全月球撞击坑识别、分类及空间分布

1、第34卷第3期2015年3月Vol.34, No.3Mar. 2015地理科学进展Progress in Geography全月球撞击坑识别.分类及空间分布王娇叫程维明I,周成虎I(I.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家乘点实验室，北京100101;2.中国科学院大学，北京100049)摘 要:撞击坑是月球表面分布广泛的地貌单元,是研究月球的最直接窗口。本文以嫦娥一号卫星获取的遥感影 像和DEM,以及国际天文学联合会(】AU)公布的撞击坑名录为基础数据源.以全月球表面撞击坑为研究对象,采用 遥感图像处浬与专家知识融合的目视解译法确定撞击坑的边界,识别出全月球表面直径大于500

2、 m的撞击坑共计 106030个，采用累积頻率和与IAU公布捕击坑对比两种方法对目视解译的撞击坑进行精度评价，其识别的总体误 差率为10.97%;按照形态特征指标，将全月球撞击坑分为六大类,对比分析了不同类的撞击坑影像及形貌差异性; 对全月球揃击坑分类进行统计分析得岀了不同类型撞击坑在月球表面的数鈕与密度待征及空间分布情况。关键词:嫦娥一号;撞击坑识别;分类;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；修订日期：2015-02o基金项目:国家自然科学基金项目(411713

3、32)0作者简介:干娇(1990-).女.宁賤人.博士生.主萼研究方向为行星数字地貌.E-mail: wjiao。通讯作者:程维明(1973)，男,甘肃人，副研究员，主要从事地貌学研究,E-mail: chengwm。引用格式:王娇.程錐明.周成虎.2015.全月球撞击坑识别、分类及空间分布卩.地理科学进帕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页1引言布满月球表面的大大小小、密密麻麻的撞击 坑,是包括环形山、辐射纹及与撞击坑有关的隆起 的圆形凹坑构造。因月表几乎没有大气层保护，且 无风、水的侵蚀和月质活动微弱，所以得以较完整 的保存(欧阳自远,2005),而成为研究行星地质学的 一把钥匙，在行星地质学研究中具有重要的地位 (岳宗玉等,2012)。同时，月表撞击坑的形成过程、 形态特征及空间分布等从不同的方面为人们提供 了研究月球演化历史的线索和方法(Huang et al, 2009)o因此，随

5、着空间探测技术的不断发展，利用 载人和不载人航天器对月球进行探索成为世界各 国的研究热点(Rosiek et al, 2002)o中国于2007年 发射了第一颗绕月卫星嫦娥一号，利用其上搭载的 大面阵CCD立体相机和激光高度计获取了覆盖完 整、层次丰富、分辨率一致的全月球影像数据和制 作DEM模型的测髙数据，为撞击坑的研究提供了 更精确的数据资料。对于撞击坑的识别及形貌特征前人作了广泛的研究。撞击坑的识别经历了利用望远镜观测手 绘、利用卫星遥感图像数据人工提取和利用海量 高分辨数据自动识别三个阶段,撞击坑的识别方法 在不断创新进步。从数据源来看，目前关于撞击坑 的识别方法有140种之多(Sal

6、amunidca et al, 2012a),其中82种是基于遥感影像进行的,39种是 基于DEM进行的，还有16种方法融合了 DEM和遥 感影像，只有3种方法采用了其他类型的影像。在 这些方法的基础上又拓展出了7种基于遥感影像的 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 种与 DEM 有关的识 别方法(Salamunicca et al, 2012, 2012b,

7、 2012c; Wan etal, 2012)o撞击坑的识别主要是基于遥感影像进 行的，这是因为可用的撞击坑数据大部分来源于遥 感影像。第二大类识别方法则是基于DEM进行 的,原因是对于行星探测，太阳、传感器和月球相对 位置的变化会引起光线照射方向和阴影面积变化, 从而引起基于遥感影像的识别方法出现较大误差, 而基于DEM的识别方法不受太阳、传感器和月球 第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布333相对位置的影响，并且能直接自动提取不同撞击坑 的形态特征。融合遥感影像和DEM的识别方法是 一种富有挑战性的方法，因为通常适用于遥感影像 的识别方法不适用于DEM,反之亦然。从识别方 式来看

