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奎太克協(xié)海爾古城遠景圖（上）與復原圖（下）。圖片由中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院提供

　　從海底探測到無損檢測，科技的發(fā)展給考古工作帶來更多可能。其中，遙感，讓傳統(tǒng)野外考古和文化遺產(chǎn)保護擁有了“慧眼”。相比地面考古調(diào)查，太空中的衛(wèi)星和天空中的飛機等遙感平臺為考古提供了不一樣的視角，對解讀數(shù)千年來的考古信息起到不可替代的作用。近年來，遙感考古技術得到系統(tǒng)發(fā)展，通過數(shù)據(jù)、理論、技術的不斷整合，在田野考古調(diào)查、文化遺產(chǎn)保護與復原、文物資源管理與展示等方面表現(xiàn)突出。

1變不可能為可能，遙感技術賦能考古

　　遙感考古是指利用遙感對考古遺存進行發(fā)現(xiàn)與識別的無損探測技術與方法，主要原理是基于多平臺多傳感器，獲取遺址和環(huán)境的空間、和光譜信息，根據(jù)光譜成像規(guī)律和空間相關性，提取遺跡的光譜、紋理、幾何特征及其空間分布。這讓許多過去不可能發(fā)現(xiàn)的信息，清晰展現(xiàn)在世人們面前。

　　當?shù)乇?、淺地表存在考古遺跡或遺物時，會影響周圍土壤的物理化學性質(zhì)，導致土壤結(jié)構(gòu)、含水量、營養(yǎng)成分與未經(jīng)擾動的自然堆積之間存在差異，從而在遙感影像上形成植被、土壤、陰影等考古標志，為考古調(diào)查和發(fā)掘提供參考依據(jù)。

　　遙感不僅能夠服務于考古調(diào)查與發(fā)掘，關鍵是能夠記錄和解釋遺址及環(huán)境的歷史變化，尤其是隨著遙感考古理論與方法的發(fā)展，多種技術方法的引入與融合，能夠?qū)崿F(xiàn)對考古空間信息的深入挖掘、綜合研究和多維展示，為考古研究和文化遺產(chǎn)保護工作提供科學數(shù)據(jù)和技術支撐。

　　與傳統(tǒng)文物保護、考古學的傳統(tǒng)技術手段相比，遙感技術具有宏觀綜合、動態(tài)實時、客觀準確、時空回溯、全天時全天候、穿透能力強等優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　觀測平臺多樣。遙感能夠根據(jù)考古調(diào)查、遺址監(jiān)測等不同應用場景需求，從地面、飛機、衛(wèi)星等不同觀測平臺獲取多尺度和多時相的遙感觀測數(shù)據(jù)。

　　數(shù)據(jù)多源性。載荷的成像譜段從可見光波段向長波和短波不斷延伸，能夠獲取到高空間、高時間、高光譜分辨率以及長時間序列的多源信息，為遺址調(diào)查、文物保護監(jiān)測和古環(huán)境重建提供豐富的數(shù)據(jù)源。

　　全天時、全天候、大范圍。遙感技術能夠突破氣候條件、觀測時段的限制，快速、準確、宏觀地獲取地表、淺地表的考古信息。

　　動態(tài)實時。遙感能夠獲取海量數(shù)據(jù)，具備對遺址及賦存環(huán)境進行動態(tài)實時觀測的能力。

　　穿透能力強。遙感考古可在一定程度上穿透遺跡上層的覆蓋，激光雷達能穿透森林冠層獲得地面信息，合成孔徑成像雷達和探地雷達能穿透地表的不同深度，從而獲取地面遺跡或埋藏于地下的遺跡信息。

　　無損探測。遙感能夠突破傳統(tǒng)田野考古的局限性，在不進行考古發(fā)掘的前提下感知、測量和分析考古遺存的特征，極大提高考古調(diào)查的效率和探測能力，在農(nóng)作物覆蓋、戈壁灘等不同地表覆被情況的考古調(diào)查中取得很好的應用效果。

　　可以說，遙感技術在文物的發(fā)現(xiàn)、保護、修復與管理等領域不斷發(fā)力，并逐步形成遙感考古這個獨具特色的研究領域。隨著遙感考古技術創(chuàng)新和應用研究的不斷深入，地理信息系統(tǒng)、地球物理、虛擬現(xiàn)實、機器學習、數(shù)據(jù)挖掘、知識圖譜、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術逐漸融入遙感考古研究中，拓展了遙感考古研究的思路、方法和內(nèi)容，提高了田野考古工作和文化遺產(chǎn)保護的水平，推動遙感考古研究步入嶄新的時期。

