全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布

1、第34卷第3期2015年3月Vol.34, No.3Mar. 2015地理科學(xué)進(jìn)展Progress in Geography全月球撞擊坑識(shí)別.分類(lèi)及空間分布王嬌叫程維明I,周成虎I(I.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家乘點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049)摘 要:撞擊坑是月球表面分布廣泛的地貌單元,是研究月球的最直接窗口。本文以嫦娥一號(hào)衛(wèi)星獲取的遙感影 像和DEM,以及國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)(】AU)公布的撞擊坑名錄為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源.以全月球表面撞擊坑為研究對(duì)象,采用 遙感圖像處浬與專(zhuān)家知識(shí)融合的目視解譯法確定撞擊坑的邊界,識(shí)別出全月球表面直徑大于500

2、 m的撞擊坑共計(jì) 106030個(gè)，采用累積頻率和與IAU公布捕擊坑對(duì)比兩種方法對(duì)目視解譯的撞擊坑進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，其識(shí)別的總體誤 差率為10.97%;按照形態(tài)特征指標(biāo)，將全月球撞擊坑分為六大類(lèi),對(duì)比分析了不同類(lèi)的撞擊坑影像及形貌差異性; 對(duì)全月球揃擊坑分類(lèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得岀了不同類(lèi)型撞擊坑在月球表面的數(shù)鈕與密度待征及空間分布情況。關(guān)鍵詞:嫦娥一號(hào);撞擊坑識(shí)別;分類(lèi);分布特征第34卷第3期2015年3月Vol.34, No.3Mar. 2015第34卷第3期2015年3月Vol.34, No.3Mar. 2015收積日期：2014；修訂日期：2015-02o基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(411713

3、32)0作者簡(jiǎn)介:干嬌(1990-).女.寧賤人.博士生.主萼研究方向?yàn)樾行菙?shù)字地貌.E-mail: wjiao。通訊作者:程維明(1973)，男,甘肅人，副研究員，主要從事地貌學(xué)研究,E-mail: chengwm。引用格式:王嬌.程錐明.周成虎.2015.全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布卩.地理科學(xué)進(jìn)帕34(3): 330-339. Wang J, Cheng W M, Zhou C H. 2015. A global inventory of lunar craters: identification, classification, and distribution卩.Progress

4、 in Geography. 34(3): 330-339. DOI: IO.!l82O/dlkxjz.2O15.O3.OO8330-339頁(yè)1引言布滿月球表面的大大小小、密密麻麻的撞擊 坑,是包括環(huán)形山、輻射紋及與撞擊坑有關(guān)的隆起 的圓形凹坑構(gòu)造。因月表幾乎沒(méi)有大氣層保護(hù)，且 無(wú)風(fēng)、水的侵蝕和月質(zhì)活動(dòng)微弱，所以得以較完整 的保存(歐陽(yáng)自遠(yuǎn),2005),而成為研究行星地質(zhì)學(xué)的 一把鑰匙，在行星地質(zhì)學(xué)研究中具有重要的地位 (岳宗玉等,2012)。同時(shí)，月表撞擊坑的形成過(guò)程、 形態(tài)特征及空間分布等從不同的方面為人們提供 了研究月球演化歷史的線索和方法(Huang et al, 2009)o因此，隨

5、著空間探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用 載人和不載人航天器對(duì)月球進(jìn)行探索成為世界各 國(guó)的研究熱點(diǎn)(Rosiek et al, 2002)o中國(guó)于2007年 發(fā)射了第一顆繞月衛(wèi)星嫦娥一號(hào)，利用其上搭載的 大面陣CCD立體相機(jī)和激光高度計(jì)獲取了覆蓋完 整、層次豐富、分辨率一致的全月球影像數(shù)據(jù)和制 作DEM模型的測(cè)髙數(shù)據(jù)，為撞擊坑的研究提供了 更精確的數(shù)據(jù)資料。對(duì)于撞擊坑的識(shí)別及形貌特征前人作了廣泛的研究。撞擊坑的識(shí)別經(jīng)歷了利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)手 繪、利用衛(wèi)星遙感圖像數(shù)據(jù)人工提取和利用海量 高分辨數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別三個(gè)階段,撞擊坑的識(shí)別方法 在不斷創(chuàng)新進(jìn)步。從數(shù)據(jù)源來(lái)看，目前關(guān)于撞擊坑 的識(shí)別方法有140種之多(Sal

6、amunidca et al, 2012a),其中82種是基于遙感影像進(jìn)行的,39種是 基于DEM進(jìn)行的，還有16種方法融合了 DEM和遙 感影像，只有3種方法采用了其他類(lèi)型的影像。在 這些方法的基礎(chǔ)上又拓展出了7種基于遙感影像的 方法(Cross, 1988; Taud et al, 1992; Burl et al, 2011; Bandeira et al, 2012; Pedrosa et al, 2012; Troglio et al, 2012; Wang et al, 2013)和 4 種與 DEM 有關(guān)的識(shí) 別方法(Salamunicca et al, 2012, 2012b,