8、，确定撞击坑边界的方法主要分为两大类: 人工识别和自动识别。虽然自动识别可省时省力， 但总体不能满足精细研究撞击坑形态特征的要求, 存在识别精度低、识别范围窄、识别形态单一等缺 点,不能准确研究撞击坑特征。撞击坑识别后，再 对撞击坑进行科学的分类,以便后续撞击坑形态特 征研究工作的开展。为了对撞击坑分类进行系统 性研究,前人对撞击坑的不同类型作了归并,如表1 (Baldwin, 1949; Arthur et al; 1963;中野繁，1970;小 森长生,1971; Wood et al, 1978; Heiken et al, 1991; StOffler et al, 2006;何姝瑁等

9、,2012)。前人的形态 学分类虽然较为细致，但是有些撞击坑没有明显的 分类界限，例如有的撞击坑既可划入第一类也可以 划入第二类。同时，对撞击坑的这些研究大多以典 型区为示范进行研究，有关全月球范围内撞击坑的 识别、形态特征、空间分布分析等研究尚未见报道。鉴于以上撞击坑识别、分类和空间分布分析存 在的问题，本文基于嫦娥一号卫星获取的全月遥感 影像和DEM,采用遥感图像处理与专家知识融合 的目视解译法进行全月球撞击坑的提取，并用累积 频率和与IAU公布撞击坑对比两种方法对全月球 描击坑精度评价,在此基础上对识别的全月球撞击 坑按多指标综合的方法进行分类，并分析各类撞击 坑在全月表的数量、规模和密

10、度等空间差异性，该 研究可为后续月球的各方面深入研究提供全面的 资料,是一项有价值的基础性工作。2数据源分类者施击坑类型Baldwin影子型废墟型边界破损边界模糊边界清晰LPL分类第六类第五类第四类第三类第二类第一类中野繁周壁平原山环环状平原凹坑平原凹坑小凹坑浅坑潜坑小森长生克拉维型哥白尼型阿基米德型碗形酒窝WoodTYC型TRI5J!SOS型BIO型ALC型Heiken撞击盆地(亚3类)复杂播击坑(亚5类)简单播击坑StOffler撞击盆地复杂撞击坑简单撞击坑何姝卑月海残留型复杂型同心环型中央隆起型平底型碗型简单型表1損击坑分类Tab.l Classification of lunar cr

11、aters探测器国家数据类型分辨率投影说明橢娥号中国全月球三线阵摄影500 m简单圆柱是由塢娥一号探测器CCD立体相机获取的前视、下视和后视影像数测址数字高程模型据经三线阵数字摄影测盘处理制作而成。模型的高程基准为半径为(DEM)1737.4 km的正球体衷面采用均地极轴坐标系。高程中误®I20m. 平面中误差192 m0全月球正射彭像图120 m简单圆柱使用嫦娥一号分辨率为500 m的数字髙程模取对立体相机的下视 CCD形像数据进行正射校正后制作而成。图幅覆燈18(r>W18(FE, 90°N90°S,平面定位中误差为192 mo表2嫦娥一号数据介绍Tab

12、.2 The Chang'dataset本文所使用的影像图和DEM(Digital Elevation Model)数据来自嫦娥一号的CCD三线阵推扫式相 机。DEM经三线阵数字摄影测量处理制作而成， 空间分辨率为500 m,平面中误差192 m,高程中误 差120 m；影像图使用DEM对立体相机的下视CCD 影像数据进行正射校正后制作而成，空间分辨率约 为120 m,平面定位中误差为192 m(表2,图1)(李春 来等,2010)。用于数据精度评价的数据来自国际 天文学联合会(International Astronomical Union, IAU)公布的撞击坑名录数据。IAU公布

13、的月球撞 击坑名录数据包括8990个撞击坑,其中有43个撞 击坑的直径小于500 m,其一致性和通用性得到天 文学界认可。受嫦娥一号制作的全月球影像图和 DEM数据精度控制，因此本文采用直径M500 m的 8947个撞击坑数进行精度验证。撞击坑名录数据高程/m 1061166033500 kmI图1全月DEM图(图匕标记出了文中表4、图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库主要包含撞击坑

