南海一号18万件文物破水而出，水下考古是如何进行的？

180，000件水上文物！8月6日，国家文物局召开“中国考古”重大项目新进展工作会议，并发布爆炸性新闻。不久前，著名的“南海一号”沉船上的货物被清理，18万件文物浮出水面，主要是重要的铁器和瓷器。通过各种影视作品，我们应该对陆地上的考古工作有一个大致的印象。但是在广阔的河流、湖泊和海洋中也有大量的文物。人们知之甚少的水下考古工作是如何进行的？

——2——水下考古的初步准备:一套衣服、一架照相机和一盏灯

考古队内部也有分工。一个团队不能一起游到水下废墟吗？水下考古，尤其是水域面积相对较大的海洋考古，考古单位将为考古队提供地下考古队没有的考古船。考古队的人员和相应的设备都放置在考古船上进行操作。

考古队在水中有一个落脚的地方，负责潜水探险的队伍即将下水。哦！不要急于知道他们用什么方法找到水下文物，首先要知道带什么。水下考古的潜水设备简称为“一套衣服、一台照相机和一盏灯”。

一套服装实际上是潜水员的个人潜水装备，包括潜水服、面镜、脚蹼、潜水、浮力控制装置等。

照相机是为水下拍摄准备的。因为一旦潜水员发现水下遗迹，可移动的遗迹就可以被带走，而不可移动的遗迹只能通过照片来研究。但是，一般来说，能够满足水下文物拍摄需要的相机是不防水的，所以需要为相机定制一个特殊的防水外壳。

灯是指拍摄水下文物时需要照明。有两个原因:第一，水下环境暗淡；第二，阳光是合成光。当它在水中传播时，水更喜欢红色和橙色。因此，为了避免因“吞”水而导致照片颜色失真，必须使用辅助灯。

一切都准备好了，开始寻找吧！

传统水下场所的识别方法和风险

水下考古的一般过程分为三个步骤:

首先，声纳技术被用于在广泛的水域中搜索，以描绘可能地点的大致范围，这被称为“大范围搜索阶段”。

其次，潜水员潜入划定的水域搜寻水下遗迹并拍照，这被称为“确认阶段”。

第三，考古队共同确认该地区为水下遗址，并开始挖掘，这被称为“挖掘阶段”。

其中，声纳设备可用于大规模搜索阶段，无需个人接触。然而，考古队必须在挖掘阶段到场。过去，发掘前的确认阶段也需要人员在场，这给考古队的安全带来了不必要的风险。

一般来说，传统的水下场地确认方法包括“浮线法”和“圆法”。

浮线法:首先在水下放一根超长的绳子，然后在绳子上每隔一段时间放一个塑料浮标作为标记。然后，潜水员从绳子的一端开始，沿着绳子搜寻。如果他在“爬行”绳子的过程中发现了一些水下的残余物，他会立即向下看，看看哪一个浮标(或者哪一个浮标靠近)是绳子的当前位置，并标记它。

浮线法，矩形表示绳索，ABCD在4点钟设置浮标，假设潜水员在C浮标附近发现痕迹，标记C浮标(作者绘制)

圆圈法:浮标线法适用于光线较好的水域，如果大规模搜索后确定的水域较暗怎么办？此时将使用圆形方法。例如，考古队已经确认了四个水域，怀疑在一个有声纳设备的海域有水下废墟。如果此时水是暗淡的，可以用圆的方法一个一个地消除这四种水。我们把它定为a区、b区、c区和d区。

首先检查区域a:在区域a的底部设置一根桩，该点为A1，然后将绳索的一端系在桩上，另一端系在潜水员身上。潜水员向外拉紧绳索，以A1为圆心，绳索为半径圆游泳，并检查周围情况。如果没有，将浮标漂浮在a区的水域以显示检查结果。b、c、d等等。

虽然这两种方法都有效，但我们忽略了一个重要因素，那就是“放绳子”、“撞木桩”和潜水...这些不像说的那么简单。

原因如下：

随着潜水深度的增加，水压会逐渐增加。当潜水员处于高水压环境(大约3到4个大气压以上)时，由于高压，肺部的氮气会对潜水员产生麻醉作用。根据这一高水压深度的计算，考古潜水员不应潜至60-70米的深度，否则会有更大的氮中毒风险。

