一、原理和方法

遥感考古与物探考古的原理是借助遥感及物探技术,认识暴露在地面或埋藏于地下的遗迹或遗物的形状、种类及线索。在考古发掘工作开始以前，依靠高分辨率的航空﹑航天影像和地球物理探测设备，进行全面的遥感考古与地球物理探测。与传统的必须依靠人工测绘、钻探和试掘来认识地面及地下遗迹的状况相比，其优势在于提高了科学性和工作效率，节约了时间和经费，而且不会破坏文物。通过对地下各种遗迹分布状况的预判,可以为制定田野发掘计划和确立遗址的保护方案提供科学的依据。这里分别阐述遥感考古和物探考古。

一、遥感考古

原理：遥感考古主要指借助常规摄影传感器,获取考古遗址的影像资料,再运用计算机图形和图像处理技术进行增强处理,并根据广谱成像规律和遗址范围内的地表状况的相互关系,对其色调、纹理、图案及时空分布规律进行研究,以制定遗址或现象的位置、分布和形状等特征,为科学地确认遗址和遗迹奠定基础。因为在自然地表上,考古遗址所包含的多种迹象往往会以某种方式构成较为醒目的影像特征,从较大范围的图像上进行观察,这些影像可以归纳为3种特征:遗迹土壤标志、遗迹阴影标志与遗迹植被标志。

依据这3种标志，可以对考古遗址或遗迹进行判断。以下分别阐述。

方法：

(一)遗迹土壤标志

由于古代人类的活动而形成的道路、夯土建筑基址及填土等在颜色、结构和形状上都与自然环境中的土壤形成较为明显的区别，研究人员依据遥感影像上的土壤标志差异,就能对古代遗址及遗迹的位置与分布状况等作出判断。

(二）遗迹阴影标志

如果古代人类活动形成的遗迹残留在地表上,就会形成特殊的微地貌特征，在有倾斜角度的太阳光线照射下,这些特殊的微地貌的阴影就会出现相应的景象。研究人员依据不同的微地貌特征,选择不同的时间对这些特殊的迹象进行摄影,并对全部影像进行比较分析,就能对遗迹的残存状况、分布范围等作出判断。

(三)遗迹植被标志

埋藏于地下的考古遗迹和遗物往往会对堆积于其上的土壤结构、营养成分和含水率产生影响,从而导致其地表的植被与自然堆积构成的地表植被之间形成差异,这些差异在遥感影像上就成为判断地下遗迹和遗物的植被标志。由于古代人类的行为而造成的地下土质疏松、土壤较为肥沃、含水量比

较多的地方,地表的植被往往长势较好。相反,如果地下埋藏有夯土、道路和集中堆积陶片、瓦砾等遗迹和遗物,造成土质结构紧密、透水性能差的地方，其地表植被的长势往往受到影响。这些状况最为典型的表现是草本植被,尤其是生长季节重复出现的谷类农作物,这些农作物与在自然形成的土壤上生长的农作物相比,到成熟时就会出现偏早或偏晚的现象,因而较为容易从航片上进行识读中。

二、物探考古

原理：物探考古主要指借助仪器,探测遗址内由于人工遗迹或遗物形成的特殊属性,判定遗迹或遗物的位置、分布和形状等特征。由于人类活动产生的古代遗存改变了所在地区特定地点的物理、化学特性,古代遗存与周围的自然沉积相比,在密度、磁性、电性、弹性、放射性、导热性和电化学性等方面会出现大小不等的变化。通过仪器探测到这些变化,将其转化为代表不同物性差异的相应数据，再利用计算机进行分析,可以根据已知的认识推断遗迹或遗物的特征及属性。这里主要阐述在考古调查中应用较多的磁法勘探和电法勘探。

方法：

(一)磁法勘探

磁法勘探主要指借助探测仪器,通过“磁异常”现象,判定遗迹或遗物的位置、分布和形状等特征。自然界中的土壤和岩石具有不同的磁性,形成各不相同的磁场,在地球磁场作用下,这些磁场按照各自的场强规律有序地分布在地表。当局部地区由于人为的原因发生变化时，局部磁场也会发生变化,这类变化统称为“磁异常”现象。

