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遥感考古

遥感考古

摘要：

遥感考古是一门社会科学，技术科学和自然科学相交叉的新兴综合学科。

文章对遥感考古的定义进行了阐述，探讨了其原理与方法，并举了实例及展望了其发展前景。

关键词：

遥感考古；方法；图像处理；南陵县

前言

数千年的人类文明史，给我们留下了大量的历史遗迹或遗物。

如何及时发现并有效保护这些珍贵遗产历来是考古学关心的话题，也是人类认识自我、发展未来的重要研究领域。

考古学是根据古人类活动遗留下来的实物（包括遗迹和遗物），研究人类古代社会历史发展的一门近代社会科学，然而考古学与自然科学、技术科学又有着密不可分的因缘。

随着高科技的迅猛发展，遥感考古研究这门集自然科学、技术科学和社会科学于一体的新学科应运而生，给传统考古学注入新的活力。

通过对航空、航天遥感数据的分析，利用地貌形态、地物阴影、雪、土地温度，植被等各种标志，解译出地面或地下的古遗迹特征，可在较大的范围内获得完整的地上和地下古遗迹信息，为发掘和保护人类遗产提供科学依据。

一、遥感和遥感考古

遥感是上世纪60年代发展起来的新兴的综合性科学技术，它建立在空间科学、光电技术、地学规律、数理方法和计算机技术学科的基础上，并随着相关学科的发展而发展。

遥感技术则是利用某种系统装置，在不直接接触有关目标物或现象的情况下，收集有关电磁波等辐射能量的信息，并对其进行处理、分析和识别，最后提取和应用有关目标物或现象的特征信息，为生产和科研工作服务。

根据遥感过程中接收信息方式的不同，对遥感作如下分类：

1.主动遥感：

发射机主动发出电磁波、超声波等信号，并接收从目标物或现象反射回来的信号，经光学或计算机图像处理后，对其信息的特征进行分析和解译。

2.被动遥感：

遥感过程中所接收的信息是目标物或现象对太阳辐射的反射与散射，或在一定的温度下，目标物或现象自身向外辐射的能量信息。

根据遥感进行的高度，可将遥感分为：

1.航天遥感：

通过卫星、宇宙飞船、航天飞机等在太空里进行的遥感。

2.航空遥感：

通过飞机、升空气球等在空中进行的遥感。

3.地面遥感：

通过伸臂汽车（遥感车）、铁塔等在地面迸行的遥感。

所谓遥感考古，就是运用遥感技术，获取遗迹或现象的电磁波或超声波信息，并运用光学或计算机图形图像处理技术，对这些信息进行滤波、分类、边缘增强、反差变换、特征提取或假彩色合成等处理，再根据影像的色调、纹理、图案及其时空分布规律进行分类、识别和解译，确定遗迹或现象的位置、分布、构成与形状诸方面特征，还能进行文化资源追踪、考古测量、古地形地貌与古城址复原等工作。

遗迹或现象辐射电磁波能量，是遥感考古工作的前提，由于遗迹或现象与周围环境的差异，辐射电磁波的情况也就不一样，而电磁波波谱特征及其时间变化和空间分布规律在遥感影像上表现为不同的影像色调和由不同色调组成的各种图案及其时空变化规律。

所以遥感考古的工作原理，是建立在遗迹或现象的物理属性、电磁波波谱特征和影像特征三者的关系上，遥感影像的解译原理，是根据影像的色调，图案及其分布规律，来判断遗迹或现象的波谱特征，从而确定遗迹或现象的属性。

随着相关学科的发展，遥感资料的接收方式发生了很大的变化，从单一传感器到多种传感器，从静态到动态，从机械扫描到电荷藕合阵列，从真实孔径雷达到合成孔径雷达。

利用多光谱扫描传感器，使遥感影像显示信息的能力得到增强，可接收的电磁波范围也很大程度的增加，地面分辨率也不断提高。

而且随着遥感进行高度的增加，像幅范围不断扩大，一些传感器可实现全日时（不分白天黑夜）、全天候（不论天气状况）工作，并且能够穿透云层、穿透植被、穿透地表或穿透水体，能够适用于不同遗址上的考古工作需要。

