一、原理和方法
遙感考古與物探考古的原理是借助遙感及物探技術,認識暴露在地面或埋藏于地下的遺跡或遺物的形狀、種類及線索。在考古發掘工作開始以前，依靠高分辨率的航空﹑航天影像和地球物理探測設備，進行全面的遙感考古與地球物理探測。與傳統的必須依靠人工測繪、鉆探和試掘來認識地面及地下遺跡的狀況相比，其優勢在于提高了科學性和工作效率，節約了時間和經費，而且不會破壞文物。通過對地下各種遺跡分布狀況的預判,可以為制定田野發掘計劃和確立遺址的保護方案提供科學的依據。這里分別闡述遙感考古和物探考古。
一、遙感考古
原理：遙感考古主要指借助常規攝影傳感器,獲取考古遺址的影像資料,再運用計算機圖形和圖像處理技術進行增強處理,并根據廣譜成像規律和遺址范圍內的地表狀況的相互關系,對其色調、紋理、圖案及時空分布規律進行研究,以制定遺址或現象的位置、分布和形狀等特征,為科學地確認遺址和遺跡奠定基礎。因為在自然地表上,考古遺址所包含的多種跡象往往會以某種方式構成較為醒目的影像特征,從較大范圍的圖像上進行觀察,這些影像可以歸納為3種特征:遺跡土壤標志、遺跡陰影標志與遺跡植被標志。
依據這3種標志，可以對考古遺址或遺跡進行判斷。以下分別闡述。
方法：
(一)遺跡土壤標志
由于古代人類的活動而形成的道路、夯土建筑基址及填土等在顏色、結構和形狀上都與自然環境中的土壤形成較為明顯的區別，研究人員依據遙感影像上的土壤標志差異,就能對古代遺址及遺跡的位置與分布狀況等作出判斷。
(二）遺跡陰影標志
如果古代人類活動形成的遺跡殘留在地表上,就會形成特殊的微地貌特征，在有傾斜角度的太陽光線照射下,這些特殊的微地貌的陰影就會出現相應的景象。研究人員依據不同的微地貌特征,選擇不同的時間對這些特殊的跡象進行攝影,并對全部影像進行比較分析,就能對遺跡的殘存狀況、分布范圍等作出判斷。
(三)遺跡植被標志
埋藏于地下的考古遺跡和遺物往往會對堆積于其上的土壤結構、營養成分和含水率產生影響,從而導致其地表的植被與自然堆積構成的地表植被之間形成差異,這些差異在遙感影像上就成為判斷地下遺跡和遺物的植被標志。由于古代人類的行為而造成的地下土質疏松、土壤較為肥沃、含水量比
較多的地方,地表的植被往往長勢較好。相反,如果地下埋藏有夯土、道路和集中堆積陶片、瓦礫等遺跡和遺物,造成土質結構緊密、透水性能差的地方，其地表植被的長勢往往受到影響。這些狀況最為典型的表現是草本植被,尤其是生長季節重復出現的谷類農作物,這些農作物與在自然形成的土壤上生長的農作物相比,到成熟時就會出現偏早或偏晚的現象,因而較為容易從航片上進行識讀中。
二、物探考古
原理：物探考古主要指借助儀器,探測遺址內由于人工遺跡或遺物形成的特殊屬性,判定遺跡或遺物的位置、分布和形狀等特征。由于人類活動產生的古代遺存改變了所在地區特定地點的物理、化學特性,古代遺存與周圍的自然沉積相比,在密度、磁性、電性、彈性、放射性、導熱性和電化學性等方面會出現大小不等的變化。通過儀器探測到這些變化,將其轉化為代表不同物性差異的相應數據，再利用計算機進行分析,可以根據已知的認識推斷遺跡或遺物的特征及屬性。這里主要闡述在考古調查中應用較多的磁法勘探和電法勘探。
方法：
(一)磁法勘探
磁法勘探主要指借助探測儀器,通過“磁異常”現象,判定遺跡或遺物的位置、分布和形狀等特征。自然界中的土壤和巖石具有不同的磁性,形成各不相同的磁場,在地球磁場作用下,這些磁場按照各自的場強規律有序地分布在地表。當局部地區由于人為的原因發生變化時，局部磁場也會發生變化,這類變化統稱為“磁異常”現象。
