遥感_现代考古研究的第三只_眼睛_

第3卷　第4期2004年12月 太原师范学院学报(自然科学版)JO U RN A L OF T A IY U A N T EA CHER S CO L L EGE(Nat ur al Science Edition)V o l.3N o.4　D ec.2004遥感——现代考古研究的第三只“眼睛”王向东　邵秀英(太原师范学院城市与旅游学院,山西太原030012) 〔摘要〕　我国是个历史悠久的文明古国,具有丰富的历史文化遗产,古代遗迹遗址遍布各地,仅依靠传统的考古方法和手段远不能满足我国考古工作的需要.而遥感技术大量运用到考古研究中,为考古工作带来了巨大活力,并取得了显著成绩.文章仅从遥感技术的功能特点简要地分析利用遥感技术进行考古研究的方法和原理,及其在考古研究中具体应用,其目的在于推动遥感考古研究的进一步发展.〔关键词〕　遥感技术;考古;遥感考古;探测〔文章编号〕　1672-2027(2004)04-0068-04　〔中图分类号〕　P237　〔文献标识码〕　A0　引言我国是个历史悠久的文明古国,古代遗迹遗址遍布各地.历经数千年岁月沧桑,很多珍贵的历史遗迹或被掩埋地下,或散落深山老林,还有的只剩残垣断壁.再加上复杂的地形地貌和复杂的存留状态,给发现、保护这些历史遗产带来极大的困难和不便.而随着遥感技术的突飞猛进,人们开始利用遥感影像,结合GPS技术,进行田野考古,解开千古之谜,不仅取得了明显的效益和举世瞩目的成就,而且也为考古研究带来了一场历史变革[1].下面就遥感技术的功能及其特点和它在考古研究中的应用作一简单讨论.1　遥感技术简介1.1　什么是遥感所谓遥感(Remo te Sensing),顾名思义,即“遥远的感知”.人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射信息和能量,其中有一种是人类已经认识到的形式——电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的.遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体.具体来讲,遥感是指通过某种传感器装置,在不与研究对象直接接触的情况下,获得其特征信息,并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学技术.1.2　遥感技术的特点遥感技术是从不同高度的平台上,使用传感器收集地物的电磁波信息,再将这些信息传输到地面并加以处理,从而到达对地物的识别与监测的过程.它具备以下特点:1.2.1　探测范围大,具有综合、宏观的特点遥感是从飞机或人造地球卫星上,居高临下获取的航空像片或卫星图像,比在地面上观察视域范围要大得多.又不受地形地物阻隔的影响,景观一览无余[2].例如,一张比例尺1∶35000的23cm×23cm的航空像片就可以展示地面60余平方千米范围的地面景观实况.另外,遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据,这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象,宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布,真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征,全面地揭示了地理事物之间的关联性.1.2.2　获得资料的速度快、周期短,具有动态监测特点收稿日期:2003-10-12 作者简介:王向东(1969-),男,山西万荣人,太原师范学院讲师,主要从事遥感与GIS研究.　第4期 王向东　邵秀英:遥感——现代考古研究的第三只“眼睛”遥感通常为瞬时成像,可获得同一瞬间大面积区域的景观实况,现实性好;而且可通过不同时相取得的资料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况.例如陆地卫星4、5每16天即可对全球陆地表面成像一遍,气象卫星甚至可每天覆盖地球一遍[2].1.2.3　信息量大,具有手段多、技术先进的特点遥感不仅能获得地物可见光波段的信息,而且可以获得紫外、红外、微波等波段的信息.不但能用摄影方式获得信息,而且还可以用扫描方式获得信息.遥感所获得的信息量远远超过了用常规传统方法所获得的信息.例如,微波具有穿透云层、冰层和植被的能力;红外线则能探测地表温度的变化等[2].1.2.4　成本低,收益大,具有用途广的特点与传统方法相比,遥感可以大大地节省人力、物力、财力和时间,具有很高的经济效益和社会效益.据测算,美国的陆地卫星的投入与取得的经济效益之比为1∶80,甚至更大[3].据统计,有近30个领域、行业都广泛应用了遥感技术,如陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等.1.3　遥感技术的分类遥感技术的内容很多,因而其分类比较复杂.