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中科院科學家在新疆利用遙感追尋湮沒的古長城

2017-3-20 09:58:36

來源:人民日報 作者:喻思孌 選稿:鬱婷藶

原標題:中科院科學家在新疆利用遙感追尋湮沒的古長城

  核心閱讀

  中科院科研人員最近利用遙感技術,在新疆探測古長城所在區域的土壤、植被和地貌資訊,發現與周邊環境的細微差異,從而“復原”出消失的古長城遺跡和周圍的地勢環境。將來,隨著虛擬現實和三維技術的應用,人們還能在網上游覽新疆古長城。

  如今的新疆,曾經的長城遺址因為風沙水流侵蝕,在地表上幾乎看不到蹤影。而在1000多年前,新疆還有呈點狀、片狀分佈的長城,它們保護著邊疆的安定和商路的暢通。

  不久前,中國科學院遙感與數字地球研究所(簡稱中科院遙感地球所)科研人員利用現代遙感技術,分析了長城在該地區的分佈情況,並“復原”出新疆古代長城的樣貌。

  怎麼用

  利用電磁波觀測人類活動留下的植被、地貌等資訊

  遙感考古,簡單地説就是利用電磁波等感測器對地表及地下遺跡進行遠距離觀察、探測的手段。航空航太的發展,尤其是遙感衛星解析度的提高,讓遙感考古有了更高精度、更高效的平臺和載體。

  遙感技術如何用於考古?中科院遙感地球所研究員聶躍平介紹,地面不同植被、土壤、地貌特徵等與遺址産生的電磁波波譜特徵不同,這些差異通過肉眼看不出來,但在穿梭機、衛星、無人機等遙感平臺上,觀測設備可以獲取它們的電磁波數據。這些資訊經過電腦處理,就能了解觀測地的植被、土壤、地形等狀況,進而提取考古目標資訊。

  以本次新疆古長城考古為例,文物專家表示,新疆的長城遺跡多修築于漢代、唐代和清代。“與內地長城不同,新疆古長城沒有連續的墻體和高大的城墻,而是在交通要道、關隘、河流沿岸等處,修建烽燧、戍堡等。”聶躍平説。受千餘年的風沙侵蝕、人類活動的影響,古長城所在地已經和周邊的沙漠、戈壁混成片,人眼很難看出遺址的存在。但古長城所在區域的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環境會有細微的差異,産生的電磁波波譜也就不同。這些資訊都逃不過遙感的“眼睛”。

  目前新疆已經發現了600多處古長城遺址,而這只是其中的一部分。中科院遙感地球所副研究員于麗君介紹,我們根據這些遺址已初步勾勒出一條長城資源分佈線,並正通過遙感和三維技術“復原”新疆古長城遺跡的樣貌。屆時,人們不僅能通過科學家製作的影像,看到每座長城遺跡的模樣及其周圍地勢環境,還能看到部分長城在新疆境內的走向。借助虛擬現實技術,未來人們還能在網上身臨其境“遊覽”新疆古長城。

  根據遙感考古對古長城的觀察和研究,還可以推測出它們曾發揮著保護邊疆安定和絲綢之路暢通的作用。此前,絲綢之路只在古書上記載,人們對其位置、外觀並不了解。如今絲綢之路的路線清晰重現,為古絲綢之路及其分支的具體走向研究提供了重要資料。

  啥優勢

  覆蓋範圍廣、效率高、成本低、對遺址破壞小

  中科院遙感地球所研究員王心源説,遙感考古就像破案,先發現疑似地點的線索,田野考古再跟進發掘,所以前期案頭工作非常關鍵。他表示在遙感考古過程中,需要使用“組合拳”。比如,在發現米蘭古屯田灌溉系統過程中,王心源團隊不僅採集、處理了遙感影像,分析了植被指數,還與《史記》《漢書》等歷史文獻比對,確認疑似區域,並在遙感影像的精準導航下,對疑似遺址點實地勘探驗證。

