给地球建档案

王治钧

几千年的人类发展史留下大量历史遗迹，其中一些被深埋于地下不见天日。当代很多考古学家一直在探索利用新科技及时发掘并保护这些珍贵遗迹。美国科罗拉多州立大学人类学教授克里斯·费舍尔博士（Chris Fisher）希望通过考古学和地球科学的研究方法探索人类社会与环境之间的联系。

当考古勘探遇到激光雷达

多年前，克里斯博士在墨西哥研究某个古建筑群时曾遇到大麻烦。他按照考古基本规则，想要先去摸索出一个考古点的边缘线。初探后他发现，这个古建筑群规模庞大，工作量远远超出预期，如果采用传统勘察法可能需要几十年的时间，他下半辈子的职业生涯都得耗费在这里。

于是克里斯博士不得不尝试引入一项新技术激光雷达（LiDAR）——“光探测和测距”技术来做考古区地貌测绘。

LiDAR工作原理是让激光雷达从无人机上向地面发射密集的激光脉冲，然后用传感器捕捉回激光雷达脉冲，测量激光返回其发射源所需的时间。这个过程通过LiDAR仪器进行百万次的重复操作，最终生成一张调查区域的高清扫描图。图中包含地形和地表上一切物体。

和传统的摄影测绘相比，这种测绘最终形成的并不是一张普通的图像，而是高密度的三维点阵图。所以，这个技术经常被用在植被茂密、交通不便和崎岖地形的地貌测绘上，甚至在汽车导航领域也有应用。

克里斯博士让无人机在考古区域上空飞行了45分钟，就扫描收集到大量数据。之后的几个月里，他带领团队分析处理数据，用数字技术“拨开”森林等障碍物，让底下的古文化景观显露出来。

摄影测绘法（左）与激光雷达技术测绘法（右）对比

克里斯博士在墨西哥考古现场

最终他发现隐藏在森林下的不是原来预测的10平方千米，而是26平方千米的巨大城区，有4万多栋建筑地基。

这种科技考古手段，很适合大尺度、大区域范围内的考古探察。LiDAR扫描技术出色的结果改变了现代考古学的勘探调查方法，也吸引到古代美洲文化研究人员的注意。

一队纪录片制作人和探险家关注到克里斯博士的工作，因为他们正在中美洲洪都拉斯寻找一座传说中的失落城市——“美洲虎之城”，但是它位于人迹罕至的雨林深处，考古工作困难重重。

克里斯博士受邀加入这个考古调查，他发现，没有任何迹象表明这片遮天蔽日的雨林深处曾经孕育过人类文明。当文明崩溃、人类城市被遗弃时，森林植被就像一张滚动的绿色地毯，迅速掩盖掉所有人类曾经活动过的痕迹。

根据这个情况，考古队配备了针对雨林的加强版LiDAR技术。当无人机在空中发射激光时，一些光束击中茂密的树冠，一些击中较低的树枝，一些击中灌木丛，最后一小部分光束到达森林地面。激光雷达扫描的数据经过后期技术处理分析可以剥離这些不同的反射光，只留下来自地面地表的图集。他们通过LiDAR探测发现了数百件保存完好的文物，以及金字塔、道路、广场曾经存在的证据。

可以分层的三维点阵地图

考古队采用分类算法分析后得出，这个城市大约在公元1500年发生过灾难性事件，整座城市被废弃。这是第一次使用LiDAR技术在纯粹的推测性搜索中发现大型考古遗址。

扫描地球的“地球档案”项目

对于考古学家来说，他们的任务往往有两个方面：发现和保护。克里斯博士希望考古工作能提高人们对热带雨林地区中森林砍伐的认识。其实过去10年里，机载激光雷达LiDAR扫描存档的一些地点已经逐渐被人类活动影响，有的被城市扩张覆盖掉，有的被清理出来放牧，有的变成了棕榈树种植园。

第一幅考古区复原图呈现出令人震惊的画面

克里斯博士在洪都拉斯东部的丛林探索古代文化遗址

 “美洲虎之城”的考古复原图

保护一个地方不受破坏是考古学家的道德责任。尽管考古学家们尽最大努力来保护遗址的原貌，但是在发掘之后，很多不可避免的事情也会发生。比如，考古队为了起降直升机而清理了一个空旷区域的灌木丛，砍掉了部分树木，而这片区域在激光雷达扫描图中可能是古代运河遗址，但它已经在无意中被破坏了。所以考古学家正全力以赴通过LiDAR技术和其他技术来对一些文化遗产进行扫描保护。

研究预测，气候危机有可能在几十年内摧毁一些文化和生态遗迹。整个生态环境正发生巨变，按照目前的态势，我们可以预见未来几十年亚马孙大片森林会草原化，熟悉的大陆形状可能发生变化，人类必须尽可能记录下这个正在变化的世界。

克里斯博士希望为地球扫描更多的区域，创建一个真正的三维开源数字地球项目。而这就是“地球档案”项目的灵感来源。

地球档案项目的3个长期目的

创建一个地球现状的基本档案

測量变化需要两组数据的对比：之前和之后。地球绝大部分地区都没有高分辨率的三维历史数据，因此我们无法监测是否发生变化，也不能衡量如何变化。所以需要一个档案来确定我们为了对抗环境破坏所作的努力是否有实质效果。

我们可以更好地了解今天的世界，通过开发必要的协议和技术，任何科学家都可以访问这些数据。考古学家可以寻找沉睡地下没有被发现过的古人类遗址，生态学家可以研究森林的大小、树木成分和年龄，地质学家可以研究水文、断层、扰动，监测碳封存等。

为人类后代保存地球的记录

人类后代可以在未来研究和重组那些丢失的文化遗产。随着科学和技术的发展，他们能使用新的工具和算法，甚至用人工智能来做激光雷达扫描，解答当下无法想象的问题并找到答案。

创造一个虚拟、开源的数字地球

我们有电影、报纸甚至种子的档案，地球同样也需要一个档案。地球正在迅速变化，我们应该在有限的时间里记录现在的地球。虽然，我们现在可能还无法想象这些记录在未来会被如何使用，但这份地球档案一定会成为留给子孙后代的最好的礼物。