专利名称：帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法
技术领域：
本发明涉及一种帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法。
二、技术背景由于传统考古勘探技术通常只能集中在个别点上进行探测和查证，缺乏宏观性，不能够从局部环境的背景中直接提取与文物遗迹有关的地面信息，制约了文物考古的进度和研究深度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种宏观性强、且探测准确、快速的帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为一种帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法，其探测方法的步骤如下(1)、在帝王陵墓及古遗址的上空遥感飞行，对帝王陵墓及古遗址进行拍摄，获取航空黑白像片、彩红外像片、热红外和高光谱遥感图像；(2)、以航空黑白像片、彩红外像片和热红外图像为基础，对帝王陵墓及古遗址进行信息提取；(3)、将现有的遥感图像和早期遥感图像的进行详细对比解译，解译陵区及其外围地形地貌、岩土体、地质构造、水文地质条件和区内规模较大的陵园城垣、墓葬、陪葬坑及陵区附属设施遗址，宏观分析陵区布局与自然地理环境的协调关系；(4)、对帝王陵墓及古遗址进行红外测温、土壤采样分析，测量土壤湿度，获取相关数据；(5)、分析遥感图像，利用遥感图像的热红外波段，定量提取热异常信息；(6)、分析彩红外像片、高光谱图像和早期的航空照片，提取植被遗迹信息、湿度变化信息，获取研究地表和浅表层土壤特征、植物生长状况与光谱特征的关系；(7)、在所建立的遥感解析的资料的基础上，通过已知遗存区的试验，建立不同遥感图像类型的文物遗存的各类数据的内在联系，确定信息提取方法；(8)、对遥感图像上的考古靶区异常信息，用已经确定信息提取方法对图像中其它地区进行考古信息提取，并解析。
本发明与现有的考古方法相比，具有的优点如下首先，由于在空中视野开阔，可以纵观在地面不易辨认的、复杂的各种地面异常信息，使遗迹的整体面貌及各部分的关系能形象、准确、客观地表现出来。这样，不仅能在已知的遗迹中发现新的线索，更重要的是，可以发现许多未知的遗迹。考古领域引入现代高新技术的目的是解决地下文物遗存宏观、高效、无损、精确地探测的问题。遥感技术与文物考古紧密结合，用遥感技术实现宏观、高效文物考古普查，使得考古取得突破性进展。
其次，遥感考古可以在人力、物力投入较少的情况下，在短时间内进行大面积的考古调查或文物普查工作，极大地提高文物普查效率，提高文物保护和管理工作水平。特别是在一些交通不便、自然条件恶劣、地貌复杂的地区，如沙漠、草原、偏僻山区等，用常规考古方法很难开展工作，遥感考古技术却可以大显身手。
近年来，在吸收航空和航天遥感技术的基础上，融合了数字图像数据处理、地理信息系统等先进技术，将考古推向了一个新的高度。
四
图1为帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法流程图；图2为秦始皇陵区的封土堆东侧马厩坑、兵马俑坑1956年的地貌图；图3为秦始皇陵区各类土壤光谱图；图4为秦始皇陵区的封土堆夜热红外波段的图；五具体实施例方式本发明采用遥感考古的方法，其遥感考古的原理如下地下文物遗迹往往对地表土壤或其它地物在温度、湿度等方面构成影响。在遥感考古工作中，通过遥感图像记录了大量的土壤学、地貌学、生态学和地理学等的信息，通过分析遥感影像可以获得跟文物遗存有关的异常信息。所以，遥感考古工作的原理是建立在遗迹的物理属性、电磁波谱特性和影像特征三者的关系上。遥感可以发现地面不易辨认的、复杂遗迹，使遗迹的整体面貌及各部分的关系能形象、准确、客观地表现出来。
