18万件出水文物！

8月6日国家文物局召开“考古中国”重大项目新进展工作会，公布了一条爆炸性消息：不久前已对著名的“南海I号”沉船舱内的货物清理完毕，出水文物达到18万件，而且以重要的铁器、瓷器为主。

通过各种影视作品，我们对陆地的考古工作应该有大概的印象，但在广阔的江河湖海中也有大批文化遗存，人们知之甚少的水下考古工作是如何进行的呢？

水下考古前期准备：一套衣服、一台相机、一盏灯

考古队内部也是有分工的，总不能一队人马一起游到水下遗迹去吧？水下考古，特别是水域面积比较大的海洋考古工作，考古单位都会给考古队提供地下考古队没有的——考古船。考古队人员以及相应的设备均置于考古船上进行作业。

考古队在水域上有了待的地方，负责潜水探测的队员就要下水了。哦！先不要急着知道它们是用什么方法找水下遗迹的，先了解下水得带些什么东西吧！水下考古的下潜装备简称为“一套衣服、一台相机和一盏灯”。

一套衣服，其实就是潜水员的个人潜水装备。

包括潜水服、面镜、脚蹼、水肺、浮力调节装置等。

一台相机，是为水下拍摄做准备的。

因为潜水员一旦发现水下遗址，可移动的文物是可以带走的，不可移动的遗迹只能通过照片来研究。不过，一般能满足水下遗迹拍摄的相机都不防水，所以需要给相机定制专门的防水外壳。

一盏灯，指的是给水下遗迹摄影的时候需要打灯光。

原因有二：其一，水下环境昏暗；其二，太阳光是复合光，在水中传播的时候，水偏爱其中的红橙二色。所以呀，为了避免水“吞掉”这二色导致照片色彩失真，必须辅助灯光。

万事俱备，开始下水寻找！

传统水下遗址的确认方法及其风险

水下考古的一般流程分为三步：

其一，利用声呐技术在大范围水域内搜索，圈定可能存在遗址的大致范围，称“大范围搜索阶段”；

其二，潜水员下潜至圈定水域，进行水下遗址的寻找、照片的拍摄，称为“确认阶段”；

其三，考古队联合确认该区域为水下遗址，开始对其进行发掘，称“发掘阶段”。

其中，大范围搜索阶段可借助声呐设备，无需人员亲为；发掘阶段却必须由考古队员亲临现场，而在过去，发掘之前的确认阶段也是需要人员亲临的，给考古队员的安全带来不必要的风险。

总的来说，传统水下遗址确认的方法包括“漂浮线法”和“圆圈法”两类。

漂浮线法：先在水底放一根超级长的绳子，然后每隔一段固定距离，就在绳子上订一个塑料浮标，作为记号。然后，潜水员从绳子的一头开始，沿着绳子寻找，如果在“摸爬”绳子的过程中发现了某处水下遗迹，马上低头看看现在所处的位置是绳子的第几个浮标（或者离哪个浮标近）给其做上记号。

漂浮线法，矩形表示绳子，ABCD四点设置浮标，假设潜水者在C浮标处附近发现有遗迹，则在C浮标处做记号（作者绘制）

圆圈法：浮标线法适合光线较好的水域，那么如果大规模搜索后确定的水域光线昏暗，该怎么呢？ 这时候就要用到圆圈法了。

比如说，考古队在一片海域借助声呐设备确认了4处疑似有水下遗址的水域，如果这时候水下昏暗，就可以用圆圈法对4处水域进行一一排除。我们将其设为A区、B区、C区、D区。

首先排查A区：在A区水底定一个桩子，此点为A1，然后将绳子一头拴在木桩上，一头拴在潜水员身上，潜水员向外拉紧绳子，以A1为圆心，以绳子为半径化圆圈而游，排查周围状况，如果没有，则在A区水域放浮标，以示排查过。B、C、D以此类推地排查。

