基于DEM与数字地形分析方法的月表撞击坑提取研究

摘要

随着我国嫦娥系列月球探测研究工作的展开，月表地形地貌的研究逐渐成为热点。作为月表最具代表性的地貌单元之一，月表撞击坑的研究对探究月表的演化历史、月表形貌的形成原因、以及早期火山喷发都有非常重要的研究意义。此外，月球探测器的落点也与月表形貌研究息息相关，月表撞击坑真实形态和位置的确定对探测器落点的选取具有一定参考价值。撞击坑真实边界的形态揭示了撞击顺序，而撞击顺序能够反映撞击坑的演变历史。当前，大部分主流的月表撞击坑提取算法是基于圆形实现撞击坑的提取的，但是这些方法很难提取出撞击坑的真实形态。由此，也就无法进行更深层的分析，如月表地形特征和空间异质性分析。
　　本文以“嫦娥二号”和“月球勘测轨道飞行器”(Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO)获取的月球表面地形数据作为主要数据源，通过空间特征的分析，对撞击坑的类型进行了定义，并借助形态特征指标和地形特征指标制定了基于撞击坑特征的提取指标;在此基础上，通过数字地形分析方法研究月表撞击坑真实边界的提取，以期为月表地形的研究和探测提供有价值的参照。
　　本文的主要研究内容与成果如下:
　　(1)从撞击坑的基本形态出发，提出了单个撞击坑的基本组成要素，包括坑唇、坑底、坑壁、中央峰、溅射沉积物等;分析了月表撞击坑的空间特征、形态特征和地形特征，并基于空间关系特征将撞击坑分为离散撞击坑和复杂撞击坑，为基于撞击坑特征的提取指标体系构建奠定基础。
　　(2)基于对月表撞击坑的形态特征和地形特征分析，评价了特征指标在描述月表撞击坑方面的适用性，选取了遵循形态差异且有助于提取撞击坑的指标，构建了基于撞击坑特征的提取指标体系，为后面提取撞击坑做铺垫。
　　(3)利用DEM在地物识别研究中的优势，本文以月表撞击坑为出发点，基于DEM和数字地形分析方法提出了具有创新性的月表撞击坑提取算法，并设计了一套算法精度评价指标体系。通过提取及对比实验，可以发现本文所设计的算法可以较好地提取月表撞击坑真实边界，具有较高的提取精度，同时所提取的撞击坑可以丰富已有的月表撞击坑目录，为月表撞击坑的研究提供了新的技术支撑。

目录

声明

论文说明

摘要

图目录

表目录

第一章绪论

1．1选题背景与研究意义

1．1．1选题背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究现状

1．2．1月表撞击坑形貌特征研究

1．2．2月表撞击坑提取方法研究

1．2．3几种经典的边缘提取算法

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研究方法与技术路线

1．4．1研究方法

1．4．2技术路线

1．5论文组织

第二章月表撞击坑特征分析与分类

2．1月表撞击坑的组成要素

2．2月表撞击坑的空间特征

2．2．1空间分布特征

2．2．2空间关系特征及月表撞击坑的分类

2．3月表撞击坑的形态特征

2．3．1形状特征

2．3．2尺寸特征

2．4月表撞击坑的地形特征

2．4．1剖面特征

2．4．2地势特征

2．5本章小结

第三章基于撞击坑特征的提取指标体系构建

3．1月表撞击坑的形态特征指标与地形特征指标

3．1．1形态特征指标

3．1．2地形特征指标

3．2提取指标体系的构建

3．2．1基于离散撞击坑特征的提取指标制定

3．3本章小结

第四章月表撞击坑的提取

4．1离散撞击坑的提取

4．1．1潜在撞击坑区域的提取

4．1．2不同类型离散撞击坑的提取

4．2复杂撞击坑的提取

4．2．1复杂撞击坑的提取算法概述

4．2．2坑连坑的提取

4．2．3坑套坑的提取

4．3提取算法的精度评价指标体系

4．3．1提取算法数量精度的评价指标

4．3．2提取算法边界精度的评价指标

4．4本章小结

第五章实验与验证

5．1实验数据与研究区

5．1．1实验数据

5．1．2研究区的选择

5．1．3研究区概况

5．2实验指标阈值的讨论

5．2．1确定出水口阈值

5．2．2确定潜在撞击坑区域的形态特征指标阈值

5．2．3确定精细化剖面线长度

5．3结果分析与评价

5．3．1手动提取的标准

5．3．2离散撞击坑提取算法实验结果及精度评价

5．3．3复杂撞击坑提取算法实验结果及精度评价

5．4本章小结

第六章结论与展望

6．1结论

6．2主要的创新点

6．3展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及科研成果

致谢