激光雷達成考古「神器」

地下古城發現於吳哥窟以西。

雷達激光發現的地下古城輪廓圖。

英國將激光雷達搜集的數據繪製成3D影像。

隨著科技的發展，新技術在各領域逐步獲得應用。如同使用地圖探索未知世界的早期探險者，現在人類正以更先進的方式來發現失落的文明，並規劃未來城市，激光雷達就像人類的第三隻眼，已經在地圖應用方面發揮巨大作用。

人類探索世界奧秘的能力在不斷增強，步伐也在不斷加快。一方面，通過各種先進的技術不斷開闊眼界，認識茫茫太空；另一方面，也在不斷回望過往，了解自身的歷史。

激光雷達：

這是一種利用紫外線、可見光或近紅外光進行物體成像的遙感技術。激光能夠穿透密林和一定深度的水體，獲得林下或水中的三維空間數據，通過點狀數據的累積、疊加，能形成有一定清晰度的三維圖形。

英國用激光雷達掃描整個國家發現不少歷史遺迹

被用於自動駕駛的激光雷達（lidar）技術，也被大量用於搜集城市地理信息，發掘歷史遺迹。英國掃描國土的最初目的是防範洪水。

從1998年開始，英國環保部就用激光雷達對英國國土進行掃描，將搜集的數據繪製成3D圖像。該項目最初的目的是為了記錄海岸線變化，防範洪水，但現在已經被用於城市規劃、治理非法傾倒等多種新的用途。

2017年12月份，英國環保部公布了新的規劃，計劃在2020年前完成對整個國家的掃描，目前的進度是75%。新的規劃將覆蓋此前沒有全部掃描的山林地帶，精度也會提高到1米。英國環保局已經開放了該資料庫，以半年更新一次的速度補充後續新的數據。

在掃描時，飛機上搭載的激光掃描設備每秒鐘發射出100萬次脈衝，通過計算髮射、反射的時間，來衡量飛機和物體之間的距離，形成點陣，後期處理後形成3D圖像。

英國環保部的遙感團隊擁有2架飛機Cessna404（G-MIND）、Cessna406（G-LEAF）從事該項目。在激光雷達設備之外，遙感團隊還配置了用於拍攝高清圖片的航空攝影設備。激光掃描通常是在冬季，這段時間的樹葉對於繪製信息的影響最小。

這些激光雷達的數據，至今幫助考古學家發現了至少4條古羅馬道路，也就是古羅馬時期修建的道路。古羅馬時期修建、被用於加強對各地管控的這些道路，通常有5-7米寬，高度在道路中間有0.5米高。雖然規模較大，但由於掩埋在地下、侵蝕嚴重，很難被發現。

David Ratledge是一名業餘考古學家，尋找古羅馬道路已經47年。他曾經在2016年發現一條17公里長的古羅馬道路，其中英國環保部的激光雷達資料庫提供了不少幫助。在此之前，David Ratledge主要依靠的是航拍圖片。

「你在尋找的是一條長而直的線或者山脊，」David Ratledge 稱：「如果它穿過了很多農田，你可能就找到了一條古羅馬道路。」

激光雷達揭開吳哥窟旁的地下古城面紗

2015年，澳大利亞悉尼大學聯合法國、英國、日本、匈牙利、美國、印尼、柬埔寨等國家，利用直升機搭載激光雷達設備，對吳哥窟遺址及周邊森林區域展開空中掃描，在柬埔寨吳哥窟附近的熱帶叢林中，發現多處地下城市遺迹，其規模甚至與柬埔寨首都金邊相當！取得這一重大發現的，是一種全新的考古方法，即航空三維激光雷達掃描技術。

這座埋藏在地下的城市，建於古代高棉帝國初期，大致相當於中國的唐代。這一發現把吳哥中心古城遺址的範圍擴展了近4倍，還將這裡的歷史向前推進了350年，有望改寫東南亞歷史！