2西域都護府治所究竟在哪里？遙感助力解答千古謎題

　　遙感考古技術的一個典型應用，就是對西域都護府治所位置的判斷。西域都護府是漢代中央治理西域的最高政治機構(gòu)，對其治所位置的探尋是考古及歷史學者鉆研近百年的課題，但始終沒有定論。近年來，中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院、國家博物館和新疆文物考古研究所等單位聯(lián)合，將遙感、物探技術與文獻考證、實地考察等手段結(jié)合，進一步推進尋找西域都護府治所的考古研究。

　　研究人員通過歷史記載和文獻，初步劃定遺址可能所在區(qū)域，利用多源遙感數(shù)據(jù)對該區(qū)域進行大范圍探測，發(fā)現(xiàn)考古感興趣區(qū)，進一步采用多種地球物理手段對感興趣區(qū)進行勘探，驗證并獲取地下埋藏目標信息，通過地上地下一體化考古探測與綜合分析，獲取古城的布局和形制等方面信息，最后通過傳統(tǒng)考古鉆探進行驗證。遙感考古探測的結(jié)果為考古調(diào)查和發(fā)掘提供了重要的參考信息。

　　根據(jù)北京大學考古文博學院教授林梅村的研究，“漢代西域三十六國流行圓城，而中原多為方城”。基于航空和航天遙感影像發(fā)現(xiàn)奎玉克協(xié)海爾古城為圓角方形，表現(xiàn)出西域與中原特色的融合，城墻邊長約230米，為漢代的百丈，符合漢代規(guī)制。

　　遙感影像上發(fā)現(xiàn)古城高臺周邊有一圈環(huán)形異常，尤其是降雨后表現(xiàn)為明顯的潮濕標志，后經(jīng)地球物理探測其水分含量高于周邊，推測為壕溝。在城內(nèi)和疑似壕溝多處進行鉆探發(fā)現(xiàn)大量的紅燒土和灰燼層，經(jīng)碳14測年距今約2200年左右（漢代）。

　　研究人員依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和勘探分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)古城高臺最高處距地面約6米，推斷其早期為“多級高臺建筑”，據(jù)此模擬復原了奎玉克協(xié)海爾古城原貌。

　　2017年，“漢唐絲綢之路的開拓—西域都護府”研討會在新疆巴州輪臺縣召開，與會學者認為西域都護府遺址位置可初步確認在輪臺境內(nèi)。

3不斷進步不斷突破，我國遙感考古實踐日趨豐富

　　我國遙感考古技術應用開始于20世紀60年代修建三門峽水庫，其時，科學家們利用航空照片分析了庫區(qū)古代遺址、墓葬的分布。此后，開展了北京長城航空遙感調(diào)查、壽春城遙感解譯、陜西和寧夏交界處干沙掩埋的古長城探測、秦始皇陵遙感考古勘探等研究工作。2001年，由中國科學院、教育部、國家文物局聯(lián)合成立遙感考古聯(lián)合實驗室，標志著我國遙感考古應用進入新階段。隨后，國家文物局啟動了系列多學科聯(lián)合的重大科研項目，以遙感技術為主的空間信息技術成功運用于京杭大運河保護、中華文明探源工程、西部干旱區(qū)典型遺址探測、天地聯(lián)合田野考古調(diào)查等研究中，大大推動了遙感考古技術的應用和發(fā)展。

　　近年來，遙感技術廣泛應用于考古調(diào)查、發(fā)掘、保護與研究工作，取得了系列突破性進展和標志性成果，在推動考古學發(fā)展方面起到了不可替代的重要作用。

　　一是遙感考古調(diào)查與發(fā)現(xiàn)。遙感技術可以克服復雜地形對傳統(tǒng)考古調(diào)查的影響，形成對考古遺址結(jié)構(gòu)布局及分布的新感知。在海南、新疆第三次文物普查中，應用遙感技術對古城、墓葬、長城、坎兒井等不可移動文物進行大范圍遙感考古調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了數(shù)百處遺址，尤其在茂密植被覆蓋區(qū)、荒漠和戈壁等無人區(qū)的考古調(diào)查中發(fā)揮了重要作用；開展西北干旱區(qū)地表考古勘察，在古絲綢之路干道甘肅瓜州-沙洲段發(fā)現(xiàn)多處古城遺址，填補了巴州古城遺址以西區(qū)域漢唐遺址遙感考古發(fā)現(xiàn)的空白，為西北邊疆史地研究提供豐富的實物資料；在內(nèi)蒙古、河南、河北和新疆等地的航空考古調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了多處考古遺跡，為多元文化融合區(qū)的考古研究提供了新的素材。

　　二是空間技術協(xié)同探測。隨著遙感考古應用實踐與積累，遙感考古也逐漸走向遙感、地理信息系統(tǒng)、地球物理等多元信息與技術融合的綜合遙感考古應用，有效提升了在京杭大運河、絲綢之路、長城等大型線性文化遺產(chǎn)和都邑性遺址、典型遺跡的考古信息獲取能力與協(xié)同探測能力，為遺址探測、空間預測、環(huán)境分析等提供了基礎信息和技術支持。

