第七届青年地学论坛

月球没有大气，表面受陨石小天体的频繁撞击，斜长质高地月壳或玄武岩月海被粉碎、挖掘、抛射，在月表产生大小不一、形状各异的石块，是月表主要形貌特征之一。月表石块受到太阳风粒子轰击、宇宙射线照射和昼夜温差引起的热应力等多种因素的长期影响，会发生破碎，使得其丰度、大小、形状会发生变化。对月表石块（丰度、大小、形状）的研究有助于了解月表撞击成坑和太空风化过程，对多种遥感数据的解译也具有帮助作用，也可对未来着陆探测的安全着陆提供重要的支撑。目前，对月表石块的研究主要有基于高分辨率光学影像的目视解译（Pajola et al., 2019; Li and Wu, 2018）和热红外遥感反演（Bandfield et al., 2011），但这些研究手段无法获得石块的大小或形状信息。对于月球两极的永久阴影区，缺乏高质量光学影像，热红外观测也对永久阴影区不敏感，因此无法获得永久阴影区石块信息。为解决这些问题，我们提出一种基于高程数据的月表石块信息自动提取方法，该方法不受太阳光照射的影响，可适用于月球永久阴影区。此外，高程数据也可以提供石块的高度信息，将石块信息的维度从二维拓展到三维。

撞击坑	位置	纬度 (°)	经度 (°)	来源	分辨率 (m)	阈值	直径大于4倍分辨率的石块
							准确率 (%)	检出率(%)
Meteor	地球	35.0	-111.0	激光高度计	~0.5	1.11	84.52	91.60
Linne	月球	27.7	11.8	立体摄影测量	2	4.49	15.87	56.66
Shackleton	月球	-89.7	129.8	激光高度计	5	12.63	非永久阴影区正确率：5(正确)/7(检出)

我们的方法主要包括以下几部分：（1）对高程数据进行不同尺度下的二维连续小波变换，计算不同位置处不同尺度小波系数的均值；（2）通过Hopkins统计量得到的自适应阈值提取出小波系数较高的区域，这些区域即为石块位置；（3）用标记连通区域的方法对每个石块进行标记；（4）由区域生长算法来获取石块的面积，石块的高度为石块范围内的最高点与周边地形均值的差。我们将该方法应用于Meteor（机载激光雷达，~0.5 m分辨率，5–30 cm垂直精度）、Linne（月球窄角相机，2 m分辨率，0.25–4 m相对精度）和Shackleton（月球轨道激光高度计，5 m分辨率，2–4 cm垂直精度）三个撞击坑的高程数据，结果见表1。在Meteor撞击坑区域，对直径大于2 m的石块检测的准确率和检出率都高于84%。对于Linne撞击坑，准确率约为16%，检出率约为57%，较低的准确率和检出率与数据质量有关，由于石块目标较小，影像匹配（立体摄影测量的关键步骤）误差造成的局部相对精度的降低会给石块检测带来很大困难。将该方法应用于Shackleton撞击坑，该撞击坑大部分区域位于永久阴影区内，无法通过光学影像得到真实石块数据，对有高分辨光学数据区域的石块进行检验结果表明在7个被检测出的石块中，有5个是石块。通过比较石块的深度H和直径D，我们发现Meteor的石块平均H/D为0.2523，这个值与Di et al. (2016)的结果十分接近，而Linne的结果仅为0.1275。
基于上述结果的分析表明，要对月球永久阴影区2 m以上的石块进行检测，高程数据的水平分辨率应该在0.5 m左右，相对垂直精度至少应当高于最小可检测石块高度的0.5倍，即约0.2 m。本文研究方法可应用于我国“嫦娥”7号月球雷达对永久阴影区内水冰的探测中去，可由干涉雷达高程信息获得月球极区表面石块丰度信息，进而为由雷达数据解译次表层是否含有水冰提供帮助。

高程数据,石块,永久阴影区,二维连续小波变换