7、 2012c; Wan etal, 2012)o撞擊坑的識(shí)別主要是基于遙感影像進(jìn) 行的，這是因?yàn)榭捎玫淖矒艨訑?shù)據(jù)大部分來(lái)源于遙 感影像。第二大類(lèi)識(shí)別方法則是基于DEM進(jìn)行 的,原因是對(duì)于行星探測(cè)，太陽(yáng)、傳感器和月球相對(duì) 位置的變化會(huì)引起光線照射方向和陰影面積變化, 從而引起基于遙感影像的識(shí)別方法出現(xiàn)較大誤差, 而基于DEM的識(shí)別方法不受太陽(yáng)、傳感器和月球 第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布333相對(duì)位置的影響，并且能直接自動(dòng)提取不同撞擊坑 的形態(tài)特征。融合遙感影像和DEM的識(shí)別方法是 一種富有挑戰(zhàn)性的方法，因?yàn)橥ǔ＿m用于遙感影像 的識(shí)別方法不適用于DEM,反之亦然。從識(shí)別方 式來(lái)看

8、，確定撞擊坑邊界的方法主要分為兩大類(lèi): 人工識(shí)別和自動(dòng)識(shí)別。雖然自動(dòng)識(shí)別可省時(shí)省力， 但總體不能滿足精細(xì)研究撞擊坑形態(tài)特征的要求, 存在識(shí)別精度低、識(shí)別范圍窄、識(shí)別形態(tài)單一等缺 點(diǎn),不能準(zhǔn)確研究撞擊坑特征。撞擊坑識(shí)別后，再 對(duì)撞擊坑進(jìn)行科學(xué)的分類(lèi),以便后續(xù)撞擊坑形態(tài)特 征研究工作的開(kāi)展。為了對(duì)撞擊坑分類(lèi)進(jìn)行系統(tǒng) 性研究,前人對(duì)撞擊坑的不同類(lèi)型作了歸并,如表1 (Baldwin, 1949; Arthur et al; 1963;中野繁，1970;小 森長(zhǎng)生,1971; Wood et al, 1978; Heiken et al, 1991; StOffler et al, 2006;何姝瑁等

9、,2012)。前人的形態(tài) 學(xué)分類(lèi)雖然較為細(xì)致，但是有些撞擊坑沒(méi)有明顯的 分類(lèi)界限，例如有的撞擊坑既可劃入第一類(lèi)也可以 劃入第二類(lèi)。同時(shí)，對(duì)撞擊坑的這些研究大多以典 型區(qū)為示范進(jìn)行研究，有關(guān)全月球范圍內(nèi)撞擊坑的 識(shí)別、形態(tài)特征、空間分布分析等研究尚未見(jiàn)報(bào)道。鑒于以上撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)和空間分布分析存 在的問(wèn)題，本文基于嫦娥一號(hào)衛(wèi)星獲取的全月遙感 影像和DEM,采用遙感圖像處理與專(zhuān)家知識(shí)融合 的目視解譯法進(jìn)行全月球撞擊坑的提取，并用累積 頻率和與IAU公布撞擊坑對(duì)比兩種方法對(duì)全月球 描擊坑精度評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上對(duì)識(shí)別的全月球撞擊 坑按多指標(biāo)綜合的方法進(jìn)行分類(lèi)，并分析各類(lèi)撞擊 坑在全月表的數(shù)量、規(guī)模和密

10、度等空間差異性，該 研究可為后續(xù)月球的各方面深入研究提供全面的 資料,是一項(xiàng)有價(jià)值的基礎(chǔ)性工作。2數(shù)據(jù)源分類(lèi)者施擊坑類(lèi)型Baldwin影子型廢墟型邊界破損邊界模糊邊界清晰LPL分類(lèi)第六類(lèi)第五類(lèi)第四類(lèi)第三類(lèi)第二類(lèi)第一類(lèi)中野繁周壁平原山環(huán)環(huán)狀平原凹坑平原凹坑小凹坑淺坑潛坑小森長(zhǎng)生克拉維型哥白尼型阿基米德型碗形酒窩WoodTYC型TRI5J!SOS型BIO型ALC型Heiken撞擊盆地(亞3類(lèi))復(fù)雜播擊坑(亞5類(lèi))簡(jiǎn)單播擊坑StOffler撞擊盆地復(fù)雜撞擊坑簡(jiǎn)單撞擊坑何姝卑月海殘留型復(fù)雜型同心環(huán)型中央隆起型平底型碗型簡(jiǎn)單型表1損擊坑分類(lèi)Tab.l Classification of lunar cr

