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遥感考古是人文学科与理工学科交叉、传统研究与先进空间信息技术交叉的新型研究领域。其具有十分明显的应用特点,以探讨应用现代遥感科学的理论、技术与方法来解决考古学问题为目标。目前,国内外专家已越来越重视遥感考古领域的研究,取得的成果也颇为丰硕。
作为拥有丰富历史文化遗产的大国,中国具有发展遥感考古研究的优良环境。其中,长城是中国乃至世界上最伟大的建筑奇迹之一,应用先进的遥感技术对其进行考察,不仅可以发现很多常规田野考古所不见的空间信息,还可以取代大量的地面调查工作,节约大量调查经费。因此,应用遥感技术对明长城及其沿线生态环境进行考察具有十分重要的意义。
本文研究的是宁夏陕西地区的明长城。该明长城所处的研究区属于半干旱地区,其地表土质松散,同时该区域明长城大部分区段或已坍塌殆尽消失于地表、或掩埋于流沙之下,田野考古或仅用光学遥感均不可能探测到该区域明长城准确而完整的空间位置,因此SAR遥感技术可穿透地表、探测地下信息的优势则愈加凸显。本文在充分利用SAR遥感技术的穿透性进行该区域明长城的无损探测的同时,为避免“异物同谱”现象,采用了SAR与光学遥感影像的像素级融合,以此获得了该区域明长城准确而完整的空间位置信息;然后,在该区域明长城精准空间位置的基础上,建立该区域明长城沿线环境变化的研究范围;最后,应用光学遥感方法提取该区域明长城沿线环境和景观格局的定量和空间变化信息及明长城与其沿线环境变化的相互作用规律、过程,并在此作用规律、过程的基础上进一步揭示明长城沿线古环境的演变过程。
本文所开展的主要工作和创新点有如下几个方面:
1.“因地制宜”地提出了结合SAR与光学遥感影像的成像优势,通过多源遥感影像融合,进行无损探测该区域明长城精确空间位置的技术路线。根据宁夏陕西地区的自然气候条件,以及该区域内明长城的损毁程度,充分发挥SAR遥感技术对地下长城信息敏感的探测优势。同时,通过融合光学影像中不同地物光谱特征的差别,来剔除SAR探测到的该区域其它线性地物的干扰,获得该区域明长城准确而完整的空间位置及走势信息,为进一步研究该明长城沿线环境变化及古环境演变提供了精准的研究范围和研究基础。
2.采用“骨架”算法,实现了该区域明长城信息的自动提取,可得到较为清晰而完整的明长城空间位置信息。
3.基于遥感技术,得出了该区域明长城影响其沿线环境变化的定量信息、作用规律和作用过程。根据明长城的精准空间位置,可在光学影像中建立用于研究明长城沿线环境变化的实验区--分别为长城整体区域、长城沿线缓冲区域以及缓冲区内的明长城东段实验子区域。通过对该区域明长城两侧的NDVI和NDBaL进行统计、对比和分析,最终发现该区域明长城不仅对其沿线的生态环境有一定的保护作用,还具有极大的破坏干扰作用,且其破坏干扰作用远远强于其保护作用。
4.提出了通过引进景观生态学的理论和分析方法,获得该明长城沿线景观的空间变化信息的研究方法。通过引入景观生态学的研究方法,使我们明晰了该明长城与其沿线各景观类型间的相互作用过程;通过结合史料记载,进一步说明和论证了该区域明长城干扰其沿线生态环境的作用过程。
5.基于遥感技术所获得的明长城与其沿线环境变化间的作用规律和作用过程,以该区域明长城建筑之初的初始生态环境为基点,以现代遥感影像成像时的景观状态为中点,分析并揭示了该区域明长城影响其沿线古环境演变的过程。