古代的遗迹按照它的保存状况可以分为两类，一类是地表遗迹，一类是地下遗迹。地表遗迹在经过许多年的自然和人工损毁，已经被农田、村庄、城区、厂房、道路、河流等所湮没，侥幸能保留下一些夯土或残垣断壁。地下遗迹相对地表遗迹一般保存较好，但是也有许多因素导致地下遗迹被改造和破坏，例如盗墓、渗水、地震、平整土地。
对于地表遗迹，当它具备了一定的规模时，在遥感图像上就能被识别出来。对于地下遗迹，在可见光的范围内则不容易直接识别，需要通过间接的方法来识别，例如通过地表的植物长势差异、地表的温度、湿度差异等方法来寻找地下遗迹的可疑区。由于保存于地下的遗迹为人工建成，与周围没有人工扰动的土壤存在差异，这就形成了这一地区在土壤、水分、地表温度等一系列的差异，人眼在平地观察这些差异是微乎其微，但在空中用遥感探测仪器就会发现明显区别。这些差异构成了遥感考古基础，也是遥感考古技术的优势所在。
考古信息提取的根据是地物影像特征及其变化方式，包括色调、亮度、地形起伏和空间组合方式等。从以往的航空遥感考古获取的全色图像及其分析效果看，全色图像对地形和微地貌的变化反映最清楚。导致地表亮度变化的因素很多，例如坡度、坡向变化改变了地面的太阳照度，地面湿度、植物类型和覆盖度、土壤类型和粒度等。
遥感考古是对各类遥感影像进行分析和解译，对遗迹及其周围的天然草木、农作物、土壤、水体、路面等影像特征进行综合研究，使用不同的图像处理技术，包括二维的图像增强技术和三维透视处理技术，将有用信息从背景环境中甄别出来。其工作包括如下几个方面首先，收集有关考古资料，对遗迹的基本情况作初步的了解。然后，收集尽可能完整的各种地面、航空、遥感资料，包括不同时期的资料和尽可能早期的国内外的各种资料，特别是二十世纪早期一些国家的相关部门在中国进行了多次的航空摄影活动，积累了大量的宝贵的影像；同时在已做过考古勘探的遗迹区选择一定数目的子区，通过对子区内遗迹状况的分析，了解各种遗迹在遥感影像上的色调、影纹特征，建立遗迹与遥感影像特征之间的对应关系。其后，对工作区的遥感影像特征进行分类，判断出遗迹或陪葬坑/墓的位置。最后，用洛阳铲进行试掘验证。
参见图1，图1为帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法流程图；其具体实施步骤如下(1)、在帝王陵墓及古遗址的上空遥感飞行，对帝王陵墓及古遗址进行拍摄，获取航空黑白像片、彩红外像片和热红外图片的遥感图像；(2)、以航空黑自像片、彩红外像片和热红外图像为基础，对帝王陵墓及古遗址进行信息提取；不同的航空、航天遥感图像对遗迹或遗址的反映方式和反映效果有很大差异，因而，选用几类遥感图像作综合分析是十分必要的；对这些遥感图像进行多种方法的处理分析，提取考古信息，图定可能的遗迹分布区。
(3)、将现有的遥感图像和早期遥感图像的进行详细对比解译，解译陵区及其外围地形地貌、岩土体、地质构造、水文地质条件和区内规模较大的陵园城垣、墓葬、陪葬坑及陵区附属设施遗址，宏观分析陵区布局与自然地理环境的协调关系；参见图2，秦始皇陵区的封土堆东侧马厩坑、兵马俑坑1956年的地貌图；在微地貌异常的图像中，封土堆东侧马厩坑和兵马俑坑在微地貌中有明显的异常，其为大规模人文活动所致。
当然，根据需要，还可建立土壤标志、霜雪标识、湿度标志和植被标志等。
(4)、对帝王陵墓及古遗址进行红外测温、土壤采样分析，测量土壤湿度，获取相关数据；图3秦始皇陵区各类土壤光谱图，图中箭头所指为两种火烧土的光谱典型吸收波段所在的位置，为Fe3+吸收所致，在600nm之后与其它类型的土壤相比，反射率显著提高。
(5)、分析遥感图像，利用遥感图像的热红外波段，定量提取热异常信息；利用遥感图像的热红外波段，定量提取热异常信息。