磁法勘探可以分为两类:一类是用磁力仪探测地下遗存,适用于大面积的田野勘探调查。另一类是用磁化率仪等仪器测量土壤中遗迹的磁化率强度,适用于对遗址中的局部地点或剖面进行测量。常见的磁法勘探仪器有质子旋进磁力仪、磁通门磁力仪、超导磁力仪、磁化率测量仪和差分式磁强计等。

(二)电法勘探

电法勘探主要指借助探测仪器,区分遗迹和遗物与自然形成的土壤和岩石在导电性、电磁感应和介电性等方面的差异,判定遗迹和遗物的位置、分布和形状等特征。人为形成的古代遗存与自然形成的土壤和岩石有不同的质地,它们在密度、含水量.饱和度、电离子浓度和温度等方面的区别，导致了二者电阻率的不同。岩石和土壤属于非导体，呈高阻现象,但在潮湿的情况下，二者均会导电,不过岩石比土壤电阻率高,据此可判断地下石头建筑的状况。

埋在土壤中的城址、道路等因含水量相对较少,其电阻率相对要高一点,而填满土壤的沟渠含水量相对较多,其电阻率相对要低一点。青铜器、铁器和金银器等金属物品属于导电体,呈低阻现象。根据这些高、低电阻率异常计算分析出的结果，可以画出这些异常区域的电阻率图，进而判断遗址中遗存的性质和空间位置。另外,由于电磁波在物质中传播时,其路径、电磁场强度与波形会依据所通过的物质的电性质及几何形态的不同而发生变化,金属体比非金属体的异常明显,不充水的非金属体比充满水的非金属体的异常明显，不同形状的物体的异常也不相同。因此,通过发射和接收高频电磁波,可以根据电磁波从发射到接收的传播时间、幅度、波形等资料推断古代遗迹和遗物的存在及分布状况。

电法勘探分为两大类:研究直流电场的统称为直流电法,主要为电阻率法;研究交变电磁场的统称为交流电磁法,主要为探地雷达。

二、研究与思考

这里首先介绍遥感考古和物探考古的研究成果,而后进行讨论。

一、研究成果

（一）遥感考古

中国遥感考古开始于1981年对天津市南部地区古河道的遥感影像研究，当时发现，在航空照片和TM( Thematic Mapper, TM)影像上，古河道都有明显的特征,同时还发现遥感影像能探测到地下10米深度内的古河道遗迹。多年来,遥感考古领域出版了多部专著及专辑,另外还发表了不少研究报告和论文。

通过航空影像,取得了一批有价值的成果,具有代表性的成果，如：

1.朱俊英通过对秦始皇陵园的摄影测量和航空遥感图像解释,发现在文物已知区域探查准确率约为85%,在未知区域发现华清宫南界一条人工修造的壕沟，并圈定几个滑坡的范围。

2.邓辉等通过对统万城的彩红外航空影像进行分析,并结合古代文献,确认统万城仿照中原汉族的都城营造制度,城内布局具有中轴线,但是其坐西朝东的布局,又显示了北方游牧民族“尚东"的文化传统，其兴废与自然环境的变迁密切相关。

