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本书对遥感技术在京杭大运河研究中的应用进行了较为全面的梳理和总结。本书前三章首先介绍遥感技术及其在考古领域应用的历史发展、应用现状及应用潜力，然后分析了大遗址保护现状及其对遥感技术的需求，还介绍了遥感技术在京杭大运河保护应用中的共性技术和主要步骤，侧重于介绍大遗址保护中遥感技术本身的应用。后三章从遥感的角度以客观真实的数据为基础，对京杭大运河本体和背景环境进行时空分析。最后探讨了遥感技术在京杭大运河研究中的应用成果，并展望遥感在考古中的应用前景。全书图文并茂，既展示了遥感技术在京杭大运河研究中的应用成果，又介绍了这些研究过程的主要环节，以期读者在从遥感的角度认识京杭大运河的过程中，了解遥感技术的具体应用过程。本书可供遥感与考古相关学科的研究生和科研人员学习与参考，也可供从事京杭大运河保护与管理的专家阅读参考。

总  序
出版说明
序


第一章遥感考古                                                                                    001

遥感简介  /  002
遥感考古概述  /  003
   遥感考古研究内容  /  004
   遥感考古的优势及特点  /  005
   遥感考古基本原理  /  010

遥感考古在国内外发展概况  /  012
   遥感考古在国外的发展和应用  /  012
   遥感考古在我国的起步应用  /  021

遥感考古常用数据  /  024
   多光谱数据  /  024
   高光谱遥感数据  /  032
   高空间分辨率数据  /  033
   雷达遥感数据  /  035
   老航片与老地形图  /  037
   DEM地形数据  /  049
   三维激光雷达数据  /  052


第二章遥感与大遗址保护                                                                      055

大遗址的概念  /  057
   大遗址概念的起源  /  057
   目前对大遗址概念的界定  /  059
   本书对大遗址的定义与诠释  /  063

我国大遗址保护现状  /  067
   大遗址的分类  /  067
   大遗址的特点  /  068
   大遗址保护目前存在的问题  /  073

大遗址保护对遥感技术的需求  /  089
   遥感技术在大遗址保护中的应用  /  089
   遥感技术在考古工作中的应用  /  092
   遥感技术在大遗址规划中的应用  /  095
   遥感技术在大遗址管理中的应用  /  097
   空间信息技术在大遗址展示中的应用  /  099


第三章遥感图像处理与解译                                                                  103

遥感图像处理  /  104
   辐射校正  /  104
   几何校正  /  106
   数据融合  /  112
   图像增强  /  116
   图像模拟真彩色  /  119
   图像镶嵌与匀色  /  119

遥感图像解译  /  131
   制图精度  /  131
   解译标志  /  132
   解译步骤  /  136


第四章京杭大运河沿线湖泊变迁与探测                                                139

京杭大运河沿线湖泊变迁遥感分析  /  142
   天津湖泊  /  142
   北五湖  /  151
   南四湖  /  167

南旺湖遗迹雷达遥感探测  /  177
   雷达遥感考古  /  178
   雷达遥感考古实例  /  178
   雷达探测原理  /  188
   南旺湖遗迹遥感探测与发现  /  193


第五章京杭大运河沿线典型地物遥感分类                                            207

Hyperion遥感数据的预处理  /  207
   未标定及受水汽影响波段的去除  /  208
   绝对辐射亮度值的转换  /  208
   大气校正与反射率转换  /  208
   光谱平滑去噪  /  209
   几何校正  /  209

Hyperion高光谱遥感数据的精处理  /  210
   Hyperion的图谱去噪平滑处理技术  /  210
   Hyperion地物端元递进提取技术  /  216
   Hyperion与Spot-5融合处理技术  /  219

典型目标光谱采集与分析  /  226
   典型文物光谱采集  /  227
   江苏无锡至扬州运河段野外光谱采集  /  230
   江苏宜兴地区贝丘遗址野外光谱采集  /  234
   江苏徐州狮子山（楚王陵）野外光谱采集  /  235

Hyperion遥感影像运河水体提取方法  /  238
   研究区水体图谱的提取与分析  /  238
   研究区运河走向与分布信息的提取  /  240

运河无锡段研究区地物分类与识别  /  243
   研究区简介  /  243
   图像预处理  /  245
   混合分类方法  /  245
   光谱角度制图  /  246
   融合分类方法  /  247
   Spot地物分类与识别  /  252