但是让我们来看看一组关于水下遗址深度的数据:中国云南抚仙湖水下古城遗址，水深超过70米；印度尼西亚、新加坡和马来西亚沿海水域的二战沉船残骸有80多米深。地中海古代商船遗迹，水深800米；泰坦尼克号沉船遗址，水深3800米。

地中海水下遗址地图(来源:中国知网)

泰坦尼克号的船头拍摄于2004年，位于大约3800米外的深海中(来源:*)

如此深的水下遗迹远远超出了考古队的正常潜水极限，那么如何确认这些遗迹呢？

——7——水下考古“苗圃”来了——机器鱼

机器鱼是一种水下机器人，在水下考古中非常有用。让我们以北京航空航天大学设计的著名机器鱼SPC-II为例，看看它对水下考古的巨大帮助。

1.外形采用流线型设计，内置运动控制模块为仿生推进，可支持向前、左转、右转、向上和向下五种基本运动。即使潜水员亲自潜水，他们也不可避免地会在废墟周围游泳。如果这场运动对文物造成损害，那将是不可挽回的。此外，如果扰动较大，引起的海底沉积物也会影响图像采集。机器鱼运动系统的灵活性最大限度地减少了对文物的破坏。

机器鱼1的内部结构图。胸鳍控制面2。运动控制模块3。通信模块4。电源模块5。尾鳍关节运动6。尾鳍7。传动机构8。任务调度模块9。导航模块10。视频模块(来源:中国知网)

2.主体由玻璃纤维增强塑料制成，支持定向深水游泳，并能抵抗高水压。上述地中海古船遗址的照片是由水下机器人收集的。(潜水员说颤抖)

3.内置视频模块，具有视频和图像采集功能。除了是一名潜水员，他还是一名“摄影师”。

机器鱼系统通信图(来源:*)

然而，由此我们可以看出，机器鱼解决了水下考古的第二阶段，即遗址确认阶段。然而，就目前的技术而言，最重要的考古发掘虽然也有关于机械臂和机械手的相关研究，但不能应用于考古工作。毕竟，考古工作精细而复杂，需要考古团队成员的知识储备和经验。因此，如何参与水下机器人或机器鱼的第三阶段，如何设计操作型水下机器人将是未来水下机器人研究中需要解决的问题。

-10力驱动水下考古挖掘

水下机器人不能参与水下考古的挖掘阶段。考古队只能在正常的潜水范围内进行水下考古发掘。谈到水下考古发掘方法，有一个概念应该引入:探索。

勘探实际上是陆地考古发掘的主要方法。由于文物或文物被埋在地下，考古队成员不知道它们是如何排列的(因为不仅文物本身包含考古信息，而且文物的排列也是历史信息的重要反映！！！)，所以我们应该用探索的方法去探索，也就是去窥探党。

首先，在选定的挖掘区域画一个正方形网格，并在每个十字路口放置一个木桩。正方形的大小也就是“正方形”的大小。无论勘探方有多大，相邻两个勘探方之间都应预留0.1米的间隔，间隔应在开挖结束时开挖。每一方也必须做一个数字。这样，选择小面积进行探索性挖掘可以最大限度地保护文物及其排列。

由于不能在水中画线，水下考古发掘更新了勘探方法，产生了“水下硬勘探方法”和“水下软勘探方法”。水下硬探头使用木制或金属框架来“框住”网格，而软探头使用绳索来“拉”网格。

水下艰苦探索(来源:钱江晚报)

到目前为止，水下考古对考古学家来说仍然是非常危险的。随着人工智能技术的发展，我相信上面提到的“水下机器人操作”的发展一定会有助于水下考古工作的成功。

[参考]

水下考古研究，科学出版社，中国国家博物馆水下考古研究中心，2012年8月

《中国考古学通论》，张值恒，南京大学出版社，2009年10月

摄影在水下考古中的应用，韩非《河南科学技术》2013年第8期

机器鱼，北京邮电大学出版社，王硕，2007年6月