探寻水下宝藏的考古机器人

文 /程元武 姚晨辉

我国的水下考古

考古分为陆地考古与水下考古两种，现在我们耳熟能详的那些著名考古文物大多是通过陆地考古挖掘出来的，如秦始皇兵马俑、商周太阳神鸟金饰、三星堆青铜面具、商后母戊鼎、汉代金缕玉衣、战国曾侯乙编钟等。

在我们生活的地球上，海洋面积约占地球总面积的71%。大江大河流域灌溉水源充足，地势平坦，土地相对肥沃，气候温和，适于人类生存，利于农作物生长，能够满足人们生存的基本需要。因而，大江大河、海洋的旁边诞生了很多古代文明，如发源于尼罗河流域的古埃及文明、发源于底格里斯河与幼发拉底河流域的美索不达米亚文明和发源于中国黄河流域的华夏文明等。

也正因如此，江河湖海下面存在着大量因地震、火山喷发、海啸等灾变造就的古代遗迹；一些古代航线下，保存有大量古代沉船和文物。这些都要依靠水下考古进行发掘。

水下考古学是考古学的一门分支学科，是陆地田野考古向水域的延伸。它以人类水下文化遗产为研究对象，对淹没于江河湖海下面的古代遗迹和遗物进行调查、勘测和发掘。

我国的水下考古工作始于20世纪80年代，自那以后，我国的水下考古工作者对南海Ⅰ号、南澳Ⅰ号等沉船遗址以及千岛湖古城遗址，定远舰、致远舰等沉舰遗迹，进行了水下考古发掘工作，打捞提取出大量水下文物，使那些湮没在水下的历史再一次进入人们的视野。

水下考古机器人

与陆地考古相比，水下考古的危险性更高。 因为水下文物基本上都处于深水区域，那里水流速度大、水压高、能见度低。 这对从事水下考古的队员也提出了更高的要求，除了要求他们具备考古专业知识外，还需要掌握潜水技能和潜水医学知识等。 因此，在水下考古时，考古人员一方面要对抗巨大的水压，防备变化莫测的暗流，同时还要对“娇贵”的文物进行小心翼翼的挖掘，其难度和危险性都远远超过了陆地考古。

鉴于水下考古的特殊性，除了考古人员亲自潜入水下之外，必须依靠现代科技设备。水下考古所用的物探设备主要包括多波束水下声呐、浅地层剖面仪、旁侧声呐、短基线系统、水下机器人等。这些设备能够对海底结构进行探测，对海底地形进行三维成像，辅助考古人员进行海底挖掘等。

其中，水下机器人负责深潜作业、水下观测和资料传输等任务，在水下考古中发挥着越来越重要的作用。它们不仅可以下潜到潜水员难以企及的深度，还可以在潜水员难以进入的狭小空间中工作。在陆地工作人员的操纵下，水下机器人能够完成垂直下潜、平移和转弯等高难度动作。配备了水下摄像机和照明灯的水下机器人，能够提供水下的清晰图像和深度等信息，便于考古人员进行针对性的挖掘。

机器人水下考古装备关键技术

为了破解传统水下考古技术设备的局限与瓶颈，提高机器人在浅滩、暗礁、浑水、急流等复杂水域环境中的水下考古作业能力，上海大学彭艳教授团队联合上海文物保护研究中心和宁波市文物考古研究所，整合了水下机器人系统、海洋智能无人系统、机械、自动化、电子工程等多支技术团队，协同创新、攻坚克难，率先在以下水下考古机器人关键技术领域取得了突破。

研究团队的“机器人水下考古装备关键技术与应用”项目成果在测试应用阶段，就极大助力了上海长江口I号、长江口II号沉船的调查发现，还为宁波小白礁Ⅰ号沉船发掘项目荣获“田野考古奖”、上林湖后司岙唐五代秘色瓷窑址考古荣获“全国十大考古新发现”提供了有力的技术支持。该项目也因此荣获了2017年上海市技术发明奖二等奖。

（原载于《科学画报》2021年第8期，本文受到上海科委2019年度“科技创新行动计划”科普领域项目资助。项目名称：“立足科创中心，传播尖端科技——打造上海重大获奖科技成果科普化融媒体专栏”；项目编号：19DZ2332600。）

本文选自《科学画报》

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