11、aters探測(cè)器國(guó)家數(shù)據(jù)類(lèi)型分辨率投影說(shuō)明橢娥號(hào)中國(guó)全月球三線陣攝影500 m簡(jiǎn)單圓柱是由塢娥一號(hào)探測(cè)器CCD立體相機(jī)獲取的前視、下視和后視影像數(shù)測(cè)址數(shù)字高程模型據(jù)經(jīng)三線陣數(shù)字?jǐn)z影測(cè)盤(pán)處理制作而成。模型的高程基準(zhǔn)為半徑為(DEM)1737.4 km的正球體衷面采用均地極軸坐標(biāo)系。高程中誤®I20m. 平面中誤差192 m0全月球正射彭像圖120 m簡(jiǎn)單圓柱使用嫦娥一號(hào)分辨率為500 m的數(shù)字髙程模取對(duì)立體相機(jī)的下視 CCD形像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正后制作而成。圖幅覆燈18(r>W18(FE, 90°N90°S,平面定位中誤差為192 mo表2嫦娥一號(hào)數(shù)據(jù)介紹Tab

12、.2 The Chang'dataset本文所使用的影像圖和DEM(Digital Elevation Model)數(shù)據(jù)來(lái)自嫦娥一號(hào)的CCD三線陣推掃式相 機(jī)。DEM經(jīng)三線陣數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量處理制作而成， 空間分辨率為500 m,平面中誤差192 m,高程中誤 差120 m；影像圖使用DEM對(duì)立體相機(jī)的下視CCD 影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正后制作而成，空間分辨率約 為120 m,平面定位中誤差為192 m(表2,圖1)(李春 來(lái)等,2010)。用于數(shù)據(jù)精度評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)際 天文學(xué)聯(lián)合會(huì)(International Astronomical Union, IAU)公布的撞擊坑名錄數(shù)據(jù)。IAU公布

13、的月球撞 擊坑名錄數(shù)據(jù)包括8990個(gè)撞擊坑,其中有43個(gè)撞 擊坑的直徑小于500 m,其一致性和通用性得到天 文學(xué)界認(rèn)可。受嫦娥一號(hào)制作的全月球影像圖和 DEM數(shù)據(jù)精度控制，因此本文采用直徑M500 m的 8947個(gè)撞擊坑數(shù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。撞擊坑名錄數(shù)據(jù)高程/m 1061166033500 kmI圖1全月DEM圖(圖匕標(biāo)記出了文中表4、圖3在月球上的位置)Fig.l Global lunar DEM model (the location of Table 4 and Fig.3 teahires are marked on the map)2595-1414-5422-9430庫(kù)主要包含撞擊坑

14、的名稱、位置及直徑等屬性，數(shù) 據(jù)為CSV格式，可以轉(zhuǎn)換為ArcGIS可用的shapefile 格式。考慮到投影變形的影響，在識(shí)別撞擊坑的過(guò) 程中采用能定義所有局部形狀的墨卡托投影，以保 證所解譯的撞擊坑形態(tài)精確而清晰。3全月球撞擊坑形態(tài)識(shí)別和精度評(píng)價(jià)3.1形態(tài)識(shí)別撞擊坑識(shí)別是研究撞擊坑形念特征的基礎(chǔ)，邊 界準(zhǔn)確與否會(huì)影響形態(tài)指標(biāo)的計(jì)算。本文用遙感 圖像處理與專(zhuān)家知識(shí)融合的目視解譯法確定撞擊 坑的邊界，以保證準(zhǔn)確地識(shí)別出各種類(lèi)型的全月球 撞擊坑，目視解譯過(guò)程包括數(shù)據(jù)源預(yù)處理、地形指 標(biāo)計(jì)算、多指標(biāo)綜合的目視解譯、撞擊坑邊界的整 飾（圖2）。為展示撞擊坑提取效果，本文選擇撞擊坑 類(lèi)型多樣、數(shù)量豐富

15、區(qū)域?yàn)槭痉秴^(qū)（圖3）,其經(jīng)緯度 范圍為:56°67°S, 51 °79°E，總面積約 6x 10 km2, 全月球撞擊坑提取的具體流程和步驟如下：（1）撞擊坑邊界定義。為坑口處坡度發(fā)生突變 的點(diǎn)的連線，即其周邊撞擊濺射物形成的坡積裙、 火山口噴發(fā)形成的堆積物等都不包括在邊界范圍 內(nèi)，這樣可以保證所有的撞擊坑邊界都是基于月表 形態(tài)所確定,減少人為主觀因素的干擾。（2）全月球影像和DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理。受分辨 率、信噪比、相位角等差異對(duì)影像數(shù)據(jù)的影響,對(duì)邊 界確定、屬性計(jì)算過(guò)程用到的影像和DEM數(shù)據(jù)進(jìn) 行噪音濾波、邊緣消除、壞線和塊地形消除、空值填 充等數(shù)據(jù)處理

16、（圖3a）。圖2撞擊坑識(shí)別流程圖Fig.2 Schematic flow chart of the implemented procedure for the extraction of craters（3）基于DEM數(shù)據(jù)的地形指標(biāo)輔助判別撞擊 坑邊界。目前利用DEM數(shù)據(jù)可獲得諸多地形指 標(biāo)，如坡度和剖面曲率，這些信息可輔助典型地貌 特征邊界的提取。為保證撞擊坑邊界確定的精確 性，本研究基于嫦娥一號(hào)的DEM數(shù)據(jù)，獲得撞擊坑 的坡度（圖3b）和剖面曲率（圖3c）等地形屬性，并將 這些屬性融合（圖3d）后，可獲得撞擊坑的大致邊界 輪廓（Grosse et al, 2012）（圖3e）,計(jì)算公式為:

