基于附燧遙感考古調查的明長城烽傳場景新識

李哲 李明帥 李嚴

基于附燧遙感考古調查的明長城烽傳場景新識

李哲1,2李明帥1,2李嚴1,2

（1 天津大學建筑學院，天津 300072）（2 文化和旅游部“建筑文化遺產傳承信息技術”重點實驗室，天津 300072）

在中國“長城資源調查”工程實施后，明長城全線仍有大量遺址及其歷史場景信息處于蒙塵狀態，反映出傳統考古信息采集方法的一定局限性。在國家文化公園建設背景下，為深入理清明長城的燃烽預警場景，首次對一類非常重要但被長期忽視的設施——附燧展開全面調查。通過實驗室自建的“明長城全線實景三維數據庫”篩查、低空遙感測繪及補充踏勘，共計定位、測繪162處遺址，發現附燧是在明長城全線廣域應用的重要燃烽設施。文章進一步分析了附燧的保存狀態、單體形制、空間類型及選址特點等內容，揭示了明長城“臺下點煙，多煙傳烽”的傳烽歷史場景。以低空遙感為技術基礎，通過群體遺址的全線圖像數據采集和整理，提升相關資源信息的掌握程度，進而發現隱藏文化遺產類型的方法，同樣適用于其他類型線路遺產的研究。

附燧 多烽預警 明長城全線 低空遙感 遙感考古

0 引言

明長城是世界范圍修筑規模最大、保存最為完整的古代軍事工程[1]，8 851.8km的長城墻體[2]與鎮、路、衛、所、堡等軍事聚落一起構成了明長城軍事防御體系[3]?！皞鬟f相報，瞬息百里，而非人力所能及也”[4]，“烽火傳遞”在如此規模的軍事工程中發揮著至關重要的作用。在烽火相傳之間，廣域國土可警訊日達，長城與邊鎮各軍事聚落、中央與邊疆形成了統籌聯動的整體。明長城曾分布著用于燃烽的設施——附燧，以三、五或十余個為一組在烽火臺附近成行排列。當戍卒發現敵情時，應根據敵軍規模點燃對應數量的附燧進行預警：“各鎮通例，若見敵一二人至百余人，舉放一烽一炮；五百人二烽二炮，千人以上三烽三炮，五千以上四烽四炮，萬人以上五烽五炮”[5]。附燧通過多烽預警的方式將戰斗位置、敵軍數量等關鍵戰爭信息快速、準確地傳遞至所屬軍堡，由軍堡出動相應兵力作戰，避免出現兵力不足或過度出兵的情況。

然而，相較于烽火臺、敵臺等建筑類型，現存的附燧遺址分散在廣闊且被復雜地形分割的地理空間中，處于調查、研究的盲區，如：第三次新疆維吾爾自治區文物普查中錯認附燧為守燧士兵居住場所[6]，目前已獲修正；中國“長城資源調查”工程沒有將附燧作為單獨條目進行全線普查，僅在《青海省明長城資源調查報告》等地區的報告中有所描述[7-8]，無法展示全線遺址存量，無法以三維圖像的形式顯示遺址的空間布局、現狀細節等。

基礎調查的缺失導致附燧研究較少，綜合知網等學術網站數據搜索，872篇長城烽傳相關主題論文中，98.7%屬于考古、地理、旅游、文學領域的烽火臺相關研究，僅有9篇論文分別對新疆、甘肅、青海、河北等地區的附燧進行了簡述[9-15]。可見，目前對于長城“烽火相傳”的研究，大多關注于烽火臺而鮮知有附燧；即使提及附燧的研究也多關注于某一地區的遺存現狀，缺乏從明長城全線視角對附燧的系統研究。在長城遺產的超大地理尺度背景下，以往數字化信息采集與管理手段相對匱乏[10]，這導致遺址信息記錄碎片化、附燧等細節遺址遺漏的問題。研究方法的瓶頸阻礙了大型遺產信息的整體掌握與觀察。