14、的名称、位置及直径等属性，数 据为CSV格式，可以转换为ArcGIS可用的shapefile 格式。考虑到投影变形的影响，在识别撞击坑的过 程中采用能定义所有局部形状的墨卡托投影，以保 证所解译的撞击坑形态精确而清晰。3全月球撞击坑形态识别和精度评价3.1形态识别撞击坑识别是研究撞击坑形念特征的基础，边 界准确与否会影响形态指标的计算。本文用遥感 图像处理与专家知识融合的目视解译法确定撞击 坑的边界，以保证准确地识别出各种类型的全月球 撞击坑，目视解译过程包括数据源预处理、地形指 标计算、多指标综合的目视解译、撞击坑边界的整 饰（图2）。为展示撞击坑提取效果，本文选择撞击坑 类型多样、数量丰富

15、区域为示范区（图3）,其经纬度 范围为:56°67°S, 51 °79°E，总面积约 6x 10 km2, 全月球撞击坑提取的具体流程和步骤如下：（1）撞击坑边界定义。为坑口处坡度发生突变 的点的连线，即其周边撞击溅射物形成的坡积裙、 火山口喷发形成的堆积物等都不包括在边界范围 内，这样可以保证所有的撞击坑边界都是基于月表 形态所确定,减少人为主观因素的干扰。（2）全月球影像和DEM数据预处理。受分辨 率、信噪比、相位角等差异对影像数据的影响,对边 界确定、属性计算过程用到的影像和DEM数据进 行噪音滤波、边缘消除、坏线和块地形消除、空值填 充等数据处理

16、（图3a）。图2撞击坑识别流程图Fig.2 Schematic flow chart of the implemented procedure for the extraction of craters（3）基于DEM数据的地形指标辅助判别撞击 坑边界。目前利用DEM数据可获得诸多地形指 标，如坡度和剖面曲率，这些信息可辅助典型地貌 特征边界的提取。为保证撞击坑边界确定的精确 性，本研究基于嫦娥一号的DEM数据，获得撞击坑 的坡度（图3b）和剖面曲率（图3c）等地形属性，并将 这些属性融合（图3d）后，可获得撞击坑的大致边界 轮廓（Grosse et al, 2012）（图3e）,计算公式为:

17、B=S SnonmhKd *(1 -/)爲t =(P-PP严式中仏为边界描述层J为剖面曲率（Pzz:归一 值;凡沁最小值;几*范围值）,S为坡度（Szw：归一值;Sm：最小值;5吋：范围值）,/为权重因子，值在 31之间,具体值的选定要根据地形情况而定，本文 通过实验选定户0.8,提取效果最佳。（4）撞击坑边界整饰:基于遥感影像的纹理、色 调差异，辅助于DEM获得的坡度和剖面曲率等地 形指标融合值，目视已解译岀全月球表面的所有直 径大于500 m的撞击坑（在1:25万尺度上解译）。在 解译过程中,对于边界较清晰的撞击坑,DEM计算 的地形指标可实现边界轮廓的识别；对于边界不是 很清晰的较老较大

18、撞击坑，遥感影像上的纹理和色 调可帮助判断。受DEM计算地形指标提取算法的 影像,部分撞击坑边界不是很圆滑,故要对撞击坑 边界进行平滑处理，以消除撞击坑边界上的锯齿 （图 3f）。3.2精度评价为了检验撞击坑的识别精度，对识别结果采用 两种方法进行检验。一种方法是对几何误差的评 价。在确定撞击坑边界的过程中，误差主要来源于 数据处理与几何误差，第二部分已经说明数据处理 已使误差最小化，只要验证几何误差在一定精度范 围内（限定在15%20%）,就说明数据精度达到了要 求。几何误差又叫面积量算误差，包括多边形的大 小、形状与位置误差（陈建军等,2007）。IAU公布的 撞击坑名录数据均匀的分布在月

19、球表面，并且包含 各个直径范围内的数据,因此本文选取IAU公布的 撞击坑名录数据作为验证样本,人工矢就化数据作 为实验样本进行精度评价。由于遥感影像对不同 大小撞击坑的显示效果不同，故按撞击坑直径分层 进行验证，根据撞击坑的不同类型,将其按照直径 分为 0.52、218、1834、34-113、113-604 和 > 604 km 6个等级，分别用播击坑宜径误差式（2）及误差 率式（3）来表示精度大小，而直径的误差和误差率代 表的是每个直径范围内的平均程度。验证结果如 表3所示°Y=E/AV（3）式中:E为误差/km, Y为误差率/%九为IAU直径/km, 嵐为矢量化直径/km