磁法勘探可以分為兩類:一類是用磁力儀探測地下遺存,適用于大面積的田野勘探調查。另一類是用磁化率儀等儀器測量土壤中遺跡的磁化率強度,適用于對遺址中的局部地點或剖面進行測量。常見的磁法勘探儀器有質子旋進磁力儀、磁通門磁力儀、超導磁力儀、磁化率測量儀和差分式磁強計等。
(二)電法勘探
電法勘探主要指借助探測儀器,區分遺跡和遺物與自然形成的土壤和巖石在導電性、電磁感應和介電性等方面的差異,判定遺跡和遺物的位置、分布和形狀等特征。人為形成的古代遺存與自然形成的土壤和巖石有不同的質地,它們在密度、含水量.飽和度、電離子濃度和溫度等方面的區別，導致了二者電阻率的不同。巖石和土壤屬于非導體，呈高阻現象,但在潮濕的情況下，二者均會導電,不過巖石比土壤電阻率高,據此可判斷地下石頭建筑的狀況。
埋在土壤中的城址、道路等因含水量相對較少,其電阻率相對要高一點,而填滿土壤的溝渠含水量相對較多,其電阻率相對要低一點。青銅器、鐵器和金銀器等金屬物品屬于導電體,呈低阻現象。根據這些高、低電阻率異常計算分析出的結果，可以畫出這些異常區域的電阻率圖，進而判斷遺址中遺存的性質和空間位置。另外,由于電磁波在物質中傳播時,其路徑、電磁場強度與波形會依據所通過的物質的電性質及幾何形態的不同而發生變化,金屬體比非金屬體的異常明顯,不充水的非金屬體比充滿水的非金屬體的異常明顯，不同形狀的物體的異常也不相同。因此,通過發射和接收高頻電磁波,可以根據電磁波從發射到接收的傳播時間、幅度、波形等資料推斷古代遺跡和遺物的存在及分布狀況。
電法勘探分為兩大類:研究直流電場的統稱為直流電法,主要為電阻率法;研究交變電磁場的統稱為交流電磁法,主要為探地雷達。
二、研究與思考
這里首先介紹遙感考古和物探考古的研究成果,而后進行討論。
一、研究成果
（一）遙感考古
中國遙感考古開始于1981年對天津市南部地區古河道的遙感影像研究，當時發現，在航空照片和TM( Thematic Mapper, TM)影像上，古河道都有明顯的特征,同時還發現遙感影像能探測到地下10米深度內的古河道遺跡。多年來,遙感考古領域出版了多部專著及專輯,另外還發表了不少研究報告和論文。
通過航空影像,取得了一批有價值的成果,具有代表性的成果，如：
1.朱俊英通過對秦始皇陵園的攝影測量和航空遙感圖像解釋,發現在文物已知區域探查準確率約為85%,在未知區域發現華清宮南界一條人工修造的壕溝，并圈定幾個滑坡的范圍。
2.鄧輝等通過對統萬城的彩紅外航空影像進行分析,并結合古代文獻,確認統萬城仿照中原漢族的都城營造制度,城內布局具有中軸線,但是其坐西朝東的布局,又顯示了北方游牧民族“尚東"的文化傳統，其興廢與自然環境的變遷密切相關。
3.劉建國通過收集殷墟范圍內的考古資料、不同時期的航空影像與美國陸地衛星的TM影像等,并運用計算機圖像處理技術對遙感影像進行了多重處理和分析,結合實地考古鉆探工作，提出4點新的認識:①地下的夯土基址等考古遺跡，在地表土壤干燥而且裸露的季節，能夠在TM影像上形成較為明顯的遺跡標志,特別是中紅外波段的TM影像對地下遺跡有很好的效果,能夠反映出地下遺跡的總體布局情況，但受TM影像地面分辨率的限制,不能準確反映出單個遺跡的特征。在有較強反射的地方,并非一定有考古遺跡，所以,影像解譯時要以現有的考古資料為前提，而且要與地面調查以及鉆探工作相結合，去偽存真。②在殷墟范圍內，考古遺跡的埋藏深度在1米左右，遙感影像中沒有因農作物生長情況的差異,形成明顯的遺跡植被標志。