虽然这两种方法都算行之有效，然而我们忽略了一个重要因素，那就是：在水底“放一根绳子”、“打一根木桩”、潜水员下潜......这些绝非说说那么简单。

原因如下：

随着潜水深度的增加，水压会逐渐增大。当潜水员处于高水压环境（约3至4大气压力以上），肺内氮气会因高压缘故，而对潜水员产生麻醉作用。

按照这个高水压深度推算，考古潜水员下潜至水下60-70m的深度，就不宜在往下潜了，否则会有较大的氮醉风险。

而我们再来看看一组水下遗迹所处深度的数据吧：中国云南抚仙湖水下古城遗址，水深70余米；印尼、新加坡和马来西亚沿海水域二战沉船遗址，水深80余米；地中海古商船遗址，水深800米；泰坦尼克号沉船遗址，水深3800米。

地中海水下遗址分布图（来源：CNKI）

泰坦尼克号的船头，拍摄于2004年，位于3800米左右的深海（来源：维基百科）

如此深邃的水下遗迹，远远超出考古队的常规下潜极限，那么，怎么确认这些遗迹？

水下考古“托儿”来了——机器鱼

机器鱼是一种在水下考古界十分好用的水下机器人。我们以北京航空航天大学设计的著名机器鱼SPC-Ⅱ为例，看看机器鱼对水下考古的巨大帮助。

1、 外形采用流线形设计，具有内置的运动控制模块为仿生推进，可支持前进、左转、右转、上浮、下潜五个基本动作。就算是潜水员亲自下潜，也难免要在遗址间游来游去，倘若因为运动对文物造成损坏，那将无法弥补，而且如果扰动比较大，激起的底部泥沙也会影响图像采集。机器鱼运动系统的灵活，使得文物损害降到最低。

机器鱼内部结构图 1.胸鳍舵面 2.运动控制模块 3.通讯模块 4.电源模块 5.尾鳍关节电机 6.尾鳍 7.传动机构 8.任务调度模块 9.导航模块 10.视频模块（来源：CNKI）

2、 机体为玻璃钢骨架，支持定向深游，耐高水压。上述地中海古船遗址的照片，就是由水下机器人采集来的。（潜水员表示瑟瑟发抖）

3、 内置视频模块，具备视频、图像采集功能。除了当潜水员之外，还兼任“摄影师”。

机器鱼系统通讯示意图（来源：维基百科）

不过，到此我们可以看出，机器鱼解决了水下考古的第二阶段，即遗址确认阶段的问题，可是最重要的考古发掘，以现在的技术来讲，虽然机械手、机械臂在也有相关研究，但尚不能应用到考古工作中，毕竟考古工作精细复杂，需要考古队员的知识储备和经验。

所以，水下机器人或说机器鱼如何介入第三阶段，作业型水下机器人如何设计，将是未来水下机器人研究要解决的问题。

亲力亲为的水下考古发掘

水下机器人没办法涉及水下考古的发掘阶段，考古队只能在常规潜水范围内亲自进行水下考古发掘了。说到水下考古发掘方法，要引入一个概念：探方。

探方其实是陆地考古发掘的主要方法。由于遗迹或文物埋在地下，考古队员并不清楚它们是如何排列、布局的（因为不仅文物本身蕴含着考古信息，文物的排列也是历史信息的重要反映！！！），所以要用试探性的方法来发掘，即打探方。

先在选定的发掘区域内画好方格网，在每个十字线交叉点打下一根木橛。方格的大小亦即“探方”的大小。不管探方多大，相邻的两个探方之间要保留0.5-1米的隔梁，等到发掘末尾再将其挖掉。每个探方还要做好编号。这样一来，选择小区域试探性发掘，能最大程度保护文物及其排列状态。

由于水中无法画线，所以水下考古的发掘，便将探方法做了更新，衍生出“水下硬探方”和“水下软探方”。水下硬探方就是用木质或金属制框架“架”起网格，软探方则是用绳子“拉”起网格。

水下硬探方（来源：钱江晚报）

到今天为止，水下考古对考古队员来说仍具有很高的危险性，随着人工智能技术的发展，相信我们前面提到的“作业型水下机器人”研制必将成功助力水下考古工作。

[参考资料]

《水下考古学研究》中国国家博物馆水下考古研究中心 科学出版社，2012年8月

《中国考古通论》张之恒 南京大学出版社，2009年10月

摄影技术在水下考古工作中的运用，韩飞《河南科技》2013年第8期

《机器鱼》王硕 北京邮电大学出版社，2007年6月