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我在三星堆遗址“诊疗”文物

大学作者：中国科学院大学 2021-07-14 18:43:13

编者按：2021年3月，相隔34年的三星堆遗址“重启”科考揭晓重大发现，引起广泛关注。在这之中，中国科学院大学（简称“国科大”）2018级硕博连读生田飞飞（培养单位：中国科学院西安光学精密机械研究所）所在的三星堆发掘高光谱团队，利用高科技设备“大跨度低照度考古高光谱成像扫描系统”建立起三星堆文物的“病历”——高光谱数据库，以保存留作“诊疗”依据，便于文物后期的修复保护工作。本期，跟随国晓薇一起，看田飞飞和他的团队如何在三星堆遗址里“诊疗”文物。

据悉，仅3月20号和21号两天，预订三星堆博物馆门票的用户环比增长近12倍。此番火爆，源于3月20号官方揭晓了相隔34年三星堆遗址科考“重启”后的重大发现。

不同于1986年考古保护现场，这次三星堆遗址每个工作舱内都安装大量专业设备和实验室，用于记录和会诊文物信息。其中，一组高科技设备“大跨度低照度考古高光谱成像扫描系统”十分亮眼。该系统采用推扫及摆扫等方式实现对坑内文物的原位高光谱数据完整获取。这背后力量，来自中科院西安光机所光谱成像技术重点实验室文化光谱团队。

2020年10月，国科大2018级硕博连读生田飞飞加入国科大研究生导师、中科院西安光机所副研究员张朋昌的三星堆考古挖掘科研项目，作为团队成员之一，见证了这组设备助力“看清”三星堆遗址的全过程。

“高光谱数据采集的工作有点像大夫诊疗，每件文物就像是一位病人。”田飞飞用通俗类比解释起工作原理：通过系列设备化验检查，建立起三星堆文物“病历”——高光谱数据库。这些信息既可以留为后期“诊疗”依据，便于修复保护工作，也可以由此更深入地确认人眼不可见的“病理”，分析祭祀坑灰烬层的形成方式、判断灰烬层有机质物质的类型等信息。

田飞飞（左一）在三星堆遗址进行高光谱成像扫描工作

发掘现场的日与夜

“车行之处掀起阵阵黄沙，眼前是万亩的苹果林、桃林，谁能想到，土地之下埋藏的是几千年前辉煌的古代宫殿。”这里是位于四川省广汉市的三星堆遗址祭祀坑发掘现场——如今现场搭起了2000平方米的考古大棚，遮盖起新发现的整体呈“L”状分布的6个“祭祀坑”，其上又分别安装了“手术室”般的考古发掘舱。

为了最大程度让文物的环境保持与出土前一致，考古发掘舱以防紫外线双层隔热玻璃修建而成，并通过专业水冷空调设备保持恒温恒湿，将舱内温度控制在20℃~25℃，湿度控制在80%，波动不超过5%。

考古大棚（图源网络）

科研任务的紧张忙碌很快取代了进入发掘现场的新鲜与兴奋。

项目前期，田飞飞主要参与高光谱成像系统的装调。装调完成后，他便开始高光谱成像数据的采集与处理，晚上做数据采集需求调研、当日数据整理和工作小结，明确下一步工作重点。

高度严谨的工作日常中也会出现紧急时刻，2021年1月5日，在进行4号坑高光谱成像数据采集时，高光谱成像仪推扫平台出现故障。

田飞飞回忆道，“控制指令发出后，推扫平台反向推扫。这使我们整个团队一下紧张起来，初步判定为某一个传感器故障或者坑内大量喷水导致仪器电子器件受潮失效导致的推扫动作故障。张朋昌老师带领我们现场测试排除故障，通过对各个模块逐一排查，故障最后锁定在一个传感器上，并进行备用传感器更换。”

从那以后，高光谱成像仪推扫系统工作正常，未出现任何故障。团队也吸取教训，加强对后续设计时环境适应性的考虑和仪器在待机时的保护措施，比如对光谱仪主体以及电控箱进行防水处理、定期开机自检等。