針對上述問題，研究團隊采用數字化考古方法，在明長城全線范圍展開調查，補充中國“長城資源調查”工程的盲區，以宏觀系統的視角考辨明長城更真實的“烽火相傳”歷史場景。

1 明長城全線附燧數字化考古調查方法

1.1 明長城全線圖像庫在附燧調查中的初步運用

“附燧遺址分散在廣闊且被復雜地形分割的地理空間”這一調查難點問題可利用“明長城全線實景三維數據庫”部分得到解決。該數據庫于2019年初開始建設，主要方法是利用無人機沿長城線逐段超低空慢速飛行（約15～25km/h），在30~50m相對高度從長城頂部、內側、外側3個方向拍攝，獲得同一航線內相鄰圖像重疊率不低于70%的連續高清圖像集，再利用無人機圖像本身帶有的GPS坐標信息（RTK）及攝影測量手段，實現墻體本身與內、外側微地形的三維測量；在此基礎上，引入圖像類機器學習技術實現對海量圖像的半自動篩選、分類、檢索，主要用于發掘長城遺產資源、分析建筑構造、開展病害監測等目的。目前該數據庫建設接近完成，包含約5 500km的明長城墻體以及敵樓、烽燧、關堡等單體設施的超低空航測數據。在此數據基礎上，初步實現基于網絡地理信息系統（Web of Geographic Information System，WebGIS）的數據庫平臺化管理和圖像檢索功能（見圖1）。

圖1 附燧數字化考古調查工作流程

本次研究借助該平臺進行全線高清圖像快速調取和篩查，在中國長城資源調查登記的12 785座敵臺及烽火臺中，完成了300余處疑似附燧遺址的圖像普查與位置標定，進而開展明長城全線附燧的補充調查。

1.2 基于低空遙感技術的附燧遺址的調查與辨別

在附燧遺址的調查過程中，低空遙感技術具有抵達速度快、遺漏率低且有效辨別、三維數據獲取完整等特點。

1）抵達速度快：目前尚存的附燧多位于高山或戈壁中，人員抵近踏勘難度極高。例如：踏勘寧夏賀蘭山小石墩附燧，登山往返步行路程約3.6km，垂直海拔落差120m，耗時約5.5h。與之對比，于山腳下操控無人機前往山頂測繪，全程僅耗時15min。因此，研究團隊首先在300余處疑似附燧遺址附近進行低空遙感的辨別及測繪，篩選出其中162處能夠確認的附燧，進而對極具考古價值的42處遺址抵近踏勘，兩種方法相結合，極大提升了明長城全線附燧補充調查的效率。

2）遺漏率低且有效辨別：多數附燧由于缺乏認定與保護，已呈現土包石堆樣式，有的還受到植被遮擋，即使勘察人員站在相對高點，因視野高度及視角有限亦難以發現。本次調查的162處附燧遺存位置均在中國長城資源調查報告中有登記，然而已出版的調查報告中內容大多限于烽火臺、墩院、墻體遺存，其中僅描述了81處附燧的基本情況，本次調查中約50%的附燧遺址尚未被提及（見圖2）。相比于地面測繪，低空遙感視角更易于發現、辨別附燧遺存，其特征為：呈現多個成組規則排列的形態，位于烽火臺遺址附近，直徑/邊長約為2m。根據低空遙感航測數據進行偽彩高程分析，附燧遺存更加清晰可辨（見圖3）。此外，低空遙感技術測繪能夠形成烽火臺遺址周邊環境的三維模型，即使在遙感考古過程中遺漏未發現，也可在內業數據復查中補充登記。

圖2 中國明長城資源調查報告與本次普查中發現的附燧遺存數量對比

圖3 遙感與地面觀察視角比較

3）針對附燧遺址尺度小、與地形緊密結合的特點，利用無人機在5～50m的相對高度進行附燧及周邊地形的攝影測量，通過處理高重疊率照片所得的數據構建三維模型，可快速獲得厘米級精度的附燧遺址單體尺度、地形高程等參數信息，最后對遺址的數據樣本進行存檔、分析（見圖3）。

1.3 歷史文獻和現場勘察信息的相互驗證

歷史文獻記錄了附燧的單體形制、燃烽場景和相關的豐富歷史事件。通過運用傳統的歷史考證方法，綜合碎片化的附燧遺址信息，結合場地空間進行歷史解讀，確認古籍信息的真實性，增強附燧及多烽預警場景的歷史認識。

