復雜環(huán)境下巖壁低空考古實施策略分析

李哲++閆宇++邵浩然

摘要：高懸于峭壁之上的巖畫較難實施考古調(diào)查。廣西左訌巖畫的地形環(huán)境復雜，人員難于攀爬到畫面前及旁邊的懸崖洞穴內(nèi)進行調(diào)查，使用無人機進行低空拍攝存在一定危險性。文章闡述了無人機現(xiàn)場拍攝左江巖畫的過程、多層級圖像獲取、新巖畫發(fā)現(xiàn)等初步工作成果，分析了懸崖環(huán)境對無人機低空作業(yè)的影響（包括氣流變化、機載GPS定位信號丟失范圍等），以及相關(guān)作業(yè)方法和技巧，通過經(jīng)驗總結(jié)為今后更安全、更高質(zhì)量實施崖壁區(qū)域的低空考古調(diào)查提供借鑒。文章最后還探討了微型無人機低空激光掃描和多光譜遙感技術(shù)在巖畫、崖洞低空遙感考古工作中的必要性和應用前景。

關(guān)鍵詞：巖畫調(diào)查；遙感考古：超低空飛行；復雜環(huán)境；實施策略

一、廣西左江巖畫及環(huán)境特點

廣西左江流域巖畫（以下稱左江巖畫）是壯族祖先駱越人在戰(zhàn)國至東漢時期沿左江兩側(cè)數(shù)百公里山崖絕壁上繪制的、超過79處的巖畫群，是原始宗教的一種藝術(shù)表現(xiàn)形式。

由于左江是典型的喀斯特槽谷巖溶地貌，兩岸山石被江水長年累月切削成斷崖峭壁，受地球自轉(zhuǎn)偏向力的影響，這種侵蝕在江水拐彎處尤甚，崖體皆盡壁立如墻，部分崖體甚至被刨蝕成下凹上凸的“屋檐型”。絕大部分巖畫就分布在這些崖面上，距離扛面約10-120米高，站在船頭仰望，難于想象當年古人是如何攀援作畫的。“與國內(nèi)的內(nèi)蒙古陰山、云南滄源、耿馬、麻栗坡等地的崖畫相比，左江流域的作畫條件確實艱險得多。”古人繪制不易，現(xiàn)代調(diào)查也很困難，20世紀80年代完成的左江巖畫全面普查工作主要依靠使用望遠鏡從對岸發(fā)現(xiàn)并拍攝崖面，再根據(jù)照片臨摹成圖。“由于崖壁畫多分布在高達數(shù)十米無法攀登的懸崖峭壁上，又受到各種條件的限制，致使許多地方未能做到等高標尺拍攝臨摹，圖形和原樣相比自然不夠十分準確。愿將來有更好的條件把臨摹和拍攝工作做得更好、更完美。”由于崖下多江面，難于搭架作業(yè)，而載人飛機復雜地貌超低空飛行十分危險，因此無人機遙感考古就成為填補缺環(huán)的最佳技術(shù)手段。

二、使用技術(shù)及工作內(nèi)容

（一）本次無人機巖畫調(diào)查主要對寧明、龍州兩縣境內(nèi)14個主要的巖畫點進行超低空抵近作業(yè)，主要工作內(nèi)容和目的包括：

1. 10-300米高度多層次，多角度拍攝，獲得全局與細節(jié)多組照片。首先，將照片與20世紀80年代的繪圖進行比對，調(diào)查巖畫30年以來的前后變化；其次，利用低空平臺的優(yōu)勢，突破過去只能地面仰視的局限，進行空中正向拍攝以獲得無透視變形的巖畫照片；第三，嘗試發(fā)現(xiàn)新的巖畫個體以及抵近窺視崖壁上各個巖洞口內(nèi)情況等。

2.利用攝影測量技術(shù)，對5個最重要巖畫點進行崖體測繪。測繪用于生成三維模型、彩色正射影像、剖面圖，表現(xiàn)繪畫時古人所踩的腳下巖石狀況，科學推測可能的攀登方法，給考古報告提供多種調(diào)查成果，也為申報世界文化遺產(chǎn)做資料準備。

3.在復雜地貌條件下進行初步實驗，總結(jié)安全作業(yè)方法，為今后沿江擴大上、下游作業(yè)范圍以及進行無人機多光譜、高光譜遙感做準備。

（二）在硬件設(shè)備方面，組合使用汽油動力直升機和電動多旋翼機兩種性能互補但均可垂直起降的無人機完成上述拍攝任務(wù)。

1.汽油動力無人直升機（全重12公斤）

汽油動力直升機技術(shù)成熟、滯空時間長、載重量大，筆者曾使用它在5分鐘內(nèi)垂直拔升到距地面900米的高空進行拍攝，因此勝任巖畫環(huán)境高空全貌拍攝。與其搭配的是3500萬像素尼康D800E相機及多組定焦鏡頭。

