帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法
2023-05-28 08:29:21 3
專利名稱：帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法
技術領域：
本發明涉及一種帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法。
二、技術背景由於傳統考古勘探技術通常只能集中在個別點上進行探測和查證，缺乏宏觀性，不能夠從局部環境的背景中直接提取與文物遺蹟有關的地面信息，制約了文物考古的進度和研究深度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種宏觀性強、且探測準確、快速的帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案為一種帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法，其探測方法的步驟如下(1)、在帝王陵墓及古遺址的上空遙感飛行，對帝王陵墓及古遺址進行拍攝，獲取航空黑白像片、彩紅外像片、熱紅外和高光譜遙感圖像；(2)、以航空黑白像片、彩紅外像片和熱紅外圖像為基礎，對帝王陵墓及古遺址進行信息提取；(3)、將現有的遙感圖像和早期遙感圖像的進行詳細對比解譯，解譯陵區及其外圍地形地貌、巖土體、地質構造、水文地質條件和區內規模較大的陵園城垣、墓葬、陪葬坑及陵區附屬設施遺址，宏觀分析陵區布局與自然地理環境的協調關係；(4)、對帝王陵墓及古遺址進行紅外測溫、土壤採樣分析，測量土壤溼度，獲取相關數據；(5)、分析遙感圖像，利用遙感圖像的熱紅外波段，定量提取熱異常信息；(6)、分析彩紅外像片、高光譜圖像和早期的航空照片，提取植被遺蹟信息、溼度變化信息，獲取研究地表和淺表層土壤特徵、植物生長狀況與光譜特徵的關係；(7)、在所建立的遙感解析的資料的基礎上，通過已知遺存區的試驗，建立不同遙感圖像類型的文物遺存的各類數據的內在聯繫，確定信息提取方法；(8)、對遙感圖像上的考古靶區異常信息，用已經確定信息提取方法對圖像中其它地區進行考古信息提取，並解析。
本發明與現有的考古方法相比，具有的優點如下首先，由於在空中視野開闊，可以縱觀在地面不易辨認的、複雜的各種地面異常信息，使遺蹟的整體面貌及各部分的關係能形象、準確、客觀地表現出來。這樣，不僅能在已知的遺蹟中發現新的線索，更重要的是，可以發現許多未知的遺蹟。考古領域引入現代高新技術的目的是解決地下文物遺存宏觀、高效、無損、精確地探測的問題。遙感技術與文物考古緊密結合，用遙感技術實現宏觀、高效文物考古普查，使得考古取得突破性進展。
其次，遙感考古可以在人力、物力投入較少的情況下，在短時間內進行大面積的考古調查或文物普查工作，極大地提高文物普查效率，提高文物保護和管理工作水平。特別是在一些交通不便、自然條件惡劣、地貌複雜的地區，如沙漠、草原、偏僻山區等，用常規考古方法很難開展工作，遙感考古技術卻可以大顯身手。
近年來，在吸收航空和航天遙感技術的基礎上，融合了數字圖像數據處理、地理信息系統等先進技術，將考古推向了一個新的高度。
四
圖1為帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法流程圖；圖2為秦始皇陵區的封土堆東側馬廄坑、兵馬俑坑1956年的地貌圖；圖3為秦始皇陵區各類土壤光譜圖；圖4為秦始皇陵區的封土堆夜熱紅外波段的圖；五具體實施例方式本發明採用遙感考古的方法，其遙感考古的原理如下地下文物遺蹟往往對地表土壤或其它地物在溫度、溼度等方面構成影響。在遙感考古工作中，通過遙感圖像記錄了大量的土壤學、地貌學、生態學和地理學等的信息，通過分析遙感影像可以獲得跟文物遺存有關的異常信息。所以，遙感考古工作的原理是建立在遺蹟的物理屬性、電磁波譜特性和影像特徵三者的關係上。遙感可以發現地面不易辨認的、複雜遺蹟，使遺蹟的整體面貌及各部分的關係能形象、準確、客觀地表現出來。