這座古城被發現於吳哥窟以西40公里，在一片茂密的叢林之下。據推測，該城應建於9世紀初，是高棉帝國的第一座城市，當地人稱這座新發現的古城為「摩醯因陀山城」。考古隊員進入密林中實地考察，發現這裡有雕像、寺廟、運河、道路、洞穴，以及可能是陵墓的土丘等。同樣，因柬埔寨中古時代史料極其缺乏，這座古老的城市和吳哥文明一樣，充滿了神秘色彩！

澳大利亞莫納什大學名譽教授、柬埔寨歷史研究者戴維錢德勒稱，這一考古新發現，將幫助人們更多地了解吳哥文明如何繁榮、如何衰敗，是在「重寫歷史」！

取得這一重大考古發現的，是澳大利亞考古學家達米安埃文斯率領的考古團隊。他們用激光雷達掃描了大約1900平方公里的區域，終於發現了這座掩藏在熱帶雨林下的古城遺迹。

激光雷達這一考古「神器」，在肉眼無法看到的叢林地下，「分析」出了一座失落的古城。這一有別於傳統考古方式的新技術，無疑為以後的田野考古探查方式帶來很多啟發！

這種科技考古手段，很適合大尺度、大區域範圍內的考古探查。實地調查獲得的信息往往是局部性的，而激光掃描地面一次性所得的信息更為海量，是傳統考古手段所不能比的。

當然，科技考古有優點也有缺點，它能提升現代考古的能力，但並不能取代傳統考古方法。比如，激光雷達考古能繪出文物、遺迹的三維形象，但對考古對象的材料、質感等信息難以把握。

並且，科技手段發現文化遺存線索後，還需要傳統考古手段進行細節內容的完善，比如歷史文獻資料和田野考古驗證等。

用激光雷達技術再探瑪雅

吳哥窟附近地下古城的發現，不是國際考古學界開展的唯一一個激光雷達項目。類似的還有美國佛羅里達大學開展的瑪雅新古城考古。

研究人員利用激光雷達技術，對中美洲瓜地馬拉叢林地區進行了掃描，出人意料地揭示了6萬處以往不為人知的結構。這意味著，這裡曾經是一片規模巨大的都市，可能有數百萬人以此為家。遠遠超過了以往人們的想像。考古學者調查發現，在都市周圍有一片2100平方公里的叢林區域，其中包含新發現的宮殿、橋樑、防禦工事、住所以及其他人造建築。這些在數個世紀以來都未曾有人光顧。最讓人驚奇的是考古學家發現了高速路，連接著幾乎所有的城市中心，以及城市中心的採石場。這些構造被有意建高，以便在雨天容易使用。而路的寬度表明當時的交通十分繁忙，貿易活動發達。

另外，研究人員還找到了複雜的灌溉和梯田系統，這說明當時龐大的人口有發達的農業來予以供養。運河、堤壩和水庫使叢林的雨水得到控制，防禦工事則表明戰爭是一個重要而持續的問題。

伊塔卡大學考古學家托馬斯·加里森介紹說：「激光雷達圖像清楚地表明，整個地區曾是一個定居系統，其規模和人口密度以前被嚴重低估。」隨著數字技術的進步，其在研究中的作用也越來越大。特別是激光雷達，在考古學研究中越來越受歡迎。激光可以穿透樹葉和水，研究人員可以用它來創建3D地圖。

宏都拉斯叢林中發現「白城」遺迹

據美國《國家地理》雜誌報道，受瑪雅新發現考古方法的影響，宏都拉斯「白城文明」的尋找也採用了激光雷達技術。2012年，考古學家發現隱藏在宏都拉斯東部地區雨林中的金字塔和紀念碑，揭開一千多年前文明的遺迹。

