETM+). Remote Sens. 6, 12619–12638 (2014)

    Article  Google Scholar 

  7. Aguilar, H., Mora, R., Vargas, Ch.: Centro Nacional de Alta Tecnología, Costa Rica: Metodología para la corrección atmosférica de imágenes aster, rapideye, spot 2 y landsat 8 con el módulo flaash del software ENVI. Revista Geográfica de América Central. 53, 39–59 (2014)

    Google Scholar 

  8. Bravo, N.: Teledetección espacial Landsat, Sentinel2, Aster l1t y Modis. 1ra. edición. Geomática Ambiental S.R.L., Huánuco, Perú (2017)

    Google Scholar 

  9. Benavides, M.F., Nieuwenhuyse, A., Villanueva, C., Ibrahim, M., Tobar, D., Robalino, J.: Capitulo 2 Evaluación de la condición de pasturas de Brachiaria Brizantha y su impacto económico en la producción ganadera en la cuenca media del río Jesús María, Costa Rica. Tesis Maestría de socio economía ambiental- CATIE (2017)

    Google Scholar 

  10. Avogadro, D., Padró, J.: Diferenciación de plantaciones forestales en entre ríos (Argentina): comparación de métodos de clasificación aplicados a imágenes Sentinel-2 y Landsat-8. Revista Internacional de Ciencia y Tecnología de la Información Geográfica. Departamento de Geografía, Universitat Autònoma de Barcelona Campus de Bellaterra, Cataluña, España (2019). http://dx.doi.org/10.21138/GF.652

  11. Agnusdei, M.: Ecofisiología aplicada a pasturas. Unidad 1, Crecimiento de forraje. Grupo Producción y Utilización de Pasturas. Argentina: UI EEA INTA Balcarce, FCA UNM (2009)

    Google Scholar 

  12. León, R., Bonifaz, N., Gutiérrez, F.: Pastos y forrajes del Ecuador. Siembra y producción de pasturas. Editorial Universitaria Abya-Yala. Universidad Politécnica Salesiana. Quito - Ecuador (2018)

    Google Scholar 

  13. Godoy, P.: Desarrollo de un modelo espacial de riesgo de infección de fasciola hepatica en vacunos lecheros de la sierra central. Tesis para optar el grado de maestro magister Scientiae en Producción Animal, Lima, Perú (2018)

    Google Scholar 

  14. FAO. AGP - Praderas, pastizales y cultivos forrajeros. https://goo.gl/CsVaKw. Accessed 13 Aug 2019

  15. Rincón, J.J.: Cuantas unidades animales por hectárea podemos manejar -PARTE 1 Conceptos básicos necesarios (2017) https://www.engormix.com/ganaderia-leche/articulos/cuantas-unidades-animales-hectarea-t41122.htm. 14 June 2019

  16. Gebremedhin, A., Badenhorst, P., Wang, J., Spangenberg, G., Smith, K.: Prospects for Measurement of Dry Matter Yield in Forage Breeding Programs Using Sensor Technologies. Agronomy MDPI. (2019). https://doi.org/10.3390/agronomy9020065

  17. ESA. Sentinel. S2 MPC Sen2Cor Software Release Note. Reference: S2-PDGS-MPC-L2A-SRN-V2.8.0 Issue: 02 (2019)

    Google Scholar 

  18. Díaz, J.: Estudio de Índices de vegetación a partir de imágenes aéreas tomadas desde UAS/RPAS y aplicaciones de estos a la agricultura de precisión. Trabajo fin de máster curso 2014–2015. Universidad Complutense de Madrid, Madrid, España (2015)

    Google Scholar 

  19. Tello, J., Gómez-Báguena, R., Casterad, M.A.: Comparación y ajuste en zonas agrícolas de índices de vegetación derivados de Landsat-8 y Sentinel-2. In: Ruiz, L.A., Estornell, J., Erena, M. (eds.) Nuevas plataformas y sensores de teledetección. XVII Congreso de la Asociación Española de Teledetección, pp. 81–84, Murcia, España (2017)

    Google Scholar 

  20. ESA (European Space Agency). http://www.esa.int/. Accessed 16 Feb 2020

  21. USGS (U.S. Geological Survey). https://www.usgs.gov/. Accessed 10 Mar 2020

  22. Zaraza, M.A., Manrique, L.M.: Generación de datos de cambio de coberturas vegetales en la sabana de Bogotá mediante el uso de series temporales con imágenes Landsat e imágenes sintéticas MODIS-Landsat entre los años 2007 y 2013. Revista de Teledetección Asociación Española de Teledetección (2019). https://doi.org/10.4995/raet.2019.12280