古代的遺蹟按照它的保存狀況可以分為兩類，一類是地表遺蹟，一類是地下遺蹟。地表遺蹟在經過許多年的自然和人工損毀，已經被農田、村莊、城區、廠房、道路、河流等所湮沒，僥倖能保留下一些夯土或殘垣斷壁。地下遺蹟相對地表遺蹟一般保存較好，但是也有許多因素導致地下遺蹟被改造和破壞，例如盜墓、滲水、地震、平整土地。
對於地表遺蹟，當它具備了一定的規模時，在遙感圖像上就能被識別出來。對於地下遺蹟，在可見光的範圍內則不容易直接識別，需要通過間接的方法來識別，例如通過地表的植物長勢差異、地表的溫度、溼度差異等方法來尋找地下遺蹟的可疑區。由於保存於地下的遺蹟為人工建成，與周圍沒有人工擾動的土壤存在差異，這就形成了這一地區在土壤、水分、地表溫度等一系列的差異，人眼在平地觀察這些差異是微乎其微，但在空中用遙感探測儀器就會發現明顯區別。這些差異構成了遙感考古基礎，也是遙感考古技術的優勢所在。
考古信息提取的根據是地物影像特徵及其變化方式，包括色調、亮度、地形起伏和空間組合方式等。從以往的航空遙感考古獲取的全色圖像及其分析效果看，全色圖像對地形和微地貌的變化反映最清楚。導致地表亮度變化的因素很多，例如坡度、坡向變化改變了地面的太陽照度，地面溼度、植物類型和覆蓋度、土壤類型和粒度等。
遙感考古是對各類遙感影像進行分析和解譯，對遺蹟及其周圍的天然草木、農作物、土壤、水體、路面等影像特徵進行綜合研究，使用不同的圖像處理技術，包括二維的圖像增強技術和三維透視處理技術，將有用信息從背景環境中甄別出來。其工作包括如下幾個方面首先，收集有關考古資料，對遺蹟的基本情況作初步的了解。然後，收集儘可能完整的各種地面、航空、遙感資料，包括不同時期的資料和儘可能早期的國內外的各種資料，特別是二十世紀早期一些國家的相關部門在中國進行了多次的航空攝影活動，積累了大量的寶貴的影像；同時在已做過考古勘探的遺蹟區選擇一定數目的子區，通過對子區內遺蹟狀況的分析，了解各種遺蹟在遙感影像上的色調、影紋特徵，建立遺蹟與遙感影像特徵之間的對應關係。其後，對工作區的遙感影像特徵進行分類，判斷出遺蹟或陪葬坑/墓的位置。最後，用洛陽鏟進行試掘驗證。
參見圖1，圖1為帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法流程圖；其具體實施步驟如下(1)、在帝王陵墓及古遺址的上空遙感飛行，對帝王陵墓及古遺址進行拍攝，獲取航空黑白像片、彩紅外像片和熱紅外圖片的遙感圖像；(2)、以航空黑自像片、彩紅外像片和熱紅外圖像為基礎，對帝王陵墓及古遺址進行信息提取；不同的航空、航天遙感圖像對遺蹟或遺址的反映方式和反映效果有很大差異，因而，選用幾類遙感圖像作綜合分析是十分必要的；對這些遙感圖像進行多種方法的處理分析，提取考古信息，圖定可能的遺蹟分布區。
(3)、將現有的遙感圖像和早期遙感圖像的進行詳細對比解譯，解譯陵區及其外圍地形地貌、巖土體、地質構造、水文地質條件和區內規模較大的陵園城垣、墓葬、陪葬坑及陵區附屬設施遺址，宏觀分析陵區布局與自然地理環境的協調關係；參見圖2，秦始皇陵區的封土堆東側馬廄坑、兵馬俑坑1956年的地貌圖；在微地貌異常的圖像中，封土堆東側馬廄坑和兵馬俑坑在微地貌中有明顯的異常，其為大規模人文活動所致。
當然，根據需要，還可建立土壤標誌、霜雪標識、溼度標誌和植被標誌等。
(4)、對帝王陵墓及古遺址進行紅外測溫、土壤採樣分析，測量土壤溼度，獲取相關數據；圖3秦始皇陵區各類土壤光譜圖，圖中箭頭所指為兩種火燒土的光譜典型吸收波段所在的位置，為Fe3+吸收所致，在600nm之後與其它類型的土壤相比，反射率顯著提高。
(5)、分析遙感圖像，利用遙感圖像的熱紅外波段，定量提取熱異常信息；利用遙感圖像的熱紅外波段，定量提取熱異常信息。