具体分类如下表所示:表1　遥感技术分类表T able1　T he class o f r em ote sensing techniques分类依据内 容遥感工作平台(即运载工具)地面遥感(或近地遥感)、航空遥感、航天遥感探测电磁波的工作波段可见光遥感、红外遥感、微波遥感等遥感应用目的环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、海洋遥感和考古遥感等遥感资料的记录方式成像方式(主动遥感、被动遥感)、非成像方式(主动遥感、被动遥感)等 从遥感技术分类的角度来看,考古学家们最早是利用航空遥感影像作为技术手段进行广泛的考古研究,如1906年英国皇家空军一名飞行员在一次飞行训练中,从空中拍摄下了著名的斯通亨奇巨石遗址,从此拉开了遥感考古的序幕.2　利用遥感技术进行考古研究的方法与原理2.1　遥感考古的工作原理近年来见诸报端的有关航空遥感考古消息可以说是连篇累牍,例如欧洲的考古学家根据早期照片发现了多处古罗马的建筑遗址和著名的“罗马大道”;欧美等国考古学家联手通过卫星遥感资料发现了深藏于南美密林深处10世纪玛雅人的宫殿等等.人们不禁要问,考古学家是如何利用遥感探测分析研究出地下考古遗迹的呢?由于保存于地表或地表以下的古代遗迹随着岁月的流失逐渐荒废,有的成了农田,有的形成村镇,但由于这些遗迹全部为人工建成,与周围没有经过人工扰动的土壤环境存在着差异.于是,保留遗迹的地区就会出现土壤、水分、地表温度等一系列的特别征象,有别于周围环境.人们在平地运用传统的方法来观察这些特别征象的可能是微乎其微的.但在高空中或用遥感探测仪器就会发现明显的区别.例如一处古代的宫殿已被夷为平地,其宫殿基址部分是用石头或夯土建造的,反映到地表上的植被就由于缺少水分,不宜扎根而枯萎低黄;而周围没有人工扰动的土壤,因其水分充沛,腐植质丰富,植被就显得油绿茂盛,这一点从高空用肉眼就可以清晰地观察到.这就是运用遥感技术进行考古发现采用的一般工作原理.据此,有经验的考古学家在高空或通过遥感影像就能很容易分辨出在一般人眼中杂乱无章的现象,准确地说出哪些是人工留下的痕迹,哪些可能是古代建筑基址、陵墓、城镇、村落、道路等等.当然在确定了准确位置后还要靠考古发掘才能最后证实判断是否正确.否则,也会出现误判,例如,一位业余考古学家误把“二战”时期德国人修建的战壕当成古罗马时期的水渠,经过考古发掘才证明了判断的错误.2.2　利用遥感技术进行考古研究的工作模式69结合遥感技术的特点和考古工作的复杂性,不同类型的考古研究,其工作模式可能存在着巨大的差异.但从总的情况来看,运用遥感技术进行考古研究一般都遵循如下的工作程序,如图1所示.3　遥感技术在考古研究中的应用当最现代遥感技术介入到传统考古领域,很多考古学家忽然感到自己似乎有了“第三只眼睛”,很多以往踏遍铁鞋无觅处的目标,在遥感图片上一目了然,甚至深藏地下或水中的古代遗迹,也难逃“遥感”的透视.因而,利用遥感技术进行考古研究的领域十分广泛,主要可归纳为七个方面.3.1　考古勘察图1　遥感考古工作模式F ig .1Patt ern of R emote sensing ar chaeolog y任何时代的古遗址,虽然已遭到后来较长岁月的自然和人为的破坏,但地面上常常还有踪迹可寻,只是在广阔的茫茫大地上寻找十分困难.而利用遥感技术则可对全区每个角落进行搜寻,而不致发生疏漏,这是田野考古调查所不能比拟的.特别是在交通不便、人迹很难到达、自然条件恶劣、地貌复杂的地区(如某些高山、沙漠、高原、水网地带),利用遥感影像解译方法进行考古调查是最经济快速的方法.其次,若一些地面遗迹已被破坏无存,尚可利用早期航片上保存的遗址影像加以判别,这是寻找地面已消失古遗址的唯一可行的方法[4].3.2　城市遥感考古和各种专题遥感考古城市遥感考古内容主要是研究古城范围、城内古建筑(如地矿部航空物探遥感中心作的北京故宫航空遥感图)以及古建筑结构布局.中国是一个多城池的国家,但只有极少数被保留下来,绝大部分已被拆毁.因而,运用遥感技术进行城市考古研究意义重大.此外,遥感技术在农业遥感考古、古水利工程遥感考古、古窖址遥感考古、古矿井或古冶炼遗址遥感考古等专题考古领域中也具有广阔的应用前景[4].3.3　地下遗址无损探测对埋藏地下的古遗址、墓穴等文化遗址的规模、位置的确定,以及对埋藏较大器物、古建筑的地下遗址的无损探测,是遥感考古的又一个重要研究领域,也是考古发掘前非常重要的和必须开展的工作.进行地下遗址探测,除应用遥感方法外,还有其他地球物理探测技术,这些探测技术的最大优越性是无损探测.目前采用的无损探测方法主要包括磁力探测法、电阻率探测法、微波脉冲“探地雷达”以及地震探测法等[4].例如,采用无损伤探测技术对秦始皇陵地宫的勘查就获得很大成功,从而解开了中国第一个帝王陵园的布局之谜.3.4　水下遥感考古探测研究水下考古,是近年来发展较快的一个新的领域.利用航空遥感手段勘察水下古代居址、古代港口、沉积环境已经取得显著效果.例如,美国的考古学家利用卫星遥感影像发现了早已沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大;我国科技考古人员利用卫星遥感技术,在珠江口发现了明代沉船,并成功地进行了打捞等等.3.5　环境遥感考古——古地理环境演变的研究环境考古主要根据地理学与地质学方面的理论和知识.