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高光谱遥感在乐山文物保护中的应用

高光谱遥感在乐山文物保护中的应用

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高光谱遥感,是高光谱分辨率遥感测量的简称,它是从感兴趣的物体中获取许多比较窄、光谱连续的影像数据,并获取相应数据的技术。其工作范围是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内。高光谱遥感可以探测到可见光等不可探测或者很难探测到的物质。因而,高光谱遥感测量的出现是遥感领域的一次突破性革命。高光谱遥感具有信息量大、光谱分析率高和图谱合一等优点,它可以实现同步获取目标信息、光谱信息以及辐射信息等优势,更为重要的是,高光谱遥感不需要人为信号源。

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高光谱遥感自诞生起就受到各个国家的重视和追捧,截至目前为止,高光谱遥感已经在地质勘探与地球资源调查、城市遥感与规划管理、环境与灾害监测、精细农业、深空探测以及军事目标识别等多个方面有了实质性的应用,但是,它的前景依旧不可估量。高光谱遥感基本上属于无损、非接触式的检测,而文物古迹大多年代久远,有不可复原性,很难承受接触式测量带来的损伤和破坏,在这一点上,高光谱遥感和文物古迹保护不谋而合,将高光谱遥感和文物古迹保护有机的结合起来,是现代科学技术发展的趋势,也是考古界的需求和呼声。本文主要探讨高光谱遥感在乐山文物古迹保护方面的应用,结合乐山市的具体信息,做出合理的分析和规划。



1 高光谱遥感在乐山大佛保护上的应用

很多的文物古迹都历经千百年时间,其表面或者内部都多少有一些损伤、风化或者腐蚀。这些文物又往往具有很高的历史价值,不能够随意进行接触式检测和调研,这对文物受损程度的评判带来了巨大的问题。乐山大佛已经有了上千年的历史,大佛表面受到的磨损情况十分严重。根据相关专家的推算,现在我们看到的大佛,已经比最初的大佛“清瘦”了许多,也就是说,乐山大佛表面受到的风化和腐蚀情况十分严重。而大佛表面受损的情况,如果采用接触式的方法,一方面难度极大,效果不会很理想;另一方面,会对大佛表面产生伤害,进一步加强其表面的风蚀等。高光谱遥感则可以很好的解决这个问题,高光谱遥感是一种非接触式检测方法,既降低了检测成本,又保护了文物古迹,是一种较为可靠的方法。我们知道,不同的物质对于高光谱遥感图像的不同波段有着不同的反应,这是基于高光谱遥感的特性。

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乐山大佛对比图


通过这些特性我们可以获得文物的一些内部信息,这些信息是很难通过文物表面检测而获得的。实际应用中,只要找到对大佛中的隐含信息较为敏感的波段,使用这些波段对其进行深入的研究,就可以获取一些普通方式无法获取的特征,从而可以恢复出一些已经消失的信息。此种技术已经在实际中有过采用的先例,例如,英国《星期日泰晤士报》于2006年5月28日首次向公众披露,塞拉奇尼借助多光谱成像技术成功地发现了达·芬奇的《三博士来朝》这幅世界名画背后的血腥的场面。

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因此,如果我们把高光谱遥感应用在乐山大佛的保护上,将会卓有成效。一方面,我们可以通过高光谱遥感的信息,了解大佛本身的受损情况,并针对这些问题做出更好的保护措施,避免大佛受到进一步的伤害;另一方面,我们可以从大佛身上获得更多信息,预测大佛表面一些可能发生的问题,例如何处已经出现裂隙,何处已经出现凹陷,通过这些方面,我们可以防患于未然,在真正发生不可挽回损失之前就发现这些问题。