  相比傳統考古手段,遙感考古擁有很大的優勢。首先,遙感考古覆蓋範圍廣、效率高。近年來,隨著衛星技術的應用和普及,可以全天候獲得遺址的遙感數據。通過衛星對地面的俯視,從而對一個地區的地貌進行全方位觀察,不會受到地理環境的限制。同時,遙感圖像成像尺度變化範圍大,既可縱覽全貌,又能細看局部,有利於人們對所得圖片進行研究。曾有人統計,在相同範圍內,用遙感技術是傳統的踏查方法效率的幾十倍甚至上百倍。

  其次,遙感考古的成本也相對較低。“過去的田野調查主要依靠人力,工作量巨大。但人的精力和目力十分有限,如果是大範圍普查,就很難看清楚區域的全貌。尤其是遇到沙漠、草原等特殊環境,實地調查已經非常困難,想得到準確調查結果更是難上加難。”王心源説。

  此外,遙感考古對遺跡破壞小。“考古發掘本身就是對文物的一種破壞,但是許多搶救性發掘又勢在必行。遙感考古利用遙感圖像,可以在盡可能減小文物破壞的前提下,了解遺址和墓葬的構造。”王心源説。

  在聶躍平看來,目前我國還有大量有待探明的遺址,遙感考古不僅可以高效地探明各種大型古代聚落、古城,而且可以盡可能地對其進行保護和監控。但他同時認為,遙感考古不會代替田野考古,因為它解決不了遺址的年代、出土器物的研究等問題,兩者相互補充,才能事半功倍。

  除了觀察地面遺址,探地雷達等技術將遙感探測的觸角延伸到地下。比如水下遺址探測,聶躍平介紹,遙感手段能測量水下地形,反演歷史條件下的水下地形資訊,確定遺址的位置和範圍,進而推測古地理、古氣候和古代社會的發展情況。

  看未來

  將更多地應用在遺址探明、保護和遺址環境變化的動態監控

  遙感考古因為在遺址探測上的優勢,應用將越來越廣泛。

  據聶躍平介紹,面對古人給我們留下的眾多遺址,如果僅僅依靠歷史記錄或偶然發現來尋找是不夠的。此外,即使發現了一些遺址,也大多七零八落,難以從整體上和空間上了解古人的社會生活。正因為如此,過去數十年中,國內外科學家紛紛應用遙感技術開展考古工作。

  1906年,英國人在熱氣球上拍攝西元3000年前的“巨石陣”,被認為是應用遙感原理進行考古的首次嘗試。之後,遙感技術應用在城市古建築及其遺跡拍攝和探測中。從上世紀50年代開始,航空航太的發展則為空間遙感提供了基礎。隨著數據獲取越來越便捷,多源影像被綜合應用於考古研究;地球物理勘探技術與遙感的結合,使得探測和研究目標不僅僅局限于地面上的物體,還能穿透至地下進行深層次的探測。

  我國遙感考古技術應用較晚,開始主要服務於重大工程建設。比如,上世紀60年代修建三門峽水庫時,我國考古工作人員利用航空照片對庫區古代遺址、墓葬的分佈進行分析。2006年,我國啟動京杭大運河申請世界遺産名錄工作,但這項工作並非易事。困難之一是目前運河的不少蹤跡已經從地面上消失了,留下的是保存在地下的遺址。在這種情況下如何證明大運河的存在、走向等資訊?聶躍平團隊根據遙感數據有針對性地制定了大運河遺址的生態保護措施。今年4月,王心源團隊還將前往突尼西亞,帶領一支國際團隊對古羅馬帝國路網系統和驛站的遙感考古進行考察研究。

  目前,遙感技術在“一帶一路”考古中發揮著重要作用。聶躍平説,科研人員已經把解譯過的區域資料保留下來,用於進一步研究。未來他希望建立一個全國的遙感考古資訊庫,從而讓遙感考古技術更好地應用在未來遺址保護規劃、遺址環境變化的動態監控等工作中。