2 調查基本成果

2.1 附燧的地理分布

1）本文根據相關古籍記載，結合明長城全線圖像庫及遙感考古技術，在全線展開了附燧遺存普查工作，共計定位、辨別、航測了162處附燧遺址，普查結果突破了現有的相關調查認知，發現的附燧遺存分布范圍擴展至甘肅、青海、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河北、遼寧8省/自治區，首次從實物遺存的角度證實了附燧在明長城全線的廣域連續性分布（見圖4）。

圖4 本次附燧普查的遺址分布圖

2.2 附燧遺址保存現狀

對162組附燧遺址的保存狀況進行分類，可分為主體形制尚存、內部結構遺存、土、石堆狀遺存及地基痕跡四個遺存階段。處于主體形制尚存階段的遺址僅2組，占比1.23%；處于內部結構尚存階段的遺址有5組，占比3.08%；土、石堆狀遺存有113組，占比69.75%；地基痕跡遺存42組，占比25.94%。目前，大多數尚可辨認的附燧處于第三階段的土、石堆狀遺存，處于第四階段的地基痕跡附燧遺址并非較少，而是發現難度大，是快速消失中的附燧遺址典型代表，利用低空遙感技術能更有效地辨別。目前保存最為完整的附燧遺址存高2.2m，長、寬約1.6m，主體形制保存良好；最接近消失的附燧遺址是地面僅存高0.1m、半徑0.6m、規則排列的圓形遺址。結合歷史照片中的建筑形象，能夠清晰反映附燧由完整形制塌毀至土包直至消失的全過程，遺址所承載的歷史信息在快速消逝（見圖5、6）。

相較于烽火臺，附燧體積小，更容易遭受自然及人為損害，全線多數遺址已處于消失的邊緣，且未得到應有的文物認定與保護，被攔阻于文物保護圍欄之外。令人深感惋惜的是，土、石堆狀遺存形似墓葬，被誤解、盜挖而遭到二次破壞，中國長城遺產的完整性堪憂。這表明長城作為尺度巨大的線性文化遺產，其資源仍有待深入挖掘與保護。

圖5 附燧遺址保存狀態及相應數量

圖6 1923年與2011年的嘉峪關城東閘門北側附燧遺存對比

3 附燧的形制、類型、規劃規律總結

3.1 附燧單體形制

根據《戰守全書》的記載[11]，結合現有遺址、歷史輿圖及照片判斷，明代附燧形制應為方臺形，石筑地基，上層土坯砌筑，灰漿表飾，下設灶口用于添加燃料（見表1）。為了進一步探索附燧的內部構造，研究團隊在對明長城全線遺存的普查中，發現了多處內部灶腔構造痕跡。保存最為完整的附燧灶腔位于寧夏回族自治區高山寺村附近的烽火臺旁，附燧分2組各5座，東西方向一字排列。其中4號附燧存高2.2m，長、寬約1.6m，附燧內部灶腔呈現圓臺體，疊石砌造。綜合還原附燧建筑形制如圖7所示。

3.2 附燧空間類型譜系

借助附燧遺址影像和典型遺址實地勘察，發現附燧具有豐富的空間形式，并存在關聯配合關系。首先從附燧的核心功能——傳烽模式區分，可以概括為單向型和多向型兩大類別，之后根據具體的布置特點可細分成6個典型類型，每個類型由于歷史經濟、地理等因素發展出諸多變化的亞型，涵蓋了目前所發現的所有附燧遺址形式（見表2）。

表1 附燧構造形制

對實際地形情景中附燧類型之間的相互關系進行分析，總結出以附燧為關鍵要素的長城典型傳烽模式及背后的規劃設計意圖。

圖7 附燧建筑形制

（1）沿邊傳烽模式

長城外側高地上的烽火臺偵察到敵情，多煙信號通過圖8中“C”型附燧（包括表2中C-1、C-2、C-3）向最近的長城敵臺預警，并通過B1型附燧沿長城逐敵臺接力傳遞，利用B2型附燧轉向邊內軍事聚落方向。

