高光谱航空遥感勘测考古让地下遗迹自动“现形”

考古人员在地面设置高光谱航测标定场

由陕西省文物工程协会与相关单位合作组织开展的高光谱航空遥感考古勘测研究项目近日通过专家验收，正式结项。利用高光谱航空遥感技术，在大型遗址区域内进行大面积航空考古勘测技术方法研究，在国内尚属首次，也是大遗址保护工作的一个创新举措。

让地下遗迹“现形”

据陕西省文物工程协会理事长张文介绍，此次开展的高光谱航空遥感考古勘测区域总面积约1000平方公里，主要集中在陕西西安渭河以南,包括汉长安城遗址、沣镐遗址和杜陵遗址区;使用运-12飞机，先后共飞行12架次，飞行高度1000米，飞行速度每小时200至300公里;航测使用高光谱测量和航空摄影两种手段，高光谱仪视场角36.7度，地面分辨率1.2米，航拍地面分辨率为20厘米。“通过此次勘测，取得了十分宝贵、丰富的高分辨率成像光谱数据和地物光谱数据，为今后在此区域内继续搜寻异常点和开展考古研究工作奠定了基础。”张文告诉记者。

此次勘测在设计飞机航线时，为保证全覆盖，每条航带旁向重叠率不小于30%，实际飞行过程的控制也很理想。飞机飞行高度、仪器视场角和地面分辨率等参数选择合理，图像清晰度高，获取的光谱数据连续、准确、丰富、信息量大。

飞行航测工作完成后，项目组开展了数据分析处理、识别软件编制、异常点搜寻和现场验证等工作。2013年6月18日，进入数据解析处理阶段。目前，数据解析处理和识别软件编制工作已完成，利用标定场已知特征光谱在勘测区域内寻找出了70多个次地表异常点。

“对遥感图像的识别是以区分图像中所含的多个目标为目的，对每个像元或比较匀质像元组合给出对应其特征的名称。”张文告诉记者，他们采取了两种分类方法：一是基于目标物性的识别方法，主要是利用反映目标物理光学性质的光谱曲线来识别。二是基于图像数据的分类方法，主要是利用数据的统计特性来建立分类模型。无论哪种方法，需要建立和利用光谱库中已知点的光谱数据，采用匹配的算法来识别图像中地面覆盖的类型。这种匹配，可以是全波长范围的比较，或基于整波形特征的光谱曲线的匹配，也可以利用感兴趣的波段的光谱，进行部分波长范围的光谱或光谱组合参量进行匹配，即基于光谱特征的光谱匹配。因此，若标定点已知特征光谱提取准确，在勘测区域内寻找、发现地表下异常点是可能的。在勘测区域内识别出的70多个异常点，通过对部分点的验证，异常确实存在。

与传统考古技术互补

据介绍，此次高光谱航空遥感考古勘测的目的主要有两点：一是探索高光谱航空遥感用于考古勘测的技术和方法。二是建立勘测区域地物光谱数据库，为规划编制和今后继续在此区域开展考古研究工作奠定基础。“从项目实施结果看，达到了预期目的。我们基本掌握了项目实施的程序、技术和方法;由‘已知探未知’方法被证明是可行的;此外我们还建立了高质量的区域高光谱数据库。”张文说。

相关专家告诉记者，与多光谱遥感手段相比，高光谱遥感技术的优点在于可通过连续测量地物相邻的光谱信号，反映出不同地标物质与电磁辐射相互作用的细微差异，具有更高的分辨率。此外，其除了拥有二维的平面图像外，更包含了光谱维，从而包含丰富的图像及光谱信息，可将高光谱图像转化为可视图像。

“本次勘测提供的清晰、丰富的高光谱航空遥感考古影像图，为在高光谱影像图上进行目视搜寻提供了可能，而且这种方法更加直观简便，易于操作。”张文说，这种勘测方法最大的优势是能在大面积区域内寻找出异常点，极大地缩小了用传统考古方法勘探的面积，不仅提高了效率、节省了时间和经费，而且有可能使得一些人们用肉眼难以发现的异常区域得以展现。

高光谱航空遥感考古勘测另一大优势在于与传统考古技术的互补。在大面积区域范围内，高光谱航空遥感考古勘测在文物安全、效率和费用等方面比传统考古勘探具有更大的优越性。高光谱遥感器能够感知到地面以下一般遥感方法无法感知的电磁波谱，并且不局限于地面某一独立个体，而是在区域尺度上宏观地提取地表连续的或者空间关联的细节，借助地表已知标定场的特征光谱在勘测区域内进行光谱匹配比对，可以解析和发现古迹现象，这是高光谱遥感技术在考古领域中的应用潜力所在。“而传统考古由于受视野的限制，多从微观入手，再逐步了解和解决区域问题。考古学应该宏观与微观的结合，宏观解决区域问题，微观解决内在和潜质问题。二者的结合会使认识过程更加完整，这是一个互补的认识过程。

多学科融合考古成趋势

参加此次高光谱航空遥感考古勘测研究结项专家评审会的专家认为，多处地表下异常点的发现说明这是一次有意义的科研勘测探索，是国内考古勘探史上一次成功的高科技实践活动，利用高光谱航空遥感进行考古勘测的方法是可行的。今后工作中，应进一步加强深化研究和应用推广工作，以满足经济社会发展和文物保护工作的需要。

陕西省文物局副巡视员周魁英表示，这次高光谱航空遥感考古勘测研究取得的成果表明，利用高光谱航空遥感进行考古勘测达到了预期的目的，高光谱航空遥感考古勘测研究项目成果有望推广应用。

此次高光谱航空遥感考古勘测工作汇集国内文物、测绘、技术物理、航测遥感等多学科专家。近年来，借助物理、化学等相关自然科学技术与手段，为考古工作带来了不少惊喜：在敦煌莫高窟，看似已经完全褪色的窟壁，通过多光谱成像技术，使得隐藏其中众多的历史信息和风采得以重现;同位素考古在古资源环境、生态研究中大放异彩，通过铜同位素分析为铜金属资源的种类以及相关的冶炼技术研究提供新的视角;通过化学分析，确认了陕西法门寺地宫珍藏的玻璃制品为西方各国贡品，是中西文化交流的实物见证。

有关专家认为，文化遗产的保护与研究成为备受关注的系统性工作，需要多领域相互融合，吸取来自多学科的知识。多领域、多学科的共同参与体现了大遗址考古勘测与文物保护工作的科学性和现代性。

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遥感考古是利用地面植被的生长和分布规律，土壤类型、微地貌特征等物理属性及由此产生的电磁波波谱特征差异，运用摄影机、摄像机、扫描仪、雷达等设备，从航天飞机、卫星等不同的遥感平台上获取有关古遗址的电磁波数据或图像等信息，对这些信息进行光学或计算机图像处理，从而提供古代遗存的位置、形状、分布构成类型等情况，为考古发现提供科学的资料和数据。其中，高光谱遥感具有图谱合一的特征和从可见光到热红外的一系列波段，多个波谱波段和高的波谱分辨率可以检测到文物遗存在地面比较微弱的信息，故此，高光谱遥感具有识别微弱信息和定量探测的优势。(记者 刘修兵)