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中科院科學家在新疆利用遙感追尋湮沒的古長城

2017年3月20日 09:58 來源:人民日報

原標題:中科院科學家在新疆利用遙感追尋湮沒的古長城

  核心閱讀

  中科院科研人員最近利用遙感技術,在新疆探測古長城所在區域的土壤、植被和地貌資訊,發現與周邊環境的細微差異,從而“復原”出消失的古長城遺跡和周圍的地勢環境。將來,隨著虛擬現實和三維技術的應用,人們還能在網上游覽新疆古長城。

  如今的新疆,曾經的長城遺址因為風沙水流侵蝕,在地表上幾乎看不到蹤影。而在1000多年前,新疆還有呈點狀、片狀分佈的長城,它們保護著邊疆的安定和商路的暢通。

  不久前,中國科學院遙感與數字地球研究所(簡稱中科院遙感地球所)科研人員利用現代遙感技術,分析了長城在該地區的分佈情況,並“復原”出新疆古代長城的樣貌。

  怎麼用

  利用電磁波觀測人類活動留下的植被、地貌等資訊

  遙感考古,簡單地説就是利用電磁波等感測器對地表及地下遺跡進行遠距離觀察、探測的手段。航空航太的發展,尤其是遙感衛星解析度的提高,讓遙感考古有了更高精度、更高效的平臺和載體。

  遙感技術如何用於考古?中科院遙感地球所研究員聶躍平介紹,地面不同植被、土壤、地貌特徵等與遺址産生的電磁波波譜特徵不同,這些差異通過肉眼看不出來,但在穿梭機、衛星、無人機等遙感平臺上,觀測設備可以獲取它們的電磁波數據。這些資訊經過電腦處理,就能了解觀測地的植被、土壤、地形等狀況,進而提取考古目標資訊。

  以本次新疆古長城考古為例,文物專家表示,新疆的長城遺跡多修築于漢代、唐代和清代。“與內地長城不同,新疆古長城沒有連續的墻體和高大的城墻,而是在交通要道、關隘、河流沿岸等處,修建烽燧、戍堡等。”聶躍平説。受千餘年的風沙侵蝕、人類活動的影響,古長城所在地已經和周邊的沙漠、戈壁混成片,人眼很難看出遺址的存在。但古長城所在區域的土壤、微地貌、植被狀況與周邊環境會有細微的差異,産生的電磁波波譜也就不同。這些資訊都逃不過遙感的“眼睛”。

  目前新疆已經發現了600多處古長城遺址,而這只是其中的一部分。中科院遙感地球所副研究員于麗君介紹,我們根據這些遺址已初步勾勒出一條長城資源分佈線,並正通過遙感和三維技術“復原”新疆古長城遺跡的樣貌。屆時,人們不僅能通過科學家製作的影像,看到每座長城遺跡的模樣及其周圍地勢環境,還能看到部分長城在新疆境內的走向。借助虛擬現實技術,未來人們還能在網上身臨其境“遊覽”新疆古長城。

  根據遙感考古對古長城的觀察和研究,還可以推測出它們曾發揮著保護邊疆安定和絲綢之路暢通的作用。此前,絲綢之路只在古書上記載,人們對其位置、外觀並不了解。如今絲綢之路的路線清晰重現,為古絲綢之路及其分支的具體走向研究提供了重要資料。

  啥優勢

  覆蓋範圍廣、效率高、成本低、對遺址破壞小

  中科院遙感地球所研究員王心源説,遙感考古就像破案,先發現疑似地點的線索,田野考古再跟進發掘,所以前期案頭工作非常關鍵。他表示在遙感考古過程中,需要使用“組合拳”。比如,在發現米蘭古屯田灌溉系統過程中,王心源團隊不僅採集、處理了遙感影像,分析了植被指數,還與《史記》《漢書》等歷史文獻比對,確認疑似區域,並在遙感影像的精準導航下,對疑似遺址點實地勘探驗證。

