給地球建檔案

王治鈞

幾千年的人類發(fā)展史留下大量歷史遺跡，其中一些被深埋于地下不見天日。當(dāng)代很多考古學(xué)家一直在探索利用新科技及時(shí)發(fā)掘并保護(hù)這些珍貴遺跡。美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)人類學(xué)教授克里斯·費(fèi)舍爾博士（Chris Fisher）希望通過考古學(xué)和地球科學(xué)的研究方法探索人類社會(huì)與環(huán)境之間的聯(lián)系。

當(dāng)考古勘探遇到激光雷達(dá)

多年前，克里斯博士在墨西哥研究某個(gè)古建筑群時(shí)曾遇到大麻煩。他按照考古基本規(guī)則，想要先去摸索出一個(gè)考古點(diǎn)的邊緣線。初探后他發(fā)現(xiàn)，這個(gè)古建筑群規(guī)模龐大，工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，如果采用傳統(tǒng)勘察法可能需要幾十年的時(shí)間，他下半輩子的職業(yè)生涯都得耗費(fèi)在這里。

于是克里斯博士不得不嘗試引入一項(xiàng)新技術(shù)激光雷達(dá)（LiDAR）——“光探測(cè)和測(cè)距”技術(shù)來做考古區(qū)地貌測(cè)繪。

LiDAR工作原理是讓激光雷達(dá)從無人機(jī)上向地面發(fā)射密集的激光脈沖，然后用傳感器捕捉回激光雷達(dá)脈沖，測(cè)量激光返回其發(fā)射源所需的時(shí)間。這個(gè)過程通過LiDAR儀器進(jìn)行百萬次的重復(fù)操作，最終生成一張調(diào)查區(qū)域的高清掃描圖。圖中包含地形和地表上一切物體。

和傳統(tǒng)的攝影測(cè)繪相比，這種測(cè)繪最終形成的并不是一張普通的圖像，而是高密度的三維點(diǎn)陣圖。所以，這個(gè)技術(shù)經(jīng)常被用在植被茂密、交通不便和崎嶇地形的地貌測(cè)繪上，甚至在汽車導(dǎo)航領(lǐng)域也有應(yīng)用。

克里斯博士讓無人機(jī)在考古區(qū)域上空飛行了45分鐘，就掃描收集到大量數(shù)據(jù)。之后的幾個(gè)月里，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)分析處理數(shù)據(jù)，用數(shù)字技術(shù)“撥開”森林等障礙物，讓底下的古文化景觀顯露出來。

攝影測(cè)繪法（左）與激光雷達(dá)技術(shù)測(cè)繪法（右）對(duì)比

克里斯博士在墨西哥考古現(xiàn)場(chǎng)

最終他發(fā)現(xiàn)隱藏在森林下的不是原來預(yù)測(cè)的10平方千米，而是26平方千米的巨大城區(qū)，有4萬多棟建筑地基。

這種科技考古手段，很適合大尺度、大區(qū)域范圍內(nèi)的考古探察。LiDAR掃描技術(shù)出色的結(jié)果改變了現(xiàn)代考古學(xué)的勘探調(diào)查方法，也吸引到古代美洲文化研究人員的注意。

一隊(duì)紀(jì)錄片制作人和探險(xiǎn)家關(guān)注到克里斯博士的工作，因?yàn)樗麄冋谥忻乐藓槎祭箤ふ乙蛔鶄髡f中的失落城市——“美洲虎之城”，但是它位于人跡罕至的雨林深處，考古工作困難重重。

克里斯博士受邀加入這個(gè)考古調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)，沒有任何跡象表明這片遮天蔽日的雨林深處曾經(jīng)孕育過人類文明。當(dāng)文明崩潰、人類城市被遺棄時(shí)，森林植被就像一張滾動(dòng)的綠色地毯，迅速掩蓋掉所有人類曾經(jīng)活動(dòng)過的痕跡。

根據(jù)這個(gè)情況，考古隊(duì)配備了針對(duì)雨林的加強(qiáng)版LiDAR技術(shù)。當(dāng)無人機(jī)在空中發(fā)射激光時(shí)，一些光束擊中茂密的樹冠，一些擊中較低的樹枝，一些擊中灌木叢，最后一小部分光束到達(dá)森林地面。激光雷達(dá)掃描的數(shù)據(jù)經(jīng)過后期技術(shù)處理分析可以剝離這些不同的反射光，只留下來自地面地表的圖集。他們通過LiDAR探測(cè)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百件保存完好的文物，以及金字塔、道路、廣場(chǎng)曾經(jīng)存在的證據(jù)。