20、。图3撞击坑边界提取(a.影像图;b.坡度图;c.坡面曲率图;d.玻度与剖面曲率叠加结果；e.坡度与剖面曲率叠加提取撞击坑的边界;f.利用影像对提取的边界进行修正)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)另一种方法是利用识别结果的累积频率曲线 和IAU公布数据的累积频率曲线作对比，来检验识 别结果的准确性。将所识别的106030个撞击坑与 IAU公布的撞击坑分别绘制累积频率曲线，如图4 所示。撞击坑直径/km !矢化数个所占比例/%IAU直径/km矢啟化宜径/km误差/km误差率/%总体误差/km总体误差率/%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几何精度评价Tab3 Geometrical evaluation result从表3和图4对比，可以看出:矢議化的撞击 坑边界除了直径介于0.52 km范围内的大于IAU 公布外，其余均小于IAU公布的数据。这主要是因 为IAU公布的数据一部分来自于望远镜观测，由于 观测者的主观原因以及望远镜视野的局限性，直径 介于0.52 km范

23、围的撞击坑在望远镜中难以清晰 辨别其边界而存在较大观测误差，使得所量测观察 的撞击坑范围小于基于遥感影像和DEM识别的结 果。大于18 km直径范围内的矢量化结果精度 高,误差在10%以下，满足精度要求,这是因为在次 范围内的撞击坑边界虽然不规则，但是从DEM和 影像上都能明显识别。直径介于0.52 km的撞 击坑边界误差大于20%,精度较低，除上文中提及 的原因外，通过位置匹配检査,是由直径介于0.52 km 之间的撞击坑位置与IAU公布的相差较大所引起 的。在1:25万尺度上在DEM衍生的坡度和曲率加 权融合的底图上确定0.5-2 km的撞击坑边界所包图4撞击坑累积频率曲线 (LU1060

24、30.LUIAU9003分别指识别的、IAU公布的播击坑累积頻率)Fig.4 Cumulative frequency curve of craters (LU 106030: curve of detected craters; LUIAU9003: curve of craters from IAU)围的面积较小，在ArcGIS中通过Join by spatial lo- cation”匹配矢量化的面数据与IAU公布的点数据, 点通常不落在面内，容易岀现“一点多面”的情况而 出现较大误差。介于2-18 km的直径范围内误 差最大，在撞击坑直径小于18 km处两频率曲线有 一些明显差异，出现

25、这种现象的原因是累积误差所 致。介于218km范围内的小规模碗型撞击坑是 所有撞击坑类型中数量最多的撞击坑，相对于其他 类型，多数量的累积使得误差放大；另外,2-18 km 的碗型撞击坑坑深较浅,在DEM难分辨也是造成 误差的原因之一。总体来说，矢量化的平均误差 只有15.51 bn,误差率10.85%,也在限定的精度范 围内，且两累计频率曲线走势相近，所以通过此方 法识别的106030个撞击坑数据精度符合要求，可有 效使用。4全月球撞击坑分类本文在提取撞击坑边界的基础上，遵循形态特 征为主导，分类指标定量化（直径阈值），分类体系完 备化三大原则，按多指标（撞击坑的直径大小、坑缘 的破坏情况、

26、是否有阶梯状坑壁、是否有中央峰以 及后续叠加的撞击坑的数就）综合的方法,首先将 撞击坑的直径以5 km为等间隔划分，进行统计，然 后在各个直径范围内分析坑缘的破坏情况（参考圆 度指标）、是否有阶梯状坑壁、是否有中央峰以及后 续叠加的撞击坑的数量，根据这四个指标出现的直 径临界值对等间隔的直径范围作归并、分裂等调 整,最终得到微状酒窝型、小规模碗型、中等凹坑平 原型、大环状平原型、特大复杂型、月海残留型等六 种类型撞击坑的直径阈值及形态特征（表4）。（1）月海残留型撞击坑。直径一般大于604 km, 但在各个直径范围内也有散布。此类撞击坑形成 年代久远,坑壁严重崩塌或有若干小型坑散布，边第3期王

