南阳地区历代城址数量较多，如博望故城、金汤寨古城、梁城等。这些城址时间跨度大，涵盖史前至明清时期，类型丰富，是研究历史时期古代城市的重要资料。城址数量多，意味着保存状况多样。受城市建设、农业活动影响，南阳地区古代城址或被植被覆盖；或因农田开垦导致残存墙体被破坏，航拍影像无法有效获取遗迹信息；更有一些城址与如今的县城重合，无法直接感知。

因此，我们提出一种基于小型无人机激光雷达的古代城址调查方案，在提升考古调查效率的同时，进一步提升考古调查数据的有效性和质量，为古代城址保护、考古勘探与发掘以及后续的文化旅游开发提供前置资料。基于激光雷达的特性以及对南阳古代城址保存状况的综合考虑，我们选择了博望故城、金汤寨古城、方城、圣井寺古城和棘阳城（图一）作为案例进行研究。

数据的获取与处理方法

此次调查采用大疆行业无人机Matrice 300 RTK搭载L2进行。L2为大疆新一代自研激光雷达测绘模块，有效测程250米，在RTK定位下精度水平可达5厘米，高程约4厘米；此外L2可支持收集五回波数据，采样频率最高可达240KHZ，可有效获取密林下方的裸土点云，进而构建数字高程模型。

数据处理方面则分为预处理、点云分析和数据可视化三个环节。首先采用大疆智图将L2采集的原始数据处理成标准格式点云（LAS），并完成地面点初步分类。第二，根据LAS数据即可采用专门的点云处理软件进行分析，如LIDAR360。点云分析包括植被滤波、噪点去除、地面点提取和生成数字高程模型。该环节可有效去除古城内的植被、建筑等地物，仅保留地表信息，生成的数字高程模型可更有效地进行遗迹结构判读。最后是数据可视化，即通过ArcGIS Pro对数字高程模型进行栅格函数计算，并添加比例尺、指北针、图例等信息，形成完整的古代城址数字高程图，以便进行考古分析，指导后续的考古勘探和发掘工作。

基于点云数据的古代城址识别与遗迹确认

此次调查的古代城址中，影响可见光影像识别的因素主要有三方面：植被覆盖、结构特征起伏较小、被密集建筑物遮挡。其中金汤寨、博望故城和圣井寺古城属于第一类，梁城和棘阳城属于第二类，方城西城墙属于第三类。下面我们基于激光雷达遥感数据，对这三类场景下的古城结构进行识别与判断。

植被覆盖下的城址遗迹识别

植被覆盖是影响古代城址结构判断，尤其是墙体和范围的主要因素。南阳地区古代城址上的低矮植被和树木对城址墙体的结构和形态识别产生较大的影响。博望古城位于村庄中，城墙所在位置既有树木，也有护栏、大棚等等临时建筑，这种情况在金汤寨古城也类似。航拍仅能根据遗址区域周边的河流、壕沟确定大致范围，无法识别其墙体的具体形态。

L2在采集这两座城址的点云数据后，生成的DEM显示了博望古城西北侧的墙体结构相对完好，但东部和南部基本不见城墙的结构特征，仅能通过故城四周的河道大致判断当时城址的最大范围（图二a、b）；金汤寨的城墙虽然大部分被村庄周边的树木覆盖，但保存相对完好，可以准确识别出城址的范围（图二c、d）。东北角因河流侵蚀与现代建设，有部分墙体损毁。

一些保存完好的古城，如本次调查的圣井寺古城，墙体上方有部分植被覆盖影响了整体城墙的结构记录，借助激光雷达的穿透性特征即可实现完整记录（图二e、f），无须人工地面全站仪打点测量林下遗迹高程，极大提升了城址考古调查的效率。

城址结构的微地貌特征识别

现代社会活动中总会出现有意或无意破坏古代城址结构的情况。一些城址的墙体或建筑可能较为坚固，不一定完全被损毁，可能留下了细微痕迹。这些痕迹通常表现为微小的地貌起伏，即“微地貌特征”。透过激光雷达对这一类地貌形态的感知与重建，我们也可以复原古代城址的基本结构，为钻探、保存状况评估等提供前导信息。

棘阳遗址就属于此类情况。由于历代变迁、农村建设和耕地平整，以及建设风力发电机的需要，棘阳城周边的土地经过平整，城墙可能已经被破坏。从当前时段的卫星影像和即时拍摄的航空影像中基本无法看到任何墙体特征（图三a）。激光雷达扫描后获取的DEM后，借助ArcGIS Pro栅格计算中的“山体阴影”的Z因子向上拉伸5倍，得到一张高程拉伸的地貌模型（图三b），结果显示借助激光雷达微地貌感知与景观重建，我们发现了疑似墙体的微地貌起伏特征（图三c），形态上可能是其东墙的一部分，具体性质有待后续的考古勘探进一步确认。

城市建筑区域内古代城墙的识别

古代城市的选址往往是自然和人文条件较好的区域，因此现代聚落也有可能直接在古代城市之上建设，如西安市。一些古城的遗迹结构难免被现代建筑物包围，一般的小型无人机低空遥感无法有效获取其结构信息。凭借激光雷达点云可进行地物分类的特性，我们可以将建筑物点云进行分类，然后剔除，让遗迹结构清晰显示在最终结果上。通过此法，我们对方城西城墙残存的部分进行了扫描记录，并还原其墙体结构。需注意，此方法仅适用于被建筑物包围的古代城址结构，对于覆盖在建筑物下方的城址遗迹，则无法有效获取相关信息，需要借助航磁、探地雷达等技术才能进一步识别。

综上，采用M300RTK搭载L2进行调查工作，可有效降低因植被覆盖、遗迹结构特征不明显和建筑物密集对识别古代城址遗迹结构发现与识别的干扰，进一步提升低空遥感考古调查的有效性和数据的质量。同时L2激光雷达自动化程度高，外场作业难度较低，具备规模化应用的可能性。将机载激光雷达普及古代城址调查，无疑促进了古代城址调查工作的精细化与科学化，为后续的考古发掘与研究、遗址保护以及文化遗产活化利用提供了更加翔实、有效的材料。

结语

激光雷达早在三十年前就已经引入考古学领域，成为继航空可见光遥感后又一场革命。南阳古代城址调查的实践证明了激光雷达除了在雨林地区考古遗址大显身手外，在历史时期城址调查方面潜力巨大。激光雷达数据清晰显示了目标城址遗迹的细致结构，将那些沉寂在山烟蔓草中的古代城址重新展示在我们面前，唤醒我们对文化遗产的共同记忆。

在无人机飞行平台的加持下，激光雷达可以覆盖更广的面积，其精度亦可满足城址调查和遗迹识别的需求，并且能够发现既往研究和实地勘察中无法发现的考古遗迹现象。除了制作反映裸土地表信息的DEM外，激光雷达点云还可与机器学习等人工智能结合，构建考古遗迹识别模型，进而实现对同一类遗迹的自动识别，并由此探讨遗迹空间结构特征的量化表达方法，进而阐释其中的文化因素，思考文明产生和发展。激光雷达数据不仅仅作为考古成果展示的载体，更成为空间考古研究和深度分析的重要材料。

事实证明，激光雷达技术在城市考古调查和研究中有着广阔的应用前景，对其的研究和实践应该持续深入推进，并探索激光雷达技术与考古学本身的融合，推动城市考古向着科学化、精准化方向发展。

（本文是南阳文物保护研究院与西北大学文化遗产学院合作《河南南阳古代城址区域考古调查》项目的成果之一。 作者单位：西北大学文化遗产学院 南阳文物保护研究院）