人類在地球上渺小而又頑強地繁衍著，在這廣袤的大地上，我們(men) 的祖先是如何生活的呢？他們(men) 種植糧食、搭建房屋、組成部落、建立城市，留下了存在過的痕跡。

通過對古跡的勘探，我們(men) 能夠推測古人的生活方式、社會(hui) 文化以及技術發展水平。不過，曆經千百年的時光，尋找古人留下的遺跡可不是一件容易的事情。

因為(wei) 滄海桑田，原本的建築可能已經被深埋在地底下，不論是廣袤的植被還是茂密的森林，它們(men) 都能輕易阻擋我們(men) 對地下世界的探索。不過，激光雷達技術的出現卻能幫助我們(men) 揭開土地上的“麵紗”，讓我們(men) 看見大地最原始的“麵貌”。

激光雷達，勘探遺跡的利器

20世紀初，英國探險家珀西·福斯特（Percy Fawceet）多次深入亞(ya) 馬遜地區，尋找曾經存在於(yu) 那片土地上的古文明，卻在尋找遺跡的行動中，永遠迷失在亞(ya) 馬遜的密林中。於(yu) 是，亞(ya) 馬遜地區的曆史遺跡就同那一支探險隊一起從(cong) 人們(men) 的視野中消失了。

不過，最近《自然》雜誌上刊登了一篇論文，科學家們(men) 利用激光雷達，終於(yu) 得到了亞(ya) 馬遜河流域森林中，古代城市遺跡的麵貌圖。讓我們(men) 先看看遺跡長什麽(me) 樣：

（圖源：參考文獻1）

圖中顯示的這些建築是由卡薩拉貝社區於(yu) 公元500-1400年間建造的，是以前的房屋、梯田、圍牆等人造事物的痕跡。這張圖片是直升機搭載激光雷達在森林上空進行勘探並經過後期圖像處理得到的。

不過也許你會(hui) 發現，這張圖似乎和平時的航拍圖片有些不一樣，其實最大的區別就在於(yu) ——樹林不見了。

左：航拍相機獲取的森林圖片 右：同一地點激光雷達探測得到的圖片（圖源：參考文獻1）

沒有了樹林的遮蔽，古建築遺存下的痕跡變得一覽無餘(yu) 。考古工作也就變得順利多了，想想激光雷達出現之前，為(wei) 了勘探森林中的遺跡，還要先學會(hui) 野外生存，實地考察時還要在熱帶森林裏上躥下跳（考古學家：我太難了）。

現在有了激光雷達，考古學家們(men) 就可以避開樹木的幹擾，更清晰的觀察古建築遺址了。那麽(me) ，排除樹木幹擾的地形圖是怎樣繪製出來的呢？

主動成像，照亮幽暗角落

茂密的森林，樹葉遮擋了大部分的陽光，很少有陽光能夠照射到樹林下的地麵，從(cong) 天上觀察的時候，普通的相機幾乎沒辦法獲得地麵的影像，葉子的縫隙處多是黑漆漆的陰影。

相機是一種被動的成像裝備，相機接收外界事物發出或者反射的光線後，才能形成照片；激光雷達則是主動的探測器，它自己會(hui) 發出激光去探測外界的形貌。

對於(yu) 森林這種複雜形貌，依然有不少激光光線能夠到達樹林下的地麵，激光雷達探測得到的點雲(yun) 數據會(hui) 被送入計算機，計算機識別哪些數據點是森林的，哪些是地麵的，接著濾除森林的點雲(yun) 數據，剩下的就是地麵的形貌數據啦。

激光雷達獲得的原始點雲(yun) 數據 （圖源：answers.usgs.gov）

計算機對點雲(yun) 進行分類（黑色點為(wei) 植被的數據點，彩色點為(wei) 地表的數據點）（圖源：參考文獻2）

濾除植被點雲(yun) 後獲得的地形表麵裸土圖像，又稱為(wei) 數字高程模型（DEM）（圖源：answers.usgs.gov）

激光雷達在地形繪製方麵的“超能力”，讓全世界的考古學家都喜歡上了它。2016年，pacaunam計劃對位於(yu) 危地馬拉的瑪雅生物圈保護區進行了大規模的激光雷達調查，調查發現了六萬(wan) 餘(yu) 座古建築，一百多公裏的堤道，這一結果表明該區域存在過由數百萬(wan) 人口構成的瑪雅文明。

良渚古城的勘測考察工作也用到了這項技術，激光雷達掃描良渚古城遺址，濾除地麵的植被後，古城的水利設施，外郭等結構都顯現了出來。

不僅(jin) 能發現過去，還能預警未來

除了利用激光雷達探測遺跡，激光雷達對地形地貌的清晰呈現也讓它在預防山體(ti) 滑坡中發揮了作用。

山體(ti) 滑坡是常見的地質災害之一，每年都有人因為(wei) 山體(ti) 滑坡損失財產(chan) 甚至失去生命。了解山體(ti) 滑坡的產(chan) 生機製，觀察山體(ti) 滑坡的發生前兆，建立相應的滑坡預測係統，是減輕山體(ti) 滑坡危害的重要手段。

利用激光雷達測繪得到的高精度數字高程模型（HRDEM）是幫助地質學家分析山體(ti) 滑坡機理，建立預警模型的得力幫手。

研究山體(ti) 滑坡，需要大量的滑坡數據作為(wei) 研究素材。科學家們(men) 利用遙感衛星、激光雷達、航空相機等觀測手段建立了滑坡清單地圖。

地圖標示出了各個(ge) 地區以往滑坡的位置，滑坡的形貌，還包含該地區的降雨、土壤類型，地震震動程度等信息。利用滑坡清單地圖，人們(men) 可以計算各區發生滑坡的可能性。

基於(yu) 激光雷達測繪得到的滑坡清單地圖，不同顏色的區域代表不同類型的山體(ti) 滑坡右下角小地圖中的紅色色塊代表深層滑坡，藍色色塊代表淺層滑坡。（圖源：參考文獻3）

山體(ti) 滑坡發生之前，滑坡底部會(hui) 形成一定高度的隆起，坡麵會(hui) 產(chan) 生裂紋。由於(yu) 植被的覆蓋，沒辦法憑肉眼或攝像機觀測這些征兆，但借助激光雷達就可以很好的解決(jue) 這個(ge) 問題。

在山體(ti) 滑坡高發的地方部署搭載激光雷達的無人機群，對坡麵的表麵形貌進行不間斷的掃描觀測，觀測數據將有效提高我們(men) 預測山體(ti) 滑坡的能力與(yu) 準確性。

想要探尋某塊土地過去發生的活動遺跡不是一件簡單的事情，隨著時間的流逝，不論是人類活動還是地殼變化留下的痕跡都會(hui) 逐漸被大自然淹沒。但是，激光雷達卻給了我們(men) 重新認識“過去”的機會(hui) ，讓我們(men) 從(cong) “過去”的遺跡中尋找到對未來的啟發。