地层分析就是环境考古学的研究方法之一,它运用地理学、地质学等多种研究方法,探讨古地理环境及其变迁与古文化遗址之间的关系.环境考古、遥感考古、环境遥感考古是三个不同的概念,它们具有不同的内涵,环境考古可以不采用遥感技术手段,但遥感考古必须考虑环境因素,当遥感技术同时作为重要的手段应用于环境考古和考古时,其成果必然是环境遥感考古70太原师范学院学报(自然科学版) 第3卷　　第4期 王向东　邵秀英:遥感——现代考古研究的第三只“眼睛”显著.事实上,遥感作为一种现代工程技术,其应用领域已覆盖了自然、社会、经济的方方面面,在考古研究中也有其不可替代的作用,因此,随着遥感技术的不断进步,环境遥感考古研究的广泛开展已成必然.3.6　GIS与文物管理信息系统研究GIS技术在遥感考古中的应用是多方面的,首先利用GIS的基本功能进行遥感考古专题制图,作为考古研究的重要成果.同时利用考古数据建立考古文物管理信息系统,不仅可以清楚地显示文物遗迹的空间分布特征,对历史文化进行有效地管理;还可分析遗址或遗迹之间的相互关系,从而揭开历史之谜或为许多长期无法解决的重大学术问题提供了新的视角和客观材料.如开封市文物考古信息管理系统等.3.7　数字仿真与虚拟现实数字仿真与虚拟现实作为GIS的一项重要技术,虽然目前还处于技术成熟阶段,但其强大的功能已经被许多科研领域所青睐.利用数字仿真与虚拟现实技术,对考古目标的形态结构及其消亡、荒废的过程进行模拟,以三维动态显示,从而可以真实地再现古遗址、古战场的面貌及环境演变的过程,反映当时的社会及环境状况,为考古学家以及军事学家的分析研究提供形象的参考资料.4　结束语利用遥感技术进行考古研究虽然取得了显著成效,但由于受遥感技术水平或其他因素的影响,遥感考古仍然具有一定的局限性,比如目前遥感考古研究还主要局限于宏观考古方面,对于较小遗址和遗址内部的探测还存在一些困难.所以遥感考古还不能完全取代传统考古手段,只有把二者很好地结合起来,才会发挥出遥感考古的巨大优势.随着时代的发展,随着科技水平的日新月异,可以预见,不久将来,计算机图像处理、自动识别、自动分类、自动制图、以及GIS和GPS、人工智能、多媒体技术、仿真技术等都将广泛的应用到考古研究中,并将促进遥感考古技术向更高水平发展.参考文献:[1]　钱育华.“空中B超”-遥感影像用于考古[J].影像技术,1996(2):18-23[2]　吕国楷.遥感概论[M].北京:高等教育出版社,1995[3]　刘慧平.遥感图像判读教学研究[M].北京:北京师范大学出版社,2001[4]　刘树人.我国遥感考古回顾与展望[J].国土资源遥感,1998(2):41-43Remote Sensing—The Third Eye of Archaeological Researching in ModernWang Xiangdong　Shao Xiuying(Instit ut e of City and T our,T aiyuan T eachers Co llege,T aiyuan030012,China) 〔Abstract〕　Our country is an old-line civilization ancient country,has abundant histo ry cultur e inher itance,the ancient historic relics and sites spreads all ov er every lo cality.It is far not enough that discovering such abundant historic relics by traditional archaeolog ical metho d.Ever since that Remo te sensing technique apply ing to the archaeolog ical resear ching,for the archaeolog ical r esearching br ought the big ness vitalities,and o btained remarkable achievements.This text discusses the elem ents and m ethods of making use of remote sensing technique in the archaeolog ical researching,and the concrete applying.T his purpose is that pushing the remo te sensing archaeological researching further development. 〔Key words〕　remo te sensing technique;archaeolog y;remo te sensing archaeolo gy;ex plo re71。