（2）腹里傳烽模式

“多烽預警”信號由長城向內部各級軍堡逐層傳遞，墻體及邊堡多處于山體縱橫之地，烽火臺、附燧擇高沿山脊線分布[12]，會出現C-3、D-4等自由分布類型附燧；視野好、資金有限的地點可不筑烽火臺、僅修筑附燧用于接力傳烽（表2中A-1型），戍卒在附近修筑房屋居?。ˋ-2型）。高等級軍堡多處于地勢平緩地區，附燧的布局相對規整，常見有C-1、C-2（見表2）等常規型布局。此外，當應被預警的軍事聚落處于不同方向時，為減少烽火傳遞線路的數量和長度，提高傳烽效率，會根據地形條件設置D-1、D-2、D-3、D-4型（見表2）附燧，滿足單一烽火臺的多向傳烽需求，以完成預警信息由邊墻至各級軍事聚落的及時、快速傳遞。

表2 附燧遺址的空間類型

3.3 附燧的選址特點

遙感考古視角更關注于遺址本體與環境的綜合體，分析附燧周邊微地形數據發現，為保證視覺可達性，附燧選址與地形高程變化密切相關，并涉及以下幾種情況：

1）附燧位于山脊最高處：在山地環境中，附燧順應山脊脈絡分布，呈現出多條山脊上跳躍行進的特征，傳信線路大致垂直于山脊脈絡肌理分布。附燧大多位于山脊最高處以利于識別，選址優先度甚至高于烽火臺，出現烽火臺居次的情況，如寧夏賀蘭山附燧遺址群（見圖9（a））。

圖8 長城傳烽典型模式

2）附燧位于相對高點地形：在無明顯連續山脊，高程呈現隨機斑塊狀勻質分布的地形中，附燧以高點可見為首要原則，如甘肅景泰縣一線附燧，擇高選址于土丘、土壟等位置排列（見圖9（b））。

3）附燧位于高程較高區域邊緣處，即由區域高程最高地帶向下過渡至區域平緩地帶之前的半坡處（圖9（c））。此種選址大多為朝向區域核心一側的山體坡面上，區域核心指盆地中的軍堡、溝谷中的道路、溝谷通道的三岔口等（圖9（c）），使區域核心處于附燧環繞范圍，實現多角度及時預警，防止敵軍繞路奇襲。

4）在地形平整，高程變化微小的環境，附燧以就近原則，在烽火臺兩側或前側規則排列，以減少戍卒燃烽時往返于烽火臺與附燧的跑動時間。

4 基于附燧遺址發現的長城傳烽場景新識

1）附燧是明代烽煙傳遞的核心設施。邊疆地區的戍卒被賦予瞭望和傳烽的任務，承受著自然與敵人的生存威脅，“高五丈有奇”的烽火臺是他們保命安身且“棲火器”之所[13]。因此，大多數的附燧都與烽火臺有伴生組合關系，在所有162個附燧遺址樣本中，附燧獨立傳烽僅有2處，占總數的1.23%；與烽火臺/敵臺組合的數量占98.77%。

由于附燧相比于烽火臺保存情況更差，很多已處于消失的邊緣，造成了目前對于中國長城烽傳場景，只知有烽火臺而不知附燧的認知。實際上，烽火臺的功能更偏重于戍卒安全、瞭望守衛和糧薪儲存，附燧則為傳烽燃煙的功能設施。作為信息發出的建筑載體，附燧與負責信息接收的烽火臺同等重要，是明代烽煙傳遞的核心設施。

2）基于附燧的明長城烽傳體系認知。在所有162處附燧遺址樣本中，單向傳烽樣本數占92.9%，表明“鎮—路—衛—所—堡”聚落體系[14]與長城呈現出明顯的單向線性傳烽模式，其實質是軍事聚落體系中軍鎮向長城延伸的感知“神經網”（見圖10）。附燧通過相對微觀的多種組織傳烽模式，以連續可視為依據，因地制宜形成適應性的線性傳信線路，以此連接長城、軍事聚落體系以及其他軍事防御設施，構成復雜、多層次的預警信息傳遞網絡。