可以分層的三維點(diǎn)陣地圖

考古隊(duì)采用分類算法分析后得出，這個(gè)城市大約在公元1500年發(fā)生過災(zāi)難性事件，整座城市被廢棄。這是第一次使用LiDAR技術(shù)在純粹的推測(cè)性搜索中發(fā)現(xiàn)大型考古遺址。

掃描地球的“地球檔案”項(xiàng)目

對(duì)于考古學(xué)家來說，他們的任務(wù)往往有兩個(gè)方面：發(fā)現(xiàn)和保護(hù)。克里斯博士希望考古工作能提高人們對(duì)熱帶雨林地區(qū)中森林砍伐的認(rèn)識(shí)。其實(shí)過去10年里，機(jī)載激光雷達(dá)LiDAR掃描存檔的一些地點(diǎn)已經(jīng)逐漸被人類活動(dòng)影響，有的被城市擴(kuò)張覆蓋掉，有的被清理出來放牧，有的變成了棕櫚樹種植園。

第一幅考古區(qū)復(fù)原圖呈現(xiàn)出令人震驚的畫面

克里斯博士在洪都拉斯東部的叢林探索古代文化遺址

?“美洲虎之城”的考古復(fù)原圖

保護(hù)一個(gè)地方不受破壞是考古學(xué)家的道德責(zé)任。盡管考古學(xué)家們盡最大努力來保護(hù)遺址的原貌，但是在發(fā)掘之后，很多不可避免的事情也會(huì)發(fā)生。比如，考古隊(duì)為了起降直升機(jī)而清理了一個(gè)空曠區(qū)域的灌木叢，砍掉了部分樹木，而這片區(qū)域在激光雷達(dá)掃描圖中可能是古代運(yùn)河遺址，但它已經(jīng)在無意中被破壞了。所以考古學(xué)家正全力以赴通過LiDAR技術(shù)和其他技術(shù)來對(duì)一些文化遺產(chǎn)進(jìn)行掃描保護(hù)。

研究預(yù)測(cè)，氣候危機(jī)有可能在幾十年內(nèi)摧毀一些文化和生態(tài)遺跡。整個(gè)生態(tài)環(huán)境正發(fā)生巨變，按照目前的態(tài)勢(shì)，我們可以預(yù)見未來幾十年亞馬孫大片森林會(huì)草原化，熟悉的大陸形狀可能發(fā)生變化，人類必須盡可能記錄下這個(gè)正在變化的世界。

克里斯博士希望為地球掃描更多的區(qū)域，創(chuàng)建一個(gè)真正的三維開源數(shù)字地球項(xiàng)目。而這就是“地球檔案”項(xiàng)目的靈感來源。

地球檔案項(xiàng)目的3個(gè)長(zhǎng)期目的

創(chuàng)建一個(gè)地球現(xiàn)狀的基本檔案

測(cè)量變化需要兩組數(shù)據(jù)的對(duì)比：之前和之后。地球絕大部分地區(qū)都沒有高分辨率的三維歷史數(shù)據(jù)，因此我們無法監(jiān)測(cè)是否發(fā)生變化，也不能衡量如何變化。所以需要一個(gè)檔案來確定我們?yōu)榱藢?duì)抗環(huán)境破壞所作的努力是否有實(shí)質(zhì)效果。

我們可以更好地了解今天的世界，通過開發(fā)必要的協(xié)議和技術(shù)，任何科學(xué)家都可以訪問這些數(shù)據(jù)。考古學(xué)家可以尋找沉睡地下沒有被發(fā)現(xiàn)過的古人類遺址，生態(tài)學(xué)家可以研究森林的大小、樹木成分和年齡，地質(zhì)學(xué)家可以研究水文、斷層、擾動(dòng)，監(jiān)測(cè)碳封存等。

為人類后代保存地球的記錄

人類后代可以在未來研究和重組那些丟失的文化遺產(chǎn)。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，他們能使用新的工具和算法，甚至用人工智能來做激光雷達(dá)掃描，解答當(dāng)下無法想象的問題并找到答案。

創(chuàng)造一個(gè)虛擬、開源的數(shù)字地球

我們有電影、報(bào)紙甚至種子的檔案，地球同樣也需要一個(gè)檔案。地球正在迅速變化，我們應(yīng)該在有限的時(shí)間里記錄現(xiàn)在的地球。雖然，我們現(xiàn)在可能還無法想象這些記錄在未來會(huì)被如何使用，但這份地球檔案一定會(huì)成為留給子孫后代的最好的禮物。