其原因可能是農作物根系的長度一般不超過 1米,農作物的生長不受地下考古遺跡的影響。③在遙感考古研究中,應該使用計算機圖像處理技術,將TM影像與航空影像一起進行綜合處理,結合兩種影像的優點,提高影像的質量,增強影像的解譯效果。光學處理則無法滿足研究的需要。④除小屯東北的殷墟宮殿區范圍之外，仍然存在有較大面積的建筑基址。四盤磨東南應該有很多建筑基址,西南方向很可能是墓葬區。而且，在目前能夠開展工作的范圍內，即東、北面以洹河為界,南至安陽鋼鐵公司鐵路,西至安陽鋼鐵公司東墻，基本上可以確定沒有城墻中。
4.吳愛琴等通過對河南省開封市古城古河道的遙感勘測研究,發現開封市西部一處南北向地下古城墻異常,經與考古發現對比分析，此處異常應為宋外城西部的一部分。
5.談三平等運用遙感技術勘測太湖地區的石室土墩，了解了它們的分布全貌,提出其分布規律有4點:①石室土墩主要分布在海拔50~200米低山丘陵上,200~300米山上分布漸疏, 300米以上山上稀見;②石室土墩一般選擇在山脊渾圓、山坡平緩、周圍視野開闊的山地。石室土墩的分布沒有特定的朝向和布局。③石室土墩在山頂、山坡和坡麓皆有分布,以沿山脊線分布最多,以呈串珠狀排列為主要分布特征，大、中、小型石室土墩的排列間距具有大疏小密的現象。④建石室的石料一.般為就地取材的呈片狀或條狀的砂巖和灰巖,因此石室土墩的分布與山地的基巖性質有直接關系,同時石室土墩的分布又表現為明顯的集群現象。
通過上述遙感考古研究,不僅科學地確定了每個遺址或遺跡的位置、結構及分布規律,同時還發現了多處新的遺址。
（二）物探考古
經過幾十年來的工作,取得了一些成果，主要有以下4處。
1.高立兵利用探地雷達方法勘探了陜西省西安市唐大明宮含元殿遺址的夯土基址和承礎石以及山東省滕州市前掌大商周墓地的遺跡,結合鉆探驗證，發現1959-1960年發掘的唐大明宮含元殿遺址的兩排20個礎坑下同一水平面的夯土里也埋有同樣的承礎石;此外，在礎坑南9.2米處的同一水平的夯土里又發現一排10處這樣的石塊。此外,他也認識到探地雷達的局限，即很難區分前掌大商周墓地早期小型墓葬的填土與周圍地層之間的差異,也不易區分陶器、青銅器與磚石的圖像等。
2.高立兵等還利用電阻率法探測河南商丘地區考古發現的一處東周城址的夯土城墻,發現西城墻和東城墻的視電阻率剖面圖顯示城墻結構不太對稱,他認為對于相對埋藏較淺的城墻,探測的效果好,異常反應明顯;同時，地下水位的高低對于夯土城墻的異常形態影響較大。
3.張寅生應用差分式磁力儀對安徽省績溪縣北宋瓷窯遺址進行測量，發現一處長方形的磁異常區,特別是在其中心部位的磁場強度比正常值高出許多,由此推測地下是窯體,從而復原出窯體。
4.鐘建應用垂直梯度磁力儀對青海省民和縣喇家遺址進行探測，發現有個地點磁場強度異常,經探鏟確認是一個窖穴，發掘出土各種陶器、石器30余件。
二、思考
進步：
多年的工作表明,遙感考古在古代城址的研究中取得了較好的成果,特別是在地表殘存一定的城墻、建筑基址等遺跡的情況下,遙感考古從不同的空間角度,利用多種地面信息,運用計算機圖像處理技術，對古代城址作全方位的分析和研究,為城址考古提供了科學而合理的依據。物探考古也有一定的收獲,其科學性是毋庸置疑的。隨著遙感和計算機等相關學科的不斷進步,遙感影像的地面分辨率有很大程度的提高,高廣譜遙感或多光譜遙感的應用,將使波譜特征更加豐富,遙感設備與圖像處理的方式也在更加多樣化;隨著現代科學技術對物探技術的精確度與分辨率的繼續開發,以及激光雷達等遙感技術的推廣, 其探測性能也會得到進一步的提高。這些技術上的進步,將有助于發揮遙感考古和物探考古在考古中的作用。