圖10 明長城防御體系傳烽概念圖

5 結束語

本文以低空遙感技術為基礎，依托明長城全線圖像與三維數據庫，以數字化方式全面調查了明長城全線的附燧遺址情況，發現附燧在明長城全線有連續性廣域分布。這表明“臺下點煙，多煙傳烽”是更真實的明代燃烽場景，這與以往認知中“單柱烽火”沿長城墻體依次傳遞的扁平化印象形成鮮明對比。附燧在不同的地理環境、軍事目的和經濟基礎影響下，形成了豐富多變的空間類型與選址特點，這一烽傳設施類型是平衡視覺可達性、烽火可辨性及經濟性價比所獲得的相對優解。但是，附燧遺址調查僅是歷史場景的初步認知，燧體排列間距原則、傳烽距離規劃等更深入的傳烽智慧仍有待挖掘。

對附燧功能、類型的深入分析有助于原真性解讀長城預警乃至防御體系的建設意圖和運作機制，從整體視角撬動一系列新的遺址價值認知。以低空遙感技術為依托，建立和應用明長城三維圖像數據庫，克服了遺跡空間尺度廣闊、地理分割相當多的限制，能夠將遺產信息的處理量級和觀察研究精度、效率提升到一個新的高度，從而跨越信息瓶頸，能夠加速文化遺產價值的發掘和科學保護策略的制定。在此基礎上，低空遙感結合地理信息系統、人工智能處理數據方法，將有利于進一步開展線路遺產資源挖掘及量化分析研究。

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Study on the Early Warning Scene of Beacon Fire on the Ming Great Wall Based on Auxiliary Beacon Digital Archaeological Survey

LI Zhe1,2LI Mingshuai1,2LI Yan1,2

（1 School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China） （2 Key Laboratory of Information Technology for Inheritance of Architectural Cultural Heritage, Ministry of Culture and Tourism, Tianjin 300072, China）

After the implementation of the "Great Wall Resources Survey" project in China, there are still a large number of sites and historical scenes along the Ming Great Wall that have not been discovered. In the context of the construction of the National Cultural Park, in order to further clarify the warning scene of the Ming Great Wall, for the first time, a comprehensive investigation was carried out on a very important but long-neglected facility—Auxiliary Beacons. Through the 3D and image database screening, low-altitude remote sensing surveying and mapping and supplementary exploration of the whole line of the Ming Great Wall built by the laboratory, a total of 162 sites have been located and mapped with high precision. It is found that Auxiliary beacon is an important lighting facility for wide application in the whole line of the Ming Great Wall. The team further analyzed the preservation status, shape, type and site selection of Auxiliary beacon, etc., so as to have a more real cognition of the historical scene of Ming Great Wall, that is, "multiple fireworks signals were lit on the ground under the beacon". On the basis of low altitude remote sensing technology, through the collection and collation of the image data of the Great Wall, the lack of comprehensive recognition of the types of relics, this method is also applicable to other types of line heritage.

auxiliary beacon; multiple signal of beacon fire; Ming Great Wall; low-altitude remote sensing; remote sensing archaeology

V445

A

1009-8518(2023)01-0001-12

10.3969/j.issn.1009-8518.2023.01.001

2022-12-03

國家社科基金重點項目（21AZD055）；天津大學研究生教育專項基金2021年度資助項目（N.13）

李哲, 李明帥, 李嚴, 等. 基于附燧遙感考古調查的明長城烽傳場景新識[J]. 航天返回與遙感, 2023, 44(1): 1-12.

LI Zhe, LI Mingshuai, LI Yan, et al. Study on the Early Warning Scene of Beacon Fire on the Ming Great Wall Based on Auxiliary Beacon Digital Archaeological Survey[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(1): 1-12. (in Chinese)

李哲，男，1978年生，2009年獲天津大學建筑學專業博士學位，現任天津大學建筑學院副教授，特聘研究員。主要研究方向為建筑遺產數字化保護。E-mail：lee_uav@tju.edu.cn。

（編輯：龐冰）