运河扬州段研究区地物分类与识别  /  258
   扬州运河概况  /  258
   研究区数据预处理  /  259
   地物分类  /  259
   效果评价  /  263


第六章京杭大运河扬州段遥感动态监测                                                265

研究区概况  /  266
动态监测影响因素  /  270
   遥感系统因素的影响及数据源的选择  /  270
   环境因素影响及其消除  /  271

图像预处理  /  272
   航片预处理  /  273
   卫片预处理  /  275
   研究区提取  /  275

动态监测方法  /  277
   光谱类型特征分析法  /  277
   光谱变化向量分析法（CVA）	  /  278
   时间序列分析法  /  280
   交叉相关分析法  /  280

变化检测  /  281
   遥感解译  /  281
   分类后比较法  /  281

缓冲区分析  /  283
   土地利用程度综合指数  /  283
   土地利用动态度  /  284
   转移矩阵  /  285

马尔科夫预测  /  287
运河遥感监测及分析  /  289
   运河本体变化  /  289
   运河引导城市空间格局演化  /  293
   运河对土地利用的刺激作用  /  296
   马尔科夫预测应用  /  308

结果分析  /  309
结语  /  310
   已取得的成果  /  310
   遥感考古展望  /  313


参考文献  /  316
索引  /  318

序



得知聂跃平、杨林、邓飚、李嵘、于丽君等又有探讨遥感考古的著作问世，我很高兴。我们曾在国家科技支撑计划项目有过合作；为他们的成果《遥感原理与方法及其在大遗址保护中的应用》，我也写过序言。此次标题复杂一点，以进一步强调他们所做努力的重要意义。
“即使是表面的知识也能构成保护措施的起点。”这是国际古迹遗址理事会《考古遗产保护与管理宪章》中一句中肯的结论，但尚未得到应有的重视。这句话出现在该宪章的第四条——勘察：

考古遗产的保护必须以对其范围和性质尽可能全面了解为基础。因此，对考古资源进行全面勘察是考古遗产保护与管理的一项基本义务。同时，考古财产清单构成科学研究的主要数据库，因此编制该清单应被认为一个不断变化的过程。其结果是，该清单应包括各个重要和可靠阶段的资料，因为即使是表面的知识也能构成保护措施的起点。

我重视这个起点的意义，有以下两个原因：
一是缩短由发现一处古迹遗址到采取保护措施的距离，十分必要。现在很多情况是，已勘察发现的古迹遗址很难确定为文物保护单位，于是不能得到法律保护，保护措施长期缺失。还有一种相当普遍的认识是，不经发掘的古遗址，不能制定保护规划。其实，勘察就是保护措施的重要起点，保护规划本身就是保护措施之一。进一步勘察和发掘，完全可以列入规划逐步进行。
二是作为勘察重要手段的遥感考古，必须关注和把握上述现实。本书介绍的雷达遥感，可以分析“潜在的地下水源、古河道等隐含特征”，虽然技术复杂，但也要努力推广应用。首先，我们更需要简单的手段，去得到“表面的知识”，立于保护措施的起点。古水系，特别是各地遗存的古城河，很多尚历历在目，但人们往往熟视无睹，未列为文物、文物保护单位或文物保护单位的其中项目。
本书的重点研究对象是京杭大运河。写作期间，中国大运河荣列世界遗产名录，而且其中最主要的成分是古河道。这不啻为宣言书和播种机：古河道、古水系，终于要得到重视并开展大规模勘察和抢救工作了！
古水系是大遗址或大遗址的重要组成部分。我在《梦想辉煌：建设我们的大遗址保护展示体系和园区——关于我国大遗址保护思路的探讨》一文（2001年）中曾提到，“我国特大、最大的遗址应当算是长城和现大部分仍在使用中的大运河”。该文提及水利的地方有12处之多，其中5处为“水系”。目的是强调，大遗址保护要特别重视水利遗迹的研究、展示和修复，与整治水系的建设相结合；而当时“退耕还湖”的提法并不全面，应为“还水系”。这种认识得自各地同仁的启发。曲阜孔庙的柏树为什么烂根子、立不住？山东文物局台立业先生生前曾言，这是因为旧城大水坑被填掉，建了楼房，水排不出去所致。先生还曾问及南阳市区的古代梅花城水系怎样了，当地王建中副局长大呼，要是还有就好了，免得年年受淹！可见，保存、修复古水系，除了科研、纪念、教育等文化意义外，对现代生态还有直接作用，也是社会主义生态文明建设的重要组成部分。
我对大运河遗产的重视，始于读苏秉琦先生文集《华人龙的传人中国人——考古寻根记》。那本书是1995年北京大学“五四”校庆时由他亲手赠与的。其中《给青年人的话》一文，曾载于1987年的《文物天地》，但当时并未注意到有对大运河的见解。在该文最后部分“当代考古学发展的新趋势”中，他写道：
考古这门学科从表面上看似带老古董味道，仔细想并非如此。长城作为旅游点经年吸引了以百万计的中外游人。最近中央电视台编排的《话说运河》系列节目受到亿万人的热烈欢迎。两者不都是大文物、大的考古课题吗？《话说运河》的结束语中提到长城的阳刚之美与运河的阴柔之美，两者交汇在首都北京正是我们伟大中华民族的象征。这是多么令人神往的艺术语言啊！

