基于附燧遥感考古调查的明长城烽传场景新识

李哲 李明帅 李严

基于附燧遥感考古调查的明长城烽传场景新识

李哲1,2李明帅1,2李严1,2

（1 天津大学建筑学院，天津 300072）（2 文化和旅游部“建筑文化遗产传承信息技术”重点实验室，天津 300072）

在中国“长城资源调查”工程实施后，明长城全线仍有大量遗址及其历史场景信息处于蒙尘状态，反映出传统考古信息采集方法的一定局限性。在国家文化公园建设背景下，为深入理清明长城的燃烽预警场景，首次对一类非常重要但被长期忽视的设施——附燧展开全面调查。通过实验室自建的“明长城全线实景三维数据库”筛查、低空遥感测绘及补充踏勘，共计定位、测绘162处遗址，发现附燧是在明长城全线广域应用的重要燃烽设施。文章进一步分析了附燧的保存状态、单体形制、空间类型及选址特点等内容，揭示了明长城“台下点烟，多烟传烽”的传烽历史场景。以低空遥感为技术基础，通过群体遗址的全线图像数据采集和整理，提升相关资源信息的掌握程度，进而发现隐藏文化遗产类型的方法，同样适用于其他类型线路遗产的研究。

附燧 多烽预警 明长城全线 低空遥感 遥感考古

0 引言

明长城是世界范围修筑规模最大、保存最为完整的古代军事工程[1]，8 851.8km的长城墙体[2]与镇、路、卫、所、堡等军事聚落一起构成了明长城军事防御体系[3]。“传递相报，瞬息百里，而非人力所能及也”[4]，“烽火传递”在如此规模的军事工程中发挥着至关重要的作用。在烽火相传之间，广域国土可警讯日达，长城与边镇各军事聚落、中央与边疆形成了统筹联动的整体。明长城曾分布着用于燃烽的设施——附燧，以三、五或十余个为一组在烽火台附近成行排列。当戍卒发现敌情时，应根据敌军规模点燃对应数量的附燧进行预警：“各镇通例，若见敌一二人至百余人，举放一烽一炮；五百人二烽二炮，千人以上三烽三炮，五千以上四烽四炮，万人以上五烽五炮”[5]。附燧通过多烽预警的方式将战斗位置、敌军数量等关键战争信息快速、准确地传递至所属军堡，由军堡出动相应兵力作战，避免出现兵力不足或过度出兵的情况。

然而，相较于烽火台、敌台等建筑类型，现存的附燧遗址分散在广阔且被复杂地形分割的地理空间中，处于调查、研究的盲区，如：第三次新疆维吾尔自治区文物普查中错认附燧为守燧士兵居住场所[6]，目前已获修正；中国“长城资源调查”工程没有将附燧作为单独条目进行全线普查，仅在《青海省明长城资源调查报告》等地区的报告中有所描述[7-8]，无法展示全线遗址存量，无法以三维图像的形式显示遗址的空间布局、现状细节等。

基础调查的缺失导致附燧研究较少，综合知网等学术网站数据搜索，872篇长城烽传相关主题论文中，98.7%属于考古、地理、旅游、文学领域的烽火台相关研究，仅有9篇论文分别对新疆、甘肃、青海、河北等地区的附燧进行了简述[9-15]。可见，目前对于长城“烽火相传”的研究，大多关注于烽火台而鲜知有附燧；即使提及附燧的研究也多关注于某一地区的遗存现状，缺乏从明长城全线视角对附燧的系统研究。在长城遗产的超大地理尺度背景下，以往数字化信息采集与管理手段相对匮乏[10]，这导致遗址信息记录碎片化、附燧等细节遗址遗漏的问题。研究方法的瓶颈阻碍了大型遗产信息的整体掌握与观察。