「白城」又稱「黃金白城」，是宏都拉斯傳說中一座用白色石頭建成的、擁有巨大財富的城市。1000多年前曾繁盛一時，後來消失於叢林中。

中世紀的西班牙征服者和現代的探險家及寶藏搜尋者，都在苦苦尋找白城，但一直無果。

據悉，使用激光雷達掃描技術後，在宏都拉斯一處叢林中，已發現一些林下遺迹，後續的尋找還在進行中。宏都拉斯總統已下令派部隊進駐該地區，防止文物遭搶……

雷達激光在其他領域方面的應用

2015年，美國州議會就委託華盛頓地質調查局自然資源部開始這項激光雷達描繪計劃，這些看似抽象藝術的畫面，其實是地理學家們用不同的激光雷達繪製出的那些隱藏在美國華盛頓州易發生山體滑坡的高危地區。這些地質圖，將山體滑坡地區、火山、冰川、河流，還有易發生海嘯洪水的地區都清晰地展現出來。

巴黎啟動激光雷達探測大氣懸浮顆粒

法國巴黎啟動了一項利用激光雷達系統測定空氣懸浮顆粒的計劃。巴黎希望通過這一計劃掌握城市污染顆粒的總量及活動特點，從而精確掌握其對人體的影響。

巴黎市將與法國環境氣候科學實驗室合作實施這一計劃。這項技術僅用光線和雷達就能測定大氣中的懸浮顆粒數據，目前這項技術已應用於部分歐美國家的城市空氣檢測中。

按照計劃，激光雷達系統將被放在一輛卡車上，汽車在巴黎市內各地區收集懸浮顆粒物的數據，從而讓科學家了解道路上的懸浮顆粒物主要是什麼，而樓梯上、房屋裡的顆粒物又是哪些。科學家還會根據不同時段，對顆粒物的變化進行分析，從而為大氣污染治理決策提供參考。

這樣做的好處是，幾乎可以不破壞現場。過去人們分析顆粒物時，往往會干擾現場特徵，因此獲得的信息不太準確。

紐約用激光雷達搜集信息繪製三維地圖

紐約城市長期規劃和可持續發展辦公室選擇用激光雷達搜集信息繪製紐約三維地圖。目前的洪水平面地圖是由美國聯邦應急管理局於上世紀80年代根據航拍圖像和地面勘查製作的。隨著城市日益擁擠，這份地圖已不夠精準，需要更新。

據當地政府官員表示，這些激光雷達技術收集的信息還可以用來解決其他問題，例如，城市裡是否還存在一些濕地，有多少平方米屋頂，又有多少斜面屋頂。屋頂統計可以被用於建立太陽能在線地圖，協助評估城市的太陽能容量，甚至可以讓紐約人檢查他們居住和工作的建築是否適合安裝太陽能電池板。

據悉，新的雷達激光技術越來越多地被美國沿海地區採納。這些數據將主要用於建造最新的區域地圖，表示哪些地方最容易積水，哪裡最適合安裝太陽能電池板，哪些社區最需要綠化。

紐約州氣象站啟用激光雷達系統

美國紐約州氣象網站Mesonet已經採用Windcube 100S 3D掃描型激光多普勒測風雷達系統。該雷達系統將應用於全州所有氣象站，為美國國家氣象局提供實時的觀測報告。觀測數據還將提供給國土安全與緊急事務部，便於他們做出更好的短期預報和應急管理決策。此次協議由奧爾巴尼大學計劃統籌。

該系統能捕獲風速、風向和氣溶膠濃度，以及邊界層和雲高度分布。這些觀測結果提供了高空間和時間解析度的詳盡的大氣3D圖。

自動駕駛輪椅現身日本和新加坡

2017年，自動駕駛輪椅現身日本和新加坡，它們都安裝了激光雷達，前者由新加坡-麻省理工技術研究聯盟（SMART）共同打造，去年9月份開始在新加坡樟宜綜合醫院嶄露頭角，無需護士陪護，它就能載著病人在醫院的大廳里來回穿梭。

