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從三門峽水庫到老山漢墓 我國遙感考古碩果累累

從三門峽水庫到老山漢墓 我國遙感考古碩果累累

連點成線、連線成網、彼此呼應。藉助遙感考古技術,遙感地球所工作人員將200多座古烽燧、戍堡連成了一條條長城資源分佈線——「漢代長城資源」「唐代長城資源南線」「唐代長城資源北線」。

近來一則新聞吸引了很多人的注意——科學院遙感與數字地球研究所研究人員利用遙感技術,「復原」出了新疆消失的古長城。其實,這只是遙感考古最新應用的一個例子,它能為我們做的遠遠不止如此。

遙感考古起源於熱氣球航拍

航空航天發展帶來諸多成果

對於多數人而言,提到考古,便能想到一群考古學家利用一把洛陽鏟在遺迹中挖掘。隨著科技的發展,科學家為傳統考古工作提供了一雙新的「眼睛」,這便是遙感。

遙感考古就是利用電磁波等感測器,對地表及地下遺迹進行遠距離觀察、探測的手段。具體來說,隨著航空航天的發展,尤其是感測器解析度的提高,人們從衛星、飛機等不同空間位置上,運用攝影機、掃描儀、雷達等成像設備,獲取考古遺址的影像資料,然後運用計算機圖形圖像處理技術,對這些影像進行處理。

地面不同植被、土壤、水體及岩石類型、地貌特徵等與古遺址產生的電磁波波譜特徵不同,這些差異通過肉眼看不出來,但是通過不同成像設備獲取的電磁波數據,以及根據遺址範圍內地表的現狀和光譜成像規律等的相互關係,對影像的色調、紋理、圖案及其時空分佈進行研究,就能判定遺迹或現象的位置、分佈、形狀等特徵,進而進行遺址探查、考古測量、古地貌和古遺址復原等工作。

利用遙感技術進行考古研究,最早是在20世紀初。1906年,英國軍官沙普在軍用熱氣球上拍攝到的史前巨石陣遺址,被公認為是遙感考古的發端。第一次世界大戰期間,考古學家在航空照片上發現了城市中的古代建築遺址及原野上的古代建築遺址。20世紀20年代,英國考古學家通過不斷的資料積累,提出了航空考古勘察和航片分析的三種標誌:陰影標誌、土壤標誌和植被標誌。自此以後,隨著航空攝影技術的進一步發展,人們具備了獲取更大空間範圍古代遺址影像的能力。

隨著航天技術的發展,人類進入到了從太空看地球的新時代。20世紀70年代以來,人們通過發射到外層空間的數以百計的衛星,獲得了大量的遙感考古信息和發現,諸如埃及的金字塔考古,柬埔寨吳哥古城的遙感研究,用星載成像雷達探測和調查西班牙腓尼基人的海事文化,美國考古學家發現了沉沒海底數千年的古埃及名城亞歷山大,希臘考古學家用紅外像片在科林斯灣發現了公元前373年毀於地震的古城「Hekike」,等等。

從三門峽水庫到老山漢墓

遙感考古碩果累累

的遙感考古工作起步較晚,但考古學家和遙感技術工作者開展合作較早,在20世紀60年代修建三門峽水庫時,就利用航空照片對庫區古代遺址、墓葬分佈進行探測;70年代至80年代,利用遙感技術對秦始皇陵進行過探測;在河南洛陽地區、內蒙古草原、山東等地開展航空遙感考古勘察。90年代以後,遙感考古得到迅速發展,在國內許多遺址的考古調查中發揮了重大作用,例如利用衛星遙感技術,先後在珠江口、渤海灣、黃海、東海等海域調查水下沉船;利用彩色紅外航測片,揭示北京市內長城的現狀,圓明園古建築基礎平面形態,以及老山漢墓紅外航空遙感、明隋古長城雷達遙感探測,等等。此外,農業遙感考古、古水利工程遙感考古、古洞窟遙感考古等都在取得了巨大進展,如在塔克拉瑪干大沙漠腹地發現古桑園遺址,把長江水系和珠江水系聯繫起來的「古靈渠」遙感考古等。