二、遥感考古的方法

遥感考古工作通常包括遥感图像获取、遥感图像处理、建立解译标志、考古专题室内解译、野外验证、制图、考古专题研究等几个阶段。

其中，遥感图像处理，遥感影像分析、野外验证和遥感制图尤为重要。

1.遥感图像处理

遥感图像获取以后，可以借助光化学技术和计算机处理技术对图像进行增强处理和分类处理。

图像处理是为了增强和提取遥感图像中的目标信息，图像增强主要是增强图像的视觉效果，提高图像的可解译性，而图像分类给目视解译提供的则是定量信息。

图像分类就是把图像中的每个像元或区域划归为若干个类别中的一种，图像分类的过程就是模式识别过程。

遥感图像分类的任务是通过对各类地物的光谱特征分析来选择特征参数，将特征空间划分为互不重叠的子空间，然后将影像内各个像元划分到各个子空间中去，从而实现分类。

2.影像解译标志的建立

在对研究区域的地理文献和地图资料进行研究、掌握区域的基本地理特点的基础上，选择抽样点和专题内容进行室内初判读（解译），建立该区域考古专题的解译标志（又称判读标志）是遥感考古中的关键环节。

古代遗迹是人类在过去的生产生活中改变地表自然状态后形成的，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，与周围未经过人工变动的自然环境存在着差异。

这些差异就通过地表水分条件、植被生长状况、土地利用方式、地貌结构和组合关系等得到不同程度的保留，这些异常表现在遥感影像中被记录下来，为考古提供了判读分析依据。

常见的解译标志主要有土壤、植被、阴影等。

1）.阴影标志。

阴影效果主要取决于遗迹残存高度，目标的覆盖植被和颜色，航拍的时间、飞行高度、视场方向等。

比较平坦的遗址，在太阳高度角很低的情况下才能产生显著的阴影，因此飞行时间应选择在早晨或傍晚。

能够阴影标识的遗址明显的决定因素是线性特征的方向要对着阳光方向。

如果阳光在其右上角，可以产生突出阴影；假如光线和遗迹方向平行，所产生的阴影很弱且难以识别。

选择阳光明媚时拍摄的阴影效果最好，因为此时不受粉尘干扰。

2）.土壤标志。

挖掘阴沟或陷阱时，就破坏了当地的土层结构。

在绝大多数情况下，填充物和周围的土壤是不一样的。

主要体现在两方面：

第一，物质本身不同。

一般来说填充物结构不致密，而且包含较多的人类遗迹，颜色较为灰暗；第二，颗粒大小分布不同于未受干扰的土壤。

这两个因素都促成良好储水结构的形成，导致填充部分比周围土壤灰暗，而且很容易从高空发现。

相反的情形发生在埋藏地基上，这种情况下，水泥和石块不能储存任何水分，因而土壤容易变干。

另外，水泥和石块被犁翻到日光下就会使得埋藏墙基的区域比周围要亮得多。

土壤标识的拍摄一般选择在春季或秋季翻过土之后，微云覆盖时也可拍摄。

填充物的在初冬和冬末有另外的特征，就是所谓的“霜雪标志”。

填充的沟渠和墙基保存了热量或冷气。

因此，在霜雪形成和融化过程中会呈现不同的特征。

它们可以在早晨短暂时间内显露出来。

3）.作物标志。

作物生长标志是揭示被埋藏古遗迹存在及平面结构的重要标志。

生长在同一平坦区域内的作物若长势不同，往往是由于根系所在的表层地质有差异。

一般而言，被掩埋的古代沟、渠、坑或护城河利于储存水分，土壤较之周围湿润，养分丰富，其上作物长势较周围茂盛（正向作物标志）；相反，如果根系触到的是砖瓦石块，如古建筑的墙基等，就会使生长受阻，旱季时往往株棵倭化，叶枯黄（负向作物标志）。