针对上述问题，研究团队采用数字化考古方法，在明长城全线范围展开调查，补充中国“长城资源调查”工程的盲区，以宏观系统的视角考辨明长城更真实的“烽火相传”历史场景。

1 明长城全线附燧数字化考古调查方法

1.1 明长城全线图像库在附燧调查中的初步运用

“附燧遗址分散在广阔且被复杂地形分割的地理空间”这一调查难点问题可利用“明长城全线实景三维数据库”部分得到解决。该数据库于2019年初开始建设，主要方法是利用无人机沿长城线逐段超低空慢速飞行（约15～25km/h），在30~50m相对高度从长城顶部、内侧、外侧3个方向拍摄，获得同一航线内相邻图像重叠率不低于70%的连续高清图像集，再利用无人机图像本身带有的GPS坐标信息（RTK）及摄影测量手段，实现墙体本身与内、外侧微地形的三维测量；在此基础上，引入图像类机器学习技术实现对海量图像的半自动筛选、分类、检索，主要用于发掘长城遗产资源、分析建筑构造、开展病害监测等目的。目前该数据库建设接近完成，包含约5 500km的明长城墙体以及敌楼、烽燧、关堡等单体设施的超低空航测数据。在此数据基础上，初步实现基于网络地理信息系统（Web of Geographic Information System，WebGIS）的数据库平台化管理和图像检索功能（见图1）。

图1 附燧数字化考古调查工作流程

本次研究借助该平台进行全线高清图像快速调取和筛查，在中国长城资源调查登记的12 785座敌台及烽火台中，完成了300余处疑似附燧遗址的图像普查与位置标定，进而开展明长城全线附燧的补充调查。

1.2 基于低空遥感技术的附燧遗址的调查与辨别

在附燧遗址的调查过程中，低空遥感技术具有抵达速度快、遗漏率低且有效辨别、三维数据获取完整等特点。

1）抵达速度快：目前尚存的附燧多位于高山或戈壁中，人员抵近踏勘难度极高。例如：踏勘宁夏贺兰山小石墩附燧，登山往返步行路程约3.6km，垂直海拔落差120m，耗时约5.5h。与之对比，于山脚下操控无人机前往山顶测绘，全程仅耗时15min。因此，研究团队首先在300余处疑似附燧遗址附近进行低空遥感的辨别及测绘，筛选出其中162处能够确认的附燧，进而对极具考古价值的42处遗址抵近踏勘，两种方法相结合，极大提升了明长城全线附燧补充调查的效率。

2）遗漏率低且有效辨别：多数附燧由于缺乏认定与保护，已呈现土包石堆样式，有的还受到植被遮挡，即使勘察人员站在相对高点，因视野高度及视角有限亦难以发现。本次调查的162处附燧遗存位置均在中国长城资源调查报告中有登记，然而已出版的调查报告中内容大多限于烽火台、墩院、墙体遗存，其中仅描述了81处附燧的基本情况，本次调查中约50%的附燧遗址尚未被提及（见图2）。相比于地面测绘，低空遥感视角更易于发现、辨别附燧遗存，其特征为：呈现多个成组规则排列的形态，位于烽火台遗址附近，直径/边长约为2m。根据低空遥感航测数据进行伪彩高程分析，附燧遗存更加清晰可辨（见图3）。此外，低空遥感技术测绘能够形成烽火台遗址周边环境的三维模型，即使在遥感考古过程中遗漏未发现，也可在内业数据复查中补充登记。

图2 中国明长城资源调查报告与本次普查中发现的附燧遗存数量对比

图3 遥感与地面观察视角比较

3）针对附燧遗址尺度小、与地形紧密结合的特点，利用无人机在5～50m的相对高度进行附燧及周边地形的摄影测量，通过处理高重叠率照片所得的数据构建三维模型，可快速获得厘米级精度的附燧遗址单体尺度、地形高程等参数信息，最后对遗址的数据样本进行存档、分析（见图3）。

1.3 历史文献和现场勘察信息的相互验证

历史文献记录了附燧的单体形制、燃烽场景和相关的丰富历史事件。通过运用传统的历史考证方法，综合碎片化的附燧遗址信息，结合场地空间进行历史解读，确认古籍信息的真实性，增强附燧及多烽预警场景的历史认识。

