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NASA 与 IBM 开源月球模型,近 200 万图块先解决数据对齐

2026-09-11 / 共 2,376 字

NASA/GSFC/Arizona State University

9 月 10 日,NASA 与 IBM 没有只放出一个模型权重。两家机构把近 200 万个月球轨道数据图块、预训练权重、四项下游基准、微调代码和 TerraTorch 配置一起公开。真正困难的部分也不只是让视觉模型“看懂月球”,而是先把不同任务、传感器、分辨率和光照条件的数据整理成能够训练、复现和比较的共同底座。

这也决定了该怎样理解这次发布。它不是第一个月球基础模型:Moonstone 与 LunarFM 已在 7 月公开。NASA 与 IBM 的增量,是把米级地貌与百米级区域环境纳入同一套预训练方法,同时把从数据到评测的工作流交给外部研究者验证。

近 200 万图块分成两条尺度轨道,没有强行拼成一张图

NASA 的发布说明把训练集概括为约 200 万张图块:超过 100 万张约 1 米分辨率的高分辨率相机图块,以及近 96.4 万张约 100 米分辨率的多光谱图块。技术报告给出精确数量:1,000,113 个窄角相机(NAC)图块和 963,609 个广角相机(WAC)图块。

两类图块解决的不是同一个观察问题。NAC 图块覆盖约 512 米见方,适合观察小型陨石坑等米级形态;WAC 图块覆盖约 51.2 公里见方,用于理解区域地形、光谱和地球物理环境。模型卡明确说明,两种尺度不会在一个样本里混合,而是各自形成样本族,共用一套模型权重。

数据对齐发生在每条轨道内部。光学影像确定地面边界,地形、坡度、坡向、温度、雷达、重力与氢丰度等图层再映射到同一边界。最终的 11 类预训练模态包括 9 类图像式输入、每块图的光学观测元数据,以及由静态地图汇总出的上下文。数据主要来自月球勘测轨道飞行器,也吸收 GRAIL、Lunar Prospector 和日本 SELENE/Kaguya 等任务的观测。

月球遥感还有一个容易制造虚高成绩的问题:滑动窗口会产生大量重叠图块,同一地面也可能在不同光照下被多次拍摄。团队没有随机打散这些图块,而是按月球横轴墨卡托投影分区和极区切分训练、验证与测试集;同一地面即使进入两种尺度,也会被分到同一数据划分。这一步的价值,是避免近重复影像同时出现在训练和测试两边。

模型学习跨模态关系,FlexiViT 让同一权重适配不同任务尺度

模型卡显示,主干是一个 12 层、隐藏维度 768 的 ViT-B 编码器,不是超大参数模型。训练方法改自 IBM 此前用于地球观测的 TerraMind:先为不同模态建立各自的离散编码器,再随机遮住一部分输入,让 Transformer 根据可见模态预测目标 token。这样训练的目的,是把同一地点的影像、地形与物理测量联系起来,而不是生成一张看起来像月球的图片。

团队还加入了 FlexiViT 的可变图块嵌入,使预训练权重在下游任务中可以改变工作图块大小,不必重新训练主干。完整预训练使用 16 块 H100、15 万步和约 1100 GPU 小时。外部研究者可以通过公开仓库下载权重与配置,再用 TerraTorch 运行陨石坑检测、不规则月海斑块分割和冰适宜度回归。

这套交付物比“开放权重”多了一层:数据加载、空间划分、损失函数和评价指标也随基准公开。在月球科学标签昂贵、不同研究经常自建处理管线的情况下,可重复的任务定义决定了模型改进能否被比较。

最大优势出现在冰适宜度回归,另外两项任务更接近并列

技术报告用四项任务比较月球预训练模型、随机初始化的同架构模型和多种 ImageNet 预训练模型,结果均报告五次随机种子的均值与标准差。

在百米级 WAC 陨石坑检测中,NASA-IBM 模型只用一半标注训练数据,完整微调的 mAP 为 0.2541;最强的 ImageNet 基线 SwinV2-B 用全部训练数据时为 0.2420。使用全部数据后,LoRA 微调版本的 mAP 达到 0.2581。这个结果支持月球领域预训练能够节省标注的判断。

优势没有覆盖所有尺度。米级 NAC 陨石坑任务中,LoRA 版本 mAP 为 0.1543,SwinV2-B 为 0.1552;不规则月海斑块分割中,最佳模型的前景 IoU 为 0.5709,最强基线为 0.5687。论文作者明确指出,两项差异都落在不同随机种子带来的波动范围内,应理解为表现相当,而不是明确领先。

最明显的差距来自极区冰适宜度回归。完整微调模型的 RMSE 为 0.0293,SwinV2-B 为 0.0377,误差约减少 22%。不过预测目标不是仪器直接测得的冰含量,而是一张由温度、光照和地形等信息按知识规则合成的“冰适宜度”连续地图。模型学会的是复现这套适宜度模式,不能把成绩写成发现了新的月球冰。

它不是首个月球基础模型,差异在双尺度与复现实验栈

NASA 将这项工作称为“最早的一批”开源月球科学模型,这个范围化表述是必要的。Moonstone在 7 月 3 日提交,使用来自五次轨道任务的七类仪器数据,构建约 237 米分辨率的全球 28 通道数据集,并提供六项下游任务;LunarFM在 7 月 24 日提交,整合三个月球任务、六种仪器的 18 个通道,覆盖南北纬 70 度之间,并发布共享嵌入。

这些系统的数据、任务和指标不同,不能直接拿分数排出名次。NASA-IBM 模型更清楚的差异,是在一套权重下保留米级与百米级两条尺度轨道,并把模型、训练数据、下游数据、基准配置和微调代码同时接入 TerraTorch。它提供的是一套可继续实验的月球遥感基础设施,而不是一次“全面领先”的排行榜更新。

边界同样清楚。模型生成的高程可能保留形状却丢失绝对高度,生成的经纬度甚至可能偏离数十度;它没有维持测地参考系,也未被验证用于着陆点认证或危险规避。Reuters和The Register都把它定位为帮助科学家分析轨道数据的开放工具,而非月面机器人自主系统。

接下来最能检验这次发布价值的,不是再增加一个官方百分比,而是外部团队能否用公开配置复现四项基准,并在新的月球区域、传感器和任务上保持优势。只有那时,近 200 万图块形成的通用表征,才会从一套完整的研究基础设施变成可迁移的科学能力。

来源

  • NASA, IBM Launch AI Foundation Model for Lunar Science · NASA
  • IBM and NASA Release Open-Source AI Model to Support Lunar Exploration · IBM
  • NASA-IBM Lunar Foundation Model · Hugging Face
  • NASA-IBM Lunar Foundation Model repository · GitHub
  • Multimodal-Multiresolution Foundation Model for Lunar Remote Sensing · NASA / IBM Research
  • IBM, NASA launch AI model to help map ice, craters on Moon · Reuters
  • NASA and IBM open source lunar mapping tools · The Register
  • Moonstone: A Multimodal Foundation Model and Benchmark for Lunar Remote Sensing · arXiv
  • LunarFM: A Shared Multimodal Representation of the Moon's Surface · arXiv

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