因此，如果想用作物标志，最好的航摄季节应是干旱夏季。

这些标志在不同程度上反映古人类的环境信息，只有综合分析研究这些指示标志，才能不断提高遥感考古的效率和精度。

3.野外实地验证

用遥感手段所发现的迹象只能作为一种推测考古遗迹的线索。

这些线索要同常规的野外调查和其他探测手段结合起来，以验证、修改和补充室内解译的不足。

目前，常用的做法是野外选点踏勘和地球物理的无损探测法。

地球物理的探测方法有电法、磁法、微波雷达等，这些方法都不直接接触文物，不破坏遗迹结构，所以对于发掘前的文物保护极有意义。

如华东师大城市与环境遥感考古开放实验室与田中地质公司合作，先后进行了上海松江福泉山电法探测、浙江绍兴印山大墓雷达探测等，为考古发掘提供了大量有价值的依据。

验证工作一定要有考古专业人员参与，以便准确确定可疑地点的年代、文化内涵等。

对于地学工作者而言，只要影像上的标志确实存在，即可认为解译有效。

当然正式出版成果时还应以考古部门的认定为准。

4.遥感考古制图

验证后的解译结果通常要转绘成所需的专题地图。

底图应尽量选用最新的地形图，其比例尺最好与航片的比例尺接近。

常用的转绘方法有网格法、转绘仪器和目估法。

编绘详细的考古图是遥感考古的重要内容，它为发掘和考古专题研究提供依据。

随着计算机技术的发展，制图也由原来的手工编绘发展到机助制图，从而使制图工作变得快捷、经济。

常用的图型有线划图和影像图。

线划图底图可以采用两种格式：

第一种是栅格格式，即把地形图扫描输入到计算，绘图软件进行专题制图；第二种是矢量格式，即把地形图手扶跟踪数字化，然后在MapInfo，ArcView等GIS软件的辅助下专题制图，影像地图是近年来出现的新图型，它以图像与图形的综合形式来表示专题，每幅影像地图都有两个基本要素：

影像底图（图像）和专题要素（图形）。

影像底图为有关的专题要素提供定位信息，专题要素为综合研究提供定量数据，因此制作专题影像图的关键在于影像底图的选择合理以及专题要素叠合的准确性。

由于G4ISR各分系统之间要频繁地进行信息交换，必须有统一的时间标准，即综合一体化的G4ISR系统时钟都应该统一遵循基准时间。

通过导航定位卫星的授时功能，实现时间同步。

这样才能保证各个独立系统之间的实时联网，可以实现系统互连互通、资源共享，从而保证作战中一体化的G4ISR系统发挥优越的指挥、控制、协调作用。

例如，美军在伊拉克战争中，所有陆上与空中作战系统都利用GPS进行导航定位，并提供时间基准。

通过导航定位卫星，地面作战平台能实时确定自己所在位置，并通过战术因特网将位置信息传送给指挥部，让指挥官实时掌握部队所处的位置，合理地指挥和调动部队；同时各种作战飞机利用GPS实时导航定位数据可以实现自动导航。

G4ISR系统支撑着战争的进程,对战争结局起着重要作用。

一体化的G4ISR系统必须统一时间基准，协调一致工作，才能有效提高G4ISR系统作战效能。

三、实例：

安徽南陵县古遗迹遥感调查与研究

本次遥感调查对南陵县千峰山一带分布的土墩墓内涵有了初步的了解，遥感调查结果显示，土墩墓有其一定的分布规划，基本查清了土墩墓的分布区域及个数。

1.千峰山一带土墩墓分布及其特点

土墩墓分布有两种情况：

①分布于较平坦的河、湖岸两侧，现今为大片水稻田中的台形高地上。

这一类型的土墩墓主要分布在漳河和青弋江之间的平原及沿湖好区。

其特点是土墩墓外形成为馒头状的浑圆形土包，有些成为圆台形高地，有的断面已被切开，也有的已被夷为平地。

②分布在平原和丘陵地交界处的土墩墓，一般坡度低缓，占地面积较大，由于长期受雨水冲刷，有些土墩墓几乎夷为平地，其外表由于庄稼覆盖有时较难辩认，但在航空像片上仍有一定的外形显示。

根据本次调查，南陵县土墩墓主要分布在以漳河及其支流两侧最为集中。

航片上反映出历史上漳河曾多次演变、迁徙，在航片上留下了古漳河及其活动的痕迹。

漳河现今长为119公里流经南陵、繁昌、芜湖,由鲁港入长江,是流经南陵县境内最长且支流最多的一条主干河流。

土墩墓大多分布在漳河及其支流两岸的丘陵地带。

大多数土墩墓一般分布在10~15米的黄土岗上，土墩墓群数量不一，从几十至数百座乃至上千座。

如，葛林乡千峰山一带的土墩墓群，面积2.32平方公里，分布有土墩墓908座。

其地表地势为20~50米的丘陵岗地，航片上土墩墓影像清晰。

多沿垄岗脊地走向排列分布，往往个体较大的分布其中间，周围为相对较小的个体。

该区土墩墓分布密度大、数量多。

又如昊家大山及九龙包一带的土墩墓群，分布面积虽不如千峰山大，但土墩墓集中,每一地带均有数百座分布，这一地带的土墩墓同样也分布在10~40米的丘陵岗地上。

由于近期人为活动，原来馒头状土墩墓坡度变缓，其上部大部分已耕种农作物，但较大的土墩墓大部分是在其岗顶上，地貌形态还比较完整，馒头状浑圆形土包坡顶清晰，容易判读。

由于这些丘陵地带交通不便,居民点也较为稀少，有利于遥感解译。

调查中可见对单个土墩墓个体大小来说，小的高在2米左右，直径10米左右，大者高可达5米以上，直径20米以上，且大都沿垄岗脊地分布。

再者，分布于丘陵地或岗峦山脊及其支脉有规律地排列分布。

如，三里店附近的土墩墓地形一般在30~70米，由于地势较高，交通不便，因此土墩墓一般保存完好，整个土墩墓群占地面积相对较小，土墩墓个数相对稀疏，但比较集中，其影像反映清晰。

