吳波團隊嘅星表測繪:嫦娥着陸區與天問火星地形建模

香港理工大學(The Hong Kong Polytechnic University, PolyU)綜合資訊資料庫 · 04 科研模組 本檔案聚焦理大土地測量及地理資訊學系吳波教授團隊喺高精度三維地形測繪、撞擊坑/石塊自動識別同着陸區安全評估上嘅科研主線——同「火星相機」(容啟亮團隊)、「採樣封裝系統」屬並行支柱,本篇專門覆蓋遙感測繪科研呢條脈絡。 火星相機見 mars-camera-tianwen.md;月球採樣系統見 lunar-sampling-system.md;RCDSE 機構檔案見 deep-space-exploration-research-centre.md;航天總覽見 aerospace-and-space.md。

---

# 一、吳波係邊個?由測繪走向星表

吳波教授^※現任香港理工大學鍾惠貞空間科學教授,兼任土地測量及地理資訊學系副系主任同深空探測研究中心(RCDSE)副主任。佢嘅專業根基係攝影測量與遙感,研究焦點覆蓋行星地形測繪、行星科學同三維 GIS 應用。吳波喺武漢大學攞到工學博士學位,2006–2009 年喺美國俄亥俄州立大學完成博士後研究,期間接觸 NASA 資助嘅月球同火星探測項目,2009 年加入理大後正式將行星測繪納入科研主線。

呢個背景令佢喺理大航天科研團隊入面扮演咗同「精密機械工程」路線唔同嘅角色:容啟亮團隊側重儀器研製(相機、採樣系統);吳波團隊側重遙感數據分析同地形建模——即係「用數據睇清楚地勢、評估可唔可以安全落腳」。兩者共同構成理大深空探測嘅雙輪驅動(機構層面嘅雙主任架構見 deep-space-exploration-research-centre.md)。

---

# 二、吳波團隊做啲乜:核心技術路線

# 高精度三維地形重建點樣實現?

吳波團隊嘅核心技術係多源遙感數據集成嘅行星三維測繪。據澎湃新聞對吳波嘅專訪^※,主要技術手段包括:

• 多源數據融合:將軌道器影像(例如嫦娥二號 CCD、美國 LRO 激光高度計)、着陸下降相機影像同巡視器導航相機立體像對協同註冊,構建統一地理框架下嘅高精度地形產品;
• 明暗恢復形狀(Shape from Shading, SFS):基於單幅影像嘅亮度資訊反演三維特徵,喺數據稀缺區域提升地形分辨率;
• 機器自主學習:開發深度學習演算法,實現撞擊坑、石塊等地貌特徵嘅自動識別同量化分析,喺短時間內處理海量目標。

呢套技術鏈條覆蓋咗從軌道遙感到巡視器原位影像嘅全尺度,為任務前(着陸區選址)同任務中(巡視器定位同路徑規劃)提供地形支撐。

# 撞擊坑同石塊分析點解咁關鍵?

着陸安全性高度依賴地形細節。撞擊坑坑沿同坑內斜坡會搞到探測器翻側;散落嘅岩石既可能阻住月球車行駛,亦可能卡入車轆;地面起伏超過閾值就直接危及軟着陸成功率。吳波團隊嘅核心貢獻之一,正係開發出可以快速、大規模、自動量化呢啲地貌特徵嘅演算法,並將分析結果用嚟支援任務團隊嘅着陸區決策。

---

# 三、嫦娥三/四號月球任務:由「虹灣」到「月之背面」

# 嫦娥三號:多源數據集成開先河

吳波團隊最早嘅行星測繪實戰始於嫦娥三號(2013 年着陸,落喺月球正面虹灣(Mare Imbrium)區域)。據ISPRS 會議論文^※同相關研究,團隊利用嫦娥二號 CCD 影像(7 m 同 1.5 m 分辨率)、下降相機影像同巡視器導航相機立體像對,集成到統一地理坐標框架,生成分辨率最高達0.05 m 嘅高精度地形產品,並為玉兔號月球車嘅每個停靠點例行生成 0.02 m 分辨率局部地形數碼高程模型(DEM),直接支撐地面遙操作決策。呢次係理大喺國家月球探測中首次系統性應用多源測繪技術支援實際任務運行嘅案例。

# 嫦娥四號馮·卡門撞擊坑:40 萬坑、2 萬石

嫦娥四號係人類首次月球背面軟着陸任務(2019 年 1 月 3 日着陸喺南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑)。吳波團隊自 2016 年 3 月應中國空間技術研究院邀請,承擔候選着陸區地形地貌分析工作。

據新浪新聞報道^※:

• 團隊從多個數據源採集月球遙感數據,為兩個候選着陸區構建高精度、高分辨率地形模型;
• 喺候選區內共分析超過 40 萬個撞擊坑同逾 2 萬塊岩石嘅分佈、尺寸同密度資訊;
• 識別出候選區內最大直徑達 35 米 嘅巨石;
• 計算地面坡度分佈,揾出相對平坦、適合探測器安全落腳嘅地點;
• 團隊重點推薦嘅最高優先級着陸子區域,正係嫦娥四號最終着陸嘅位置。