17、B=S SnonmhKd *(1 -/)爲(wèi)t =(P-PP嚴(yán)式中仏為邊界描述層J為剖面曲率（Pzz:歸一 值;凡沁最小值;幾*范圍值）,S為坡度（Szw：歸一值;Sm：最小值;5吋：范圍值）,/為權(quán)重因子，值在 31之間,具體值的選定要根據(jù)地形情況而定，本文 通過(guò)實(shí)驗(yàn)選定戶0.8,提取效果最佳。（4）撞擊坑邊界整飾:基于遙感影像的紋理、色 調(diào)差異，輔助于DEM獲得的坡度和剖面曲率等地 形指標(biāo)融合值，目視已解譯岀全月球表面的所有直 徑大于500 m的撞擊坑（在1:25萬(wàn)尺度上解譯）。在 解譯過(guò)程中,對(duì)于邊界較清晰的撞擊坑,DEM計(jì)算 的地形指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)邊界輪廓的識(shí)別；對(duì)于邊界不是 很清晰的較老較大

18、撞擊坑，遙感影像上的紋理和色 調(diào)可幫助判斷。受DEM計(jì)算地形指標(biāo)提取算法的 影像,部分撞擊坑邊界不是很圓滑,故要對(duì)撞擊坑 邊界進(jìn)行平滑處理，以消除撞擊坑邊界上的鋸齒 （圖 3f）。3.2精度評(píng)價(jià)為了檢驗(yàn)撞擊坑的識(shí)別精度，對(duì)識(shí)別結(jié)果采用 兩種方法進(jìn)行檢驗(yàn)。一種方法是對(duì)幾何誤差的評(píng) 價(jià)。在確定撞擊坑邊界的過(guò)程中，誤差主要來(lái)源于 數(shù)據(jù)處理與幾何誤差，第二部分已經(jīng)說(shuō)明數(shù)據(jù)處理 已使誤差最小化，只要驗(yàn)證幾何誤差在一定精度范 圍內(nèi)（限定在15%20%）,就說(shuō)明數(shù)據(jù)精度達(dá)到了要 求。幾何誤差又叫面積量算誤差，包括多邊形的大 小、形狀與位置誤差（陳建軍等,2007）。IAU公布的 撞擊坑名錄數(shù)據(jù)均勻的分布在月

19、球表面，并且包含 各個(gè)直徑范圍內(nèi)的數(shù)據(jù),因此本文選取IAU公布的 撞擊坑名錄數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證樣本,人工矢就化數(shù)據(jù)作 為實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。由于遙感影像對(duì)不同 大小撞擊坑的顯示效果不同，故按撞擊坑直徑分層 進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)撞擊坑的不同類(lèi)型,將其按照直徑 分為 0.52、218、1834、34-113、113-604 和 > 604 km 6個(gè)等級(jí)，分別用播擊坑宜徑誤差式（2）及誤差 率式（3）來(lái)表示精度大小，而直徑的誤差和誤差率代 表的是每個(gè)直徑范圍內(nèi)的平均程度。驗(yàn)證結(jié)果如 表3所示°Y=E/AV（3）式中:E為誤差/km, Y為誤差率/%九為IAU直徑/km, 嵐為矢量化直徑/km

20、。圖3撞擊坑邊界提取(a.影像圖;b.坡度圖;c.坡面曲率圖;d.玻度與剖面曲率疊加結(jié)果；e.坡度與剖面曲率疊加提取撞擊坑的邊界;f.利用影像對(duì)提取的邊界進(jìn)行修正)Fig.3 Detection of craters (a. subdivision remote sensing image; b. slope in degree; c. profile curvature; d. the weightedcombination of slope and profile curvature; e. boundary of craters detected from the combination

21、 of slope and profile curvature;f. correctly extracted boundary with image)另一種方法是利用識(shí)別結(jié)果的累積頻率曲線 和IAU公布數(shù)據(jù)的累積頻率曲線作對(duì)比，來(lái)檢驗(yàn)識(shí) 別結(jié)果的準(zhǔn)確性。將所識(shí)別的106030個(gè)撞擊坑與 IAU公布的撞擊坑分別繪制累積頻率曲線，如圖4 所示。撞擊坑直徑/km !矢化數(shù)個(gè)所占比例/%IAU直徑/km矢啟化宜徑/km誤差/km誤差率/%總體誤差/km總體誤差率/%0,21426113.451.171.46Q2924.792187704672.669.256.852.4025.95143486638.