田飞飞在三星堆博物馆进行高光谱成像扫描工作

1986年三星堆第一次发掘工作，花了10年走完“挖掘、修复、展览”三部曲。

“而2020年开始的这一轮发掘，变得‘不一样’了。这次项目的特点是在考古现场使用高光谱成像技术，既有现场扫描，又有实验室采集。这将之前先挖掘再采集的工作方式，拓展为边挖掘边采集文物原始高光谱数据。”田飞飞说道。

愿成为多领域腾飞的翅膀

“本次任务的重点是将古蜀国人活动产生的实物证据，通过现在科技手段检测、分析、复原，助力考古专家更好地全面深入研究三星堆文明。”团队的唐兴佳老师说。

以对书画艺术品、壁画、考古现场及馆藏文物进行高光谱成像数据采集与分析为主要研究课题的文化光谱团队，目前已具备自主的软硬件设计开发与数据分析能力。

而此次将常规实验室条件下的高光谱数据采集系统应用于三星堆遗址祭祀坑发掘工作中，对整个系统的可靠性、环境适应性要求很高，为未来发展主要面向更精细稳定全自动的多元数据获取系统开发与智能数据处理打开了一扇窗。

“未来，我想开展不同应用场景下高精度的大跨度全自动推扫系统工程化研究，以及光学仪器内部高精度大行程扫描分系统关键技术研究。积极探索高光谱技术应用研究，努力让其在更多领域‘开花结果’，助力更多领域的发展与进步。”

田飞飞在进行原理样机的搭建与调试

把论文写在祖国大地上

在三星堆遗址祭祀坑发掘现场，田飞飞与团队被问最多的问题是：“高光谱成像是什么？它能做什么？”言语之间表达了大家对此项技术寄予的厚望，也提醒了田飞飞要更多地考虑环境适应性和实际使用，而不是简单地完成技术指标：“只有明白了实际‘用户需求’，才能更好地指导设计。”

面对此次应用于三星堆遗址祭祀坑的场景需求，团队在之前研究基础上，明确了大跨度推扫平台的多轴驱动、同步控制以及高光谱成像推扫时如何进行高精度对焦等问题。而作为面向静止轨道的高光谱成像仪的核心，起初开展移相扫描系统的课题研究初衷就是面向国家重大需求，解决大跨度考古等项目中未解之问。

团队在三星堆遗址开展高光谱成像扫描工作

“把论文写在祖国大地上”，用在田飞飞所在团队的课题上再恰当不过。通过对高光谱成像仪器研制及应用等各类项目的参研，田飞飞在项目实践中也获得全面成长。

在国科大博士生导师、中科院西安光机所研究员胡炳樑和国科大研究生导师、中科院西安光机所正高级工程师李思远的启发下，明晰兴趣方向的田飞飞如今已参与面向静止轨道的新型高光谱成像技术预先研究（高光谱成像仪器研制）、“考古中国”三星堆遗址祭祀坑考古挖掘（高光谱成像技术应用）两个重大项目的研究。“作为国科大学子，我们的课题多是直接来源于实际工程项目，在真正的理论与实践相结合中，又能直接为国家和社会发展贡献力量。这种‘双向互动’珍贵又美好。”

对于学生的科研状态，李思远表示：“他们不是干坐在实验室里，而是主动到具体项目实践中寻找答案，为高光谱仪器研制和应用研究寻找突破口。”

团队不断进步的背后，秉持的是对研究方向的笃定，对科学的一丝不苟，以及作为科研人员只问真理、不辞辛劳的精神。“我们是各领域科研工作的‘侦察兵’，为国家重大项目服务。这也是一个双赢的过程——在国家大项目的跨领域合作中各团队之间相互‘借力’，才能成就如同这次发掘工作碰撞出的‘精彩火花’。”胡炳樑如是说。