　　三是文化遺產(chǎn)保護監(jiān)測。遙感技術能夠監(jiān)測文物本體保存狀況、核心區(qū)和緩沖區(qū)內(nèi)的自然和人為變化、周邊地區(qū)開發(fā)對文物本體的影響等，支撐文化遺產(chǎn)保護的風險評估。基于高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、長時間序列中分辨率光學衛(wèi)星數(shù)據(jù)、微波遙感數(shù)據(jù)、激光雷達數(shù)據(jù)等多源遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建成吳哥遺產(chǎn)地空間數(shù)據(jù)庫，提取吳哥遺址本體及周邊森林、水系、地表形變等環(huán)境特征要素的時空分布信息，實現(xiàn)遺產(chǎn)地綜合監(jiān)測；利用“地中海盆地觀測小衛(wèi)星星座系統(tǒng)”（COSMO-SkyMed）數(shù)據(jù)，獲取洛陽古城地表沉降場，初步揭示人類活動對典型遺產(chǎn)地的影響。

　　四是文物鑒定、修復與保護。利用文物專用高光譜掃描成像系統(tǒng)，結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)，能夠?qū)Σ世L類文物的隱藏病害進行無損提取和鑒定，增強對壁畫繪畫工藝、色彩搭配以及材料來源等歷史信息的認知，為彩繪類文物保護與修復提供重要科學依據(jù)。在對敦煌莫高窟壁畫起甲病害的評估中,采用近紅外高光譜技術，獲取出從未發(fā)生起甲到碎片脫落的病害周期內(nèi)各個階段的光譜信息，便于對文物病害位置進行有效保護。

　　五是文物信息數(shù)字化與三維展示。綜合不同平臺的遙感數(shù)據(jù)以及測繪、現(xiàn)場調(diào)查、考古研究等資料，用于考古信息的數(shù)字化記錄和遺址三維展示，推動文物的活化利用。利用三維激光掃描技術對東漢函谷關、龍門石窟、佛香閣復雜大型古建筑進行三維復原，有力支撐文化遺產(chǎn)的保護；利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)和考古調(diào)查資料等，對北京、新疆等多地長城的烽燧、戍堡、卡倫、驛站遺址進行三維復原，對陶寺、雙槐樹等系列遺址的古地形進行三維重建，實現(xiàn)遺址與環(huán)境變遷的再認知。

　　六是文物空間數(shù)據(jù)庫建設與大數(shù)據(jù)分析?；谖奈镔Y源管理與考古全流程的業(yè)務需求，建立文物數(shù)據(jù)管理和分析的智能化平臺，推動文物綜合應用體系的構(gòu)建。建立典型遺跡波譜庫，獲取不同材質(zhì)、年代、埋藏條件下的遺跡波譜特征，為遙感考古探測提供重要的基礎數(shù)據(jù)；基于海量遙感數(shù)據(jù)和考古調(diào)查、考古勘探和考古發(fā)掘等信息，構(gòu)建了文物資源管理系統(tǒng)、考古綜合數(shù)據(jù)庫、中國世界文化遺產(chǎn)遙感數(shù)據(jù)庫等，實現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的聯(lián)通；融合人工智能和遙感考古大數(shù)據(jù)分析方法，將海量多源遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化遺址信息和考古知識，為文化遺產(chǎn)的科學保護與管理提供空間大數(shù)據(jù)支撐。

　　遙感技術能夠最大限度地獲取文物的時空信息，從宏觀、中觀、微觀不同層面，為解決考古學問題提供不可替代的信息和服務。在宏觀景觀層面，能夠全面掌握遺址賦存環(huán)境的地表要素變化、空間分布情況；在中觀遺址層面，能夠了解文物的空間結(jié)構(gòu)、布局及空間位置關系；在微觀本體層面能夠獲取遺址及遺跡的多維空間細節(jié)信息。遙感已經(jīng)成為考古調(diào)查與監(jiān)測必不可少的手段。

　　隨著遙感數(shù)據(jù)的極大豐富，空間考古信息呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的態(tài)勢，發(fā)展基于人工智能和考古大數(shù)據(jù)的遙感考古技術已成為研究熱點之一。在多學科融合背景下，遙感與地球物理、環(huán)境等多學科的交叉融合，會進一步促進遙感考古的協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。未來，遙感技術的不斷突破與文物行業(yè)需求的有效牽引，將促進遙感考古基本原理、技術方法、應用水平的全面提升，推動考古智能化、定量化發(fā)展，為推動建設中國特色、中國風格、中國氣派的考古學貢獻遙感力量。

（作者：于麗君、朱建峰、顧燕杰，分別系中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院副研究員、副研究員、七級職員）

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