2009年,新疆維吾爾自治區第三次全國文物普查時,遙感地球所與新疆文物考古研究所合作,應用遙感技術與野外考察相結合,發現了數百座古墓葬,極大提高了普查的工作效率。2013年8月和10月,遙感地球所聯合甘肅省有關考古團隊在瓜州-沙洲一帶開展聯合科考,藉助遙感技術,共發現5處古城遺址,2處民居村落中的13個房屋遺迹,以及1段古渠道遺迹、1條古道遺迹和1處陶窯遺址。時任甘肅省瓜州歷史文化研究會副會長、年過古稀的寧瑞棟老先生說:「如果早有這些高解析度遙感圖像和精確的定位,我們就不會花10年才找到巴州城了!」——巴州是頻現於史書的古城,他們在上個世紀80年代的航拍照片中,偶然發現有類似城池的遺存。但因為無法精確定位,考古隊在茫茫戈壁上找了10年才找到。而在這次考古行動中,高解析度遙感圖像上顯示的古城比較明晰,GPS定位也相當準確。

遙感考古不止是發現

為認知古代遺存提供新視角

隨著遙感學科的飛速發展,遙感考古的手段也發生了很大變化,從近地面、航空到航天不同平台,從單波段到多波段,從中低解析度到高解析度,以及如今在遙感考古中作用日益凸顯的激光雷達、高光譜遙感等,不同的探測技術,全天時(白天與黑夜)、全天候(陰天晴天),以及穿透雲層、穿透植被、穿透地表或穿透水體的探測能力,使遙感技術能夠適用於不同環境下的考古工作需要。

「發現遺址」是遙感考古最重要的一個目的,但不是唯一目的,遙感考古的應用還包括對遺址的古環境分析與解譯、文化遺產動態監測、為遺址保護規劃方案提供科學依據等。利用遙感技術,能夠直觀形象地展示文化遺產,深化人類文化遺存時空分佈規律的認識,了解不同環境和社會發展階段的人地關係模式及其演變過程,為解讀遺址與文化提供科學依據。

2006年,國家科技支撐計劃立項支持京杭大運河定址,遙感地球所科研團隊以遙感技術為主,結合考古、水利工程研究,對京杭大運河開展了現狀調查。最終不僅從宏觀角度更好地把握運河的整體走勢,也從微觀角度更好地探測了運河遺址,對運河成功申遺可謂功不可沒。

2015年,遙感地球所基於高解析度衛星圖像,通過人機交互解譯,對絲綢之路南道重鎮米蘭古綠洲進行了遙感考古研究,重點對米蘭古綠洲的屯田灌溉渠系進行了系統研究,從全局尺度揭示了米蘭古屯田灌溉系統的詳細結構,以及米蘭屯田的景觀格局對全球氣候變化敏感響應的機理。這意味著遙感考古可以提供比單純遺址考古更全面的環境變遷研究。

2010-2015年,遙感地球所參與國家科技支撐計劃項目「中華文明探源工程」,通過多源遙感數據,結合歷史學、地貌學、環境學,重點對三大都邑性遺址(良渚、陶寺、二里頭)開展了系統的研究工作,探索文化發展脈絡,為我們認知古代遺存提供了新的視角。

穿越歷史歲月,無論是綿延近2000公里的京杭大運河,還是湮沒在昔日絲路古道的新疆古長城,遙感技術和手段都以穿越時空的能力,幫助我們發現歷史、還原歷史、分析歷史。

最新發現

「復原」新疆古代長城

2014年,遙感地球所研究團隊走進新疆地區,開始了歷時三年的新疆古代長城考古工作。

眾所周知,很多保存於地表或地表以下的古代遺迹由於年代久遠,加之備受人類活動的影響,有的成了農田,有的形成村鎮,很難被肉眼辨識。而新疆地區,不僅受人類活動影響,更受千餘年的風沙侵蝕,古代長城所在地已經和周邊的沙漠、戈壁混成一片,很難看出遺址的存在。但由於這些遺迹全部為人工建成,與周圍沒有經過人工擾動的土壤環境存在著差異,從而形成了這一地區在土壤、水分、地表溫度等方面一系列的特別徵象。這種特徵人在平地或高空用肉眼觀察時感覺不明顯,卻逃不過遙感的「眼睛」。正是靠著遙感手段獲取的古遺址的微弱信息, 科研人員「復原」了新疆古代長城,改變了長期以來「新疆沒有長城」的認識,令考古界為之振奮。

研究人員利用地形數據、高解析度遙感數據,採用攝影測量三維建模、虛擬現實與模擬等技術,將200多座古烽燧、戍堡連成了一條條長城資源分佈線,描畫出新疆古代長城樣貌。七盤磨戍堡、阿尕勒烽火台、頭湖卡倫……一座座獨屬於新疆古長城的歷史印跡,藉助於現代科技的進步,以三維立體圖的方式在人們眼前「重生」。「復原」之後,一條沿三條主絲綢之路分佈、用以保護絲綢之路暢通和政令傳輸的長城的延長線,展現在世人面前。

(科學院遙感與數字地球研究所供稿)(來源:北京日報 作者:姚娣)

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