  相比傳統考古手段,遙感考古擁有很大的優勢。首先,遙感考古覆蓋範圍廣、效率高。近年來,隨著衛星技術的應用和普及,可以全天候獲得遺址的遙感數據。通過衛星對地面的俯視,從而對一個地區的地貌進行全方位觀察,不會受到地理環境的限制。同時,遙感圖像成像尺度變化範圍大,既可縱覽全貌,又能細看局部,有利於人們對所得圖片進行研究。曾有人統計,在相同範圍內,用遙感技術是傳統的踏查方法效率的幾十倍甚至上百倍。

  其次,遙感考古的成本也相對較低。“過去的田野調查主要依靠人力,工作量巨大。但人的精力和目力十分有限,如果是大範圍普查,就很難看清楚區域的全貌。尤其是遇到沙漠、草原等特殊環境,實地調查已經非常困難,想得到準確調查結果更是難上加難。”王心源説。

  此外,遙感考古對遺跡破壞小。“考古發掘本身就是對文物的一種破壞,但是許多搶救性發掘又勢在必行。遙感考古利用遙感圖像,可以在盡可能減小文物破壞的前提下,了解遺址和墓葬的構造。”王心源説。

  在聶躍平看來,目前我國還有大量有待探明的遺址,遙感考古不僅可以高效地探明各種大型古代聚落、古城,而且可以盡可能地對其進行保護和監控。但他同時認為,遙感考古不會代替田野考古,因為它解決不了遺址的年代、出土器物的研究等問題,兩者相互補充,才能事半功倍。

  除了觀察地面遺址,探地雷達等技術將遙感探測的觸角延伸到地下。比如水下遺址探測,聶躍平介紹,遙感手段能測量水下地形,反演歷史條件下的水下地形資訊,確定遺址的位置和範圍,進而推測古地理、古氣候和古代社會的發展情況。

  看未來

  將更多地應用在遺址探明、保護和遺址環境變化的動態監控

  遙感考古因為在遺址探測上的優勢,應用將越來越廣泛。

  據聶躍平介紹,面對古人給我們留下的眾多遺址,如果僅僅依靠歷史記錄或偶然發現來尋找是不夠的。此外,即使發現了一些遺址,也大多七零八落,難以從整體上和空間上了解古人的社會生活。正因為如此,過去數十年中,國內外科學家紛紛應用遙感技術開展考古工作。

  1906年,英國人在熱氣球上拍攝西元3000年前的“巨石陣”,被認為是應用遙感原理進行考古的首次嘗試。之後,遙感技術應用在城市古建築及其遺跡拍攝和探測中。從上世紀50年代開始,航空航太的發展則為空間遙感提供了基礎。隨著數據獲取越來越便捷,多源影像被綜合應用於考古研究;地球物理勘探技術與遙感的結合,使得探測和研究目標不僅僅局限于地面上的物體,還能穿透至地下進行深層次的探測。

  我國遙感考古技術應用較晚,開始主要服務於重大工程建設。比如,上世紀60年代修建三門峽水庫時,我國考古工作人員利用航空照片對庫區古代遺址、墓葬的分佈進行分析。2006年,我國啟動京杭大運河申請世界遺産名錄工作,但這項工作並非易事。困難之一是目前運河的不少蹤跡已經從地面上消失了,留下的是保存在地下的遺址。在這種情況下如何證明大運河的存在、走向等資訊?聶躍平團隊根據遙感數據有針對性地制定了大運河遺址的生態保護措施。今年4月,王心源團隊還將前往突尼西亞,帶領一支國際團隊對古羅馬帝國路網系統和驛站的遙感考古進行考察研究。

  目前,遙感技術在“一帶一路”考古中發揮著重要作用。聶躍平説,科研人員已經把解譯過的區域資料保留下來,用於進一步研究。未來他希望建立一個全國的遙感考古資訊庫,從而讓遙感考古技術更好地應用在未來遺址保護規劃、遺址環境變化的動態監控等工作中。