遙感考古聯合實驗室

繼夏商周斷代工程之後，我國又一個自然科學與社會科學聯手的重要項目“遙感考古聯合實驗室”於2001年11月29日成立。這個由中科院遙感所、華東師範大學、中國歷史博物館聯合建立的實驗室，標誌着我國在科技考古領域進入了一個新階段，也預示着我們對於中國文明史的研究正步入新紀元。

遙感考古研究是在遙感信息獲取、圖像處理基礎上，開展遙感考古、地下無損探測、水下考古、古地理環境演變分析等綜合性研究。過去的若干年裏，我國曾成功運用遙感考古方法，進行秦始皇陵、古長城、長江流域以及內蒙古東部大型遺址的考古探測，獲得了重要成果。這次跨部門、跨行業的“遙感考古聯合實驗室”的組建，是為了綜合發揮各部門優勢，進一步推進自然科學與社會科學的互相滲透，最終用先進的高新科技探尋中國歷史文化的奧秘。

組建後的實驗室將承擔國家和地方重大遙感考古科研任務，同時逐步形成有影響力的國家級遙感考古研究中心、國際遙感考古學術交流基地和國家遙感考古高級專業人才培養基地。實驗室還將根據不同的自然條件、不同文化遺址，結合科研任務，在河南、浙江、安徽、湖北、四川等地建立遙感考古工作站。 ^[1] 

遙感考古聯合實驗室各地工作站名單：

1、河北工作站：河北省文物保護中心。 ^[2] 

2、新疆工作站：新疆文物考古研究所。 ^[3] 

3、江蘇工作站：南京大學。 ^[4] 

4、陝西工作站：中國煤炭航測遙感局、陝西省考古研究所、西北大學、西安交通大學。 ^[5] 

5、湖北工作站：湖北大學。

6、安徽工作站：中國歷史博物館、中科院遙感研究所、華東師範大學。

7、雲南工作站：雲南大學、雲南省考古研究所、雲南省博物館。 ^[6] 

我國幅員遼闊，是世界上唯一有着5000年連續發展歷史的文明古國，文化遺產遍佈全國。如，公元前2世紀開闢的絲綢之路從陸地和海洋把中華文明傳播到世界各地。因此，認識這些人類文化遺產信息對研究中國和整個人類歷史都具有重大意義。作為研究人類發展歷史的考古學，19世紀初在西方誕生，20世紀初傳入中國。從單一的考古到環境考古學、遙感考古學、水下考古學等多學科體系的建立，展現出考古學蓬勃發展的軌跡，特別是通過人文社會科學與自然科學在理論、方法、技術手段等方面的結合，豐富了考古學研究的廣度和深度。以空間對地觀測技術、地理信息系統、全球衞星定位系統和虛擬現實技術為代表的空間信息獲取與分析技術，已成為認識文化遺產的時空分佈規律，重建古文明發展史，建立文化遺產信息管理系統，再現古文明的重要手段。

人類文化遺產是人類歷史的信息載體，這些信息記錄着大量人類活動的內容和過程。遙感衞星從空間觀測地球，記錄了大量人類歷史文化的遺蹟，客觀地反映了它們的空間分佈規律和特性。由於遙感考古能夠全面、立體、快速有效地探明地上和地下古遺址的分佈信息，在現代考古中發揮着十分明顯的作用，越來越受到考古工作者的重視，逐漸成為考古研究的重要手段。 ^[7] 

1906年英國軍官H. P. 沙普從軍用熱氣球上對新石器晚期的巨石陣遺址進行了傾斜和垂直攝影拍照，並在考古學雜誌上發表。英國地理及考古學家O.G.S.克勞福德在20世紀20年代做的工作奠定了航空攝影考古學的基礎，提出了航空考古勘察和航片分析的三種標誌：陰影標誌，土壤標誌和植被標誌，從航空像片上識別出農田裏羅馬時期的古城遺蹟。到了30年代基本建立了航空攝影考古學的理論基礎，許多國家逐漸應用航空攝影考古學的方法並拍攝了大量的考古航空像片。第二次世界大戰期間，航空攝影技術得到了進一步的發展，垂直和傾斜攝影技術得到了很大提高，研製出彩色膠片和紅外假彩色膠片，並出現了微波雷達成像技術。此後，航空攝影考古學在西歐得到更迅速的發展，特別是戰後重建和發展經濟過程中遇到的經濟建設與文物保護的尖鋭矛盾，使航空攝影考古得到更大的重視。通過利用航空攝影考古和地球物理無損探測等技術，加強了考古勘探的力度並大大降低了大面積地面作業的勘探成本。

