利用熱成像無(wú)人機(jī)在三峽地區(qū)開(kāi)展洞穴調(diào)查的新嘗試

張穎奇

野外調(diào)查對(duì)于古生物學(xué)的重要意義不言而喻。有道是“巧婦難為無(wú)米之炊”，沒(méi)有成功的野外調(diào)查，找不到夢(mèng)寐以求的化石，古生物學(xué)研究也就無(wú)從談起。中國(guó)地大物博，沉積類(lèi)型多種多樣，在不同的地區(qū)開(kāi)展調(diào)查，工作方法也要因地制宜才能行之有效。受師承影響，筆者自2017年起在廣西崇左獨(dú)立開(kāi)展洞穴調(diào)查，以期找到更多有關(guān)步氏巨猿的化石線(xiàn)索。從最初的找不到化石從而心灰意懶，到如今的多個(gè)化石點(diǎn)擇優(yōu)排序從而斗志昂揚(yáng)，個(gè)中摸索雖然艱辛，卻也不失柳暗花明的欣喜。

崇左地區(qū)屬于典型的峰叢、峰林喀斯特地貌景觀(guān)。峰叢、峰林之中，有很多溶洞發(fā)育。在這些溶洞內(nèi)部，既有內(nèi)源性化學(xué)沉積，如鐘乳石、石筍等；又有外源性碎屑沉積，如黏土、粉砂、礫石等。這些外源性碎屑沉積物習(xí)慣上又被稱(chēng)為洞穴堆積，而化石就有一定的概率被埋藏于其中。絕大多數(shù)情況下，化石都是隨著這些洞穴堆積從外部被水動(dòng)力帶到洞內(nèi)埋藏的，而洞穴堆積在中國(guó)南方喀斯特地區(qū)也是第四紀(jì)哺乳動(dòng)物化石的主要載體。想要找到化石，首先就要找到洞。只有找到并調(diào)查更多的洞，才能增加找到化石的機(jī)會(huì)，這就是規(guī)律和概率的結(jié)合。相對(duì)而言，在崇左地區(qū)找洞比較容易，因?yàn)樵摰貐^(qū)峰叢、峰林的山體高度通常不高于200米，山體周?chē)酁闆](méi)有植被覆蓋的陡峭崖壁，多數(shù)情況下僅憑肉眼或借助望遠(yuǎn)鏡觀(guān)察就可以確定位于崖壁高處的洞口位置。我們索性將這樣的洞穴稱(chēng)為“崖壁洞穴”。選擇這樣的洞穴作為調(diào)查對(duì)象主要是出于以下幾點(diǎn)考量：一是這樣的洞穴最容易被發(fā)現(xiàn)而且數(shù)量較多；二是在一定區(qū)域范圍內(nèi)，洞穴堆積的位置越高時(shí)代越老，發(fā)現(xiàn)步氏巨猿的機(jī)率也就越大；三是常人難以到達(dá)崖壁高處的洞穴，所以對(duì)洞穴堆積的人為破壞更少。此外，該地區(qū)的峰叢、峰林之間基本上均分布有開(kāi)闊且底部平坦的山谷或小平原；同時(shí)，也受益于甘蔗在轄區(qū)內(nèi)的規(guī)模種植，這些山谷中或小平原上均鋪設(shè)了運(yùn)輸甘蔗的碎石路，這也給主動(dòng)性調(diào)查帶來(lái)了極大的便利。為了最大限度地避免與突破性化石材料（尤其是步氏巨猿的突破性化石材料）失之交臂，凡是發(fā)現(xiàn)有含步氏巨猿化石的洞穴堆積的峰叢或峰林，我們都會(huì)沿其崖壁底部繞行一周進(jìn)行排查。近年通過(guò)如此拉網(wǎng)式的調(diào)查，先后在崇左地區(qū)新發(fā)現(xiàn)了有發(fā)掘價(jià)值的洞穴化石地點(diǎn)10余處，其中包括步氏巨猿化石地點(diǎn)4處。

然而，機(jī)緣巧合加上科學(xué)問(wèn)題的驅(qū)使，筆者又有幸獲得了在鄂西長(zhǎng)江以南的三峽地區(qū)開(kāi)展洞穴調(diào)查的機(jī)會(huì)。該地區(qū)不僅為步氏巨猿化石分布區(qū)域的最北界，區(qū)內(nèi)的重慶巫山縣（龍骨坡遺址）、恩施建始縣（建始人遺址）以及宜昌長(zhǎng)陽(yáng)縣（長(zhǎng)陽(yáng)人遺址）均曾有重要的古人類(lèi)遺址發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)60年代末，以翟人杰為首的古脊椎所先輩們就曾到訪(fǎng)過(guò)這里調(diào)查“龍骨”線(xiàn)索，并搜集到產(chǎn)于該區(qū)域的步氏巨猿牙齒化石百余枚。這些足以說(shuō)明該地區(qū)第四紀(jì)哺乳動(dòng)物化石資源的豐富程度和調(diào)查價(jià)值。