2.電動多旋翼機（全重7公斤）

電動多旋翼機是新型的垂直起降飛行器，它體積更小，更機動靈活，姿態(tài)鎖定精度高，但受電池續(xù)航時間短的限制，主要用于拍攝巖畫細節(jié)。該機配用2200萬像素索尼NEX7微單相機。

為了完成測繪任務(wù)，同時還使用了多款攝影測量軟件和三維點云處理軟件，并使用全站儀和羅盤為攝影測量建立正確的坐標系。

由于需要超低空抵近巖畫作業(yè)，而且江岸邊平地大多被熱帶植物緊密覆蓋，難于找到起降場，所以大部分的飛行起降都是在船只上實現(xiàn)的。為節(jié)約投入，使用多旋翼機時租用小的烏蓬漁船，在烏蓬頂部或船尖起降；使用無人直升機時租用擺渡船，其寬闊的擺渡甲板是理想的起降平臺，展開的旋翼翼尖和兩側(cè)甲板圍欄之間可以有約40厘米的安全間距。

三、遙感考占初步成果

克服多重困難，本次順利完成既定的拍攝、測繪和遙感考古目標，構(gòu)建了《左江巖畫多層級圖像系統(tǒng)》成果。主要由衛(wèi)星全域照片、14處巖畫的200-300米高度鳥瞰照片、崖面立面正攝照片、10-15米距離上拍攝的近百組巖畫細節(jié)特寫照片四個層級構(gòu)成，數(shù)百張照片被壓縮成一個文件，并已經(jīng)內(nèi)置確定的層級、位置等關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此觀者可以“從衛(wèi)星上轉(zhuǎn)瞬飛到巖畫前”，既是基于照片的虛擬漫游系統(tǒng)，也是巖畫的完整圖像數(shù)據(jù)庫。此外成果還包括了5處重要崖體的剖面測繪圖、紅藍立體圖等附加內(nèi)容。

（一）除了獲得以上照片、測繪圖之外，本次調(diào)查在遙感考古方面的成果包括：

1.發(fā)現(xiàn)幾處新的巖畫或巖畫痕跡。

無人機裝載高像素相機以10-15米距離對崖面進行“掃描式”的拍攝，和地面望遠鏡觀察相比，辨識能力和覆蓋范圍大幅度提高，因此在沉香角等多個巖畫點都發(fā)現(xiàn)了零散分布的新巖畫及其痕跡，說明原有的巖畫規(guī)模超過考古報告中已知的數(shù)量。這些新發(fā)現(xiàn)的巖畫痕跡或個體以石縫、洞口、植物背后為多，這些原來都是地面調(diào)查的盲區(qū)。

在新發(fā)現(xiàn)的巖畫中，以珠山第二點崖面中部（第三處和第四處之間）巖石縫隙內(nèi)發(fā)現(xiàn)的最大。由于前面兀立巖石的遮擋，從地面難于看到這一縫隙，因此未列入已出版的考古報告中。該處巖畫面積約為8-9平方米，以一高度約為1.6米的正身人像為中心，其他部分受到侵蝕已經(jīng)暗淡不清。

2.首次發(fā)現(xiàn)并拍攝在巖洞頂部繪制的巖畫。

左江巖畫大多是繪制在山崖正面上的，少量接近巖洞口的也都畫在側(cè)壁上面對江面。此次低空飛行拍攝在下白雪第一處的巖洞頂部發(fā)現(xiàn)了多塊清晰的巖畫，這是首次在巖洞的頂部發(fā)現(xiàn)巖畫。這也提醒我們?nèi)ヌ讲槭欠駧r洞深處還有巖畫。但是無人機照片只能看到洞內(nèi)1-2米深的地方，因此目前還不能確認。由于巖洞極難到達，在以前的人工調(diào)查中僅有一次進入的案例，也沒有明確的結(jié)論或圖片佐證。“1984年，寧明縣文物管理所的同志在當?shù)厝罕姷膸椭拢晒Φ赜美K索從山頂上吊下來，進入了花山左上方有崖畫的高洞，”書中并未說明巖畫在洞內(nèi)哪個位置，也未發(fā)表洞內(nèi)巖畫的說明文字或圖片。endprint