自1957年前蘇聯人造衞星發射成功到1972年美國地球資源衞星對地球成像，在短短的十幾年裏，人類航天技術得到了突破性發展，從衞星平台上獲取的大量對地觀測數據，揭開了遙感考古的新篇章。現在我們不僅能得到多光譜(甚至高光譜)、多角度、多分辨率、多尺度的光學遙感數據，還能得到多波段、多極化、多模式的成像雷達數據；不僅能得到全球尺度高時間分辨率的遙感影像，還能得到像“快鳥”這樣61cm高空間分辨率衞星圖像。所有這些都為包括環境考古、文化景觀考古、古地理重建等在內的考古學研究提供了豐富的數據，也為用地理信息系統對古遺址的文化資源管理提供了基礎遙感影像數據庫。通過遙感、地理信息系統、全球定位系統與田野考古的結合，我們能精確地提取人類歷史文化遺產的空間信息，並監測文化遺產地在人類和自然因素作用下的時空變化，為政府部門保護文化遺產提供科學依據。

虛擬考古是上個世紀90年代發展起來的一項基於計算機平台的新技術。利用虛擬考古技術，人們可以基於過去曾遭受破壞的某個文化遺址的歷史資料，結合該地的地貌、水系、地形高程等景觀特徵，恢復和重建古遺址原貌，為文物保護提供一份可用計算機存檔的歷史資料。

1990年初，由法國空間局、美國宇航局、歐空局、日本宇宙事業開發集團等遙感機構共同籌備了“空間考古研究”的國際學術會議；1997年3月，第一屆“遙感考古應用會議”在美國明尼蘇達州舉行，會議討論了衞星和航空遙感在考古、考古資源管理、居民地分佈格局識別及環境考古研究中的優勢及重要作用；2001年由意大利文化遺產應用技術研究所和美國波士頓大學考古研究中心、遙感中心和考古系與NASA合作舉辦了“意大利-美國遙感研討會：數字技術重建古地形”，主要目的是針對GIS、空間分析和遙感技術開展古地形重建，以及把考古景觀作為重要且豐富的文化資源進行評價和展示。2002年4月，在希臘召開了“考古學中計算機應用和定量方法大會”，其會議主題為“考古的數字遺產”，討論了空間信息技術在考古領域上的獨特作用，評價和分析了空間信息在世界遺產的監測、管理、製圖、保護等方面取得的成果。這些都反映出以“數字化”為主題的考古學發展已成為當今多學科交叉發展的主流，遙感和虛擬現實技術已成為考古研究和古遺址保護與重建的主要技術手段。 ^[7] 

我國航空攝影考古相對於西方國家而言起步較晚。“七五”期間，在安徽開展了對戰國晚期“壽春古城”的航空攝影考古工作，1996年在中國歷史博物館成立了遙感與航空攝影考古中心。此後開展了對河南省偃師二里頭遺址、偃師屍鄉溝商城遺址、洛陽隋唐東都城遺址南部等航空攝影；由山東省文物考古研究所與德國魯爾大學史前考古學研究室合作，對20世紀20—30年代美軍所攝山東省臨淄縣境的航片進行室內觀察分析，製成了臨淄全境古城與古墓位置地圖，出版了我國第一部航空攝影考古報告；2002年開展了對陝北統萬城和內蒙古部分古遺址的航空攝影測量工作。

1993年由國家教委批准在華東師範大學成立了“城市與環境考古遙感開放研究實驗室”， 曾先後在長江下游、絲綢之路、金長城、中原大地等地進行遙感考古研究，取得了顯著成效。河南省科學院地理研究所利用遙感技術與考古部門相結合，在考古遺址航空攝影測量、航空影像古文化遺蹟解釋等方面進行了一些應用和實驗研究。中國社會科學院考古研究所利用航空影像、衞星影像以及淺層地球物理方法(探地雷達等)尋找考古遺蹟以及對考古遺蹟進行高分辨率無損探測等；為給考古發掘和研究提供可靠依據，開展了“高分辨率地球物理及衞星遙感在考古資源評估中的集成研究”和“安陽洹北商城的遙感考古與地球物理勘探”等工作。原國家地礦部航空物探遙感中心對寧夏全境的古長城及北京長城做了航空攝影測量及分析工作。安徽師範大學和安徽省地質遙感中心對隋唐大運河進行了遙感考古研究。中科院遙感應用研究所用航天飛機成像雷達數據探測到位於陝西和寧夏交界處幹沙掩埋的古長城；用高分辨率相機對北京老山漢墓成像，圈定出古墓的“異常區”。

鑑於我國對遙感考古的需求，於2001年11月在北京成立了“中國科學院、教育部、國家文物局遙感考古聯合實驗室”，並在浙江、河南、安徽、陝西、江蘇、內蒙、雲南正式成立了該實驗室的遙感考古工作站。 這種跨部門、跨行業的遙感考古聯合實驗室以國家需求為目標，通過與地方考古界及遙感機構網絡式的廣泛合作，旨在推動我國遙感考古事業的發展。2002年12月在北京召開了由遙感考古聯合實驗室主辦的“全國第一屆遙感考古會議”；2003年召開了“人類文化遺產的空間認識”香山科學會議；2004年舉辦北京國際遙感考古會議，使之成為交流空間信息考古應用的大舞台；2005年4月14日，在聯合國科教文總部，中國與聯合國教科文組織簽署了一份協議，內容是：中國將加入開放式行動，該行動旨在使用空間技術協助世界文化遺產的保護。中國科學院、教育部、國家文物局遙感考古聯合實驗室將與阿根廷空間局、加拿大空間局、黎巴嫩遙感中心、摩洛歌皇家遙感中心和美國宇航局一起，協助聯合國教科文組織用衞星監測世界遺產。 ^[7] 