27、娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布#第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布335表4損击坑分类及特征对比Tab.4 Morphological characteristic of different types of lunar craters第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布#撞击坑类型 万海残留型 幢击坑影像待征待征描述掩击坑类型影像待征P 200 km大坏状半原 也撞击坑科迪勒尔(Montes Cordil- lera)直径 963.5 km 位 S 17.5°S.81.6°Wt 形成 年代久远边界几乎辨 认不清坑底平坦且部 分被熔岩填充坑壁、

28、坑 底有二次掩击坑散布。待大复杂 刊撞击坑黑尔(Hale). 1183 km.中等凹坑位置 74.2°S.90.8°Et 有平惊或播多层梯壁坑口边界呈击坑圆角不规则形有广阔平坦的坑底有中央峰，待征描述 施罗丁格尔(SchrOding. er) 直轻312 km 位置 75.0°SJ32.4°EW,典型 的多峰环撞击坑坑底 平坦且保存有熔岩流动 的痕迹坑壁、坑底有二 次掩击坑做:布。阿尔帰拉徳纳斯(AlfU ganus),直径 20 km 位 W5.4°SJ9.0°Ef 坑口接 近圆形坑浅坑壁窄. 内侧斜坡较陡且光滑坑 底平坦、面积较大

29、坑童 和坑底的分界线明显7第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布#小規模碗型 掩击坑卡萨图斯(Casatus C)it 径 17 km 位 » 72.2° S. 30.2° W.坑口光滑无坑 壁较光滑且新鲜上抬 呈碗型坑變与坑底之 间没右明确的分界连 成一体。微状酒窝 型W?击坑010 km敢布于月海区.像柔软 的沙面上用指头压出的 形状。第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布#第3期王娇爭：全月球撞击坑识别、分类及空间分布339界几乎难以识别，坑底平坦且直径较大，坑的形状 很不规则，大面积被熔岩浆覆盖，在影像上反射率 低、颜色深。如雨海。特大复杂

30、型撞击坑。直径一般为11354 km, 正视坑口呈圆齿状不规则多边形，环形山包围着大 平原，坑壁一般呈阶梯状，坑底有中央峰且其周围 会出现同心环。其中在113175 km范围内，坑底有 中央峰，其周边有断断续续的峰环;175-450 km的 撞击坑峰环发育完全，无中央峰，大于400 km时，峰 环有多层。部分坑底被基性熔岩所填充，或出现断 裂；坑底和坑壁多见次生撞击坑，其正视形状多样 且伴有新鲜亮条纹;这类撞击坑在DEM上的边界 线较为明显。如施罗丁格尔撞击坑。(3) 大环状平原型撞击坑。直径34113 km,有 多层梯壁，坑口边界呈圆角不规则形，有广阔平坦 的坑底，有中央峰,>80km

31、的撞击坑会在中央峰周 边出现同心环，坑壁有大面积的崩塌，平坦的坑底 会被坑壁的崩塌物所覆盖，有梯级坑壁出规。如黑 尔、哥白尼、第谷等撞击坑。(4) 中等凹坑平原型撞击坑。直径1834 km, 坑口接近圆形，坑浅坑壁窄，坑壁外侧斜坡平缓, 内侧斜坡较陡且光滑，偶尔有阶梯状坑壁,坑底平 坦、面积较大,坑壁和坑底的分界线明显。如阿尔 弗拉徳纳斯、麦克卢尔等撞击坑。(5) 小规模碗型撞击坑。宜径218 km,坑底直 径与坑唇直径比例较小，有光滑坑口，无梯壁或内 部崩塌，坑壁较光滑且新鲜，上抬呈碗型，坑壁与坑 底之间没有明确的分界连成一体。如卡萨图斯、库 克等撞击坑°(6) 微状酒窝型撞击坑。