    Google Scholar 

  23. Hernández, H.: Procesamiento digital de imágenes. Universidad de Chile. (2011). ISBN 978-956-353-324-8

    Google Scholar 

  24. Chuvieco, E.: Teledetección Ambiental: La observación de la Tierra desde el Espacio, 3ra edición. Ariel Ciencia, Barcelona, España (2008)

    Google Scholar 

  25. Rouse, J., Haas, R., Schell, J., Deering, D.: Monitoring the vernal advancement and retrogradation (green wave effect) of natural vegetation. In: Fraden, S.C. (ed.) Third ERTS-1 Symposium, 10–14 December 1973, NASA SP-351, pp. 309-317. Goddard Space Flight Center Texas A&M University College Station, Texas (1974)

    Google Scholar 

  26. Maskova, Z., Zemek, F., Kvet, J.: Normalized difference vegetation index (NDVI) management of mountain meadows. Boreal Environ. Res. 13, 417–432 (2008)

    Google Scholar 

  27. Soria, J., Granados, R.: Relación entre los índices de vegetación obtenidos de los sensores AVHRR del satélite NOAA y TM del Landsat. Ciencia Ergo Sum 12(2), 167–174 (2005). Universidad Autónoma del Estado de México, México

    Google Scholar 

  28. Ju, C.H., Tian, Y.C., Yao, X., Cao, W.X., Zhu, Y., Hannaway, D.: Estimating leaf chlorophyll content using red edge parameters. Pedosphere 20(5), 633–644 (2010)

    Article  Google Scholar 

  29. LANDVIEWER. https://eos.com/lv/es/, https://eos.com/landviewer/?id=LE07_L1GT_010060_20200328_20200330_01_RT&b=Red,Green,Blue&anti&pansharpening&lat=-0.00195&lng=-77.26364&z=8. Accessed 03 Apr 2020

  30. Congedo, L.: (SCP) Semi-Automatic Classification Plugin. Documentation. Versión 6.4.0.2 (2020). https://plugins.qgis.org/plugins/SemiAutomaticClassificationPlugin/

  31. Carmelo, A., Moreno, A., Rodríguez, E.: Determinación experimental de la firma espectral de la vegetación. una sencilla práctica de introducción a la Teledetección. In: Avances y Aplicaciones. VIII Congreso Nacional de Teledetección, Albacete, España, pp. 429–432 (1999)

    Google Scholar 

  32. AccuWeather. https://www.accuweather.com/es/ec/national/satellite-wv. Accessed 24 Feb 2020

  33. INAMHI. https://www.serviciometeorologico.gob.ec

  34. Brizuela, A., Aguirre, C., Velasco, I.: Aplicación de métodos de corrección atmosférica de datos Landsat 5 para análisis multitemporal. Teledetección, Ed. Martin, UBA, Buenos Aires, Argentina (2007)

    Google Scholar 

  35. Chavez, J.: An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data. Remote Sens. Environ. 24, 459–479 (1988)

    Article  Google Scholar 

  36. Tagestad, J.: Radiometric standardization of adjacent Landsat Thematic Mapper Image for multi-scene mosaics. Master of Science, Utah State University, Logan, Utah (2000)

    Google Scholar 

  37. Sobrino, J.A., Raissouni, N.: Toward remote sensing methods for land cover dynamic monitoring: application to Morocco. Int. J. Remote Sens. 21, 353366 (2000)

    Article  Google Scholar 

  38. GRASS GIS. https://grass.osgeo.org/, https://grass.osgeo.org/grass78/manuals/i.landsat.toar.html. Accessed 17 Sept 2019

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Garrido Fernando .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2020 Springer Nature Switzerland AG

About this paper

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this paper

Fernando, G., Víctor, C. (2020). Pasture Monitoring Applying Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) Time Series with Sentinel-2 and Landsat 8 Images, to Improve Milk Production at Santa Mónica Farm, Imbabura, Ecuador. In: Gervasi, O., et al. Computational Science and Its Applications – ICCSA 2020. ICCSA 2020. Lecture Notes in Computer Science(), vol 12254. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-58817-5_41

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-58817-5_41

  • Published:

  • Publisher Name: Springer, Cham

  • Print ISBN: 978-3-030-58816-8

  • Online ISBN: 978-3-030-58817-5

  • eBook Packages: Computer ScienceComputer Science (R0)

Publish with us

Policies and ethics