苏公一个问号、一句惊叹，真是动了感情。他紧接着写的，似乎更像给遥感考古与大遗址保护布置作业：“一条丝绸之路引申出北方草原、西南山区与海上的三条丝绸之路，这哪是老古董能干得了的事业！”又是一个惊叹号。于是他的这段话，提出了6项大文物、大的考古课题。所有这些，而今还不止这些，都要求我们尽快大规模地开展遥感考古，建构保护措施的起点。
古河道、古道路，不论是否在用遗址，都应得到重视，而且不仅仅理解为线性或线型的遗产。所以我们曾在国家科技支撑计划项目申请时，努力描述大运河“是超巨型的、部分正在使用的大遗址，是世界公认的人类工程奇迹，具有极其丰富的文化和自然的内涵与景观”（《大遗址保护理论与实践》）。这个概括，至今我仍不太满意。用古水系，即以水为主的水陆交通工程体系来概括，或许更合适一些。也就是说，大运河遗产也可以包含陆上聚落甚至城市。于是我们将扬州作为科技支撑计划项目的一个重点。扬州不同于其他运河城市，它的城市形成与水系演化、与大运河的联系更加典型。
隋唐扬州，先是在蜀冈下沿运河主航道形成市街，“至中晚唐在罗城修筑城池并规划街道，定名扬州也是在这个时期”，于是“富庶甲天下，时人称扬一益二”。宝历二年（826年）“运河主航线不得不另辟他途”，移至城外，也就是今天还得见的东、南护城河（陈薇等《走在运河线上——大运河沿线历史城市与建筑研究》）。现在扬州的汶河路下面就是那条运河主道，时代可溯至很早，一说汉，说不定与最早的邗沟也有联系。它对扬州、对中国历史的重要性无可估量，可以说曾是扬州也是中国的一条生命线！
本书采用扬州1954年航片的解析成果，而非原版，不能不说是个遗憾。该原版局部，我曾在《中国文化遗产》2012年第5期《历史城市复兴背后的考古学教育问题》一文中刊出，并注解：“唐罗城、宋大城、宋夹城遗址清晰可辨，许多细节资料，如唐西城壕特别是瓮城突出部分，极为珍贵。”该文拟以此说明，在城市复兴方面，“长期以来一些学者和领导人存在认识误区”，比如“避开老城建新城”，只是避开明清古城，却未关注更重要的唐宋城遗址。该航片还有许多细节，值得继续研究。比如那条曾辉煌一时的运河主道，后称汶河，据记载1916年拆除城墙时开始填、1952年流水消失、1959年全线填平，摄于1954年的航片，恰为不可多得的历史记录。
本书最后展望学科前景，认为“我国经济建设速度的加快和自然环境的变化”，大量遗产正面临着日趋严重的损坏，提前预测和加快保护的任务越来越紧迫，建立遥感考古综合体系迫在眉睫。这是非常正确的。这也让我们的思绪不得不回到我国考古学建立的初期，重温先辈的“中国梦”。现被誉为中国考古学之父的李济，在1923年的博士论文《中国民族的形成》中指出：“中国人是最积极的筑城者”，而且“中国筑城的所有日期都被中国的史学家们记录在案”；1644年之前“记载中的城垣有4478座”；“所有这些只能靠考古发掘才能重见天日”。我国到底有多少古城？至今似乎只有李济提供过这样一个数字。这不能不令今天的学术界汗颜。
祝愿早日建成遥感考古综合体系，而古城、古水系、古代水陆交通工程体系的勘察及保护，就是起点。

孟 宪 民
2014年9月

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京杭大运河遗产保护中的遥感技术应用