不足：
與世界上的前沿研究相比，遙感考古和物探考古在中國的應用仍然有很大的差距，主要體現在以下3點。
第一,中國的考古遺址具有自己的特性。由于國外很多考古遺址中殘存的古代建筑基址.墓葬等都是石質結構，與周圍環境中的土壤有很大的差別，可以在遙感影像中產生很大的差異;而中國的考古遺址大多是由夯土構成的，主要埋藏在地下，與周圍的土壤沒有明顯差別,只是在結構上稍微緊密一點,只有在偶然情況下接收的遙感影像中才能產生一些細微差異以供判斷。從現有的狀況看,似乎自2010年以后就鮮有成果發表,這也從一個側面反映出在勘探方面要做出真正得到考古研究人員認可的成果,還有一個探索的過程。
第二,加強探索與實踐。迄今為止,物探考古取得成功的實例并不多見，真正得到考古研究人員認可的案例則屈指可數,其原因與上述大致相同。同時要指出的是,物探考古更注重于對具體遺跡和遺物的探測,相對而言,其難度更大,如何在各種異常中分辨何為古代人工遺跡和遺物的反映,何為外界環境的干擾,除儀器本身靈敏度的制約之外，各地的自然狀況均有特定的限制,需要因地而異、區別對待。
第三,加強與田野考古研究人員的合作與交流。需要特別強調的是,不管遙感和物探設備的技術如何先進,遙感考古和物探考古都是應用于田野考古的技術,在這樣的前提下,相關研究人員在開展工作時，與田野考古研究人員的交流與合作是必不可少的，甚至應該說是密不可分的。只有這樣,才能在今后長期的實踐過程中,不斷總結經驗,提高分辨的技能,真正取得實質性的進展。
三、研究與思考
傳統的調查受調查范圍和分析手段的限制,很難處理不同時空范圍新發現的資料與已知的多項因素的各種復雜關系。隨著各種科技調查手段的發展而獲得更多的信息量時,傳統的研究方法很難將一個很大很深的時空范圍內的所有復雜多樣的資料進行對比.整合處理,并揭示出其內在的劃分和聯系，更無法提供不同文化時期遺址空間的分布及其連續性。GPS和GIS技術為這種深層內在的研究提供了時空研究的工具。
GPS,GIS用于考古學研究中具有如下功能:
（1）其對數據的分析是一個可重復的、無損的考古信息的利用。它們記錄已探測和正在探測的遺存的保存、破壞狀況,借助于各種數據庫,輸入相關的考古信息,利用計算機建立若干可視的遺址完整結構圖。
（2）為考古學文化資源管理提供了方便的遺址定位模式。從特定區域的已知遺址數據庫中進行GIS分析,看看這些遺址具有何種特征,有無規律性以及地下分層結構,然后分析該區域哪些地方也具有同樣特征,再去這些地點進行尋找。這種方法往往很有效,甚至可對未發現遺址的特點做出比較確切的預測。
（3）應用GIS,GPS技術,我們可以從世界范圍、區域范圍內多因素地分析考古資料,可以了解特定空間內的遺存組成、特征及其與周圍的聯系。
（4）可以加深理解物質遺存所反映的人類行為的具體的時空特征,通過對某一范圍內遺存的所有資料進行分析獲得一些規律,并建立模式,應用這些模式與更大范圍內的其他遺存比較,并且分析出人類行為的特點。例如,1982年,美國學者格林(S.W.Green)用GIS手段對歐洲愛爾蘭島南部的300多個史前遺址進行調查和試掘,搞清了該區域各時期遺址的空間分布,建立起這一區域的文化序列,同時對各時期、各遺址的性質、聚落模式等問題進行了推測。
一、運用 GPS確定遺址的地理坐標