3.刘建国通过收集殷墟范围内的考古资料、不同时期的航空影像与美国陆地卫星的TM影像等,并运用计算机图像处理技术对遥感影像进行了多重处理和分析,结合实地考古钻探工作，提出4点新的认识:①地下的夯土基址等考古遗迹，在地表土壤干燥而且裸露的季节，能够在TM影像上形成较为明显的遗迹标志,特别是中红外波段的TM影像对地下遗迹有很好的效果,能够反映出地下遗迹的总体布局情况，但受TM影像地面分辨率的限制,不能准确反映出单个遗迹的特征。在有较强反射的地方,并非一定有考古遗迹，所以,影像解译时要以现有的考古资料为前提，而且要与地面调查以及钻探工作相结合，去伪存真。②在殷墟范围内，考古遗迹的埋藏深度在1米左右，遥感影像中没有因农作物生长情况的差异,形成明显的遗迹植被标志。其原因可能是农作物根系的长度一般不超过 1米,农作物的生长不受地下考古遗迹的影响。③在遥感考古研究中,应该使用计算机图像处理技术,将TM影像与航空影像一起进行综合处理,结合两种影像的优点,提高影像的质量,增强影像的解译效果。光学处理则无法满足研究的需要。④除小屯东北的殷墟宫殿区范围之外，仍然存在有较大面积的建筑基址。四盘磨东南应该有很多建筑基址,西南方向很可能是墓葬区。而且，在目前能够开展工作的范围内，即东、北面以洹河为界,南至安阳钢铁公司铁路,西至安阳钢铁公司东墙，基本上可以确定没有城墙中。

4.吴爱琴等通过对河南省开封市古城古河道的遥感勘测研究,发现开封市西部一处南北向地下古城墙异常,经与考古发现对比分析，此处异常应为宋外城西部的一部分。

5.谈三平等运用遥感技术勘测太湖地区的石室土墩，了解了它们的分布全貌,提出其分布规律有4点:①石室土墩主要分布在海拔50~200米低山丘陵上,200~300米山上分布渐疏, 300米以上山上稀见;②石室土墩一般选择在山脊浑圆、山坡平缓、周围视野开阔的山地。石室土墩的分布没有特定的朝向和布局。③石室土墩在山顶、山坡和坡麓皆有分布,以沿山脊线分布最多,以呈串珠状排列为主要分布特征，大、中、小型石室土墩的排列间距具有大疏小密的现象。④建石室的石料一.般为就地取材的呈片状或条状的砂岩和灰岩,因此石室土墩的分布与山地的基岩性质有直接关系,同时石室土墩的分布又表现为明显的集群现象。

通过上述遥感考古研究,不仅科学地确定了每个遗址或遗迹的位置、结构及分布规律,同时还发现了多处新的遗址。

（二）物探考古

经过几十年来的工作,取得了一些成果，主要有以下4处。

1.高立兵利用探地雷达方法勘探了陕西省西安市唐大明宫含元殿遗址的夯土基址和承础石以及山东省滕州市前掌大商周墓地的遗迹,结合钻探验证，发现1959-1960年发掘的唐大明宫含元殿遗址的两排20个础坑下同一水平面的夯土里也埋有同样的承础石;此外，在础坑南9.2米处的同一水平的夯土里又发现一排10处这样的石块。此外,他也认识到探地雷达的局限，即很难区分前掌大商周墓地早期小型墓葬的填土与周围地层之间的差异,也不易区分陶器、青铜器与砖石的图像等。

2.高立兵等还利用电阻率法探测河南商丘地区考古发现的一处东周城址的夯土城墙,发现西城墙和东城墙的视电阻率剖面图显示城墙结构不太对称,他认为对于相对埋藏较浅的城墙,探测的效果好,异常反应明显;同时，地下水位的高低对于夯土城墙的异常形态影响较大。

3.张寅生应用差分式磁力仪对安徽省绩溪县北宋瓷窑遗址进行测量，发现一处长方形的磁异常区,特别是在其中心部位的磁场强度比正常值高出许多,由此推测地下是窑体,从而复原出窑体。