2 调查基本成果

2.1 附燧的地理分布

1）本文根据相关古籍记载，结合明长城全线图像库及遥感考古技术，在全线展开了附燧遗存普查工作，共计定位、辨别、航测了162处附燧遗址，普查结果突破了现有的相关调查认知，发现的附燧遗存分布范围扩展至甘肃、青海、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河北、辽宁8省/自治区，首次从实物遗存的角度证实了附燧在明长城全线的广域连续性分布（见图4）。

图4 本次附燧普查的遗址分布图

2.2 附燧遗址保存现状

对162组附燧遗址的保存状况进行分类，可分为主体形制尚存、内部结构遗存、土、石堆状遗存及地基痕迹四个遗存阶段。处于主体形制尚存阶段的遗址仅2组，占比1.23%；处于内部结构尚存阶段的遗址有5组，占比3.08%；土、石堆状遗存有113组，占比69.75%；地基痕迹遗存42组，占比25.94%。目前，大多数尚可辨认的附燧处于第三阶段的土、石堆状遗存，处于第四阶段的地基痕迹附燧遗址并非较少，而是发现难度大，是快速消失中的附燧遗址典型代表，利用低空遥感技术能更有效地辨别。目前保存最为完整的附燧遗址存高2.2m，长、宽约1.6m，主体形制保存良好；最接近消失的附燧遗址是地面仅存高0.1m、半径0.6m、规则排列的圆形遗址。结合历史照片中的建筑形象，能够清晰反映附燧由完整形制塌毁至土包直至消失的全过程，遗址所承载的历史信息在快速消逝（见图5、6）。

相较于烽火台，附燧体积小，更容易遭受自然及人为损害，全线多数遗址已处于消失的边缘，且未得到应有的文物认定与保护，被拦阻于文物保护围栏之外。令人深感惋惜的是，土、石堆状遗存形似墓葬，被误解、盗挖而遭到二次破坏，中国长城遗产的完整性堪忧。这表明长城作为尺度巨大的线性文化遗产，其资源仍有待深入挖掘与保护。

图5 附燧遗址保存状态及相应数量

图6 1923年与2011年的嘉峪关城东闸门北侧附燧遗存对比

3 附燧的形制、类型、规划规律总结

3.1 附燧单体形制

根据《战守全书》的记载[11]，结合现有遗址、历史舆图及照片判断，明代附燧形制应为方台形，石筑地基，上层土坯砌筑，灰浆表饰，下设灶口用于添加燃料（见表1）。为了进一步探索附燧的内部构造，研究团队在对明长城全线遗存的普查中，发现了多处内部灶腔构造痕迹。保存最为完整的附燧灶腔位于宁夏回族自治区高山寺村附近的烽火台旁，附燧分2组各5座，东西方向一字排列。其中4号附燧存高2.2m，长、宽约1.6m，附燧内部灶腔呈现圆台体，叠石砌造。综合还原附燧建筑形制如图7所示。

3.2 附燧空间类型谱系

借助附燧遗址影像和典型遗址实地勘察，发现附燧具有丰富的空间形式，并存在关联配合关系。首先从附燧的核心功能——传烽模式区分，可以概括为单向型和多向型两大类别，之后根据具体的布置特点可细分成6个典型类型，每个类型由于历史经济、地理等因素发展出诸多变化的亚型，涵盖了目前所发现的所有附燧遗址形式（见表2）。

表1 附燧构造形制

对实际地形情景中附燧类型之间的相互关系进行分析，总结出以附燧为关键要素的长城典型传烽模式及背后的规划设计意图。

图7 附燧建筑形制

（1）沿边传烽模式

长城外侧高地上的烽火台侦察到敌情，多烟信号通过图8中“C”型附燧（包括表2中C-1、C-2、C-3）向最近的长城敌台预警，并通过B1型附燧沿长城逐敌台接力传递，利用B2型附燧转向边内军事聚落方向。

