文化遗产是宝贵的历史财富,蕴含着丰富的文化内涵和历史底蕴。随着时间流逝,大部分遗产或被完全损毁,或部分损坏,或掩盖于密林深处,或淹没于沿海的潮间带或近岸带。为了保护现有遗产、发现更多新遗产,很多新技术、新方法得到了广泛应用。
其中,空间信息技术发挥了重要作用,尤其是近年来迅猛发展的激光雷达遥感技术,因其能够快速、直接获取被测物及其周围环境的高精度、高密度的三维空间信息,克服了传统遥感技术在文化遗产保护方面的不足,成为文化遗产保护方面的一把“利器”。
激光雷达是最新发展起来的主动遥感技术,能够穿透密林或者一定深度的水体,极大地提高了三维空间数据的获取效率,其丰富的产品形式满足了不同行业领域和不同应用目的的需要。激光雷达测距系统种类繁多,从搭载平台,并兼顾遗产保护和发现的应用角度,可分为地面激光雷达(Terrestrial Laser Scanning,TLS)和机载激光雷达系统(Airborne Laser System,ALS)。
地面激光雷达系统获取数据的方式灵活、成本低,而且点云数据密度、精度和空间分辨率更高,因此对目标表面的刻画也更加精细和完整,可用于文物、古建筑、石窟、石刻等的精细数字化、抢救性修复和存档等。机载激光雷达系统能够穿透密林到达林下地面,或者穿透一定深度的水体达到水下,经过对点云数据进行滤波、分类和空间插值,得到林下或水下高分辨率的地表形态信息,适于大尺度或者区域尺度的遥感考古。
激光雷达技术在文化遗产考古中的应用可以概括为数字化保护和考古发现两方面,具体表现为以下五大功能:文化遗产原始资料存档、考古现场数字化记录与保存、三维数字模型重建、林下考古和水下考古。这些功能使得激光雷达技术在文化遗产保护和考古发现中发挥了重要作用。地面激光雷达和机载激光雷达各有其自身的优势和不足。
地面激光雷达获取目标表面的信息更全面、更精细、精度更高,但数据获取效率较低,而且在获取大型遗址顶面信息时需要搭建高台架操作,某些情况下甚至无法获取。
机载激光雷达获取大区域数据效率高、范围大,但难以获取遗产侧面和内部信息,数据精度和密度远低于地面激光雷达数据,获取数据的费用较高,而且对于表面几何结构复杂对象的刻画远不如地面激光雷达,因此在应用激光雷达技术进行复杂大遗址保护时,往往需要结合不同激光雷达技术的优势,才可满足应用需要。