看激光雷达技术如何颠覆传统考古方法

来源：慧天地

遥感技术为考古学带来了革命性的变化，为相关研究开辟了新的途径，为我们审视周围的世界提供了新的视角。而激光雷达作为遥感技术的一大类，对人类定居点或景观考古学领域的研究人员产生了重大的影响。激光雷达（LiDAR）为广阔的空间区域提供详细的景观数据，并以前所未有的方式使这些景观可视化。这些数据与可视化方法已被广泛用于更好地了解历史景观及其过往用途等领域中。激光雷达这一现代科技工具，可以测量和绘制隐藏的物体和结构，从而彻底改变了考古学的传统方法。

现代激光雷达依靠的是从空中或通过手持设备部署的激光传感器。当激光照射到待测区域时，它们会发出短暂的光脉冲。仪器上的传感器会测量每个脉冲弹回的时间。由于光线以恒定的速度移动，因此LiDAR传感器可以准确地计算其自身与目标之间的距离。然后，计算机利用这些数据绘制出该地区的三维地图。在现场工作中，激光雷达的作用尤其关键，这是因为准确记录调查工作非常重要。

今年10月，伦敦考古博物馆（MOLA）利用英国Bluesky公司提供的雷达数据，完成了对Farthing Downs的历史环境评估，这将是为特殊科学兴趣遗址（SSSI）制定遗产保护管理计划的第一步。Bluesky公司在数字航空摄影、激光雷达、热成像、三维建模和可再生能源测绘方面拥有丰富的项目经验。利用Bluesky的激光雷达数据，历史地图，地质数据，考古报告和航拍照片，博物馆研究人员能够确定许多特征，其中包括中世纪农耕技术的证据，铁器时代后期的土方工程和第二次世界大战的炸弹坑。Bluesky激光雷达的分辨率达到了50厘米。MOLA研究人员在后续工作中使用ArcMap即可呈现了Bluesky数据。

伦敦考古博物馆首席顾问鲁珀特·费瑟比（Rupert·Featherby）表示：“激光雷达数据是一种极好的考古研究辅助工具，因为它可以穿透可能掩盖历史活动证据的地面植被，而且高度精确。与Bluesky合作，我们能够捕获整个站点的详细3D记录，使用我们的桌面地图绘制软件，我们可以进一步进行核查及识别等一系列功能。”

图1：Bluesky激光雷达技术助力历史环境评估

（图片来源：Bluesky）

而今年早些时候，美国伊利诺伊州惠顿学院化学工程系学生麦克肯齐·布兰克（McKenzie Blank）与考古教授惠顿（Wheaton）的丹尼尔·马斯特（Daniel Master）博士一起在以色列北部的Tel Shimron进行了考古发掘。他们使用了从Velodyne Lidar公司获得的最新便携式Ultra Puck来获取整个挖掘区域的每日精确3D图像，以记录土壤和人工痕迹的清除情况。由于激光雷达系统以前从未在这个考古现场使用过，因此该团队进行了实验并对其进行了微调，直到达到所需的准确性为止。最终，考古人员成功地创建了考古挖掘现场的密集三维点云。使用点云，团队可以生成非常详细的地面表示，也让他们对Tel Shimron和周边地区的历史有了新的认识。

图2：用Velodyne Ultra Puck绘制Tel Shimron站点

（图片来源：GIM NEWS）

将地理信息科学与遥感技术应用于考古行业近些年在欧美地区广泛流行，高校方面，美国哈佛大学、英国伦敦大学学院与爱丁堡大学等也纷纷放出了相关课程，旨在对如何使用遥感数据和地理信息系统可视化和分析考古数据提供基本的了解。企业方面，诸如上文提到的Bluesky这类初创公司，以及Velodyne Lidar这类大中型公司则陆续选择与当地博物馆及高校建立合作。

Juan Carlos Fernandez-Diaz博士在今年LIDAR MAGAZINE发表的文章中曾表示：“考古科学的突破是激光雷达技术进步的结果。”Juan博士自2005年以来一直在美国国家机载激光测绘中心（NCALM）工作，并协助了18项考古激光雷达调查，总面积超过5600平方公里。而美国国家机载激光测绘中心正在与美国国家地理杂志展开一项合作，致力于研究并可视化被中美洲和南美洲的雨林所吞噬的文明（主要为玛雅文明）。这是一项庞大的任务，涉及周边数个国家。他们期待这项合作能在媒体和科学界掀起巨大的热潮，并展示最新激光雷达技术的能力。

图3：Titan激光雷达数据绘制了蒂卡尔上方的森林冠层及其下方所隐藏古文明的细节，达到了前所未有的精度

（图片来源：LIDAR MAGAZINE）

关于将激光雷达用于考古研究也存在一些不同的声音，例如，一些人认为它只能呈现现代地形的同步视图，而不能直接提供时间信息等。这类问题仍在热烈的讨论阶段，相关研究人员也采取利用LiDAR数据中容易获得的位置和特征上的形态学数据，并进行地面逻辑分析等方法来了解历时过程。激光雷达会彻底颠覆考古方法这类说法虽正确，但有些为时尚早。伴随激光雷达技术的更新，让我们拭目以待考古研究进程将去往何方。