鄂西長(zhǎng)江以南三峽地區(qū)的喀斯特地貌景觀(guān)與崇左地區(qū)截然不同。這里的喀斯特地貌景觀(guān)為夷平面臺(tái)地上高度基本一致的丘陵?duì)罘鍏才c縱深數(shù)百米甚至上千米的峽谷的組合。丘陵?duì)畹姆鍏惨膊幌癯缱蟮貐^(qū)那樣突兀，且基本全部被茂密的植被所覆蓋，很少形成陡峭的裸露崖壁。反而是切割夷平面臺(tái)地的峽谷兩側(cè)谷坡更容易形成規(guī)模較大的陡峭巖壁。2020年9月最初到該地區(qū)嘗試進(jìn)行調(diào)查時(shí)，在廣西崇左地區(qū)摸索出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)先入為主，我們滿(mǎn)懷信心直奔崖壁洞穴而去。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)少有裸露的崖壁，一般僅存在于切割較深的河谷兩側(cè)的谷坡；這樣的崖壁上少有成規(guī)模的洞穴發(fā)育，即使有也很少保存洞穴堆積，化石就更無(wú)從談起了。當(dāng)時(shí)對(duì)這樣的結(jié)果感到意外，也感到灰心失望，可謂是名副其實(shí)的碰“壁”了。如果在崖壁上找不到洞穴，那么在覆蓋有茂密植被的喀斯特峰叢中尋找洞穴的難度就更大了，基本不存在現(xiàn)實(shí)可行性。當(dāng)然還有一種辦法就是向當(dāng)?shù)氐睦相l(xiāng)打探洞穴的信息，但是這樣得到的線(xiàn)索質(zhì)量參差不齊，并且村民已知的洞穴多數(shù)分布于村落周邊，人為擾動(dòng)嚴(yán)重，恐怕并不能滿(mǎn)足系統(tǒng)調(diào)查的需要。再加上當(dāng)?shù)氐哪贻p人大多外出務(wù)工，基本上不會(huì)關(guān)注山上的洞穴，而知道洞穴情況的老年人也越來(lái)越少，這樣一來(lái)，依靠村民提供信息開(kāi)展洞穴調(diào)查的思路實(shí)施起來(lái)也很困難。難道真的沒(méi)有切實(shí)可行的方法在該地區(qū)開(kāi)展主動(dòng)性洞穴調(diào)查嗎？這一困境隨著后來(lái)一次到該地區(qū)進(jìn)行化石線(xiàn)索核查終于迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī)。

鄂西三峽地區(qū)的清江大峽谷（A）和“山原期”夷平面臺(tái)地上的丘陵?duì)羁λ固胤鍏玻˙）

2022年9月，筆者赴湖北巴東縣實(shí)地考察化石線(xiàn)索并確認(rèn)了位于該縣水布埡鎮(zhèn)八斗坪村十四組的青崖洞的發(fā)掘價(jià)值。2023年4月，在巴東縣文化和旅游局的協(xié)助下，筆者對(duì)該縣野三關(guān)鎮(zhèn)和水布埡鎮(zhèn)的部分位于村落附近已經(jīng)廣為人知的洞穴進(jìn)行了考察。通過(guò)這兩次初步考察，筆者發(fā)現(xiàn)該地區(qū)但凡有一定規(guī)模的喀斯特洞穴均有一個(gè)特點(diǎn)，即夏季時(shí)洞口會(huì)有體感明顯的涼風(fēng)從洞內(nèi)吹出，導(dǎo)致洞口的溫度與周?chē)h(huán)境溫度形成極明顯的差異。于是，2021年專(zhuān)業(yè)人員利用熱成像無(wú)人機(jī)護(hù)送北移云南亞洲象群平安回家的畫(huà)面便浮現(xiàn)在筆者的腦海中。既然洞口的溫度與周?chē)h(huán)境溫度的差異如此明顯，那么洞口肯定也會(huì)像夜間的亞洲象群那樣在熱成像無(wú)人機(jī)拍攝的畫(huà)面上有所體現(xiàn)。