（2）腹里传烽模式

“多烽预警”信号由长城向内部各级军堡逐层传递，墙体及边堡多处于山体纵横之地，烽火台、附燧择高沿山脊线分布[12]，会出现C-3、D-4等自由分布类型附燧；视野好、资金有限的地点可不筑烽火台、仅修筑附燧用于接力传烽（表2中A-1型），戍卒在附近修筑房屋居住（A-2型）。高等级军堡多处于地势平缓地区，附燧的布局相对规整，常见有C-1、C-2（见表2）等常规型布局。此外，当应被预警的军事聚落处于不同方向时，为减少烽火传递线路的数量和长度，提高传烽效率，会根据地形条件设置D-1、D-2、D-3、D-4型（见表2）附燧，满足单一烽火台的多向传烽需求，以完成预警信息由边墙至各级军事聚落的及时、快速传递。

表2 附燧遗址的空间类型

3.3 附燧的选址特点

遥感考古视角更关注于遗址本体与环境的综合体，分析附燧周边微地形数据发现，为保证视觉可达性，附燧选址与地形高程变化密切相关，并涉及以下几种情况：

1）附燧位于山脊最高处：在山地环境中，附燧顺应山脊脉络分布，呈现出多条山脊上跳跃行进的特征，传信线路大致垂直于山脊脉络肌理分布。附燧大多位于山脊最高处以利于识别，选址优先度甚至高于烽火台，出现烽火台居次的情况，如宁夏贺兰山附燧遗址群（见图9（a））。

图8 长城传烽典型模式

2）附燧位于相对高点地形：在无明显连续山脊，高程呈现随机斑块状匀质分布的地形中，附燧以高点可见为首要原则，如甘肃景泰县一线附燧，择高选址于土丘、土垄等位置排列（见图9（b））。

3）附燧位于高程较高区域边缘处，即由区域高程最高地带向下过渡至区域平缓地带之前的半坡处（图9（c））。此种选址大多为朝向区域核心一侧的山体坡面上，区域核心指盆地中的军堡、沟谷中的道路、沟谷通道的三岔口等（图9（c）），使区域核心处于附燧环绕范围，实现多角度及时预警，防止敌军绕路奇袭。

4）在地形平整，高程变化微小的环境，附燧以就近原则，在烽火台两侧或前侧规则排列，以减少戍卒燃烽时往返于烽火台与附燧的跑动时间。

4 基于附燧遗址发现的长城传烽场景新识

1）附燧是明代烽烟传递的核心设施。边疆地区的戍卒被赋予瞭望和传烽的任务，承受着自然与敌人的生存威胁，“高五丈有奇”的烽火台是他们保命安身且“栖火器”之所[13]。因此，大多数的附燧都与烽火台有伴生组合关系，在所有162个附燧遗址样本中，附燧独立传烽仅有2处，占总数的1.23%；与烽火台/敌台组合的数量占98.77%。

由于附燧相比于烽火台保存情况更差，很多已处于消失的边缘，造成了目前对于中国长城烽传场景，只知有烽火台而不知附燧的认知。实际上，烽火台的功能更偏重于戍卒安全、瞭望守卫和粮薪储存，附燧则为传烽燃烟的功能设施。作为信息发出的建筑载体，附燧与负责信息接收的烽火台同等重要，是明代烽烟传递的核心设施。

2）基于附燧的明长城烽传体系认知。在所有162处附燧遗址样本中，单向传烽样本数占92.9%，表明“镇—路—卫—所—堡”聚落体系[14]与长城呈现出明显的单向线性传烽模式，其实质是军事聚落体系中军镇向长城延伸的感知“神经网”（见图10）。附燧通过相对微观的多种组织传烽模式，以连续可视为依据，因地制宜形成适应性的线性传信线路，以此连接长城、军事聚落体系以及其他军事防御设施，构成复杂、多层次的预警信息传递网络。