22、1725.4324.001.435.6215.5110.973411349894.7157.6656.651.011.75113-60410090.95199.36199.690.3307>604620.061160.251072.6687.597.55表3幾何精度評(píng)價(jià)Tab3 Geometrical evaluation result從表3和圖4對(duì)比，可以看出:矢議化的撞擊 坑邊界除了直徑介于0.52 km范圍內(nèi)的大于IAU 公布外，其余均小于IAU公布的數(shù)據(jù)。這主要是因 為IAU公布的數(shù)據(jù)一部分來(lái)自于望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，由于 觀測(cè)者的主觀原因以及望遠(yuǎn)鏡視野的局限性，直徑 介于0.52 km范

23、圍的撞擊坑在望遠(yuǎn)鏡中難以清晰 辨別其邊界而存在較大觀測(cè)誤差，使得所量測(cè)觀察 的撞擊坑范圍小于基于遙感影像和DEM識(shí)別的結(jié) 果。大于18 km直徑范圍內(nèi)的矢量化結(jié)果精度 高,誤差在10%以下，滿足精度要求,這是因?yàn)樵诖?范圍內(nèi)的撞擊坑邊界雖然不規(guī)則，但是從DEM和 影像上都能明顯識(shí)別。直徑介于0.52 km的撞 擊坑邊界誤差大于20%,精度較低，除上文中提及 的原因外，通過(guò)位置匹配檢査,是由直徑介于0.52 km 之間的撞擊坑位置與IAU公布的相差較大所引起 的。在1:25萬(wàn)尺度上在DEM衍生的坡度和曲率加 權(quán)融合的底圖上確定0.5-2 km的撞擊坑邊界所包圖4撞擊坑累積頻率曲線 (LU1060

24、30.LUIAU9003分別指識(shí)別的、IAU公布的播擊坑累積頻率)Fig.4 Cumulative frequency curve of craters (LU 106030: curve of detected craters; LUIAU9003: curve of craters from IAU)圍的面積較小，在ArcGIS中通過(guò)Join by spatial lo- cation”匹配矢量化的面數(shù)據(jù)與IAU公布的點(diǎn)數(shù)據(jù), 點(diǎn)通常不落在面內(nèi)，容易岀現(xiàn)“一點(diǎn)多面”的情況而 出現(xiàn)較大誤差。介于2-18 km的直徑范圍內(nèi)誤 差最大，在撞擊坑直徑小于18 km處兩頻率曲線有 一些明顯差異，出現(xiàn)

25、這種現(xiàn)象的原因是累積誤差所 致。介于218km范圍內(nèi)的小規(guī)模碗型撞擊坑是 所有撞擊坑類(lèi)型中數(shù)量最多的撞擊坑，相對(duì)于其他 類(lèi)型，多數(shù)量的累積使得誤差放大；另外,2-18 km 的碗型撞擊坑坑深較淺,在DEM難分辨也是造成 誤差的原因之一?？傮w來(lái)說(shuō)，矢量化的平均誤差 只有15.51 bn,誤差率10.85%,也在限定的精度范 圍內(nèi)，且兩累計(jì)頻率曲線走勢(shì)相近，所以通過(guò)此方 法識(shí)別的106030個(gè)撞擊坑數(shù)據(jù)精度符合要求，可有 效使用。4全月球撞擊坑分類(lèi)本文在提取撞擊坑邊界的基礎(chǔ)上，遵循形態(tài)特 征為主導(dǎo)，分類(lèi)指標(biāo)定量化（直徑閾值），分類(lèi)體系完 備化三大原則，按多指標(biāo)（撞擊坑的直徑大小、坑緣 的破壞情況、

26、是否有階梯狀坑壁、是否有中央峰以 及后續(xù)疊加的撞擊坑的數(shù)就）綜合的方法,首先將 撞擊坑的直徑以5 km為等間隔劃分，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然 后在各個(gè)直徑范圍內(nèi)分析坑緣的破壞情況（參考圓 度指標(biāo)）、是否有階梯狀坑壁、是否有中央峰以及后 續(xù)疊加的撞擊坑的數(shù)量，根據(jù)這四個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)的直 徑臨界值對(duì)等間隔的直徑范圍作歸并、分裂等調(diào) 整,最終得到微狀酒窩型、小規(guī)模碗型、中等凹坑平 原型、大環(huán)狀平原型、特大復(fù)雜型、月海殘留型等六 種類(lèi)型撞擊坑的直徑閾值及形態(tài)特征（表4）。（1）月海殘留型撞擊坑。直徑一般大于604 km, 但在各個(gè)直徑范圍內(nèi)也有散布。此類(lèi)撞擊坑形成 年代久遠(yuǎn),坑壁嚴(yán)重崩塌或有若干小型坑散布，邊第3期王

27、嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布#第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布335表4損擊坑分類(lèi)及特征對(duì)比Tab.4 Morphological characteristic of different types of lunar craters第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布#撞擊坑類(lèi)型 萬(wàn)海殘留型 幢擊坑影像待征待征描述掩擊坑類(lèi)型影像待征P 200 km大壞狀半原 也撞擊坑科迪勒爾(Montes Cordil- lera)直徑 963.5 km 位 S 17.5°S.81.6°Wt 形成 年代久遠(yuǎn)邊界幾乎辨 認(rèn)不清坑底平坦且部 分被熔巖填充坑壁、

