遥感考古：不止于再现古长城

丝绸之路瓜州至沙州段遥感解译图。

将点连接成线，将线连接成网络，并相互呼应。在遥感考古技术的帮助下，遥感地球研究所的工作人员将200多个古代烽火台和要塞连接成一系列长城资源分布线——“汉代长城资源”、“唐代南线长城资源”和“唐代北线长城资源”。

姚迪

新闻背景

最近，一则新闻引起了很多人的注意——中国科学院遥感与数字地球研究所的研究人员利用遥感技术“修复”了消失在*的古老长城。事实上，这只是遥感考古最新应用的一个例子。它能为我们做得更多。

遥感考古起源于气球航空摄影

航天发展带来许多成就

对于大多数人来说，在考古方面，人们可以想到一群考古学家用洛阳铲在废墟中挖掘。随着科学技术的发展，科学家们为传统的考古工作——遥感——提供了一双新的“眼睛”。

遥感考古是利用电磁波等传感器对地表和地下遗迹进行远距离观察和探测的一种手段。具体来说，随着航空和航天的发展，特别是传感器分辨率的提高，人们从不同的空间位置(如卫星和飞机)使用成像设备(如照相机、扫描仪和雷达)来获取考古遗址的图像数据，然后使用计算机图形和图像处理技术来处理这些图像。

地面上不同的植被、土壤、水和岩石类型以及地貌特征不同于古代遗址产生的电磁波谱特征。这些差异是肉眼看不到的。然而，通过研究基于不同成像设备获取的电磁波数据的图像的颜色、纹理、图案和时空分布，以及遗址表面的现状与光谱成像规则之间的相关性，我们可以确定遗址或现象的位置、分布、形状等特征，然后进行遗址勘探、考古调查、古地貌和古遗址修复。

使用遥感技术的考古研究可以追溯到20世纪初。1906年，英国军官夏普在军用热气球上拍摄的史前巨石阵遗址被认为是遥感考古的开端。第一次世界大战期间，考古学家在城市和袁野的航拍照片上发现了古代建筑遗址。20世纪20年代，英国考古学家通过不断的数据积累，提出了三种用于航空考古调查和航空照片分析的标志:阴影标志、土壤标志和植被标志。此后，随着航空摄影技术的进一步发展，人们有能力在更大的空间里获得古代遗迹的图像。

随着空间技术的发展，人类已经进入了一个从太空看地球的新时代。自20世纪70年代以来，人们通过发射到外层空间的数百颗卫星获得了大量的遥感考古信息和发现，如埃及的金字塔考古、柬埔寨吴哥古城的遥感研究、利用卫星成像雷达对西班牙腓尼基海洋文化的探测和调查、美国考古学家对沉没在海底数千年的著名古埃及城市亚历山大的发现，以及希腊考古学家利用红外照片在科林斯湾对被公元前373年地震摧毁的古城赫基克的发现等。

从三门峡水库到崂山汉墓

中国遥感考古成就斐然

中国遥感考古起步较晚，但考古学家和遥感技术人员合作较早。三门峡水库于20世纪60年代建成时，航拍照片被用来探测水库地区古代遗址和墓葬的分布。从20世纪70年代到80年代，遥感技术被用来探测秦始皇陵。在河南洛阳、内蒙古草原、山东等地进行了航空遥感考古调查。20世纪90年代以来，中国遥感考古发展迅速，在全国许多遗址的考古调查中发挥了重要作用。例如，卫星遥感技术已用于调查珠江口、渤海湾、黄海和东海的水下沉船。利用彩色红外航片揭示了北京长城的现状，圆明园古建筑的基本平面形态，崂山汉墓的红外航片遥感，明清长城的雷达遥感等。此外，农业遥感考古、古水利工程遥感考古和古洞穴遥感考古在我国也取得了很大进展，如在塔克拉玛干沙漠腹地发现了古桑园遗址，连接长江水系和珠江水系的“古灵渠”遥感考古。