图10 明长城防御体系传烽概念图

5 结束语

本文以低空遥感技术为基础，依托明长城全线图像与三维数据库，以数字化方式全面调查了明长城全线的附燧遗址情况，发现附燧在明长城全线有连续性广域分布。这表明“台下点烟，多烟传烽”是更真实的明代燃烽场景，这与以往认知中“单柱烽火”沿长城墙体依次传递的扁平化印象形成鲜明对比。附燧在不同的地理环境、军事目的和经济基础影响下，形成了丰富多变的空间类型与选址特点，这一烽传设施类型是平衡视觉可达性、烽火可辨性及经济性价比所获得的相对优解。但是，附燧遗址调查仅是历史场景的初步认知，燧体排列间距原则、传烽距离规划等更深入的传烽智慧仍有待挖掘。

对附燧功能、类型的深入分析有助于原真性解读长城预警乃至防御体系的建设意图和运作机制，从整体视角撬动一系列新的遗址价值认知。以低空遥感技术为依托，建立和应用明长城三维图像数据库，克服了遗迹空间尺度广阔、地理分割相当多的限制，能够将遗产信息的处理量级和观察研究精度、效率提升到一个新的高度，从而跨越信息瓶颈，能够加速文化遗产价值的发掘和科学保护策略的制定。在此基础上，低空遥感结合地理信息系统、人工智能处理数据方法，将有利于进一步开展线路遗产资源挖掘及量化分析研究。

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Study on the Early Warning Scene of Beacon Fire on the Ming Great Wall Based on Auxiliary Beacon Digital Archaeological Survey

LI Zhe1,2LI Mingshuai1,2LI Yan1,2

（1 School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China） （2 Key Laboratory of Information Technology for Inheritance of Architectural Cultural Heritage, Ministry of Culture and Tourism, Tianjin 300072, China）

After the implementation of the "Great Wall Resources Survey" project in China, there are still a large number of sites and historical scenes along the Ming Great Wall that have not been discovered. In the context of the construction of the National Cultural Park, in order to further clarify the warning scene of the Ming Great Wall, for the first time, a comprehensive investigation was carried out on a very important but long-neglected facility—Auxiliary Beacons. Through the 3D and image database screening, low-altitude remote sensing surveying and mapping and supplementary exploration of the whole line of the Ming Great Wall built by the laboratory, a total of 162 sites have been located and mapped with high precision. It is found that Auxiliary beacon is an important lighting facility for wide application in the whole line of the Ming Great Wall. The team further analyzed the preservation status, shape, type and site selection of Auxiliary beacon, etc., so as to have a more real cognition of the historical scene of Ming Great Wall, that is, "multiple fireworks signals were lit on the ground under the beacon". On the basis of low altitude remote sensing technology, through the collection and collation of the image data of the Great Wall, the lack of comprehensive recognition of the types of relics, this method is also applicable to other types of line heritage.

auxiliary beacon; multiple signal of beacon fire; Ming Great Wall; low-altitude remote sensing; remote sensing archaeology

V445

A

1009-8518(2023)01-0001-12

10.3969/j.issn.1009-8518.2023.01.001

2022-12-03

国家社科基金重点项目（21AZD055）；天津大学研究生教育专项基金2021年度资助项目（N.13）

李哲, 李明帅, 李严, 等. 基于附燧遥感考古调查的明长城烽传场景新识[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(1): 1-12.

LI Zhe, LI Mingshuai, LI Yan, et al. Study on the Early Warning Scene of Beacon Fire on the Ming Great Wall Based on Auxiliary Beacon Digital Archaeological Survey[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(1): 1-12. (in Chinese)

李哲，男，1978年生，2009年获天津大学建筑学专业博士学位，现任天津大学建筑学院副教授，特聘研究员。主要研究方向为建筑遗产数字化保护。E-mail：lee_uav@tju.edu.cn。

（编辑：庞冰）