基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法及系统，涉及行星遥感和行星地质学技术领域

【技术实现步骤摘要】
基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法及系统


[0001]本专利技术属于行星遥感和行星地质学
，尤其涉及基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法及系统
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]撞击坑的退化等级划分与形貌参数测量为分析火星过去的气候提供了一个强有力的工具
。
在早期的行星表面撞击坑形态研究中，对行星表面撞击坑形状的研究主要依赖于二维遥感影像产品的测量技术，例如照相测斜术和阴影测量法
。
之后，对火星撞击坑的研究基于火星轨道飞行器激光高度计
(MOLA)
获得的数字高程模型
(DEM)
数据
。
由于
MOLA
数据分辨率较低
(
～
380m/pixel)
，因此撞击坑形貌分析主要面向直径大于
5km
的撞击坑，由此得到的火星撞击坑形态学关系不适用于小型撞击坑
。
随着轨道航天器上的高分辨率相机的出现，比如火星勘测轨道飞行器
(MRO)
上搭载的高分辨率成像科学实验
(HiRISE)
影像以及其派生的
DEM
数据，可以在小尺度上定量表征撞击坑形状的特征，更好的了解撞击坑形成和演化过程
。
将火星撞击坑形态测量和分析方法扩展到小尺寸
(
米级和百米级<br/>)
，准确提取撞击坑的形态学特征
(
比如，直径
、
深度
、
坑缘高度等等
)
，并研究形态参数之间的相关性，讨论研究区地质演化过程和撞击坑形成过程具有重要意义
。
[0004]由于行星表面地质作用的多样性
、
行星演化过程的复杂性和行星气候的变化性，行星表面撞击坑退化速度在时空上具有不连续性
。
而撞击坑是行星表面最主要的形貌和构造特征，分布于行星各个地质年代和地质单元上，因此，撞击坑的参数测量分析和退化率评估能够研究行星表面过程演化，地质单元年龄和火星气候变化等等
。
撞击坑形貌测量和分析对于理解近地表地层学
、
气候演变和退化历史具有重要意义
。
之前的火星撞击坑形态测量研究主要存在以下两个问题：
[0005](1)
在提取撞击坑形态参数上，前人研究多使用手动轮廓分析方法测量火星撞击坑深度和坑缘高度
。
首先构建撞击坑四方向
(
东
‑
西，南
‑
北，东北
‑
西南，西北
‑
东南
)
的地形剖面图
。
将四方向剖面上的平均坑缘点高程与撞击坑内最深点高程进行相减，得到撞击坑的平均深度，将四方向剖面上的坑缘点高程与坑缘外地形高程相减后平均，得到撞击坑的平均坑缘高度
。
该方法虽然简单，但是四剖面不能全面反映撞击坑的形态特征，得到的撞击坑深度和坑缘高度具有一定的片面性
。
[0006](2)
在分析撞击坑形态参数相关性上，现有方法多将研究区所有撞击坑合并开展形状参数
(
深度和坑缘高度等
)
和直径的相关性分析并进行线性拟合
。
但是，研究区的撞击坑形成时间不同，经历的地质作用各异，受火星表面风化侵蚀程度不同，坑缘高度和深度都会随侵蚀程度等级而变化
。
因此，需要对研究区的撞击坑退化程度进行评价和分级，对同一退化等级的撞击坑形状参数进行相关性分析，并与其他退化等级的结果进行对比得到随时间变化的撞击坑参数变化性
。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法及系统，从撞击坑的整体三维剖面来提取形状参数，并按退化程度等级来开展同级撞击坑的形状参数的相关性分析与比较，具有更高的准确性和精度
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术第一方面提供了基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法
。
[0010]基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一：将撞击坑按照退化程度分成多个等级，同时获取研究区高精度数字高程模型数据集，生成整个研究区撞击坑三维表面；
[0012]步骤二：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，插值建立每个撞击坑三维曲面，基于插值建立的撞击坑三维表面，从撞击坑整体形貌上提取撞击坑的深度数据；
[0013]步骤三：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，插值建立每个撞击坑撞击前初始平原三维曲面
、
坑缘环形三维曲面，基于撞击前初始平原三维曲面
、
坑缘环形三维曲面，从撞击坑整体形貌上提取撞击坑的坑缘高度数据；
[0014]步骤四：对每一退化等级撞击坑的深度与撞击坑直径
、
