利用卫星遥感实现境外沿线考古发现

文∣王心源 中国科学院空天信息研究院

2018年3月22日，由中国遥感应用协会组织评选的“2018年度中国遥感领域十大事件”对外公布。“利用遥感技术首次发现境外丝路考古遗迹”入选十大事件之一。这是中国科学家走出国门并主导联合突尼斯、意大利、巴基斯坦相关国家开展空间考古的系统研究并实现考古遗存新发现，对于提升中国科学家在“一带一路”沿线开展国际合作研究水平，形成空间考古学科一套新的研究技术与方法具有重要的标志性意义，也为 “一带一路”畅通信息通道、促进民心沟通提供技术支持。

一、现代考古需要遥感相关信息技术

考古学是通过对古代人类社会留下的实物遗存（包括器物、建筑等）及其相关的生活环境与文化景观来分析与重建过去人类活动的一门学问。过去的田野考古仅凭借肉眼或简单的工具去获取人类活动的物质遗存信息存在着局限，因为对于大范围或细小的或被覆盖的遗存用肉眼或简单工具难以发现。遥感考古是通过解译地上甚至地下遗迹和遗物的遥感影像特征来发现分布于田野的考古遗存。在现代考古工作中，从空中寻找古迹，是一种效果明显，且已经被普遍实施的方法。遥感考古的工作原理是建立在遗存或现象的物理属性、电磁波波谱特征和影像特征三者的紧密关系上，遥感影像的解译就是通过影像的色调、纹理，图案的形状、大小及其空间分布特征，并根据遗存或现象的波谱特征，来确定(疑似)遗存或现象的属性与空间位置。但是，单纯的电磁波遥感考古具有局限性，有的地下埋葬不能或难于发现，需要遥感结合地球物理等方法的广义的遥感考古。广义的遥感考古具有覆盖范围大、探测波段范围广、时空分辨率高以及对考古对象无损探测等特点，使得它在山区、戈壁、荒漠、雨林等人迹罕至地区的考古发现与调查具有独特优势。

遥感技术不仅是人眼睛这个“遥感器”的延伸，更是分析判断的有力助手。目前遥感技术应用于考古学和文化遗产管理可大致归纳为两个大的方面：1）古代遗存的探测与发现。主要是借助于考古遗存的物化特性，应用各种遥感手段对地上、地表、地下的遗存进行辨识，区分其性质、形状、大小、结构等特征；2）区域性综合研究。主要是借助于各种遥感手段对区域内的环境变化、景观变迁等进行研究，服务于环境考古和景观考古的研究。

利用包括遥感（RS）、全球导航卫星系统（GNSS）和地理信息系统（GIS）等空间信息综合技术，结合文献分析、实地调研开展的空间考古技术与方法，中国科学家通过几十年特别是近20年的努力，积累丰富的经验，也开始走出国门并开展联合研究。丝绸之路西端突尼斯南部空间考古就是由中国科学家首次主导联合亚、欧、非相关国家开展空间考古的系统研究。

二、“一带一路”沿线的卫星遥感考古应用

空间考古探测与发现是综合遥感探测以及地理信息系统空间分析、卫星导航定位、虚拟显示等各种空间信息技术，并结合地球物理、地球化学、景观考古、环境考古、历史文献与地图、地面调查，考古埋藏、环境生态，以及地面观测资料、地面统计资料、地面验证的技术集成与研究的一套技术与方法。这个过程概括为空间大数据考古四部曲：多源数据遗存线索追溯，空间模型分析拟定目标区-靶区-疑似区（点），精准导航多学科验证点（区），遗存价值综合研究。

1.卫星遥感分析确定“丝绸之路”研究靶区与疑似点

丝绸之路线路长，路网纵横交错，覆盖广大。沿线的65个国家和地区世界文化遗产就有400多项。遗产数量众多、线路巨长、研究起来需要逐步展开，并分阶段聚焦研究。

相比于丝绸之路这样大尺度空间范围，文化考古遗存尺寸仅仅几米、几十米至百米，大的线性遗存如边墙（长城），虽然长度巨长，但是宽度仍然有限，难以在遥感图上发现。这需要确定更小靶区乃至疑似点。而靶区的特征要根据对象情况不同来确定。

例如，本次研究的对象之一古罗马帝国是历史上最大的帝国之一，环绕地中海，跨今天欧、亚、非三大洲。位于北非的突尼斯是罗马帝国的一部分，今天的突尼斯南部地区是帝国的边界区，边墙、堡垒以及其他配套设施构成古罗马南部边境军事防御系统。这项研究有助于理解古罗马如何在极端环境条件下控制和管理边境地区，以及认知自然要素（河流、绿洲和湖泊）与人工要素（边墙、堡垒、道路和城镇）之间的关系。

突尼斯位于古代海上丝绸之路的西端，是古罗马时期重要的海上贸易港口枢纽。研究中首先采用多稳态分析方法（图1），确定突尼斯中南部为研究的靶区，空间考古发现突尼斯中南部10个考古点分布如图2。再用高分遥感图像解译、分析研究区的自然-人文情况，进而确定疑似目标。

图1 多稳态分析确定研究靶区

图2 空间考古发现突尼斯中南部10个考古点分布图

2.空间信息综合技术发现文化遗存疑似点

通过对古罗马历史文献与古地图的研究与分析，并根据上述靶区的确定，聚焦了突尼斯中部的靶区，再通过中分辨率、高分辨率遥感图像对于水系、道路、古湖泊、干（古）河道、（古）绿洲、城镇及居民点的解译与景观分析，寻得疑似点。并分别于2017年4月、11月和2018年4月在突尼斯进行了实地调研与验证，历经2年多时间最后在该国南部确定新发现的10处古罗马时期遗存，包括边墙3段、军事堡垒2个，以及农业灌溉系统1处、水窖3处、墓葬1处。边墙与堡垒用于防守和保护边界，阻挡来自南部和西部的游牧民的侵扰；农业灌溉系统以及储存淡水的水窖用于保障边界军民的粮食生产与生活需要。

3.空间考古服务世界遗产工作计划

目前，遥感考古相当大的一部分精力被放在了对古代遗存的发现方面，尝试使用各种方法提高发现古代遗存的效率，但对古代遗存本身以及环境的特性研究却明显不足。正在探索建立的空间考古学倡导从航空到航天，从可见光波段延伸到更宽域的电磁波段，且从电磁波走向机械波，从考古现场走向虚拟实验室，把遥感技术与GIS、卫星导航技术和地球物理、地球化学以及其他相关技术有效联合的探测，从而形成利用空间信息技术对考古遗存探测识别、分析认知与过去文化（社会）重建的一整套技术、方法与模式可能为破解难题提供支持。

“一带一路”覆盖广大，沿线地区遗产数量众多、线路巨长，研究起来需要逐步展开。2017年3月13日，在北京成立了“数字丝路”国际科学计划（DBAR）世界遗产工作组（DBAR-Heritage）。两年来，联合意大利、希腊、塞浦路斯、突尼斯、摩洛哥、乌兹别克斯坦、巴基斯坦、斯里兰卡、柬埔寨、缅甸开展了一系列相关工作。

在未来，根据DBAR-Heritage 的计划，2022年前，深化三个区域[中国东南部和东南亚区，中国西北部及中亚区、环地中海（含北非区）]研究，初步搭建“一带一路”自然与文化遗产保护与利用共享平台；到2026年，全覆盖完成“一带一路”自然与文化遗产的空间信息技术监测、评估与保护，以及可持续发展与利用的科学建议，实现科学平台构建与数据共享，为大众、研究与决策服务。