28、坑 底有二次掩擊坑散布。待大復(fù)雜 刊撞擊坑黑爾(Hale). 1183 km.中等凹坑位置 74.2°S.90.8°Et 有平驚或播多層梯壁坑口邊界呈擊坑圓角不規(guī)則形有廣闊平坦的坑底有中央峰，待征描述 施羅丁格爾(SchrOding. er) 直輕312 km 位置 75.0°SJ32.4°EW,典型 的多峰環(huán)撞擊坑坑底 平坦且保存有熔巖流動(dòng) 的痕跡坑壁、坑底有二 次掩擊坑做:布。阿爾帰拉徳納斯(AlfU ganus),直徑 20 km 位 W5.4°SJ9.0°Ef 坑口接 近圓形坑淺坑壁窄. 內(nèi)側(cè)斜坡較陡且光滑坑 底平坦、面積較大

29、坑童 和坑底的分界線明顯7第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布#小規(guī)模碗型 掩擊坑卡薩圖斯(Casatus C)it 徑 17 km 位 » 72.2° S. 30.2° W.坑口光滑無(wú)坑 壁較光滑且新鮮上抬 呈碗型坑變與坑底之 間沒(méi)右明確的分界連 成一體。微狀酒窩 型W?擊坑010 km敢布于月海區(qū).像柔軟 的沙面上用指頭壓出的 形狀。第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布#第3期王嬌爭(zhēng)：全月球撞擊坑識(shí)別、分類(lèi)及空間分布339界幾乎難以識(shí)別，坑底平坦且直徑較大，坑的形狀 很不規(guī)則，大面積被熔巖漿覆蓋，在影像上反射率 低、顏色深。如雨海。特大復(fù)雜

30、型撞擊坑。直徑一般為11354 km, 正視坑口呈圓齒狀不規(guī)則多邊形，環(huán)形山包圍著大 平原，坑壁一般呈階梯狀，坑底有中央峰且其周?chē)?會(huì)出現(xiàn)同心環(huán)。其中在113175 km范圍內(nèi)，坑底有 中央峰，其周邊有斷斷續(xù)續(xù)的峰環(huán);175-450 km的 撞擊坑峰環(huán)發(fā)育完全，無(wú)中央峰，大于400 km時(shí)，峰 環(huán)有多層。部分坑底被基性熔巖所填充，或出現(xiàn)斷 裂；坑底和坑壁多見(jiàn)次生撞擊坑，其正視形狀多樣 且伴有新鮮亮條紋;這類(lèi)撞擊坑在DEM上的邊界 線較為明顯。如施羅丁格爾撞擊坑。(3) 大環(huán)狀平原型撞擊坑。直徑34113 km,有 多層梯壁，坑口邊界呈圓角不規(guī)則形，有廣闊平坦 的坑底，有中央峰,>80km

31、的撞擊坑會(huì)在中央峰周 邊出現(xiàn)同心環(huán)，坑壁有大面積的崩塌，平坦的坑底 會(huì)被坑壁的崩塌物所覆蓋，有梯級(jí)坑壁出規(guī)。如黑 爾、哥白尼、第谷等撞擊坑。(4) 中等凹坑平原型撞擊坑。直徑1834 km, 坑口接近圓形，坑淺坑壁窄，坑壁外側(cè)斜坡平緩, 內(nèi)側(cè)斜坡較陡且光滑，偶爾有階梯狀坑壁,坑底平 坦、面積較大,坑壁和坑底的分界線明顯。如阿爾 弗拉徳納斯、麥克盧爾等撞擊坑。(5) 小規(guī)模碗型撞擊坑。宜徑218 km,坑底直 徑與坑唇直徑比例較小，有光滑坑口，無(wú)梯壁或內(nèi) 部崩塌，坑壁較光滑且新鮮，上抬呈碗型，坑壁與坑 底之間沒(méi)有明確的分界連成一體。如卡薩圖斯、庫(kù) 克等撞擊坑°(6) 微狀酒窩型撞擊坑。

32、此類(lèi)撞擊坑直徑為 0.5-2 km,多散布于直徑較大的撞擊坑的坑壁、坑 底、坑唇處，在月海區(qū)特別發(fā)育，坑壁很少上抬，像 柔軟的沙面上用指頭壓出的形狀(中國(guó)科學(xué)院貴陽(yáng) 地球化學(xué)研究所，1977)。如勒維尼爾等撞擊坑。5全月球撞擊坑分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析以ArcGIS為工作平臺(tái)，利用SPSS軟件工具， 對(duì)通過(guò)梢度評(píng)價(jià)合格的全月球撞擊坑數(shù)據(jù)進(jìn)行初 步分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析以明確不冋類(lèi)型撞擊坑的數(shù)短特 征及空間分布情況，從而為月球撞擊坑的研究提供 方便、全面的數(shù)據(jù)資料。從圖5可以看岀撞擊坑遍布月球表面,不同類(lèi) 型的撞擊坑在月球表面不同空間位置聚集。經(jīng)計(jì)算,做狀泊衣型小觀咬碗型30°卜屮等M坑平廉醴大環(huán)狀平廉型0