图4秦始皇陵区的封土堆夜热红外波段的温度图，图中数字代表了成像时的地面温度，在封土堆上存在显著的高温异常，它是由于封土堆下的夯土层的高热传导性所致，在封土堆南侧和东部出现了显著的低温异常，它是由于地下阻排水渠引起的地面湿度差异，进而改变了地表水分挥发量和温度。
(6)、分析彩红外像片、高光谱图像和早期的航空照片，提取植被遗迹信息、湿度变化信息，获取研究地表和浅表层土壤特征、植物生长状况与光谱特征的关系；(7)、在所建立的遥感解析的资料的基础上，通过已知遗存区的试验，建立不同遥感图像类型的文物遗存的各类数据的内在联系，确定信息提取方法；(8)、对遥感图像上的考古靶区异常信息，用已经确定信息提取方法对图像中其它地区进行考古信息提取，并解析。
对文物遗存遥感信息提取利用上述方法对全区进行文物遗存遥感信息提取和目标识别；针对高光谱图像的特殊性进行下列专项处理根据同步定标测试数据，对高光谱图像进行光谱定标和温度定标，分析遗迹标志，包括微地貌标志、植被标志、土壤标志、湿度标志、温度标志、色彩变化，圈定相应的ROI区域(标志区)，再根据ROI统计的光谱反射率，建立光谱库，利用光谱库对高光谱图像进行遗迹标志识别，有效的常规信息提取方法有增强处理方法、监督分类、植被指数变换等。此外，采用光谱角填图、模糊识别(相似系数法、距离法、贴近度法)、神经元网络分析、匹配滤波、植被专项指数分析、吸收谷波深波宽分析等方法，区分植物类型、土壤类型、地面湿度变化，判别文物遗存信息。
本发明以航空遥感和考古综合解释的多学科交叉渗透的无损探测方法，形成帝王陵探测一体化方法。
权利要求
1.一种帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法，其特征在于所述的探测方法的步骤如下(1)、在帝王陵墓及古遗址的上空遥感飞行，对帝王陵墓及古遗址进行拍摄，获取航空黑白像片、彩红外像片和热红外图片和高光谱遥感图像；(2)、以航空黑白像片、彩红外像片和热红外图像为基础，对帝王陵墓及古遗址进行信息提取；(3)、将现有的遥感图像和早期遥感图像的进行详细对比解译，解译陵区及其外围地形地貌、岩土体、地质构造、水文地质条件和区内规模较大的陵园城垣、墓葬、陪葬坑及陵区附属设施遗址，宏观分析陵区布局与自然地理环境的协调关系；(4)、对帝王陵墓及古遗址进行红外测温、土壤采样分析，测量土壤湿度，获取相关数据；(5)、分析遥感图像，利用遥感图像的热红外波段，定量提取热异常信息；(6)、分析彩红外像片、高光谱图像和早期的航空照片，提取植被遗迹信息、湿度变化信息，获取研究地表和浅表层土壤特征、植物生长状况与光谱特征的关系；(7)、在所建立的遥感解析的资料的基础上，通过已知遗存区的试验，建立不同遥感图像类型的文物遗存的各类数据的内在联系，确定信息提取方法；(8)、对遥感图像上的考古靶区异常信息，用已经确定信息提取方法对图像中其它地区进行考古信息提取，并解析。
全文摘要
本发明涉及一种帝王陵墓及古遗址遥感考古探测方法。由于传统考古勘探技术通常只能集中在个别点上进行探测和查证，缺乏宏观性，不能够从局部环境的背景中直接提取与文物遗迹有关的地面信息，制约了文物考古的进度和研究深度。本发明的遥感考古方法是对各类遥感影像进行分析和解译，对遗迹及其周围的天然草木、农作物、土壤、水体、路面等影像特征进行综合研究，使用不同的图像处理技术，包括二维的图像增强技术和三维透视处理技术，将有用信息从背景环境中甄别出来。其具有宏观性强、且探测准确、快速等优点；本发明在吸收航空和航天遥感技术的基础上，融合了数字图像数据处理、地理信息系统等先进技术，将考古推向了一个新的高度。
文档编号G01N35/00GK1560635SQ20041002590
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月3日 优先权日2004年3月3日
发明者谭克龙, 万余庆, 宋德闻, 周小虎 申请人:中国煤炭地质总局航测遥感局