2高光谱遥感在文物断代上的应用

高光谱遥感在文物的断代方面也有很好的作用。根据遥感学知识,即便是同一类型的文物,由于其年代不同,其原材料、加工工艺等方面都是大相径庭的,这些因素反应到成份上就造成了其光谱特征的不同。如果我们采用高光谱遥感对文物进行处理,就可以很容易的发现文物所含的成分特征,进而可以推断出文物大致的年限。但是,使用高光谱遥感对文物进行断代,需要通过测试大量相应的同类型材料样品,进而获得大量的数据,并通过这些数据建立一个丰富的光谱指纹数据库。通过这个数据库,我们就有了对比的准则,从而可以准确确定文物的年代。因此,如何建立一个数据量足够大的数据库,如何使得数据库的数据尽可能的涵盖各个方面,如何维护这个数据库,这些都是高光谱遥感在文物断代方面的一个现实问题。乐山作为世界闻名的文化遗产丰富地区,拥有着大量的文物储备。但是,专家们对这些文物中的相当一部分的年代仍然存在着争议。对这些年限尚不明确的文物进行断代时就可以考虑使用高光谱遥感,相较于传统的断代方式,高光谱遥感方法可以更好的保护文物,避免断代时给文物带来的二次伤害,并且,在测量精度方面也有一定的保障。更多的去采用高光谱遥感断代方法,加快建设更完善的光谱指纹数据库,从长远角度来看,是非常有现实意义的。

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3 高光谱遥感数字博物馆

在现代社会中,数字化已经成为了我们生活的大势所趋,在文物古迹方面也是如此。目前,已经出现了很多的数字博物馆,例如北京故宫博物院已经出现了数字紫禁城。但是,我们现在常见的数字博物馆,往往所涉及的都是可见光波段的图像,虽然已经具有很好的效果和实用价值,但是相比较于高光谱遥感,我们还有很多可以进一步研究的地方。与可见光相比较,高光谱遥感拥有更丰富、更立体的光谱信息,把高光谱遥感尝试应用到数字博物馆中,将会是一个很好的选择。普通的基于可见光的数字立体图像仅仅是对文物的空间信息进行了记录和再现,缺乏对文物的进一步信息的全方位立体的保存和重现,这使得我们在对文物做深入研究时有很大的局限性。高光谱遥感相比较于可见光,可以获得更多的信息,除了三维信息、颜色信息之外,还有光谱信息。光谱信息是一个很广泛的事物,通过光谱信息,我们可以了解许多隐含的信息,例如文物的材质组成、历史变化、三维结构和外观形态等。

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高光谱遥感可以通过这些信息了解文物古迹的受损情况、年代推算,还可以对文物进行完好度评估,以及推算出受损文物的原貌等等。例如,埃及考古学家通过高光谱遥感技术,对已经淹没海底的古亚历山大港进行了数字重现,获得了极好的效果,古亚历山大港已经淹没海底,接触式的测量和评估是不现实的,高光谱遥感则为科学家们提供了很好的评估手段,对沉睡海底千年的古城重新展现在人们眼前。结合于乐山市,通过高光谱遥感建立数字博物馆也是很必要的选择。如果建立乐山大佛或者峨眉山景区的高光谱遥感数字博物馆,一方面,我们可以利用高光谱遥感获得的文物古迹的光谱信息,对文物进行分析,更好地去保护这些乐山地区的文物古迹;另一方面,我们可以将获得的光谱信息和文物的普通信息一同展示出来,以数字博物馆的形式向人们展示,更大的信息量,更科学的分析和更合理的保护建议,在观众之中一定有更强烈的反响。例如,我们可以将乐山大佛等文物古迹的基于高光谱遥感数字博物馆放在互联网上,让更多的人去了解乐山地区宝贵的历史资源。无论从文物的保护层面还是所带来的宣传效应,这都是很好的选择。

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乐山作为一个拥有丰富历史资源的地区,在现有的保护措施的基础上,应该着眼于以高光谱遥感为例的新科技上,如何利用新科技、新手段去更好地保护文物古迹和推广文物古迹是现阶段我们需要思考的问题。高光谱遥感作为新兴技术,在文物保护方面已经初露锋芒,在文物探测、文物断代。文物受损分析、数字博物馆建设方面都有很好的应用先例。我们应该紧紧跟随科技前沿,把前沿技术带入到实际的应用中,让乐山地区的文物古迹可以更长久的获得保护。



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