着陸成功之後,團隊進一步利用軌道器、下降相機同地面相機影像嘅綜合處理,精確確定咗着陸器位置,並開發咗玉兔二號巡視器嘅視覺定位技術,持續支撐佢嘅日常地面操作同路徑規劃——此後又開展咗釐米級分辨率建模,從玉兔二號全景相機立體像對測量咗超過 310 個直徑大過 0.1 m 嘅細撞擊坑。

---

# 四、天問一號火星任務:由全球評估到烏託邦平原南部

# 候選區點樣由全球三個縮到一個?

呢個係吳波團隊迄今覆蓋面最廣、歷時最長嘅着陸區遴選工程。據中新網專訪^※同Mirage News 報道^※,成個過程分三個階段:

第一階段(2016–2020)——全球評估同三區篩選:吳波喺 2016 年應中國空間技術研究院邀請,帶隊開展火星全球地形地貌評估,綜合分析高程、坡度、石塊豐度、撞擊坑密度同地質背景等多維指標,由全球範圍篩選出三個候選區:

經綜合評估,烏託邦平原南部被確定為目標着陸區——該區係火星北半球最大嘅已知撞擊盆地,地形相對平坦,符合軟着陸安全要求。

第二階段(2021 年 2–5 月)——高分圖像精細建模:2021 年 2 月天問一號進入環火軌道之後,開始拍攝目標着陸區高分辨率影像。團隊自3 月中旬攞到影像後就開始處理,喺約兩個月內完成三維建模分析,處理對象包括數以百萬計嘅石塊、數以十萬計嘅撞擊坑同其他可能影響着陸安全嘅地貌特徵,結合 AI 自動識別技術達到約 85% 嘅地物提取精度,從中劃定多個可行着陸橢圓供任務管理團隊最終確認。

結果:天問一號喺 2021 年 5 月 15 日成功着陸烏託邦平原南部,釋放祝融號(Zhurong)火星車——實現咗中國首次火星軟着陸。

# 吳波點樣評價呢項工作?

事後接受中新社採訪,吳波表示:「我們不僅見證了歷史,同時我們也是歷史中的一部分,我們參與了歷史。」佢仲指出,美國完成「繞、落、巡」三步走嘅火星探索戰略大約用咗 20 年,中國天問一號一次任務就實現三步並進,係「非常偉大的成就」。(來源:中新網^※)

---

# 五、國家認可:RCDSE 成員雙雙攞到國家級獎項

據理大 PAIR 簡訊第 8 期^※(2023 年 12 月):

理大深空探測研究中心(RCDSE)入面,吳波教授同容啟亮教授(RCDSE 主任)都攞到由工業和信息化部、中國國家航天局等六部委聯合頒發嘅個人卓越獎(Outstanding Award)——前者表彰其地形測繪同地貌分析技術對天問一號火星任務着陸區安全識別嘅貢獻;後者表彰其領銜研製表土採樣封裝系統支撐嫦娥五號月球採樣。此外,理大團隊仲攞到嫦娥五號任務團隊獎。

呢個係國家航天主管機構對理大測繪科研貢獻嘅正式背書——兩位教授分別代表「工程儀器」同「遙感測繪」兩條平行嘅理大航天科研路線。

---

# 六、嫦娥五/六號:測繪支撐延伸至採樣返回

吳波團隊對月球測繪嘅參與並無止步於嫦娥四號。據檢索到嘅研究記錄(PolyU Scholars IRA^※同相關論文),團隊將地形測繪同着陸器定位技術延伸至嫦娥五號(2020)同嫦娥六號(2024)採樣返回任務,為着陸區地形分析同着陸器精確定位提供技術支撐,同容啟亮團隊嘅採樣封裝系統(見 lunar-sampling-system.md)喺「知道落喺邊度」同「喺落點攞到樣」兩個維度上形成協作。

---

# 七、當前同未來:嫦娥七號、天問二號

吳波嘅星表測繪工作並無喺天問一號成功之後劃上句號。據理大 PAIR 新聞(2024 年 5 月)^※,其團隊目前正喺度為嫦娥七號同天問二號開展預研:

• 嫦娥七號:月球南極區域資源勘察任務,需要對月南極地形進行精細測繪同評估;
• 天問二號:針對小行星嘅採樣返回任務,探測目標係形狀唔規則、表面地形資訊極之有限嘅小天體。吳波團隊指出,「冇現成資訊同數據」係呢次任務嘅核心挑戰;團隊喺實驗室入面搭建咗模擬實際行星環境嘅測試場,發展適用於不規則小天體嘅測繪方法同着陸區評估框架,並進一步融合 AI 技術提升衞星影像處理效率同可靠性。

呢兩項任務分別代表月球測繪向極區資深化嘅延伸,同埋深空測繪向更複雜天體類型嘅拓展。

---

# 八、同理大航天科研版圖嘅關係

理大喺國家深空探測入面承擔嘅角色,可以從「測繪」同「工程儀器」兩條軸線去理解:

兩條線嘅交匯點在於:吳波團隊嘅地形產品為容啟亮團隊嘅儀器提供「落喺邊」嘅依據;而容啟亮儀器採集嘅就地影像,反過嚟又成為吳波團隊建模嘅原始數據源之一。呢種內部協作,係理大喺國家級航天工程入面形成「組合拳」效應嘅基礎。

---