32、此类撞击坑直径为 0.5-2 km,多散布于直径较大的撞击坑的坑壁、坑 底、坑唇处，在月海区特别发育，坑壁很少上抬，像 柔软的沙面上用指头压出的形状(中国科学院贵阳 地球化学研究所，1977)。如勒维尼尔等撞击坑。5全月球撞击坑分类统计分析以ArcGIS为工作平台，利用SPSS软件工具， 对通过梢度评价合格的全月球撞击坑数据进行初 步分类统计分析以明确不冋类型撞击坑的数短特 征及空间分布情况，从而为月球撞击坑的研究提供 方便、全面的数据资料。从图5可以看岀撞击坑遍布月球表面,不同类 型的撞击坑在月球表面不同空间位置聚集。经计算,做状泊衣型小观咬碗型30°卜屮等M坑平廉醴大环状平廉型0

33、M将人址杂性J1海歿射单3o°sr、g：yX.*7£ I"、-4图5不同类型撞击坑全月球分布图Fig.5 Different types of craters on the lunar surface2000 km撞击坑的分布面积占月球表面积的40%,而全月球 撞击坑的累积坑口面积是月球表面积的3.32倍。结合表5的统计结果可以发现:撞击坑数量 随宜径增大而显著减少,即撞击坑数量与直径呈较 强的反相关关系，表明月球表面小型撞击事件的发 生概率远大于大型撞击事件的发生概率，这与欧阳 自远等（2002）在单位月面上对环形坑数量与宜径的 关系研究结果相符合;小规模碗型撞

34、击坑是最主 要的撞击坑类型，数量最多，占比72.66%,密集分布 在月球的东南位置，空间密度达20.28/万km：；月 海残留型撞击坑仅占比0.06%，是最少的撞击坑类 型，主要分布在接近月球南极的西南位置;月海 残留型、特大复杂型、大环状平原型撞击坑所占的 比例均小于5%,相比于月球表面的其他空间位置， 这三类撞击坑更多的分布在月球的南北两级。月球的主要地貌类型分为月海和月陆,前人统 计得出月球正面月海的面积约为622万knV（周增坡 等,2012）,本文按照反照率和地形的差异解译出全 月球的月海面积约723万km?。分析分布在月海上 的14676个各类型撞击坑（表6）,可以发现:其整 体分

35、布趋势与撞击坑在全月球表面的相似，均为随 着直径的增大，撞击坑数最越少，小规模碗型撞击 坑仍然占主导地位，月海残留型撞击坑数量最少； 在月海区域微状酒窝型撞击坑数量增加，接近小 规模碗型撞击坑的数量，所占比例为40.02%,且比 全月和月陆的分布密度都大，说明微状酒窝型撞击 坑主要分布在月海区域;相比于全月面和月陆， 月海残留型撞击坑在月海区域各类型撞击坑中比 例最高，说明这种类型的撞击坑主要分布在月海区 域;总体空间密度较全月球总体密度小,说明月 海区域撞击坑分布相对稀疏。掩击坑类型直轻范围/km数甌个百分比/%空间密度/万km，总密度/万km，月海残留型>604620.060.02特

36、大复杂羽113-60410090.950.27大环状平原型3411349894.711.3197 0中等凹坑平原28小规模碗型2-187704672.6620.28澈状酒窝型0.5-21426113.453.75表5全月球撞击坑分类统计表Tab.5 Statistical analysis of different types of craters月球表面积约为3800万kn?,其中根据统计月 陆面积约3077万km',占月球表面的81%。分析分 布在月陆上的91354个各类型撞击坑（表7）,可以发 现:小规模碗型撞击坑是主要分布类型,所占比 例达75.58%

37、,空间密度为22.44/万kn?,说明小规模 碗型撞击坑主要分布在月陆区域;次要类型中等 凹坑平原型和微状酒窝型的数量相差不大，数量分撞击坑类凤直径范围/km数励个百分比/%空间密度/万km，总密度彷kn?月海残留型>604130.090.02待大复杂却113-6041180.8006大环状平原型34-1133122.130.4320.3中等凹坑平原塑18-343582.440.50小规模碗型278800254.5211.07微状酒窝型0,2587340.028.12表6月海搔击坑分类统计表Tab.6 Statistical analysis of different types of

38、craters in lunar mare櫃击坑类型K径范围/km数个百分比/%空间密度彷kn?总密度/万kn?月海残留型>604490.050.02特大复杂型113-6048910.980.29大环状平原型34-11346775.121.5229.69中等凹坑平原型18-3483059.092.7小规模碗型2-186904475.5822.44微状酒窝型04283889.182.73表7月陆撞击坑分类统计表Tab.7 Statistical analysis of different types of craters in highland别为8305个和8388个，合计占比18.27