GPS是全球定位系統(Global Positioning System)的簡稱。它是一種世界范圍內的導航和定位系統,是建立在無線電定位系統,導航系統和定時系統基礎上的空間導航系統。在考古學中,應用GPS可以確定各個遺址的經度、緯度,海拔高度等地理坐標。
(一）GPS在考古中的應用
GPS技術用于考古學上已有30多年的歷史,從實踐中科技考古工作者已開發出相應的軟件程序,摸索出應用GPS的有效方法。GPS技術用于田野考古具有以下優點:
（1）高精度的三維定位,各點不存在誤差積累。
（3）設計和布點方便靈活。GPS的定位精度與GPS點的幾何圖形基本無關，不受地面點間相互通視的限制。
（3）對地理條件和作業條件要求低,高山,沙漠,孤島﹑礁灘都可進行工作。
（4）不受氣象條件的限制,工作效率高。
GPS現在主要用于航空攝影測量,目前GPS技術已由動態定位技術飛速發展到GPS輔助航空攝影測量技術。GPS輔助航空攝影測量技術應用于航空遙感探測系統中,能迅速地測量出遺跡的分布范圍、各遺跡的大致輪廓及其相互間的關系。
GPS技術在水下考古中的前景也很看好,GPS接收機已與水聲儀器﹑計算機、繪圖儀組成水下地形測量自動化系統。
（二）GIS在考古學中的應用
GIS是地理信息系統(Geographic Information System)的簡稱。地理信息指與空間地理分布有關的信息,是表示地表物體及其周圍環境固有的質量﹑數據﹑分布|特征、聯系和規律的數字、文字、圖形、圖像等的總稱。信息系統則指具有對數據和信息進行采集、存儲、加工處理、管理和分析能力的系統,它能為用戶提供各種有用信息。
GIS系統由四部分組成:計算機硬件系統、計算機軟件系統、空間數據、系統使用管理和維護人員。GIS系統軟件是其主要功能模塊,它由空間數據輸入管理、空間數據庫管理、空間數據處理分析空間數據輸出管理及應用模型組成。考古工作者利用GIS軟件可以建立區域聚落遺址分布的地形圖和位置圖,統計﹑分析所得資料,以形成各個文化區域中不同生態環境的遺址分布模式,以此模式為基礎,通過等量比較而推測未暴露考古地點的位置。
二、3S集成在考古中的運用
GPS,GIS,RS(遙感技術)技術各有優缺點,相互結合可取長補短。在實踐中，3S集成產生了。它是指三者對地觀測新技術有機地集成(Integration)在一起。3S集成運用時,GPS用來實時、快速地提供目標地空間定位(如考古遺存的位置和形制);RS用來實時或準實時地提供目標及其環境地信息(如考古遺存的勘探),發現地表的各種變化,及時對GIS數據更新;CIS通過對各種來源的時空數據進行綜合處理、集成管理、動態提取,做成新的集成系統的基本平臺,且為智能化數據采集提供地學知識,如處理、分析考古遺跡的圖形數據和屬性數據。
3S集成系統中有四種模式:GPS+GISGPS+RS,GIS+RS,GPS+GIS+RS。例如第一種模式,通過GIS系統,可使GPS的定位信息在電子地圖上獲得實時的.準確的反映和漫游查詢，GPS亦可為GIS及時采集、更新或修正數據。運用3S集成技術可以實現整體的、實時的、動態的空間系統研究,使研究人員在宏觀、微觀的角度,分析各種規模的人類物質遺存及其周圍環境的空間結構和相互作用,定性、定量地討論古代人類活動。
1996年6—8月,中國河南省文物考古研究所與美國密蘇里州立大學人類學系采用地面踏察觀察斷崖剖面、文物鉆探、GPS,GIS等方法,聯合調查了河南潁河上游兩岸長約100公里范圍內龍山文化晚期到二里頭時期的聚落遺址。