4.钟建应用垂直梯度磁力仪对青海省民和县喇家遗址进行探测，发现有个地点磁场强度异常,经探铲确认是一个窖穴，发掘出土各种陶器、石器30余件。

二、思考

进步：

多年的工作表明,遥感考古在古代城址的研究中取得了较好的成果,特别是在地表残存一定的城墙、建筑基址等遗迹的情况下,遥感考古从不同的空间角度,利用多种地面信息,运用计算机图像处理技术，对古代城址作全方位的分析和研究,为城址考古提供了科学而合理的依据。物探考古也有一定的收获,其科学性是毋庸置疑的。随着遥感和计算机等相关学科的不断进步,遥感影像的地面分辨率有很大程度的提高,高广谱遥感或多光谱遥感的应用,将使波谱特征更加丰富,遥感设备与图像处理的方式也在更加多样化;随着现代科学技术对物探技术的精确度与分辨率的继续开发,以及激光雷达等遥感技术的推广, 其探测性能也会得到进一步的提高。这些技术上的进步,将有助于发挥遥感考古和物探考古在考古中的作用。

不足：

与世界上的前沿研究相比，遥感考古和物探考古在中国的应用仍然有很大的差距，主要体现在以下3点。

第一,中国的考古遗址具有自己的特性。由于国外很多考古遗址中残存的古代建筑基址.墓葬等都是石质结构，与周围环境中的土壤有很大的差别，可以在遥感影像中产生很大的差异;而中国的考古遗址大多是由夯土构成的，主要埋藏在地下，与周围的土壤没有明显差别,只是在结构上稍微紧密一点,只有在偶然情况下接收的遥感影像中才能产生一些细微差异以供判断。从现有的状况看,似乎自2010年以后就鲜有成果发表,这也从一个侧面反映出在勘探方面要做出真正得到考古研究人员认可的成果,还有一个探索的过程。

第二,加强探索与实践。迄今为止,物探考古取得成功的实例并不多见，真正得到考古研究人员认可的案例则屈指可数,其原因与上述大致相同。同时要指出的是,物探考古更注重于对具体遗迹和遗物的探测,相对而言,其难度更大,如何在各种异常中分辨何为古代人工遗迹和遗物的反映,何为外界环境的干扰,除仪器本身灵敏度的制约之外，各地的自然状况均有特定的限制,需要因地而异、区别对待。

第三,加强与田野考古研究人员的合作与交流。需要特别强调的是,不管遥感和物探设备的技术如何先进,遥感考古和物探考古都是应用于田野考古的技术,在这样的前提下,相关研究人员在开展工作时，与田野考古研究人员的交流与合作是必不可少的，甚至应该说是密不可分的。只有这样,才能在今后长期的实践过程中,不断总结经验,提高分辨的技能,真正取得实质性的进展。

三、研究与思考

传统的调查受调查范围和分析手段的限制,很难处理不同时空范围新发现的资料与已知的多项因素的各种复杂关系。随着各种科技调查手段的发展而获得更多的信息量时,传统的研究方法很难将一个很大很深的时空范围内的所有复杂多样的资料进行对比.整合处理,并揭示出其内在的划分和联系，更无法提供不同文化时期遗址空间的分布及其连续性。GPS和GIS技术为这种深层内在的研究提供了时空研究的工具。

GPS,GIS用于考古学研究中具有如下功能:

（1）其对数据的分析是一个可重复的、无损的考古信息的利用。它们记录已探测和正在探测的遗存的保存、破坏状况,借助于各种数据库,输入相关的考古信息,利用计算机建立若干可视的遗址完整结构图。

（2）为考古学文化资源管理提供了方便的遗址定位模式。从特定区域的已知遗址数据库中进行GIS分析,看看这些遗址具有何种特征,有无规律性以及地下分层结构,然后分析该区域哪些地方也具有同样特征,再去这些地点进行寻找。这种方法往往很有效,甚至可对未发现遗址的特点做出比较确切的预测。

（3）应用GIS,GPS技术,我们可以从世界范围、区域范围内多因素地分析考古资料,可以了解特定空间内的遗存组成、特征及其与周围的联系。

（4）可以加深理解物质遗存所反映的人类行为的具体的时空特征,通过对某一范围内遗存的所有资料进行分析获得一些规律,并建立模式,应用这些模式与更大范围内的其他遗存比较,并且分析出人类行为的特点。例如,1982年,美国学者格林(S.W.Green)用GIS手段对欧洲爱尔兰岛南部的300多个史前遗址进行调查和试掘,搞清了该区域各时期遗址的空间分布,建立起这一区域的文化序列,同时对各时期、各遗址的性质、聚落模式等问题进行了推测。

