面向数字地形分析的月表撞击坑特征提取构建及分类体系

论文摘要

月球是地球唯一的卫星,也是人类研究太阳系空间乃至宇宙演化历史的样板星球,撞击坑作为月表最典型和最明显的形貌特征,它对于我们研究月球形貌演化、太阳系陨石撞击历史和宇宙空间环境等都有非常重要的意义。从20世纪60年代起,人类就已经开始以望远镜等观测手段对月表的形貌进行观测、记录及研究,到20世纪90年代起,随着空间探测技术的提升,以开发利用月球资源为目标,在国际上掀起了新一轮的月球探测高潮。对月表撞击坑进行科学的指标量化描述,可以为深入研究月球形貌演化历史、撞击坑自动识别算法的设计等研究提供更为合理的依据。其研究成果可应用于月球基础性研究的探索。虽然现有的撞击坑分类方案已取得较为成熟的成果,但由于撞击坑自身结构的复杂性、形成原因的综合性以及实验手段和获取数据质量的制约,目前关于撞击坑分类的研究多集中在撞击坑形态轮廓的定性描述上,涉及撞击坑内外更多的细节表征不足,且对于撞击坑形貌特征描述的定量化指标因子,含义不统一,计算方式也有不同程度的差异,在实际的应用中,多为基于主观经验的单个指标因子的定量描述,而对于指标因子间关系模拟分析研究尚待解决。本文利用从LRO获取的高精度DEM数据,结合数字地形分析的方法,在分析了全月典型撞击坑特征的基础上,对撞击坑的个体形态、空间组合方式、撞击坑发育及月表岩性等方面进行综合分析,选取从不同视角定量化描述撞击坑形态的指标因子,构建了面向数字地形分析方法的撞击坑分类体系,并以四级编码组合方式对撞击坑类型进行编码表示,在此基础上,选择1407个典型撞击坑进行撞击坑形态指标因子的分级描述以及指标因子间关系的量化模拟,对综合性描述撞击坑形态发育的线性拟合关系等问题进行研究。首先,本文系统介绍了月表撞击坑的形态特征、演化特征以及撞击坑分类历史。月表撞击坑形态研究多以单个撞击坑为主,而在实际的月球表面,撞击坑以不同的空间组合形态存在,建立从撞击坑空间位置关系(相离、相交、包含)、尺寸范围(小型、中型、大型)、发育特征(新生型、年轻型、成熟型、老年型)及月表岩性组分(月海玄武岩、克里普岩、高地岩石和角砾岩)不同视角的撞击坑形貌特征描述指标体系,是进行撞击坑分类及演化规律研究的科学途径。其次,选取8个撞击坑形态描述指标,从撞击坑的尺寸大小、形态发育及撞击坑坑唇发育状况等视角对撞击坑进行量化分级描述,根据量化数据的大小频率分布情况,将量化指标分为10级,再根据分类需求,将其整合为3个分级区间。将撞击坑划为6种类型(离散型撞击坑、群聚型坑连坑、群聚型坑套坑、退化离散型撞击坑、退化群聚型坑连坑、退化群聚型坑套坑),新鲜撞击坑的深径比平均值为0.187,退化撞击坑的深径比平均值为0.0771,对8个撞击坑形态指标进行偏相关和复相关的分析,确定以深径比为因变量,直径、体积、圆度、体态比和坑壁坡度为自变量构建指标因子的量化模拟,得到其线性拟合公式,模型的拟合优度达0.637,调整后的拟合优度达0.639,说明本文的拟合模型能够较好地表达撞击坑形态发育特征。模型的复相关系数为0.798,在0.05置信水平的显著性F=492.037>>Fa,说明构建的模型显著性较好。可用于月表撞击坑形态发育特征的预测和估计。然后,本文通过撞击坑形貌指标因子的筛选,结合现代数字地形分析方法,构建适于撞击坑自动识别算法的撞击坑分类方案,并进行不同类型的指标量化表达。实验结果表明,能较为全面、有效地刻画撞击坑的基本形貌特征和其空间组合结构特征。本文以撞击坑的形态特征及其描述指标为基础,选择典型的月表撞击坑数据为研究样本,系统地研究撞击坑的形态特征及指标因子的量化分级描述,构建了综合性的撞击坑形态描述指标分类体系,并针对撞击坑指标因子的量化模拟问题进行了探讨。本文的研究内容对于撞击坑形态的综合表征和自动检测算法的设计等方面的研究具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 月表撞击坑特征研究
•     1.2.2 月球撞击坑形态特征指标研究
•     1.2.3 月表撞击坑分类研究
•     1.2.4 研究现状总结与分析
•   1.3 研究目标与研究内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•   1.4 论文组织
•   本章小结
• 第2章 研究基础
•   2.1 研究区与数据
•     2.1.1 研究区概况
•     2.1.2 研究数据
•   2.2 研究方法、软件平台与技术路线
•     2.2.1 研究方法
•     2.2.2 研究平台
•     2.2.3 技术路线
• 第3章 月表岩性及撞击坑特征分析
•   3.1 月表的地质特征
•     3.1.1 月面月质分区概述
•     3.1.2 地体构造及其特征
•   3.2 撞击坑形貌特征
•     3.2.1 组成要素及形状特征
•   3.3 撞击坑的空间特征
•     3.3.1 空间分布特征
•     3.3.2 撞击坑空间组合形态及其特征
•     3.3.3 地形特征
•   本章小结
• 第4章 撞击坑形貌特征的量化指标选取及分级
•   4.1 撞击坑的几何形态特征指标与地形特征指标
•     4.1.1 几何形态特征指标
•     4.1.2 地形特征指标
•   4.2 撞击坑描述指标的量化分级
•     4.2.1 撞击坑指标量化分级原则
•     4.2.2 月表撞击坑特征描述
•   本章小结
• 第5章 基于DEM的月表撞击坑分类体系构建
•   5.1 月表撞击坑分类的基本问题
•     5.1.1 撞击坑分类在月表地貌研究中的角色和作用
•     5.1.2 现有的撞击坑类型划分方案
•   5.2 月表撞击坑的分类原则及分类指标
•     5.2.1 分类原则
•     5.2.2 月表撞击坑分类指标
•   5.3 月表撞击坑分类体系
•     5.3.1 撞击坑分类方案
•   本章小结
• 第6章 面向数字地形分析的撞击坑分类及指标模拟
•   6.1 面向数字地形分析的撞击坑分类
•   6.2 撞击坑描述指标因子量化关系模拟及率定
•     6.2.1 撞击坑指标因子的量化关系模拟
•     6.2.2 指标率定
•   本章小结
• 第7章 结论与展望
•   7.1 研究结论
•   7.2 创新点
•   7.3 研究局限性与展望
•     7.3.1 研究局限性
•     7.3.2 研究展望
• 参考文献
• 附图
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 燕龙

导师: 周毅

关键词: 月球撞击坑,形态特征,指标量化分级,分类,指标量化模拟

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 陕西师范大学

基金: 国家自然科学基金面上项目:基于DEM的月表撞击坑特征及空间异质性研究(编号:41371424)”

分类号: P184.5

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000290

总页数: 105

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