季節ごとの衛星画像を利用して内モンゴル草原の低木侵入をマッピング (Researchers Use Seasonal Satellite Imagery to Map Shrub Encroachment in Inner Mongolia Grasslands)

2026-11-03 中国科学院(CAS)

中国科学院航空宇宙情報研究院の研究チームは、季節ごとの衛星画像と深層学習を組み合わせ、内モンゴルの半乾燥草原における低木の侵入・拡大状況を高精度に把握する手法を開発した。草原では低木が拡大すると、植生構成や家畜の飼料となる牧草の量が変化するため、早期発見が重要となる。しかし、低木が小さくまばらな初期段階では、衛星画像上で草本植物や裸地と区別することが難しい。研究チームは、内モンゴル自治区シリンホト周辺を対象に、空間解像度3メートルのPlanetScope衛星画像を15日間隔で取得し、深層学習モデルU-Netによって低木の分布を推定した。季節による低木と草本植物の生育時期の違いを利用することで、単一時期の衛星画像と比較して、低木被覆率の変動を説明する決定係数(R²)が約17%向上した。また、細分化された低木群落の形状も良好に捉えた。本手法は、草原の植生変化の監視や牧草地管理、生態系保全に役立つことが期待される。

季節ごとの衛星画像を利用して内モンゴル草原の低木侵入をマッピング  (Researchers Use Seasonal Satellite Imagery to Map Shrub Encroachment in Inner Mongolia Grasslands)
Shrub cover estimated from PlanetScope imagery using U-Net and from Sentinel-2 imagery using XGBoost. (Image by AIRCAS)

<関連情報>

PlanetScopeの時系列データと深層学習を統合した、半乾燥ステップにおける低木侵入のモニタリング Integrating PlanetScope time-series and deep learning for monitoring of shrub encroachment in semi-arid steppes

Chaochao Chen,Hengcong Yang,Gaoke Yueliang,Bingbing Wang & Xiaosong Li
International Journal of Digital Earth  Published: 18 Sep 2026
DOI:https://doi.org/10.1080/17538947.2026.2724759

Abstract

Shrub encroachment threatens the functioning and livestock productivity of arid and semi-arid grasslands, yet accurate shrub-cover estimation remains difficult because shrub crowns are small, fragmented, and mixed with herbaceous vegetation and soil. We developed a fine-scale mapping framework combining 3-m PlanetScope time-series imagery with U-Net in Xilinhot, Inner Mongolia. Fifteen-day composites from May to October captured seasonal differences, while a composite loss function addressed sparse and imbalanced labels. On the within-plot test set, the model achieved R2 = 0.649, RMSE = 0.055, MAE = 0.036, and Bias = 0.003. Leave-one-plot-out validation yielded a mean R2 of 0.411 ± 0.188 across shrub-covered plots. Compared with a late-June single-period input, the full time series increased R2 by 16.73% and reduced high-cover underestimation and overprediction in shrub-free hay meadows. U-Net preserved more fine-scale spatial variation than conventional pixel-based models. At a common 10-m scale, PlanetScope/U-Net achieved R2 = 0.825 and RMSE = 0.031, versus 0.702 and 0.041 for Sentinel-2/XGBoost, reflecting both spatial resolution and modelling strategy. The framework shows promise for regional monitoring, although native-scale smoothing and limited independent validation remain important constraints.

1206農村環境
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