33、M將人址雜性J1海歿射單3o°sr、g：yX.*7£ I"、-4圖5不同類(lèi)型撞擊坑全月球分布圖Fig.5 Different types of craters on the lunar surface2000 km撞擊坑的分布面積占月球表面積的40%,而全月球 撞擊坑的累積坑口面積是月球表面積的3.32倍。結(jié)合表5的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):撞擊坑數(shù)量 隨宜徑增大而顯著減少,即撞擊坑數(shù)量與直徑呈較 強(qiáng)的反相關(guān)關(guān)系，表明月球表面小型撞擊事件的發(fā) 生概率遠(yuǎn)大于大型撞擊事件的發(fā)生概率，這與歐陽(yáng) 自遠(yuǎn)等（2002）在單位月面上對(duì)環(huán)形坑數(shù)量與宜徑的 關(guān)系研究結(jié)果相符合;小規(guī)模碗型撞

34、擊坑是最主 要的撞擊坑類(lèi)型，數(shù)量最多，占比72.66%,密集分布 在月球的東南位置，空間密度達(dá)20.28/萬(wàn)km：；月 海殘留型撞擊坑僅占比0.06%，是最少的撞擊坑類(lèi) 型，主要分布在接近月球南極的西南位置;月海 殘留型、特大復(fù)雜型、大環(huán)狀平原型撞擊坑所占的 比例均小于5%,相比于月球表面的其他空間位置， 這三類(lèi)撞擊坑更多的分布在月球的南北兩級(jí)。月球的主要地貌類(lèi)型分為月海和月陸,前人統(tǒng) 計(jì)得出月球正面月海的面積約為622萬(wàn)knV（周增坡 等,2012）,本文按照反照率和地形的差異解譯出全 月球的月海面積約723萬(wàn)km?。分析分布在月海上 的14676個(gè)各類(lèi)型撞擊坑（表6）,可以發(fā)現(xiàn):其整 體分

35、布趨勢(shì)與撞擊坑在全月球表面的相似，均為隨 著直徑的增大，撞擊坑數(shù)最越少，小規(guī)模碗型撞擊 坑仍然占主導(dǎo)地位，月海殘留型撞擊坑數(shù)量最少； 在月海區(qū)域微狀酒窩型撞擊坑數(shù)量增加，接近小 規(guī)模碗型撞擊坑的數(shù)量，所占比例為40.02%,且比 全月和月陸的分布密度都大，說(shuō)明微狀酒窩型撞擊 坑主要分布在月海區(qū)域;相比于全月面和月陸， 月海殘留型撞擊坑在月海區(qū)域各類(lèi)型撞擊坑中比 例最高，說(shuō)明這種類(lèi)型的撞擊坑主要分布在月海區(qū) 域;總體空間密度較全月球總體密度小,說(shuō)明月 海區(qū)域撞擊坑分布相對(duì)稀疏。掩擊坑類(lèi)型直輕范圍/km數(shù)甌個(gè)百分比/%空間密度/萬(wàn)km，總密度/萬(wàn)km，月海殘留型>604620.060.02特

36、大復(fù)雜羽113-60410090.950.27大環(huán)狀平原型3411349894.711.3197 0中等凹坑平原28小規(guī)模碗型2-187704672.6620.28澈狀酒窩型0.5-21426113.453.75表5全月球撞擊坑分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistical analysis of different types of craters月球表面積約為3800萬(wàn)kn?,其中根據(jù)統(tǒng)計(jì)月 陸面積約3077萬(wàn)km',占月球表面的81%。分析分 布在月陸上的91354個(gè)各類(lèi)型撞擊坑（表7）,可以發(fā) 現(xiàn):小規(guī)模碗型撞擊坑是主要分布類(lèi)型,所占比 例達(dá)75.58%

37、,空間密度為22.44/萬(wàn)kn?,說(shuō)明小規(guī)模 碗型撞擊坑主要分布在月陸區(qū)域;次要類(lèi)型中等 凹坑平原型和微狀酒窩型的數(shù)量相差不大，數(shù)量分撞擊坑類(lèi)鳳直徑范圍/km數(shù)勵(lì)個(gè)百分比/%空間密度/萬(wàn)km，總密度彷kn?月海殘留型>604130.090.02待大復(fù)雜卻113-6041180.8006大環(huán)狀平原型34-1133122.130.4320.3中等凹坑平原塑18-343582.440.50小規(guī)模碗型278800254.5211.07微狀酒窩型0,2587340.028.12表6月海搔擊坑分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Statistical analysis of different types of