2009年，在**自治区第三次全国文物普查中，遥感地球研究所与*文物考古研究所合作，将遥感技术与实地调查相结合，发现了数百座古墓葬，极大地提高了普查效率。2013年8月和10月，遥感地球研究所与甘肃省相关考古队在瓜州-沙洲地区联合进行了一次联合科学考察。借助遥感技术，共发现5处古城遗址、2个居住村的13处民居遗址、1处古运河遗址、1处古道遗址和1处陶窑遗址。当时，年龄太大的甘肃省瓜州历史文化研究所副所长宁瑞东先生说:“如果我们有这些高分辨率的遥感图像和精确的定位，我们就不会花10年时间去寻找巴州市！”——霸州是一座历史书中经常出现的古城。在20世纪80年代拍摄的航拍照片中，他们意外地发现了与这座城市相似的遗迹。然而，由于缺乏准确的位置，考古队在发现它之前在广阔的戈壁上搜寻了10年。在这次考古行动中，高分辨率遥感图像上显示的古城相对清晰，全球定位系统定位相当准确。

遥感考古不仅仅是发现

它为理解古代遗迹提供了一个新的视角。

随着遥感科学的飞速发展，遥感考古的手段也发生了巨大的变化。从地面附近的不同平台、航空到空间、从单波段到多波段、从低分辨率到高分辨率以及激光雷达和高光谱遥感(它们在遥感考古中发挥着越来越重要的作用)，不同的探测技术，包括全天(白天和黑夜)、全天(多云和晴天)以及穿透云、植被、表面或水的探测能力，使遥感技术能够适用于不同环境中的考古工作需要。

“发现遗迹”是遥感考古最重要的目的，但它不是唯一的目的。遥感考古的应用还包括对遗址古环境的分析和解释，对文化遗产的动态监测，以及为遗址保护规划提供科学依据。利用遥感技术可以直观形象地展示文化遗产，加深对人类文化遗产时空分布规律的理解，了解不同环境和社会发展阶段的人地关系模式及其演变过程，为解读遗址和文化提供科学依据。

2006年，为支持京杭大运河的修建，制定了国家科技支撑计划。遥感地球研究所的研究小组基于遥感技术，结合考古和水利工程研究，对京杭大运河现状进行了调查。最终，不仅可以从宏观角度更好地把握运河的整体走向，而且可以从微观角度更好地探测运河遗址，这可以归功于运河的成功应用。

2015年，基于高分辨率卫星图像，通过人机交互判读，对丝绸之路南线重要城镇米兰古绿洲进行了遥感考古研究。对米兰古绿洲灌溉渠系进行了系统研究。从全球尺度揭示了米兰古荒地灌溉系统的详细结构和米兰荒地景观格局对全球气候变化的敏感响应机制。这意味着遥感考古可以提供比简单的遗址考古更全面的环境变化研究。

2010年至2015年，遥感地球参与了国家科技支撑计划项目“中华文明探索”。通过多源遥感数据，结合历史、地貌和环境研究，对三大都市遗址(良渚、陶庙和二里头)进行系统研究，探索文化发展脉络，为我们认识古代遗迹提供新的视角。

纵观历史，无论是绵延近2000公里的京杭大运河，还是迷失在古代丝绸之路上的古代*长城，遥感技术和手段都可以帮助我们发现、还原和分析历史，跨越时空。

最新发现

*古代长城的“修复”

2014年，遥感地球研究所的研究团队进入*地区，开始了历时三年的*古长城考古工作。

众所周知，由于年代和人类活动的影响，许多保存在地表或地表以下的古代遗迹很难用肉眼识别。然而，*不仅受到人类活动的影响，而且被沙尘暴侵蚀了一千多年。古老长城的位置已经与周围的沙漠和戈壁沙漠融为一体。很难看出废墟的存在。然而，由于这些遗迹的人工建造，与周围的土壤环境存在差异，没有人为干扰，从而在该地区的土壤、水、地表温度等方面形成了一系列特殊的标志。当在平地或高空用肉眼观察时，这种特征并不明显，但它无法逃脱遥感的“眼睛”。正是遥感获取的古遗迹的微弱信息“修复”了*的古长城，改变了“*没有长城”的由来已久的认识，激励了考古界。

研究人员利用地形数据、高分辨率遥感数据、摄影测量、三维建模、虚拟现实和仿真技术，将200多个古代烽火台和堡垒连接到长城资源的分布线上，绘制出*古代长城的面貌。七幅莫修城堡、阿迦勒烽火台、头湖库伦……古老的*长城的历史遗迹，在现代科技进步的帮助下，以三维地图的形式在人们面前“重生”。“修复”后，长城的一条延伸线向世界展示，这条延伸线沿着三条主要丝绸之路分布，用于保护丝绸之路的畅通和*法令的传递。

(中国科学院遥感与数字地球研究所供稿)

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