2.土墩墓文化内涵及年代

1983年在该地区进行文物普查时，发现当地居民挖土墩建房、兴建农田水利时，常从土墩中挖得陶器、原始瓷器等遗物，而且类似的土墩遗存在皖南有较广泛的分布范围。

为弄清此类遗存的情况，安徽省文物考古研究所等单位陆续在南陵千峰山、江木冲和繁昌平铺等地发掘清理了土墩墓20多座。

通过调查和发掘结果看，南陵地区土墩墓有以下主要特征：

筑墓前利用原来的地势稍加平整，清出一个平面，然后堆土，筑在山坡上的土墩，其墩底平面也随山坡的坡度呈一边高一边低。

多数土墩为平地起封，不挖墓坑，有极少数土墩在底部生土层上挖出浅浅的长方形竖穴。

土墩的外形呈馒头状，现存墩底直径10~30米不等，土墩高度1.84米。

封土一般不夯实，土质结构较疏松。

通过发掘可知封土的土质与土墩所在地的土质结构相同，说明这些土墩都是就近取土堆筑而成，在航片上显示的土墩墓附近往往分布有大小不一的水塘，可能就是当时堆筑土墩时取土留下的遗迹。

土墩内未见棺木葬具痕迹及人骨砂骸，墓底没有另加铺垫。

个别土墩中发现有一些零星木炭粒。

土墩不论大小，多是一墩一墓，仅见一例在一个土墩中上下叠压着两座不同时期的墓葬。

随葬品大多置放在土墩中心位置的熟土层上，成组器物均是集中成堆陈放。

各墓随葬品的数量不等，多有10余件，最少的仅1件。

发掘中还发现有几座土墩中空无一物。

随葬品种类主要有印纹硬陶、原始青瓷、夹砂陶和铜器四大类，大多是生活中常用的实用器皿。

器形主要有罐、坛、鼎晶、豆等，纹饰主要有回纹、三角纹、雷纹、席纹、弦纹、刻划纹等。

南陵地区土墩墓的时代从西周中期延续到春秋早期。

在调查中还发现几件具有西周早期特点的遗物，可能也出自当地土墩墓中，反映出南陵地区土墩墓遗存的开始年代要比我们目前已知的更早。

土墩墓是一种较特殊的埋葬方式，其分布的中心区域在苏南、浙北和皖南地区。

从总体文化面貌上看，南陵地区土墩墓与其它地区土墩墓有很多共同之处，但差异也是显而易见的，即使与相邻的屯溪土墩墓比较也有明显不同，如屯溪土墩墓采用在墓底铺垫卵石的做法，用以散水防潮。

而南陵土墩墓底部基本不加处理，仅稍加平整就使用了，具有较强的地域特点。

另外在西周早期至春秋早期这一阶段，南陵地区还分布着众多的台形遗址，其中与干峰山土墩墓群相邻的枯牛山遗址面积达0.6675平方公里。

从考古学文化的研究角度观察，以南陵地区为中心，在西周时期至春秋早期，形成了一个相对独立的文化区域。

四、结语

中国幅员辽阔，是世界上惟一有着5000年连续发展历史的文明古国，文化遗产遍布全国各地，特别是影响中国政治、社会、军事和对外交往的大型遗址，如公元前2世纪开辟的丝绸之路从陆地和海洋把中华文明传播到世界各地。

因此，充分认识这些宝贵文化遗产的各种信息，对研究中国和整个人类发展历史具有重大意义。

作为研究人类发展历史的考古学，19世纪初在西方诞生，20世纪初传入中国，随着自然科学的发展，已从单一的考古学发展成为环境考古学、遥感考古学、水下考古学等多学科体系，展现出考古学蓬勃发展的轨迹，特别是通过人文社会科学与自然科学在理论、方法、技术手段等方面的结合，丰富了考古学研究的广度和深度。

以遥感技术为主，对地观测技术、地理信息系统、全球卫星定位系统和虚拟现实技术已成为认识文化遗产的时空分布规律，重建古文明发展史，建立文化遗产信息管理系统，再现古文明空间的重要手段。

参考文献

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上海地区古遗址遥感初步研究，华东师范大学学报，2002，（3）：

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