給地球建檔案

王治鈞

幾千年的人類發展史留下大量歷史遺跡，其中一些被深埋于地下不見天日。當代很多考古學家一直在探索利用新科技及時發掘并保護這些珍貴遺跡。美國科羅拉多州立大學人類學教授克里斯·費舍爾博士（Chris Fisher）希望通過考古學和地球科學的研究方法探索人類社會與環境之間的聯系。

當考古勘探遇到激光雷達

多年前，克里斯博士在墨西哥研究某個古建筑群時曾遇到大麻煩。他按照考古基本規則，想要先去摸索出一個考古點的邊緣線。初探后他發現，這個古建筑群規模龐大，工作量遠遠超出預期，如果采用傳統勘察法可能需要幾十年的時間，他下半輩子的職業生涯都得耗費在這里。

于是克里斯博士不得不嘗試引入一項新技術激光雷達（LiDAR）——“光探測和測距”技術來做考古區地貌測繪。

LiDAR工作原理是讓激光雷達從無人機上向地面發射密集的激光脈沖，然后用傳感器捕捉回激光雷達脈沖，測量激光返回其發射源所需的時間。這個過程通過LiDAR儀器進行百萬次的重復操作，最終生成一張調查區域的高清掃描圖。圖中包含地形和地表上一切物體。

和傳統的攝影測繪相比，這種測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陣圖。所以，這個技術經常被用在植被茂密、交通不便和崎嶇地形的地貌測繪上，甚至在汽車導航領域也有應用。

克里斯博士讓無人機在考古區域上空飛行了45分鐘，就掃描收集到大量數據。之后的幾個月里，他帶領團隊分析處理數據，用數字技術“撥開”森林等障礙物，讓底下的古文化景觀顯露出來。

攝影測繪法（左）與激光雷達技術測繪法（右）對比

克里斯博士在墨西哥考古現場

最終他發現隱藏在森林下的不是原來預測的10平方千米，而是26平方千米的巨大城區，有4萬多棟建筑地基。

這種科技考古手段，很適合大尺度、大區域范圍內的考古探察。LiDAR掃描技術出色的結果改變了現代考古學的勘探調查方法，也吸引到古代美洲文化研究人員的注意。

一隊紀錄片制作人和探險家關注到克里斯博士的工作，因為他們正在中美洲洪都拉斯尋找一座傳說中的失落城市——“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考古調查，他發現，沒有任何跡象表明這片遮天蔽日的雨林深處曾經孕育過人類文明。當文明崩潰、人類城市被遺棄時，森林植被就像一張滾動的綠色地毯，迅速掩蓋掉所有人類曾經活動過的痕跡。

根據這個情況，考古隊配備了針對雨林的加強版LiDAR技術。當無人機在空中發射激光時，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森林地面。激光雷達掃描的數據經過后期技術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探測發現了數百件保存完好的文物，以及金字塔、道路、廣場曾經存在的證據。

可以分層的三維點陣地圖

考古隊采用分類算法分析后得出，這個城市大約在公元1500年發生過災難性事件，整座城市被廢棄。這是第一次使用LiDAR技術在純粹的推測性搜索中發現大型考古遺址。

掃描地球的“地球檔案”項目

對于考古學家來說，他們的任務往往有兩個方面：發現和保護?？死锼共┦肯Ｍ脊殴ぷ髂芴岣呷藗儗釒в炅值貐^中森林砍伐的認識。其實過去10年里，機載激光雷達LiDAR掃描存檔的一些地點已經逐漸被人類活動影響，有的被城市擴張覆蓋掉，有的被清理出來放牧，有的變成了棕櫚樹種植園。

第一幅考古區復原圖呈現出令人震驚的畫面

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”的考古復原圖

保護一個地方不受破壞是考古學家的道德責任。盡管考古學家們盡最大努力來保護遺址的原貌，但是在發掘之后，很多不可避免的事情也會發生。比如，考古隊為了起降直升機而清理了一個空曠區域的灌木叢，砍掉了部分樹木，而這片區域在激光雷達掃描圖中可能是古代運河遺址，但它已經在無意中被破壞了。所以考古學家正全力以赴通過LiDAR技術和其他技術來對一些文化遺產進行掃描保護。

研究預測，氣候危機有可能在幾十年內摧毀一些文化和生態遺跡。整個生態環境正發生巨變，按照目前的態勢，我們可以預見未來幾十年亞馬孫大片森林會草原化，熟悉的大陸形狀可能發生變化，人類必須盡可能記錄下這個正在變化的世界。

克里斯博士希望為地球掃描更多的區域，創建一個真正的三維開源數字地球項目。而這就是“地球檔案”項目的靈感來源。

地球檔案項目的3個長期目的

創建一個地球現狀的基本檔案

測量變化需要兩組數據的對比：之前和之后。地球絕大部分地區都沒有高分辨率的三維歷史數據，因此我們無法監測是否發生變化，也不能衡量如何變化。所以需要一個檔案來確定我們為了對抗環境破壞所作的努力是否有實質效果。

我們可以更好地了解今天的世界，通過開發必要的協議和技術，任何科學家都可以訪問這些數據?？脊艑W家可以尋找沉睡地下沒有被發現過的古人類遺址，生態學家可以研究森林的大小、樹木成分和年齡，地質學家可以研究水文、斷層、擾動，監測碳封存等。

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。隨著科學和技術的發展，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掃描，解答當下無法想象的問題并找到答案。

創造一個虛擬、開源的數字地球

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