3D技术：复原丛林下的卡拉考

3D技术：复原丛林下的卡拉考

《看历史》文┃杨叶

看穿雾气笼罩的玛雅城浓密丛林，长久以来一直是考古学家们的梦想。在中美洲伯利兹的卡拉考玛雅遗址上空，一次仅23小时的飞行绘制出的地图，超过了考古学家长达25年的地面测绘。

 

 

中佛罗里达大学人类学家阿兰·蔡斯和戴安·蔡斯花了几十年时间在吞噬卡拉考这座玛雅城的浓密灌木丛中跋涉，但他们只发现了卡拉考废墟的一小部分。阿兰说：“可能只有将所有植物移除，才能看到下面的东西。”

而当新的测绘技术和玛雅考古相遇，考古学家们的美梦似乎不再遥不可及。最近，飞跃古玛雅城邦卡拉考遗址上空过程中，借助于机载激光穿透浓密雨林进行测绘，一座崭新的古玛雅城呈现在世人面前，考古学家们还绘制了这个遗址3D地图。此次勘测在短短4天内便揭示了此前未知的大量建筑、公路以及其他特征，发现此城市的规模远远超过此前任何人的预计。《看历史》2010年9月刊

 

 

■ 看不透的丛林

卡拉考玛雅遗址位于中美洲伯利兹的维卡台地。1937年，伯利兹当地的伐木工罗萨麦进入维卡台地茂密的丛林寻找红木和雪松时，偶然发现了这一遗址。他马上向主管考古的行政官员汉密尔顿·安德森报告。翌年，当安德森来到这片遗址，看到十多根雕刻着玛雅文字的巨大石柱，完全惊呆了。

一直到1950年，安德森和宾夕法尼亚大学的林顿·萨特斯维特才着手对少数几个墓穴进行发掘，他们绘制出包括78处建筑物的地图。上世纪80年代，来自中佛罗里达大学的考古学家夫妇阿兰·蔡斯和戴安·蔡斯来到这里，卡拉考的发掘工作大规模展开。

在丛林中，棕榈和灌木一年能长高14英尺，填满了参天雪松、红木和木棉树之间的空隙。所以发掘工作进展缓慢而艰辛，就连现代的电子测距仪在这里也没有用武之地。为了绘制出丛林地图，蔡斯夫妇和他们的团队只能通过很原始的方法，挥舞着砍刀在灌木中开辟出道路。

25年中，蔡斯夫妇的团队研究了卡拉考中心的建筑和金字塔，以及分布在中心广场周围只剩下瓦砾和碎石房基的118个居民点。利用传统的地面测绘工具，他们绘制出包含了大约9平方英里的居民区，1.3平方英里的梯田，以及25英里堤道的地图，勾勒出一个玛雅古城的模糊轮廓。

由于热带雨林地区茂密的树冠影响了对玛雅遗址的勘测，对于古玛雅城邦的规模、有多少人生活其中、人们多大程度地改变了当地景观，考古学家很难达成共识。看上去那些地处平原或是植被稀疏的地区，都比身处热带雨林中的玛雅遗址更大更复杂。那么这是否就反映了古代玛雅人缺少在热带雨林中建造大的、可持续性的定居点的能力呢？还是因为在雨林中的研究难度太大，导致调查不完整，才出现这种现象的呢？

“虽然我们取得了大量的资料，但是这一地区的真实规模、古玛雅人梯田系统的密度都是悬而未决的问题。为了避免再耗掉25年来回答这些困难的问题，我们必须寻找新的方法，能够看穿茂密森林覆盖下的古遗址。”新的方法，就是激光雷达（LIDAR）。《看历史》2010年9月刊

 

■ 3D地图

在过去的三十多年，全球的考古学家都在利用空间摄影技术以便更好地了解古代的景观和居住方式。同样，玛雅考古学家也试图用这些技术来解决热带丛林中的问题，但是成效甚微。

“测绘雷达和多光谱测量，通常应用在缺乏植被的地区，或者被破坏的森林地区。而在雨林地区，我们只能看见超出树冠的古遗址，甚至大的金字塔都会被漏掉。”因此，蔡斯夫妇转向了一种更新的遥感技术——激光雷达。