2023年8月，筆者懷著忐忑的心情在湖北巴東縣的野外調(diào)查中對(duì)上述想法進(jìn)行了全方位的驗(yàn)證。首先是利用熱成像無(wú)人機(jī)對(duì)已知洞穴分別進(jìn)行可見(jiàn)光照片和熱成像照片的拍攝，然后確認(rèn)洞口是否會(huì)在熱成像照片有明顯的體現(xiàn)。筆者分別對(duì)巴東縣水布埡鎮(zhèn)的青崖洞、野三關(guān)鎮(zhèn)三斗坪的鴛鴦洞和高仕洞以及建始縣高坪鎮(zhèn)龍骨洞進(jìn)行了拍攝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然在可見(jiàn)光照片上洞口的位置受植被覆蓋的影響基本上不可見(jiàn)，但是在熱成像照片上都可以準(zhǔn)確識(shí)別。但受無(wú)人機(jī)飛行高度、掃描取景范圍以及焦平面與洞口朝向之間角度的影響，洞口的識(shí)別特征以及明顯程度會(huì)稍有差異。由于無(wú)人機(jī)飛行高度較高、鏡頭取景區(qū)域較廣、洞口面積相對(duì)較小，青崖洞的洞口在熱成像的照片上呈明顯的點(diǎn)狀異常低溫區(qū)域；建始龍骨洞的情況與青崖洞類(lèi)似；鴛鴦洞洞口位于較陡的坡面上，冷空氣從洞口沿坡面向下流動(dòng)，故在熱成像照片上呈現(xiàn)為條帶狀異常低溫區(qū)域；而高仕洞的規(guī)模較大，洞口形成面積較大的凹陷并被冷空氣充填，故在熱成像照片上呈現(xiàn)為以凹陷輪廓為邊界的異常低溫區(qū)域。除了利用已知洞穴進(jìn)行驗(yàn)證，筆者還進(jìn)行了難度遞增的另外兩種測(cè)試。其一是從老鄉(xiāng)處打探山洞的大致位置，然后對(duì)老鄉(xiāng)口頭描述的大致區(qū)域用無(wú)人機(jī)進(jìn)行熱成像掃描。結(jié)果表明，無(wú)人機(jī)可以準(zhǔn)確定位洞口的位置，野外隊(duì)員也可以順利到達(dá)洞穴并進(jìn)洞進(jìn)行調(diào)查。其二是在完全不掌握洞穴分布情況的區(qū)域進(jìn)行盲測(cè)，使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行熱成像掃描。結(jié)果僅在8月7日第一次嘗試當(dāng)天，便找到三處之前完全未知的洞穴。這些嘗試驗(yàn)證了利用熱成像無(wú)人機(jī)在三峽地區(qū)開(kāi)展洞穴調(diào)查的可行性。這一調(diào)查方法也將為三峽地區(qū)的洞穴調(diào)查開(kāi)創(chuàng)新的局面，從而將會(huì)增加解決一些懸而未決的科學(xué)問(wèn)題的機(jī)會(huì)。但由于是首次嘗試，也發(fā)現(xiàn)了工作方法中存在的問(wèn)題。雖然熱成像無(wú)人機(jī)有能力準(zhǔn)確鎖定洞穴的位置，但是搜索過(guò)程需要時(shí)間。為了提高工作效率，避免人員的等待時(shí)間，應(yīng)該優(yōu)化工作方案。具體來(lái)講，應(yīng)該將利用無(wú)人機(jī)搜索洞穴和進(jìn)入洞穴調(diào)查分開(kāi)進(jìn)行。先利用熱成像無(wú)人機(jī)對(duì)目標(biāo)區(qū)域展開(kāi)拉網(wǎng)式的掃描搜索，鎖定并記錄疑似洞穴的位置；等積累了一定數(shù)量的疑似洞穴之后，再組織人員統(tǒng)一進(jìn)行排查。另外，在具體的實(shí)施過(guò)程中，還要合理布置起飛點(diǎn)，對(duì)同一目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行多次覆蓋掃描，避免掃描存在盲區(qū)導(dǎo)致的遺漏。

毋庸諱言，筆者對(duì)針對(duì)三峽地區(qū)的這種洞穴調(diào)查方法寄予厚望。這種方法把主動(dòng)性調(diào)查從不可能變成可能，從而有希望找到更多的洞穴、更多有價(jià)值的化石地點(diǎn)、更多有研究意義的化石，并解決更多的科學(xué)問(wèn)題。