中科院科学家在新疆利用遥感技术探测地下遗迹
追寻湮没的古长城
本报记者 喻思娈
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中科院科研人员最近利用遥感技术，在新疆探测古长城所在区域的土壤、植被和地貌信息，发现与周边环境的细微差异，从而“复原”出消失的古长城遗迹和周围的地势环境。将来，随着虚拟现实和三维技术的应用，人们还能在网上游览新疆古长城。
如今的新疆，曾经的长城遗址因为风沙水流侵蚀，在地表上几乎看不到踪影。而在1000多年前，新疆还有呈点状、片状分布的长城，它们保护着边疆的安定和商路的畅通。
不久前，中国科学院遥感与数字地球研究所（简称中科院遥感地球所）科研人员利用现代遥感技术，分析了长城在该地区的分布情况，并“复原”出新疆古代长城的样貌。
怎么用
利用电磁波观测人类活动留下的植被、地貌等信息
遥感考古，简单地说就是利用电磁波等传感器对地表及地下遗迹进行远距离观察、探测的手段。航空航天的发展，尤其是遥感卫星分辨率的提高，让遥感考古有了更高精度、更高效的平台和载体。
遥感技术如何用于考古？中科院遥感地球所研究员聂跃平介绍，地面不同植被、土壤、地貌特征等与遗址产生的电磁波波谱特征不同，这些差异通过肉眼看不出来，但在航天飞机、卫星、无人机等遥感平台上，观测设备可以获取它们的电磁波数据。这些信息经过计算机处理，就能了解观测地的植被、土壤、地形等状况，进而提取考古目标信息。
以本次新疆古长城考古为例，文物专家表示，新疆的长城遗迹多修筑于汉代、唐代和清代。“与内地长城不同，新疆古长城没有连续的墙体和高大的城墙，而是在交通要道、关隘、河流沿岸等处，修建烽燧、戍堡等。”聂跃平说。受千余年的风沙侵蚀、人类活动的影响，古长城所在地已经和周边的沙漠、戈壁混成片，人眼很难看出遗址的存在。但古长城所在区域的土壤、微地貌、植被状况与周边环境会有细微的差异，产生的电磁波波谱也就不同。这些信息都逃不过遥感的“眼睛”。
目前新疆已经发现了600多处古长城遗址，而这只是其中的一部分。中科院遥感地球所副研究员于丽君介绍，我们根据这些遗址已初步勾勒出一条长城资源分布线，并正通过遥感和三维技术“复原”新疆古长城遗迹的样貌。届时，人们不仅能通过科学家制作的影像，看到每座长城遗迹的模样及其周围地势环境，还能看到部分长城在新疆境内的走向。借助虚拟现实技术，未来人们还能在网上身临其境“游览”新疆古长城。
根据遥感考古对古长城的观察和研究，还可以推测出它们曾发挥着保护边疆安定和丝绸之路畅通的作用。此前，丝绸之路只在古书上记载，人们对其位置、外观并不了解。如今丝绸之路的路线清晰重现，为古丝绸之路及其分支的具体走向研究提供了重要资料。
啥优势
覆盖范围广、效率高、成本低、对遗址破坏小
中科院遥感地球所研究员王心源说，遥感考古就像破案，先发现疑似地点的线索，田野考古再跟进发掘，所以前期案头工作非常关键。他表示在遥感考古过程中，需要使用“组合拳”。比如，在发现米兰古屯田灌溉系统过程中，王心源团队不仅采集、处理了遥感影像，分析了植被指数，还与《史记》《汉书》等历史文献比对，确认疑似区域，并在遥感影像的精准导航下，对疑似遗址点实地勘探验证。
相比传统考古手段，遥感考古拥有很大的优势。首先，遥感考古覆盖范围广、效率高。近年来，随着卫星技术的应用和普及，可以全天候获得遗址的遥感数据。通过卫星对地面的俯视，从而对一个地区的地貌进行全方位观察，不会受到地理环境的限制。同时，遥感图像成像尺度变化范围大，既可纵览全貌，又能细看局部，有利于人们对所得图片进行研究。曾有人统计，在相同范围内，用遥感技术是传统的踏查方法效率的几十倍甚至上百倍。
其次，遥感考古的成本也相对较低。“过去的田野调查主要依靠人力，工作量巨大。但人的精力和目力十分有限，如果是大范围普查，就很难看清楚区域的全貌。尤其是遇到沙漠、草原等特殊环境，实地调查已经非常困难，想得到准确调查结果更是难上加难。”王心源说。
此外，遥感考古对遗迹破坏小。“考古发掘本身就是对文物的一种破坏，但是许多抢救性发掘又势在必行。遥感考古利用遥感图像，可以在尽可能减小文物破坏的前提下，了解遗址和墓葬的构造。”王心源说。
在聂跃平看来，目前我国还有大量有待探明的遗址，遥感考古不仅可以高效地探明各种大型古代聚落、古城，而且可以尽可能地对其进行保护和监控。但他同时认为，遥感考古不会代替田野考古，因为它解决不了遗址的年代、出土器物的研究等问题，两者相互补充，才能事半功倍。
除了观察地面遗址，探地雷达等技术将遥感探测的触角延伸到地下。比如水下遗址探测，聂跃平介绍，遥感手段能测量水下地形，反演历史条件下的水下地形信息，确定遗址的位置和范围，进而推测古地理、古气候和古代社会的发展情况。
看未来
将更多地应用在遗址探明、保护和遗址环境变化的动态监控
遥感考古因为在遗址探测上的优势，应用将越来越广泛。
据聂跃平介绍，面对古人给我们留下的众多遗址，如果仅仅依靠历史记录或偶然发现来寻找是不够的。此外，即使发现了一些遗址，也大多七零八落，难以从整体上和空间上了解古人的社会生活。正因为如此，过去数十年中，国内外科学家纷纷应用遥感技术开展考古工作。
1906年，英国人在热气球上拍摄公元3000年前的“巨石阵”，被认为是应用遥感原理进行考古的首次尝试。之后，遥感技术应用在城市古建筑及其遗迹拍摄和探测中。从上世纪50年代开始，航空航天的发展则为空间遥感提供了基础。随着数据获取越来越便捷，多源影像被综合应用于考古研究；地球物理勘探技术与遥感的结合，使得探测和研究目标不仅仅局限于地面上的物体，还能穿透至地下进行深层次的探测。
我国遥感考古技术应用较晚，开始主要服务于重大工程建设。比如，上世纪60年代修建三门峡水库时，我国考古工作人员利用航空照片对库区古代遗址、墓葬的分布进行分析。2006年，我国启动京杭大运河申请世界遗产名录工作，但这项工作并非易事。困难之一是目前运河的不少踪迹已经从地面上消失了，留下的是保存在地下的遗址。在这种情况下如何证明大运河的存在、走向等信息？聂跃平团队根据遥感数据有针对性地制定了大运河遗址的生态保护措施。今年4月，王心源团队还将前往突尼斯，带领一支国际团队对古罗马帝国路网系统和驿站的遥感考古进行考察研究。
目前，遥感技术在“一带一路”考古中发挥着重要作用。聂跃平说，科研人员已经把解译过的区域资料保留下来，用于进一步研究。未来他希望建立一个全国的遥感考古信息库，从而让遥感考古技术更好地应用在未来遗址保护规划、遗址环境变化的动态监控等工作中。
《 人民日报 》（ 2017年03月20日 12 版）