激光雷达由激光器和接收系统两部分组成。激光器发出的激光脉冲，打在地面上再被反射回来，由接收器接收。这样就能测量出脉冲从发出到被反射回来的时间，而光的传播速度是已知的，就能将传播时间换算为距离。科学家再根据从GPS（全球定位系统）得到的激光器的位置，以及激光发射的方向，准确计算出地面每一个光斑的坐标（X，Y，Z），再绘制出地面的等高线和三维图像。

2009年4月，正是卡拉考旱季将结束，植被不算太茂密的时候。由美国国家航空航天局资助的卡拉考遥感项目，拉开了序幕。飞行由美国空中激光绘图中心实施。他们用美国塞纳斯飞机公司一架型号为“337”的双引擎飞机，在卡拉考的丛林上空沿着62条南北航线和60条东西航线来回飞行。飞行范围覆盖了卡拉考的远郊和绝大多数的农业梯田。

飞机在距树冠半英尺高的空中飞行，它运载着激光雷达设备向地面发射出多达23.8亿束的激光脉冲。激光先是被树冠反射回来，据此，可以绘制出森林顶部的细节图。因为树冠间有空隙，一些光子照射下去到达地面，再被反射回飞机上的传感器。这样就能得到准确的地面海拔。

仅仅4天、总共23小时的飞行搜集到的数据，超过了蔡斯夫妇25年的实地测绘。经过实验室三周的处理，约10小时的激光雷达测量结果，让200平方公里的地形细节全部展现出来，大建筑的聚落形态、小建筑群、堤道、梯田全都一清二楚。“之前我们的工作只占这次测绘的13%”蔡斯夫妇说。

这并非是激光雷达在考古上的首次应用。美国宇航局的飞机曾在哥斯达黎加一块遗址上测试过激光雷达系统。

而这一次的测绘是在技术升级之后，运用了最先进的机载激光扫描带绘图（ALSM）系统，飞机在每条航线上都能扫描1500英尺宽的区域。ALSM系统在玛雅地区的首次使用所绘制出的3D地图，精确度和高分辨率都让科学家们大吃一惊——地图细节和蔡斯夫妇之前的实地测绘完全吻合。不仅是大小各异的建筑、还是梯田、堤道都呈现出高度的一致性。《看历史》2010年9月刊

 

 

■ 低密度农业城市

当蔡斯夫妇的团队再次回到这片土地，利用新地图，他们找到了之前被忽略的数千座新建筑、11条新堤道、数万处梯田以及遍布这座古城的大量隐秘洞穴。根据勘测获得的数据，卡拉考的面积超过68平方英里（约合177平方公里）。　　

激光雷达绘制的3D地图显示，卡拉考所有山谷和丘陵都被农业梯田所覆盖。这些梯田不仅能够在雨季到来时，减少水土流失，控制水流量，还能在旱季让水保持更长的时间。利用梯田，古玛雅人在一年中能够种植玉米、豆类、南瓜，以及其他农作物。

在此之前，蔡斯夫妇只对少数梯田进行了测绘，并未意识到这种可持续的农业生产方式对卡拉考的古玛雅人的生活具有多么重要的意义。

戴安说：“这些研究证实，大的持久性的农耕社会在热带环境中也能存活，这也解释了玛雅文明在公元250年至900年间为什么能如此繁荣。卡拉考和吴哥窟类似，是一个低人口密度的农业城市中心。这种类型的城市，农业是城市的组成部分，周围环境和地貌与城市融为一体。”

根据激光雷达所绘制的3D地图，大量建筑、市场、广场被堤道系统连接起来。一些此前被认为并不属于卡拉考的古代遗址实际上就是这座大城市的组成部分。

阿兰表示：“激光雷达能有效地帮助我们确定人口密度、梯田密度、梯田与住宅之间的关系以及古人改造地形地貌的程度。”

激光雷达在卡拉考的成功运用，让考古学家们意识到这种能在短时间内勾勒出地表情况，寻找被湮没遗迹的新技术，也许正是他们多年来孜孜以求的。激光雷达不仅能用于探测同处热带雨林中的吴哥窟寺庙，在尼罗河三角洲、伊拉克古代灌溉系统的考古中，也能发挥重要的作用。

