【考古科技】遙感考古理論和方法日臻完善


  作者:劉建國

  遙感考古理論和方法日臻完善——科技考古係列之三

  遙感考古技術是利用地麵植被的生長與分布規律、土壤類型、微地貌特征等的物理屬性及其與電磁波波譜特征、遙感影像特征之間的相互關係,運用攝影機、攝像機、掃描儀、雷達等設備,從航天飛機、衛星、飛機、升空氣球等不同遙感平台上獲取有關考古遺址的電磁波數據或圖像等信息,從而確定考古遺址的位置、形狀、分布、構成等屬性。

  遺址的遙感影像中包含了豐富的地球科學的信息,通過對其中植被、水體、土壤、岩石等圖案特征的分析,可判讀出地麵或淺表地層中的遺跡情況。淺表地層中埋藏的考古遺跡,必然會形成地表土壤色澤與含水量的差異、植被生長與分布異常和土壤侵蝕差異,從而產生特殊微地貌特征,這在遙感影像中都會以特殊的圖案顯示出來,形成特定的遺跡影像標誌,成為考古遺址中遙感影像的解譯依據。

  考古遺跡的影像標誌,常見的有陰影標誌、土壤標誌、植被標誌、霜雪標誌和雨水標誌等。陰影標誌常常出現於高台地域的遺址中,這類遺址受到地表水流的侵蝕較少,地麵上往往會留下牆基、台基一類的夯土或石基殘跡,構成考古遺址中特殊的微型地貌。這種微地貌在傾斜太陽光線的照射下,地形起伏就會產生明顯的陰影。所以,在當地時間早晨9:00左右和下午4:00左右拍攝的航空影像能夠反映出較小的地貌特征,由此可以判斷出遺跡的形狀、範圍、布局等屬性。如新疆高昌故城的航空影像上,城牆、馬麵等遺跡與其陰影並存,邊緣清晰,易於辨認。

  遺跡的土壤標誌,出現於遺跡的埋藏深度很淺,而地麵平坦且裸露,沒有殘存痕跡的遺址中,因為古代道路、夯土、淤土等遺跡的色澤、結構、濕度等與其周圍環境有一定的差異,這些差異能夠在某些遙感影像上顯示出來,作為判讀考古遺跡的重要標誌。土壤標誌在比較幹燥的季節效果最好,這時的遙感影像能反映出地下稍深地層中的遺跡,探查出諸如墓葬、城牆、古河道、夯土台基等遺跡。新疆北庭故城內土堆和土炕遍地皆是,非常混亂,然而,北庭故城的航空影像上,卻通過遺跡的土壤標誌十分清楚地反映出城牆、馬麵、護城河、水係等遺跡。

  遺跡植被標誌在遙感考古中的應用最為普遍。地下古代遺跡的土壤與其周圍環境的土壤在含水量的多少、板結與疏鬆、貧瘠與肥沃等方麵有著較大的差異,從而會導致灌木叢等生長與分布出現特定的規律,或使農作物、野草的色澤、密度、高度產生異常,在遙感影像上形成特殊的圖案。草本植物(尤其是穀類農作物)在遙感影像上表現為紋理細密,色調均勻,所反映出的植被標誌邊緣清晰,較為明顯。而且在每一個植被生長的特定季節都會重複出現。西安漢長安城5月底和6月初的航空影像上,夯土建築位置的影像色調較淺,很容易從周圍環境中分辨出來。

  遺跡的霜雪標誌和雨水標誌較為罕見,收集遙感資料的時間不易掌握。霜雪標誌是遺跡被薄雪或濃霜覆蓋後,因為遺跡與其周圍環境的土壤中熱容量的差異,致使霜雪融化有先有後,在短暫的時間裏霜雪的分布會勾勒出遺跡的輪廓。同樣,雨水標誌也是在暴雨之後根據雨水淹沒的情況,判斷出墓葬、城牆、壕溝一類的遺跡。

  考古遺跡的影像標誌很多,對不同的遺址的反映情況各有特色,在不同的遙感影像上形成的圖案也有很大的差別。在具體工作中,首先要收集與遺址有關的文史、考古、遙感、地理、地貌等資料,了解遺址的類型、範圍、殘存狀況、埋藏深度以及遺址範圍內地貌特征、土壤類型、植被覆蓋與生長等情況,然後才能對遙感影像進行綜合解譯,準確地判讀出各種遺跡標誌,確定遺跡的分布特征。最後,再根據影像解譯的結果,到實地進行必要的鑽探和小範圍的發掘,使一些模棱兩可的問題得到證實,並驗證解譯結果的準確性。

  考古遙感技術在古城遺址研究中的作用尤為明顯,特別是在地表殘存一定遺跡的情況下效果很好。遙感考古技術能夠從不同的空間高度,利用多種地麵信息,運用計算機圖像處理技術,對古城遺址作全方位的分析和研究,速度快,周期短,方法靈活多樣,能節省大量的人力、物力和時間,為城址考古提供科學而合理的依據。

  與歐美考古遙感應用程度和效果相比,國內的應用仍然受到很大的局限。這主要是因為歐美的很多考古遺址中殘存的古代建築基址、墓葬等都是磚石結構,與周圍環境中的土壤有很大的差別,可以在遙感影像上產生很明顯的異常;而中國考古遺址中的城牆、墓葬、建築基址等大多由夯土構成,與周圍的土壤沒有特別明顯的差別,隻是稍微緊密一點,隻有在特定情況下接收的遙感影像上才能產生一些細微差異。

  隨著遙感和計算機等相關科學的不斷發展,遙感影像的地麵分辨率會有很大程度的提高,波譜特征更加豐富,遙感設備與圖像處理的方式也更加多樣化,考古遙感技術也會有長足的進展。

  文章出處:中國社會科學院院報



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