38、craters in lunar mare櫃擊坑類(lèi)型K徑范圍/km數(shù)個(gè)百分比/%空間密度彷kn?總密度/萬(wàn)kn?月海殘留型>604490.050.02特大復(fù)雜型113-6048910.980.29大環(huán)狀平原型34-11346775.121.5229.69中等凹坑平原型18-3483059.092.7小規(guī)模碗型2-186904475.5822.44微狀酒窩型04283889.182.73表7月陸撞擊坑分類(lèi)統(tǒng)計(jì)表Tab.7 Statistical analysis of different types of craters in highland別為8305個(gè)和8388個(gè)，合計(jì)占比18.27

39、%;月海殘留 型撞擊坑數(shù)量最少，在月陸區(qū)域各類(lèi)型撞擊坑中比 例最低;總體空間密度較全月球和月海總體密度大, 說(shuō)明全月球表面的撞擊坑主要分布于月陸區(qū)域。6結(jié)論本文基于“嫦娥一號(hào)”數(shù)據(jù)，研究了撞擊坑的類(lèi) 型劃分、識(shí)別、精度評(píng)價(jià)、解譯標(biāo)志庫(kù)建立以及分類(lèi) 統(tǒng)計(jì)分析幾方面內(nèi)容，主要結(jié)論為：(1) 對(duì)月球1®擊坑的類(lèi)型劃分進(jìn)行總結(jié),通過(guò) 全月球表面的撞擊坑進(jìn)行觀察分析，依據(jù)分類(lèi)的基 本原則，將具有共同或相似特征的撞擊坑分為六大 類(lèi):月海殘留型、特大復(fù)雜型、大環(huán)狀平原型、中等 凹坑平原型、小規(guī)模碗型、微狀酒窩型撞擊坑，并進(jìn) 一步探究每種類(lèi)型的撞擊坑在嫦娥一號(hào)衛(wèi)星所獲 取的遙感影像圖上的形態(tài)特征，對(duì)

40、比分析了全月球 不同類(lèi)型的撞擊坑形狀規(guī)模特征差異。(2) 基于嫦娥一號(hào)影像和DEM,采用遙感圖像 處理與專(zhuān)家知識(shí)融合的目視解譯法識(shí)別出直徑大 于500 m的全月表撞擊坑共計(jì)106030個(gè)。通過(guò)對(duì) 比驗(yàn)證和幾何誤差評(píng)價(jià)兩種精度評(píng)價(jià)的方式證明 此方法識(shí)別撞擊坑的可靠性、有效性，為月球各方 面的深入研究提供了全面的基礎(chǔ)資料。(3) 對(duì)全月球撞擊坑分類(lèi)型進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分 析。確定了不同類(lèi)型撞擊坑的數(shù)量特征、密度特征 及空間分布情況,發(fā)現(xiàn)撞擊坑主要分布在月陸區(qū)域, 月海區(qū)域分布較稀疏，總體空間密度為27.90/萬(wàn)km2, 且隨著直徑的增加，撞擊坑數(shù)量顯著減少。在各類(lèi) 型撞擊坑中，小規(guī)模碗型是撞擊坑的主要類(lèi)

41、型，主 要分布在月陸區(qū)域；月海殘留型撞擊坑的數(shù)量最 少,主要分布在月海區(qū)域;特大復(fù)雜型、大環(huán)狀平原 型播擊坑在不同的地貌類(lèi)型區(qū)所占的比例接近;微 狀酒窩型在月海區(qū)分布密度最大。(4) 本文在建立全月球撞擊坑數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程保 證了精度，但速度方面仍有待提高,應(yīng)繼續(xù)深入研 究大范圍內(nèi)自動(dòng)化識(shí)別撞擊坑的方法;影像解譯標(biāo) 志庫(kù)包含了不同類(lèi)型撞擊坑的典型解譯標(biāo)志，一些 待殊形態(tài)的撞擊坑解譯標(biāo)志可以繼續(xù)補(bǔ)充添加;在 精度評(píng)價(jià)方法上,除對(duì)比驗(yàn)證和幾何誤差評(píng)價(jià)，還 可從多源數(shù)據(jù)出發(fā)進(jìn)行驗(yàn)證;對(duì)不同類(lèi)型的撞擊坑 進(jìn)行了初步的統(tǒng)計(jì)分析，還可從不同的角度、利用 不同的統(tǒng)計(jì)工具對(duì)撞擊坑進(jìn)一步進(jìn)行空間分析。本文利用嫦娥一

42、號(hào)的影像和DEM解譯了直徑 人于500 m的播擊坑坑共106030個(gè)，參考Apollo工 程報(bào)告和嫦娥二號(hào)和嫦娥三號(hào)獲取的高分辨率影 像，撞擊坑的數(shù)量可能會(huì)更多，特別是小撞擊坑。 今后可利冃更離分辨率的影像進(jìn)行更詳細(xì)的撞擊 坑識(shí)別與空間分析。參考文獻(xiàn)(References)陳建軍，周成虎，程維明.2007. GIS中面狀要素矢量柵格化 的面積溟差分析J測(cè)繪學(xué)報(bào),36(3): 344-350. Chen J J, Zhou C H, Cheng W M. 2007. Area error analysis of vector to raster conversion of areal featu

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