坑缘高度与撞击坑直径开展线性回归分析，得到回归参数并分析撞击坑的形状参数与退化程度之间的关系
。
[0015]优选的，所述步骤一中，还包括生成多个退化等级中每个撞击坑坑缘边界线集合
、
量取每个撞击坑的直径
。
[0016]优选的，所述步骤二，具体包括：
[0017]S201
：确定待提取参数撞击坑的直径和坑缘边界线，根据待提取参数撞击坑的直径成比例在它的坑缘边界线上生成等间距点；
[0018]S202
：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，查找每个等间距点的高程值，生成坑缘高程点集，用线性插值函数方法构建待提取参数撞击坑的三维曲面；
[0019]S203
：将线性插值生成的撞击坑三维曲面的高程值减去对应位置的整个研究区撞击坑三维表面数据的高程值，得到撞击坑深度数据集，提取其中的最大值，即为撞击坑的深度；
[0020]S204
：将多个退化等级的所有撞击坑均按照前述
S201—S203
的方法提取深度，得到研究区所有撞击坑的深度
。
[0021]优选的，所述步骤三，具体包括：
[0022]S301
：确定待提取参数撞击坑的直径和坑缘边界线，以待提取参数撞击坑的坑缘边界线为基础向撞击坑外生成一个撞击坑直径的
1D
缓冲区，
1D
缓冲区的封闭边界线即为撞击前初始平原边界线；
[0023]S302
：根据待提取参数撞击坑的直径成比例在它的撞击前初始平原边界线上生成等间距点；
[0024]S303
：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，查找撞击前初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将撞击坑按照退化程度分成多个等级，同时获取研究区高精度数字高程模型数据集，生成整个研究区撞击坑三维表面；步骤二：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，插值建立每个撞击坑三维曲面，基于插值建立的撞击坑三维表面，从撞击坑整体形貌上提取撞击坑的深度数据；步骤三：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，插值建立每个撞击坑撞击前初始平原三维曲面
、
坑缘环形三维曲面，基于撞击前初始平原三维曲面
、
坑缘环形三维曲面，从撞击坑整体形貌上提取撞击坑的坑缘高度数据；步骤四：对每一退化等级撞击坑的深度与撞击坑直径
、
坑缘高度与撞击坑直径开展线性回归分析，得到回归参数并分析撞击坑的形状参数与退化程度之间的关系
。2.
如权利要求1所述的基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法，其特征在于，所述步骤一中，还包括生成多个退化等级中每个撞击坑坑缘边界线集合
、
量取每个撞击坑的直径
。3.
如权利要求2所述的基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法，其特征在于，所述步骤二，具体包括：
S201
：确定待提取参数撞击坑的直径和坑缘边界线，根据待提取参数撞击坑的直径成比例在它的坑缘边界线上生成等间距点；
S202
：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，查找每个等间距点的高程值，生成坑缘高程点集，用线性插值函数方法构建待提取参数撞击坑的三维曲面；
S203
：将线性插值生成的撞击坑三维曲面的高程值减去对应位置的整个研究区撞击坑三维表面数据的高程值，得到撞击坑深度数据集，提取其中的最大值，即为撞击坑的深度；
S204
：将多个退化等级的所有撞击坑均按照前述
S201—S203
的方法提取深度，得到研究区所有撞击坑的深度
。4.
如权利要求2所述的基于退化分级的火星撞击坑形貌参数提取分析方法，其特征在于，所述步骤三，具体包括：
S301
：确定待提取参数撞击坑的直径和坑缘边界线，以待提取参数撞击坑的坑缘边界线为基础向撞击坑外生成一个撞击坑直径的
1D
缓冲区，
1D
缓冲区的封闭边界线即为撞击前初始平原边界线；
S302
：根据待提取参数撞击坑的直径成比例在它的撞击前初始平原边界线上生成等间距点；
S303
：基于整个研究区撞击坑三维表面数据，查找撞击前初始平原边界线上每个等间距点的高程值，生成初始平原高程点集，用线性插值函数方法构建撞击前初始平原的三维曲面；
S304
：以待提取参数撞击坑坑缘边界线为中心向撞击坑内和外生成
0.2
个撞击坑直径的
0.2D
缓冲区，并提取
0.2D
缓冲区边界线；
S30...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃，王奕，杨瑜，吕英波，凌宗成，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：