一、运用 GPS确定遗址的地理坐标

GPS是全球定位系统(Global Positioning System)的简称。它是一种世界范围内的导航和定位系统,是建立在无线电定位系统,导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。在考古学中,应用GPS可以确定各个遗址的经度、纬度,海拔高度等地理坐标。

(一）GPS在考古中的应用

GPS技术用于考古学上已有30多年的历史,从实践中科技考古工作者已开发出相应的软件程序,摸索出应用GPS的有效方法。GPS技术用于田野考古具有以下优点:

（1）高精度的三维定位,各点不存在误差积累。

（3）设计和布点方便灵活。GPS的定位精度与GPS点的几何图形基本无关，不受地面点间相互通视的限制。

（3）对地理条件和作业条件要求低,高山,沙漠,孤岛﹑礁滩都可进行工作。

（4）不受气象条件的限制,工作效率高。

GPS现在主要用于航空摄影测量,目前GPS技术已由动态定位技术飞速发展到GPS辅助航空摄影测量技术。GPS辅助航空摄影测量技术应用于航空遥感探测系统中,能迅速地测量出遗迹的分布范围、各遗迹的大致轮廓及其相互间的关系。

GPS技术在水下考古中的前景也很看好,GPS接收机已与水声仪器﹑计算机、绘图仪组成水下地形测量自动化系统。

（二）GIS在考古学中的应用

GIS是地理信息系统(Geographic Information System)的简称。地理信息指与空间地理分布有关的信息,是表示地表物体及其周围环境固有的质量﹑数据﹑分布|特征、联系和规律的数字、文字、图形、图像等的总称。信息系统则指具有对数据和信息进行采集、存储、加工处理、管理和分析能力的系统,它能为用户提供各种有用信息。

GIS系统由四部分组成:计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据、系统使用管理和维护人员。GIS系统软件是其主要功能模块,它由空间数据输入管理、空间数据库管理、空间数据处理分析空间数据输出管理及应用模型组成。考古工作者利用GIS软件可以建立区域聚落遗址分布的地形图和位置图,统计﹑分析所得资料,以形成各个文化区域中不同生态环境的遗址分布模式,以此模式为基础,通过等量比较而推测未暴露考古地点的位置。

二、3S集成在考古中的运用

GPS,GIS,RS(遥感技术)技术各有优缺点,相互结合可取长补短。在实践中，3S集成产生了。它是指三者对地观测新技术有机地集成(Integration)在一起。3S集成运用时,GPS用来实时、快速地提供目标地空间定位(如考古遗存的位置和形制);RS用来实时或准实时地提供目标及其环境地信息(如考古遗存的勘探),发现地表的各种变化,及时对GIS数据更新;CIS通过对各种来源的时空数据进行综合处理、集成管理、动态提取,做成新的集成系统的基本平台,且为智能化数据采集提供地学知识,如处理、分析考古遗迹的图形数据和属性数据。

3S集成系统中有四种模式:GPS+GISGPS+RS,GIS+RS,GPS+GIS+RS。例如第一种模式,通过GIS系统,可使GPS的定位信息在电子地图上获得实时的.准确的反映和漫游查询，GPS亦可为GIS及时采集、更新或修正数据。运用3S集成技术可以实现整体的、实时的、动态的空间系统研究,使研究人员在宏观、微观的角度,分析各种规模的人类物质遗存及其周围环境的空间结构和相互作用,定性、定量地讨论古代人类活动。

1996年6—8月,中国河南省文物考古研究所与美国密苏里州立大学人类学系采用地面踏察观察断崖剖面、文物钻探、GPS,GIS等方法,联合调查了河南颍河上游两岸长约100公里范围内龙山文化晚期到二里头时期的聚落遗址。