圖4秦始皇陵區的封土堆夜熱紅外波段的溫度圖，圖中數字代表了成像時的地面溫度，在封土堆上存在顯著的高溫異常，它是由於封土堆下的夯土層的高熱傳導性所致，在封土堆南側和東部出現了顯著的低溫異常，它是由於地下阻排水渠引起的地面溼度差異，進而改變了地表水分揮發量和溫度。
(6)、分析彩紅外像片、高光譜圖像和早期的航空照片，提取植被遺蹟信息、溼度變化信息，獲取研究地表和淺表層土壤特徵、植物生長狀況與光譜特徵的關係；(7)、在所建立的遙感解析的資料的基礎上，通過已知遺存區的試驗，建立不同遙感圖像類型的文物遺存的各類數據的內在聯繫，確定信息提取方法；(8)、對遙感圖像上的考古靶區異常信息，用已經確定信息提取方法對圖像中其它地區進行考古信息提取，並解析。
對文物遺存遙感信息提取利用上述方法對全區進行文物遺存遙感信息提取和目標識別；針對高光譜圖像的特殊性進行下列專項處理根據同步定標測試數據，對高光譜圖像進行光譜定標和溫度定標，分析遺蹟標誌，包括微地貌標誌、植被標誌、土壤標誌、溼度標誌、溫度標誌、色彩變化，圈定相應的ROI區域(標誌區)，再根據ROI統計的光譜反射率，建立光譜庫，利用光譜庫對高光譜圖像進行遺蹟標誌識別，有效的常規信息提取方法有增強處理方法、監督分類、植被指數變換等。此外，採用光譜角填圖、模糊識別(相似係數法、距離法、貼近度法)、神經元網絡分析、匹配濾波、植被專項指數分析、吸收谷波深波寬分析等方法，區分植物類型、土壤類型、地面溼度變化，判別文物遺存信息。
本發明以航空遙感和考古綜合解釋的多學科交叉滲透的無損探測方法，形成帝王陵探測一體化方法。
權利要求
1.一種帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法，其特徵在於所述的探測方法的步驟如下(1)、在帝王陵墓及古遺址的上空遙感飛行，對帝王陵墓及古遺址進行拍攝，獲取航空黑白像片、彩紅外像片和熱紅外圖片和高光譜遙感圖像；(2)、以航空黑白像片、彩紅外像片和熱紅外圖像為基礎，對帝王陵墓及古遺址進行信息提取；(3)、將現有的遙感圖像和早期遙感圖像的進行詳細對比解譯，解譯陵區及其外圍地形地貌、巖土體、地質構造、水文地質條件和區內規模較大的陵園城垣、墓葬、陪葬坑及陵區附屬設施遺址，宏觀分析陵區布局與自然地理環境的協調關係；(4)、對帝王陵墓及古遺址進行紅外測溫、土壤採樣分析，測量土壤溼度，獲取相關數據；(5)、分析遙感圖像，利用遙感圖像的熱紅外波段，定量提取熱異常信息；(6)、分析彩紅外像片、高光譜圖像和早期的航空照片，提取植被遺蹟信息、溼度變化信息，獲取研究地表和淺表層土壤特徵、植物生長狀況與光譜特徵的關係；(7)、在所建立的遙感解析的資料的基礎上，通過已知遺存區的試驗，建立不同遙感圖像類型的文物遺存的各類數據的內在聯繫，確定信息提取方法；(8)、對遙感圖像上的考古靶區異常信息，用已經確定信息提取方法對圖像中其它地區進行考古信息提取，並解析。
全文摘要
本發明涉及一種帝王陵墓及古遺址遙感考古探測方法。由於傳統考古勘探技術通常只能集中在個別點上進行探測和查證，缺乏宏觀性，不能夠從局部環境的背景中直接提取與文物遺蹟有關的地面信息，制約了文物考古的進度和研究深度。本發明的遙感考古方法是對各類遙感影像進行分析和解譯，對遺蹟及其周圍的天然草木、農作物、土壤、水體、路面等影像特徵進行綜合研究，使用不同的圖像處理技術，包括二維的圖像增強技術和三維透視處理技術，將有用信息從背景環境中甄別出來。其具有宏觀性強、且探測準確、快速等優點；本發明在吸收航空和航天遙感技術的基礎上，融合了數字圖像數據處理、地理信息系統等先進技術，將考古推向了一個新的高度。
文檔編號G01N35/00GK1560635SQ20041002590
公開日2005年1月5日 申請日期2004年3月3日 優先權日2004年3月3日
發明者譚克龍, 萬餘慶, 宋德聞, 周小虎 申請人:中國煤炭地質總局航測遙感局