基于多源高分辨率遥感数据的月海撞击坑时空分布特性研究

Impact craters are the predominant geomorphological features on the lunar surface. Their shape and distribution provide important information on lunar surface geology. Previous studies on crater-based surface age estimation have been mainly based on relatively large craters due to the low-resolution datasets, which leads to uncertainties in the results. Previous related studies also seldom focused on the spatial-temporal characteristics of lunar craters. Based on the multi-source high-resolution lunar remote sensing datasets collected in recent years, this project plans to study impact craters of smaller size and in greater detail to improve the reliability of surface age estimation, and further investigate the spatial-temporal characteristics of craters on typical lunar maria based on the derived spatial and temporal information. The key research objectives include: (1) To develop effective methods to co-register multi-source remote sensing datasets, and based on that to extract detailed spatial information of craters from the fusion of imagery and DEM data; (2) To investigate effective methods for secondary crater detection and filtering, and integrate the approaches of crater size-frequency distribution and crater degradation analysis with relatively small craters for improved lunar surface age estimation; (3) To develop uncertainty-based spatial-temporal analysis approaches to investigate the spatial-temporal characteristics of crater distribution and morphological characteristics, for better understanding and knowledge discovery of lunar surface geology. The research and discoveries from this project will facilitate the advancement of lunar and planetary science. It will also provide theory support and valuable datasets to China’s future lunar exploration missions.

月表撞击坑的形态、分布蕴含了月球形貌与地质演化的重要信息。以往基于撞击坑的地质年代分析由于观测数据所限，主要基于较大型的撞击坑，其结果具有较大的不确定性；以往的相关研究也很少关注撞击坑时空一体的分布特性。本项目基于近年来获取的月球多源高分辨率遥感数据，针对典型月海区域，研究利用较小型的撞击坑来提高地质年代分析的可靠性，进而基于撞击坑的时间与空间属性研究其时空一体的分布特性。主要内容包括: (1)研究多源遥感数据之间的配准，融合影像与DEM精细提取撞击坑；(2)研究次级撞击坑的检测与过滤，集成基于较小型撞击坑的尺寸-频率分布方法与撞击坑退化方法，提高地质年代分析的可靠性；(3)研究顾及不确定性的时空分析策略，分析撞击坑时空一体的分布特性，更有效地揭示月表形貌与地质演化的信息与规律。本项目的探索与研究将促进月球与行星科学相关方面的发展，研究成果将为中国未来的月球探测任务提供理论方法和数据支撑。

月表撞击坑的形态、分布蕴含了月球形貌与地质演化的重要信息。以往基于撞击坑的地质年代分析由于观测数据所限，主要基于较大型的撞击坑，以往的相关研究也很少关注撞击坑时空一体的分布特性。本项目基于近年来获取的月球多源高分辨率遥感数据，研究利用较小型的撞击坑来提高地质年代分析的可靠性，进而基于撞击坑的时间与空间属性研究其时空分布特性。本项目首先研究了月球多源高分辨率遥感数据的有效配准方法，研究了基于主动机器学习的撞击坑自动提取方法。在此基础上，构建了新一代月球撞击坑数据库LU1319381，包含约132万个直径1公里以上撞击坑及其三维形态信息。针对月表地质单元的年龄分析，本项目研究了次级坑的自动检测方法，研究包含小型撞击坑的尺寸-频率分布进行年龄分析的有效性，并与基于撞击坑退化的方法相集成，提高月表年龄分析的可靠性。针对典型的月海—东海盆地与嫦娥四号、嫦娥五号着陆区，分析了其撞击坑的空间分布特征与表面年龄。基于全月撞击坑数据库，分析了月海与高地的撞击坑不同空间分布特征，研究了不同地质年代大型撞击盆地内撞击坑的时空分布特性。开发了上述方法与算法软件原型系统，并在嫦娥四号、嫦娥五号着陆区地形地貌分析与研究中得到了应用。本项目的探索与研究促进月球与行星科学相关方面的发展，研究成果为中国未来的月球探测任务提供理论方法和数据支撑。