與傳統田野考古相比，遙感考古能在許多方面獲得從地面觀測無法得到的大量信息，主要表現在：

(1)覆蓋範圍廣。遙感可以獲得研究區的全局信息，而地面觀測只能獲得視線內的地物景觀，無法得到全局圖像。遙感圖像的成像尺度變化範圍大，可從用於環境考古研究的中等分辨率成像光譜儀及低分辨率掃描模式合成孔徑雷達獲得的小比例尺區域圖像，直至用於古遺址詳細研究的Quickbird及IKONOS高分辨率遙感圖像。

(2)光譜範圍大。人的肉眼只能觀測到可見光部分的電磁波反射，而遙感(包括地球物理勘探技術)則能利用紫外線、可見光、紅外線、熱紅外、微波等全波段電磁波來探測地物。

(3)時空分辨率高。田野考古只能在特定的時間對考古對象進行野外勘查，而遙感考古則可利用衞星高時間重複頻率所獲得的數據積累獲得研究區的遙感數據，以及研究區隨時間變化的地形景觀和古遺址的情況。在空間分辨率上，高分辨率商業衞星已經能提供和航空攝影測量所得圖像相比的多波段遙感圖像。

(4)光譜分辨率高。多光譜遙感圖像能提供對同一研究區不同譜段的遙感信息，高光譜成像儀能夠在一個特定光譜範圍內細分出數十至數百個波段，增強了對地物(如考古研究區作物的變化)的識別能力。

(5)穿透能力強。合成孔徑成像雷達的穿透性可用於乾旱沙漠區古地理環境研究，而探地雷達技術則能獲取地表下一定深度的考古信息。

(6)對考古文物的無損探測。遙感考古具有對地下考古對象無損探測的優點，使用物探方法能探測和研究遺蹟的平面形制特徵和佈局結構，無需進行大面積的揭露，既能節省大量人力、物力和時間，又不會對遺存有任何破壞。 ^[7] 

隨着我國經濟建設速度的加快和自然環境的變化，大量的文化遺產正面臨着日趨嚴重的破壞。提前預測和加快保護這些古遺存的任務越來越緊迫。遙感考古以其獨有的空間優勢，在古遺址探測、文物保護和監測、古環境重建方面將發揮重要作用。遙感考古是自然科學技術與社會人文科學的交叉學科，學科融合是自然科學與社會科學發展的必然趨勢。目前構建一個以空間信息技術為主的有中國特色的“國家遙感考古體系”的條件已趨成熟。“中國科學院、教育部、國家文物局遙感考古聯合實驗室”在國際、國內的地位和影響，已為開展遙感考古工作奠定了很好的基礎。針對我國遙感考古研究現狀，目前亟待開展理論基礎研究並建立一套成熟的技術體系和標準體系。鑑於此，特提出如下建議：

(1)開展電磁波與古遺址之間相互作用的機理研究，建立統一標準的遙感考古波譜數據庫，這是確定不同古遺址有效探測波段的重要基礎。

(2)認識和研究不同條件下的古遺址類型特性，建立古遺址信息、古環境信息系統，這是遙感考古的前提。

(3)通過對各種遙感數據的綜合研究，分析已知古遺址的遙感數據特徵，以分析遙感考古目標的信息特點和古目標背景場的信息特點為主，增強與提取考古目標的弱信息。

(4)融合多元考古信息，數字化重建四維古遺址的空間位置與幾何形態，定量化、數字化研究考古區域古環境及其時空變化，完成古遺址的四維數字虛擬，實現遙感考古信息的可視化。

(5)技術集成研究。遙感考古實際上是以遙感技術為主，並涵括了不直接接觸探測對象而獲得信息的各種技術手段，如地球物理技術、虛擬技術等，在不同地域、不同遺址類型、不同條件和不同研究階段，其應用的程度各不相同，應通過綜合研究，系統集成一套適合於中華文明探源的遙感考古技術系統。 ^[7] 

2011年11月29日，中國科學院、教育部、國家文物局“遙感考古聯合實驗室”成立十週年暨學術交流會在中科院遙感所舉行。中國科學院院士徐冠華、中科院對地觀測中心主任郭華東、國家文物局科技司副司長羅靜、中科院國際合作局亞非處處長陳維平、中科院遙感所黨委書記兼副所長趙忠明、國家博物館考古中心主任楊林、遙感考古聯合實驗室相關負責人以及全國10個遙感考古工作站的代表參加了會議，會議由楊林主持，郭華東、羅靜、趙忠明分別致辭。 ^[8]