39、%;月海残留 型撞击坑数量最少，在月陆区域各类型撞击坑中比 例最低;总体空间密度较全月球和月海总体密度大, 说明全月球表面的撞击坑主要分布于月陆区域。6结论本文基于“嫦娥一号”数据，研究了撞击坑的类 型划分、识别、精度评价、解译标志库建立以及分类 统计分析几方面内容，主要结论为：(1) 对月球1®击坑的类型划分进行总结,通过 全月球表面的撞击坑进行观察分析，依据分类的基 本原则，将具有共同或相似特征的撞击坑分为六大 类:月海残留型、特大复杂型、大环状平原型、中等 凹坑平原型、小规模碗型、微状酒窝型撞击坑，并进 一步探究每种类型的撞击坑在嫦娥一号卫星所获 取的遥感影像图上的形态特征，对

40、比分析了全月球 不同类型的撞击坑形状规模特征差异。(2) 基于嫦娥一号影像和DEM,采用遥感图像 处理与专家知识融合的目视解译法识别出直径大 于500 m的全月表撞击坑共计106030个。通过对 比验证和几何误差评价两种精度评价的方式证明 此方法识别撞击坑的可靠性、有效性，为月球各方 面的深入研究提供了全面的基础资料。(3) 对全月球撞击坑分类型进行初步统计分 析。确定了不同类型撞击坑的数量特征、密度特征 及空间分布情况,发现撞击坑主要分布在月陆区域, 月海区域分布较稀疏，总体空间密度为27.90/万km2, 且随着直径的增加，撞击坑数量显著减少。在各类 型撞击坑中，小规模碗型是撞击坑的主要类

41、型，主 要分布在月陆区域；月海残留型撞击坑的数量最 少,主要分布在月海区域;特大复杂型、大环状平原 型播击坑在不同的地貌类型区所占的比例接近;微 状酒窝型在月海区分布密度最大。(4) 本文在建立全月球撞击坑数据库的过程保 证了精度，但速度方面仍有待提高,应继续深入研 究大范围内自动化识别撞击坑的方法;影像解译标 志库包含了不同类型撞击坑的典型解译标志，一些 待殊形态的撞击坑解译标志可以继续补充添加;在 精度评价方法上,除对比验证和几何误差评价，还 可从多源数据出发进行验证;对不同类型的撞击坑 进行了初步的统计分析，还可从不同的角度、利用 不同的统计工具对撞击坑进一步进行空间分析。本文利用嫦娥一

42、号的影像和DEM解译了直径 人于500 m的播击坑坑共106030个，参考Apollo工 程报告和嫦娥二号和嫦娥三号获取的高分辨率影 像，撞击坑的数量可能会更多，特别是小撞击坑。 今后可利冃更离分辨率的影像进行更详细的撞击 坑识别与空间分析。参考文献(References)陈建军，周成虎，程维明.2007. GIS中面状要素矢量栅格化 的面积溟差分析J测绘学报,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

43、re in GISJ. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 36(3): 344-350.何姝躍，陈建平,李珂,等.2012月表典別区撞击坑形态分 类及分布特征J地学前缘，19(6): 83-89. He S J, Chen J P, Li K, et al. 2012. The morphological classification and distribution characteristics of the craters in the LQ-4 areaJJ. Earth Science Frontiers, 19(6): 83-89.)

44、李春来，刘建军，任鑫，等.2010.嫦娥一号图像数据处理与 全月球影像制图J.中国科学：地球科学,40(3): 294- 306. Li C L, Liu J J, Ren X, et al. 2010. The global image of the moon by the Chang'E-1: data processing and lunar cartographyJ). Science China: Earth Science, 40 (3): 294-306.欧阳自远,邹永船李春来 2002月球:人类走向深空的前 哨战【M.北京：清华大学出版社.Ouyang Z Y, Zou

45、 Y L, Li C L. 2002. Moon: the first stop of the humanity towards space explorationM. Beijing, China: Tsinghua University Press. J欧阳自远.2005.月球科学概论M北京：中国宇航出版社: 23Ouyang Z Y. 2005. Introduction to lunar science M. Beijin& China: Astronautic Publishing House: 2-3.小森长生.1971.月球地质学M.东京：东京筑地图书馆: 178-193

46、. Komori L. 1971. Geology of the moonM. Tokyo, Japan: Tokyo Tsukiji Library: 178-193.岳宗玉，邸凯昌，张平，等.2012.月表撞击坑形成过程数值 模拟理论与方法J1 地学前缘，19(6): 110-117. Yue Z Y, Di K C, Zhang P, et al. 2012. Theories and methods for numerical simulation of impact crater formationJ. Earth Science Frontiers, 19(6): 110-117.