SMART未來城市移動出行小組負責人Daniela Rus表示，這款自動駕駛輪椅研發開始於去年1月份。現在一共生產了4把測試輪椅，其中兩把在新加坡，另外兩把則在麻省理工。SMART輪椅搭載了3台激光雷達，機載電腦用到的數據就是激光雷達繪製的地圖。隨後，系統中的定位演算法會在地圖中定位輪椅的位置。為了保持平衡，這款輪椅一共有6個輪子，它不但能急轉彎，還體型緊湊，能輕鬆通過普通門框。

「我們訪問了幾個社區的老年人後深刻感受到，進入老年後人的生活質量與是否能輕鬆出行息息相關。我們做這款產品就是想讓腿腳不便的人重新獲得身體上的自由。」Rus說。

第二款自動駕駛輪椅出品方為松下和Whill，後者此前就推出過Model A高科技智能電動輪椅，它的續航可達24公里。眼下，該產品已經在日本和美國上架銷售。

松下計劃今年在羽田機場部署5把ModelM自動駕駛輪椅進行技術測試。與SMART自動駕駛輪椅類似，Model M也用到2個激光雷達。同時，它還用到松下醫用機器人Hospi的相關技術。

雖然自動駕駛輪椅好用，但想大規模商用依然挑戰多多，市場上的智能輪椅銷售情況都比較慘，昂貴的售價是主要原因。

激光雷達如何探索 人眼看不到的世界？

激光雷達是一種光學遙感技術，使用光檢測和測距感測器發送鐳射脈衝繪製詳細3D地圖，這幾年激光雷達已愈來愈火熱，因為這種技術推動自動駕駛車輛發展，讓自駕車可自動感應和導航，但這項技術應用遠不只在運輸產業，激光雷達可幫助機器看到並影響人們對物理世界的看法。

例如，安裝在直升機上飛越山谷，激光雷達能將鐳射脈衝穿透茂密的森林拍攝，進而幫助找到這些古老的遺址。利用這些數據，研究人員可以發現非自然的考古特徵，由此找到人類的活動遺迹。

分類與製圖可追溯到數千年前的大自然繪畫，如描繪巴比倫和埃及財產邊界的古城地圖。在過去幾千年，對地球、地理和數學日益增長的理解已產生愈來愈複雜的地圖，從15世紀希臘的第一張地圖，到2005年推出的Google Earth，地圖的繪製發生巨大變化，而激光雷達可能是開創下一代地圖技術的先鋒。

使用激光雷達製圖並不是一個全新概念，1971年NASA在阿波羅任務期間使用激光雷達研究月球表面就是早期應用之一，但隨著時間的推移，這項技術已變得更先進。現在激光雷達技術繪製的3D地圖，不僅具備更詳盡的細節，且繪製速度更快，使用激光雷達可在幾天甚至幾小時內測量完畢，而使用傳統方法則需要幾周，甚至幾年時間來測繪。

使用激光雷達技術的地圖繪製系統不僅用作探索，還可以為城市規劃、建築、環境工作、救災和無人機送貨等各個產業提供深遠的利益。譬如解決氣候變化應用，激光雷達繪圖可幫助科學家了解森林正在減少的速度、海洋的上升速度、冰帽的萎縮速度等等。

在遭受諸如龍捲風、颶風和地震之類的自然災害後，科學家可利用激光雷達繪製受災地區並確定脆弱性區域，定位傾倒樹木和電線電塔位置，而不需讓救難人員處於危險中。如2012年颱風桑迪侵襲紐約，救災人員即在火車上安裝激光雷達，駛進颱風期間遭洪水淹沒的紐約地鐵隧道，偵測結構性損壞的區域。

如同使用地圖探索未知世界的早期探險者，現在人類正以更先進的方式來發現失落的文明，並規劃未來城市，激光雷達就像人類的第三隻眼，已經在地圖應用方面發揮巨大作用。

來源：寶安日報

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