融合多源数据的多尺度月球撞击坑形态特征及演化过程研究

The number and stratigraphic coverage of lunar samples are far from enough to accurately estimate the age of the lunar craters or other geological units. Therefore, the morphological characteristics and evolution process of the impact crater become the breakthrough point for the lunar surface dating. However, the lack of comprehensive lunar crater database, multi-scale morphological parameter index system and morphological model of impact crater evolution process are three drawbacks prohibiting a better research on lunar crater morphology and evolution process. In view of the above problems, this project constructs a comprehensive global crater database for the Moon that contains craters statistically complete based on multisource datasets by image segmentation, data fusion, geographical object recognition. Based on the settled database, construct a multi-scale morphological feature index system according to quantitative expression of the morphological characteristic of craters on different lunar stratigraphy periods. Establish a morphological model of impact crater evolution process by simulating the relationship among morphological characteristic of craters, lunar stratigraphy periods and evolution processes. Quantify the evolution process of impact craters on different lunar stratigraphy periods. This project will add a key data point for the simulation of crater evolution process based on morphological simulation and provide information about the relative ages of observed geologic formations.

月球样品的数量和地层覆盖率远不足以精确地测定月球撞击坑或其他地质体的年代，因此根据撞击坑的形态特征及演化过程判断月表地质体的年龄成为定年研究的突破点，但撞击坑形态特征及演化过程的研究依然存在以下问题：缺乏囊括完备数据的综合撞击坑数据库为撞击坑形态特征研究提供大数据支撑；缺少涵盖多时间尺度信息的参数系统定量刻画撞击坑形态特征；缺少基于关键形态特征参数构建的模型模拟撞击坑演化过程。针对以上问题，本项目拟融合多源数据，通过影像分割、面向地理对象识别等技术识别撞击坑，构建全月球综合撞击坑数据库；定量刻画撞击坑的形态特征，构建包含地质年代信息的多时间尺度形态特征参数系统；分析关键形态特征参数、时间尺度与撞击坑演化过程的关系，构建形态学模型模拟撞击坑演化过程，在多时间尺度上定量刻画撞击坑演化过程。本项目研究工作的开展将为基于撞击坑的形态特征及演化过程的月表定年研究提供有力的理论和方法支撑。

月球撞击坑是月表演化过程的天然记录器，依据月球撞击坑形态特征的变化反演其演化历史是月球地貌学研究的最普遍手段之一。针对撞击坑形态特征及演化过程研究中存在的问题，本项目完成了以下研究内容：1）构建多层级自动识别小型撞击坑的机器学习方法体系，在极区、典型工程应用区实现小型撞击坑的自动识别，更新完善全月球综合撞击坑数据库；2）改进顶帽变换方法，提高撞击坑深度的计算精度，并结合多尺度形态撞击坑空间结构识别，构建表征撞击坑演化过程的形态特征参数体系；3）参照滑坡型撞击坑原型，基于关键形态特征参数，数值模拟撞击坑演化过程，确定撞击坑演化过程中的起伏度和坡度阈值范围，量化撞击坑壁的稳定性参数，明确滑坡是约束撞击坑演化的重要地质历史事件。本项目的研究成果为基于撞击坑形态特征研究月表演化过程提供了数据基础、方法支撑和机理更新等参考价值。