大疆禪思 L2激光雷達(dá)助力發(fā)現(xiàn)古代城址

引自DJI大疆行業(yè)應(yīng)用服務(wù)

華夏文明貫穿我們身邊的每一寸熱土，你是否想象過，腳下的土地深處，可能隱藏著曾經(jīng)輝煌的古代城址？

這些古代城址曾人聲鼎沸，如今隨著社會變遷，大多數(shù)藏于鮮為人知之處。但昔日恢弘的遺址沒有被抹平，靜待人們重新發(fā)掘它的榮光。

為了發(fā)現(xiàn)和保護(hù)我國文物資源，2023 年，第四屆全國文物普查正式啟動，探尋文明根脈，筑牢文化自信。其中，古代城址是調(diào)查的重點對象。

第四次全國文物普查通知

在廣闊土地上尋找古代城址，一直是一項充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)。

古代城址常常隱藏在人跡罕至的深山密林，或被現(xiàn)代建筑覆蓋無法直接發(fā)現(xiàn)，還有一些被損毀的遺址，只留下細(xì)微的地貌起伏（即“微地貌特征"），通常難以被肉眼或常規(guī)儀器觀測到。

難以尋覓的古代城址

采用傳統(tǒng)的可見光攝影測量方式，往往無法識別遺址的微地貌特征；人工實地踏勘雖能發(fā)現(xiàn)部分痕跡，但考古路途崎嶇艱險，效率非常有限。

無人機(jī)搭載激光雷達(dá)，能夠很好地解決這一難題：不僅可以有效重建微地貌特征，而且能穿過植被獲取地面信息，發(fā)現(xiàn)潛在的遺跡。

早在 30 年前，激光雷達(dá)便被引入考古領(lǐng)域。但一直以來，激光雷達(dá)價格高昂、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用難度高，讓考古學(xué)者望而卻步。近年來，隨著產(chǎn)品價格和使用門檻的降低，將激光雷達(dá)普及到考古調(diào)查領(lǐng)域，終于迎來全新的可能性。

使用大疆 M300 RTK 搭載禪思 L2 激光雷達(dá)

用于考古調(diào)查

河南南陽地區(qū)古代城址調(diào)查，就是一個采用激光雷達(dá)調(diào)查古遺跡的典型案例。

南陽歷史悠久，自舊石器時代始，人類先祖就在這塊土地上繁衍不息。近期，西北大學(xué)文化遺產(chǎn)學(xué)院聯(lián)合大疆行業(yè)合作伙伴，調(diào)查南陽古代遺址。

項目組經(jīng)過綜合考慮，選用大疆經(jīng)緯 M300 RTK 搭載禪思 L2 激光雷達(dá)，對南陽地區(qū)的博望故城、金湯寨古城、梁城、方城、圣井寺古城和棘陽城進(jìn)行調(diào)查，終成功發(fā)現(xiàn)古城遺址。

南陽城址激光雷達(dá)考古調(diào)查點位置圖

在南陽古城，項目組使用 DJI Pilot 2 App 自動生成面狀航線，設(shè)置飛行高度 130m，航速 8m/s，旁向重疊率 30%，采樣頻率 240 kHz，五回波重復(fù)掃描。該參數(shù)下點云密度平均 150 點/㎡，相當(dāng)于每 8cm 就有 1 個點云數(shù)據(jù)，點云密度高，滿足考古基礎(chǔ)資料的密度要求。

禪思 L2 高度集成了激光雷達(dá)、高精度慣導(dǎo)、測繪相機(jī)三大模塊，自動化程度高，開機(jī)即作業(yè)，作業(yè)過程支持點云實時預(yù)覽，操作簡單，哪怕是非的測繪人員，用起來也是得心應(yīng)手。

點云實時預(yù)覽

作業(yè)人員可在現(xiàn)場預(yù)覽、回放點云模型

此外，項目組表示，如果采用傳統(tǒng)人工調(diào)查的方式，所有林下的城墻遺跡勘測均需人工配合全站儀進(jìn)行測量，每個城址至少需要 5-6 小時，且數(shù)據(jù)為矢量點，缺乏完整的數(shù)字高程模型和三維模型，地表起伏較小的遺跡無法感知。而使用無人機(jī)搭載激光雷達(dá)僅需 2 人，每個城址僅需 30-60 分鐘，作業(yè)效果大幅提升。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方面，大疆智圖免費支持 L2 點云數(shù)據(jù)后處理，可利用地面點分類功能，將地面點和植被分離，生成 DEM（數(shù)字高程模型）。得益于智圖點云自動平滑降噪等功能，生成的點云數(shù)據(jù)質(zhì)量更優(yōu)。