47、中国科学院贵阳地球化学研究所.1977.月质学研究进展 M.北京：科学岀版社：10-11. Institute of Geochemistry Chinese Academy of Sciences 1977 The research progress of lunar geologyM). Beijing, China: Science Press: 10-11中野繁.1970.月面及其观测M.东京:东京恒星社厚生阁. Shigeru N. 1970. The measurement of the lunar surface M. Tokyo, Japan: Stellar Welfare

48、Pavilion.周增坡，程维明,万丛,零.2012.月球正面撞击坑的空间分 布待征分析J.地球信息科学学报,14(5): 619-626. Zhou Z P, Cheng W Mt Wan C, et al. 2012. Analysis on the spatial distribution characteristics of lunar neat side impact cratersJ. Journal of Geo-information Science, 14 (5): 619-626.Arthur DWG, Agnieray A P, Wood C A, et al. 1963

49、. The system of lunar craters, quadrant IJ. Lunar and Planetary Laboratory, 2: 717&Baldwin R B. 1949.The face of the moonM. Chicago, IL: University of Chicago Press.Bandeira L, Ding W, Stepinski T F. 2012. Detection of sub-ki- lometer craters in high resolution planetary images using shape and t

50、exhire featuresJ Advances in Space Research, 49: 64«74Burl M C, Wetzler P G. 2011. Onboard object recognition for planetary explorationJ. Machine Learning, 84(3): 341-367.Cross A M. 198& Detection of circular geological features using the Hough transformJ. International Journal of Remote Se

51、nsing, 9(9): 1519-1528Fieder G. 1967. Lunar geologyM. London, UK: Lutterworth Press Grosse P, Van Wyk De Vries B, Euillades PA, et al. 2012. Systematic morphometric characterization of volcanic edifices using elevation modekJ. Geomorphology, 136(1): 114-131.Heiken G H, Vaniman D T, Frond B M. 1991.

52、Lunar sourcebook: a user's guide to the moonM. Cambridge, UK: Cambridge University Press: 62-63.Huang Q, Ping J S, Su X L, et al. 2009. New features of the Moon revealed and identified by CLTMs01J Science in China: Physics, Mechanics and Astronomy, 52(12): 1815-1823.Neukum G, Konig B, Arkani Ham

53、ed J. 1975. A study of lunar impact crater size distributionsJ The Moon, 12(2): 201-229.Pedrosa M M, Silva E A, Nogueira J R. 2012. Impact crater detection on mars from digital imageC/43rd lunar and planetary science conference. Woodlands, TX: Lunar and Planetarj Institute: 2004.Rosiek M R, Kirk R,

54、Howington-Kraus E. 2002 Color-coded topography and shaded relief maps of the lunar hemi- spheresC/33rd annual lunar and planetary science conference. Houston, TX: Lunar and Planetary Institute: 1792.Salamunidca G, LonCariC S 2012a. Crater detection algo rithms: a survey of the first decade of intens

55、ive research MJ. New York, NY: Nova Science Publishers: 93-123.Salamunidca G, Londarid S 2012b Crater detection from earth digital topography: first results for ACE2 dataset C)/39th COSPAR scientific assembly. Mysore, India: Lomonosov Moscow State University: 3Salamunidca G, Londaric S 2012c Crater

56、detection from Ve nus digital topography and comparison with martian and lunar cratersC/43rd lunar and planetary science conference. Woodlands, TX: Lunar and Planetary Institute: 1159.Salamunidca G, LonCarid S, Mazarico E. 2012. LU60645GT and MA132843GT catalogues of lunar and martian impact craters developed using a crater shape -based interpolation crater detection algorithm for topography dataJ. Planet Space Science, 60(1): 236-247Stof