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大疆禅思 L2激光雷达助力发现古代城址

更新时间:2024-01-10 点击量:140

引自DJI大疆行业应用服务


华夏文明贯穿我们身边的每一寸热土,你是否想象过,脚下的土地深处,可能隐藏着曾经辉煌的古代城址?


这些古代城址曾人声鼎沸,如今随着社会变迁,大多数藏于鲜为人知之处。但昔日恢弘的遗址没有被抹平,静待人们重新发掘它的荣光。


为了发现和保护我国文物资源,2023 年,第四届全国文物普查正式启动,探寻文明根脉,筑牢文化自信。其中,古代城址是调查的重点对象。


第四次全国文物普查通知


难以寻觅的古代城址


在广阔土地上寻找古代城址,一直是一项充满挑战的任务。


古代城址常常隐藏在人迹罕至的深山密林,或被现代建筑覆盖无法直接发现,还有一些被损毁的遗址,只留下细微的地貌起伏(即“微地貌特征"),通常难以被肉眼或常规仪器观测到。


难以寻觅的古代城址


采用传统的可见光摄影测量方式,往往无法识别遗址的微地貌特征;人工实地踏勘虽能发现部分痕迹,但考古路途崎岖艰险,效率非常有限。


无人机搭载激光雷达,能够很好地解决这一难题:不仅可以有效重建微地貌特征,而且能穿过植被获取地面信息,发现潜在的遗迹。


早在 30 年前,激光雷达便被引入考古领域。但一直以来,激光雷达价格高昂、结构复杂、使用难度高,让考古学者望而却步。近年来,随着产品价格和使用门槛的降低,将激光雷达普及到考古调查领域,终于迎来全新的可能性。


使用大疆 M300 RTK 搭载禅思 L2 激光雷达

用于考古调查


河南南阳地区古代城址调查,就是一个采用激光雷达调查古遗迹的典型案例。


南阳历史悠久,自旧石器时代始,人类先祖就在这块土地上繁衍不息。近期,西北大学文化遗产学院联合大疆行业合作伙伴,调查南阳古代遗址。


项目组经过综合考虑,选用大疆经纬 M300 RTK 搭载禅思 L2 激光雷达,对南阳地区的博望故城、金汤寨古城、梁城、方城、圣井寺古城和棘阳城进行调查,终成功发现古城遗址。


南阳城址激光雷达考古调查点位置图


L2 简单易用

高效调查南阳古城遗址


在南阳古城,项目组使用 DJI Pilot 2 App 自动生成面状航线,设置飞行高度 130m,航速 8m/s,旁向重叠率 30%,采样频率 240 kHz,五回波重复扫描。该参数下点云密度平均 150 点/㎡,相当于每 8cm 就有 1 个点云数据,点云密度高,满足考古基础资料的密度要求。


禅思 L2 高度集成了激光雷达、高精度惯导、测绘相机三大模块,自动化程度高,开机即作业,作业过程支持点云实时预览,操作简单,哪怕是非的测绘人员,用起来也是得心应手。


点云实时预览


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作业人员可在现场预览、回放点云模型


此外,项目组表示,如果采用传统人工调查的方式,所有林下的城墙遗迹勘测均需人工配合全站仪进行测量,每个城址至少需要 5-6 小时,且数据为矢量点,缺乏完整的数字高程模型和三维模型,地表起伏较小的遗迹无法感知。而使用无人机搭载激光雷达仅需 2 人,每个城址仅需 30-60 分钟,作业效果大幅提升。


高精度数据

识别古代城址


内业数据处理方面,大疆智图免费支持 L2 点云数据后处理,可利用地面点分类功能,将地面点和植被分离,生成 DEM(数字高程模型)。得益于智图点云自动平滑降噪等功能,生成的点云数据质量更优。


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大疆智图支持多种点云渲染模式


大疆智图兼容性高,处理后的数据可再导入第三方软件,进行深度处理和可视化处理,终形成完整的古代城址数字高程图。


激光雷达采集的数据,主要解决考古调查的两大问题。


1、见深识远:强穿透性,识别植被覆盖下的城址遗迹。


植被覆盖是影响考古学家判断古代城址结构的主要因素,比如此次调查的圣井寺古城,城墙上方有部分植被覆盖,影响城墙结构记录。由于禅思 L2 具备穿透性,可穿透植被,无需人工打点测量,即可获取林下高精度地面点数据。


圣井寺古城植被去除前正射图(左)

去除后(右)城址结构对比 


在植被覆盖、地形复杂的金汤寨古城、博望故城,项目组在提取植被滤波和地面点数据后生成的 DEM 中,同样发现了古城范围及结构特征。


金汤寨古城植被去除前正射图(左)

去除后(右)城址结构对比


博望故城植被去除前正射图(左)

去除后(右)城址结构对比 


2、见微知著:高精度数据,识别古城结构的微地貌特征。


对于遭到损毁、只留下微地貌特征的遗迹,激光雷达采集的数据精度高,可感知与重建微地貌特征,帮助复原古城址的基本结构。


棘阳城就属于此类情况,从当地当前时段的卫星影像和航拍影像中,基本无法看到任何墙体特征。但在 DEM 上,项目组发现棘阳城有一处线性高程异常,形态类似城墙的拐角。通过第三方软件将高程向上拉伸 5 倍后,发现一组疑似墙体的地貌特征。

棘阳城激光雷达微地貌对墙体的识别分析


在南阳古城遗迹调查项目中,面对植被覆盖、遗迹特征微小、建筑物密集等干扰因素,禅思 L2 激光雷达强穿透性、高精度,让遗迹“现形",有效推动了考古调查工作的精细化和科学化,为后续的考古发掘、研究、保护以及活化利用,提供了更加翔实、有效的材料。


科技进步见证文明的延续


其实在考古界,这并非学者初次使用大疆激光雷达禅思 L2 进行调查。


2023 年,位于北美洲的考古人员,使用大疆无人机搭载激光雷达 L2,寻获隐藏在危地马拉丛林中的金字塔(La Danta, El Mirador)。当古老文明遇见前沿科技,本不为人知的金字塔得以“原形毕现",重现曾经的玛雅文明。


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L2 发现丛林中的金字塔



高精度、高穿透、高效率,大疆禅思 L2 激光雷达“慧眼"穿越千年,成为文物保护的“利器",让过去很多不可能发现的信息,清晰地呈现在世人面前。


相比以往动辄百万甚至千万的激光雷达,禅思 L2 价格的降低,也进一步降低了使用门槛。大疆行业应用一直坚持“平民化航测"理念,通过技术创新和产品迭代,让技术真正地应用到千行百业。