大疆智圖支持多種點云渲染模式

大疆智圖兼容性高，處理后的數(shù)據(jù)可再導(dǎo)入第三方軟件，進(jìn)行深度處理和可視化處理，終形成完整的古代城址數(shù)字高程圖。

激光雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)，主要解決考古調(diào)查的兩大問題。

1、見深識遠(yuǎn)：強(qiáng)穿透性，識別植被覆蓋下的城址遺跡。

植被覆蓋是影響考古學(xué)家判斷古代城址結(jié)構(gòu)的主要因素，比如此次調(diào)查的圣井寺古城，城墻上方有部分植被覆蓋，影響城墻結(jié)構(gòu)記錄。由于禪思 L2 具備穿透性，可穿透植被，無需人工打點測量，即可獲取林下高精度地面點數(shù)據(jù)。

圣井寺古城植被去除前正射圖（左）

去除后（右）城址結(jié)構(gòu)對比 

在植被覆蓋、地形復(fù)雜的金湯寨古城、博望故城，項目組在提取植被濾波和地面點數(shù)據(jù)后生成的 DEM 中，同樣發(fā)現(xiàn)了古城范圍及結(jié)構(gòu)特征。

金湯寨古城植被去除前正射圖（左）

去除后（右）城址結(jié)構(gòu)對比

博望故城植被去除前正射圖（左）

去除后（右）城址結(jié)構(gòu)對比 

2、見微知著：高精度數(shù)據(jù)，識別古城結(jié)構(gòu)的微地貌特征。

對于遭到損毀、只留下微地貌特征的遺跡，激光雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)精度高，可感知與重建微地貌特征，幫助復(fù)原古城址的基本結(jié)構(gòu)。

棘陽城就屬于此類情況，從當(dāng)?shù)禺?dāng)前時段的衛(wèi)星影像和航拍影像中，基本無法看到任何墻體特征。但在 DEM 上，項目組發(fā)現(xiàn)棘陽城有一處線性高程異常，形態(tài)類似城墻的拐角。通過第三方軟件將高程向上拉伸 5 倍后，發(fā)現(xiàn)一組疑似墻體的地貌特征。

棘陽城激光雷達(dá)微地貌對墻體的識別分析

在南陽古城遺跡調(diào)查項目中，面對植被覆蓋、遺跡特征微小、建筑物密集等干擾因素，禪思 L2 激光雷達(dá)強(qiáng)穿透性、高精度，讓遺跡“現(xiàn)形"，有效推動了考古調(diào)查工作的精細(xì)化和科學(xué)化，為后續(xù)的考古發(fā)掘、研究、保護(hù)以及活化利用，提供了更加翔實、有效的材料。

其實在考古界，這并非學(xué)者初次使用大疆激光雷達(dá)禪思 L2 進(jìn)行調(diào)查。

2023 年，位于北美洲的考古人員，使用大疆無人機(jī)搭載激光雷達(dá) L2，尋獲隱藏在危地馬拉叢林中的金字塔（La Danta, El Mirador）。當(dāng)古老文明遇見前沿科技，本不為人知的金字塔得以“原形畢現(xiàn)"，重現(xiàn)曾經(jīng)的瑪雅文明。

L2 發(fā)現(xiàn)叢林中的金字塔

高精度、高穿透、高效率，大疆禪思 L2 激光雷達(dá)“慧眼"穿越千年，成為文物保護(hù)的“利器"，讓過去很多不可能發(fā)現(xiàn)的信息，清晰地呈現(xiàn)在世人面前。

相比以往動輒百萬甚至千萬的激光雷達(dá)，禪思 L2 價格的降低，也進(jìn)一步降低了使用門檻。大疆行業(yè)應(yīng)用一直堅持“平民化航測"理念，通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品迭代，讓技術(shù)真正地應(yīng)用到千行百業(yè)。