当然，这种技术并非万能，比如在萨尔瓦多的塞兰遗址就无法使用。这个古村庄和它周围的木薯田被几英尺厚的火山灰覆盖，激光无法探测。同样，它也无法记录易腐坏的建筑物。“所以，实地考查、传统绘图和发掘仍然非常有必要，例如，在那些不足一英尺高的石基上也许我们就能寻找出某些线索。确认建筑物功能、所属时代和发现考古细节。技术仍然无法取代科学家的双手。”阿兰说。《看历史》2010年9月刊■ 扩张的迹象

让蔡斯夫妇兴奋的，不仅仅是新发现的数万处梯田，还有11条堤道。在此次遥感项目实施之前，蔡斯夫妇就曾提出卡拉考存在城市扩张的迹象，主要依据则是从城市中心向外辐射出去的堤道系统。

16世纪，西班牙神父迪亚哥·德·兰达认为，玛雅人组织城市的方式是富人住在城市中心，而穷人住在外面。这种传统观点也被大多数人所接受。而蔡斯夫妇的城市扩张理论则对此持异议。

蔡斯夫妇的发掘最初集中在城市中心的宏伟宫殿，和分布在市区的密集的手工作坊和简陋的民宅。他们将其比喻为围绕着现代城市中心的商业区和贫民区。然而随着发掘范围往外拓展，他们震惊地发现，卡拉考存在着城市扩张的迹象：在郊外，大量房屋散落在梯田和水库之间，在郊区开阔的广场周围还分布着市场、各种行政用途的建筑。这些郊区的定居点和城市中心，由堤道系统连接成为一个有机的整体。

卡拉考的堤道垒得很高，跟低洼的地面保持一定距离，以保证在雨季的出行。因为在前哥伦布时代的美洲并没有马、骡子之类驮兽，玛雅人出门都是靠步行。

考古学家在其他玛雅遗址也发现了类似的堤道系统，但他们仅仅将其看作统治者从城市中心的宫殿和庙宇到城市外举行宗教仪式的地点的必经之路。因此，一些专家在评价城市扩张理论时说，最关键的问题在于周边定居点和城市中心的经济联系有多紧密。如果联系很紧密的话，这的确或多或少有现代“边缘城市”的意味。否则，这不过是相邻的独立社区而已。

西安大略大学的克里斯汀·怀特博士和付瑞德·朗斯戴夫博士从玛雅人的骨头分析当时人的饮食情况，为城市扩张提供了线索。他们发现，在城市中心的人吃得更好，体质更好。城市边缘相当于现代城市的贫民窟的地方，饮食就要差一些。再往外走，郊区的饮食又有所提高。这说明郊区并非处于城市的阴影之下，完全是城市的附庸，也许已经发展出自己相对独立的创造财富的方式。

根据此次激光雷达所绘制的3D地图显示，堤道系统比之前想象的还要复杂，可以将各郊区的大量建筑、市场、广场和城市中心连接起来。蔡斯夫妇认为，卡拉考出现城市扩张的首要原因是战争。

1986年，当蔡斯夫妇在清理一个古球场时，发现了一个圆形的石块，上面记载了卡拉考的一场胜仗：在古典时代末期，公元556年，卡拉考和它西北边的蒂卡尔发生了长达六年的战争，卡拉考获胜。

1988到1989年间，蔡斯夫妇对东南方向的堤道附近的一个定居点进行了研究，结果显示在打败蒂卡尔之后，这里的人口较之前增长了两倍多。在1993年到1996年间，他们又对东北向堤道沿线的定居点进行了发掘，也出现了人口激增、财富急剧增长的现象。两者都证实了在对蒂卡尔的胜仗之后出现的城市扩张。

阿兰说：“这次，我们还发现了一些之前没有发现的建筑复合体，他们并没有和堤道系统直接相连。此外，手工艺和陶器生产区域、新发现的定居点遗址，这些都是我们未来考古研究的主要目标。”