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地理信息技术助力考古实现科技化

2010-03-23 10:49:02来源:3snews.net 编辑:Agnes浏览:

  如今的考古学家已经不仅仅是“拿着小铲子挖土”的形象,现代的高科技手段为他们的考古工作安上了“千里眼”。GIS技术、遥感探测技术、地磁探测法、三维扫描等新技术在我国田野考古领域得到了越来越多的应用。

  地理信息系统考古

  地理信息系统简称GIS,属于空间信息系统,是上世纪六七十年代迅速发展起来的一门新兴的科学技术。它是在计算机硬、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。据国家博物馆遥感与航空摄影考古部主任杨林介绍,由于GIS在地理学方面的广泛运用,因此,在“航空考古”之前,为了将所有的拍摄地点落实到地图上,必须参考GIS坐标。这已是目前普遍的做法。

  通过GIS,人们可以将考古遗址的位置和范围通过空间数据(如一系列点的坐标)设定,考古遗址内的遗迹、现象乃至每一件器物,都可以用准确的空间数据来表明位置。这有助于考古学家运用地理信息系统技术,根据遗址中各种遗迹和器物的空间分布状况,模拟和重建当时的某些历史及其演变过程,从而方便地进行多重空间分析。理论上说,在考古研究中,还可运用GIS技术建立局部区域、全国乃至全球范围内的考古信息系统。比如,通过建立一个流域内不同时期考古遗址的地理信息系统,能够有效地表示遗址范围内的各种遗迹,并将其分为点、线、面3种类型。“点”可以确定遗址和遗址中遗物的位置,较大区域的空间分析中可以将遗址抽象为点;“线”具有一定的长度和走向,表示古代的城墙、道路、河流等相互间或与遗址、遗迹之间的联系;“面”确定遗址范围和形状,表示遗址的范围或各种面状的遗迹。

  据陕西省考古研究院副院长张建林介绍,GIS尽管在环保、地质和管理系统上已经有广泛的应用,在考古学领域,却还没有大规模展开。这是因为,考古学是一门特殊学科,人们需要的数据不仅包括地形、地貌和现存地面上的遗迹,还包括地下遗迹。如何结合二者的数据,进行有学术目的的分析和研究,还没有积累足够的经验。他举例说,对于考古遗迹与自然环境,如山体、水系、道路、土壤、植被等的关系,如何通过输入的信息,进行综合分析,人们都还不清楚。目前能做到的是,按照不同时代、不同类别,将所有探明的历史遗迹的测绘图、照片、数据、文字记录全部输入到系统中去,初步实现信息的大量存储、简单检索和分析。他主持的唐陵大遗址考古发掘,有14个陵墓位于山区,那么这14个陵墓在陵地的选择上有无共同点,从地形、地貌的角度比较陵园平面布局的区别,陵园与神道、下宫遗址的关系等已经可以通过GIS系统进行初步分析。

  目前,陕西的岐山县周公庙遗址、唐陵大遗址、汉陵大遗址都已经开始建立考古GIS系统,内蒙、广东、浙江也在开展考古GIS系统的应用,但在全国仍仅限于少数考古项目。

上图为《殷周金文暨青銅器資料庫》

  遥感考古

  遥感与航空摄影考古是遥感科学、地学与考古学有机结合的产物。“遥感”是上世纪60年代西方首先使用的新名词,一般是指从空间飞行器上装备的光学、电子、微波等传感器对地球表层的自然现象、资源状况、环境变化及人文景观等因素进行探测。而航空摄影是以上诸种遥感手段在考古学研究中运用最多的方法之一。遥感与航空摄影考古主要包括地球物理勘探、测量,航空摄影勘察和卫片、航片分析等。其中以航空摄影勘察,航片、卫片考古学分析为主,文献研究、考古调查发掘及地球物理勘探为辅。

  杨林所属的国博遥感与航空摄影考古部是国内第一个成立的航空考古机构。他们参与的项目包括:洛阳汉魏故城、洛南隋唐城、邙山古墓群、偃师商城、二里头遗址等古代遗址和墓葬;内蒙古东部地区古代大型遗址的飞行勘察,重点勘察了夏家店下层文化山城、辽上京、中京、庆州、祖州、祖陵、庆陵、金界壕边堡、元上都、应昌路故城等遗址;还有黑龙江七星河流域、内蒙古西部地区、陕西关中地区、陕北、新疆、四川成都平原等地的航空摄影等考古工作。“三普”调查中,他们与新疆有关机构合作,对罗布泊地区进行遥感勘察,从卫片、航片上发现目标,用GPS确定坐标,然后派遣特种部队进入,发现了100多处新遗址。
今天,许多单位都开始利用遥感和航空手段对地面进行考古观测。遥感考古技术通过在空中对地面进行俯视,可以全方位地对一个地区地貌的情况进行摄像,不会受到地理环境的限制,大大节省了考古调查的成本。有人做过统计,在相同范围内,用遥感与航空摄影考古的方法,在效率上要比传统的踏查方法提高几十倍甚至上百倍。

  其次,遥感考古具有覆盖范围广、光谱范围大、时空分辨率高等优点。遥感图片容易获得一个地区的全局信息,同时,遥感图像成像尺度变化范围大,有利于人们对所得图片进行研究。人的肉眼只能观测到可见光部分的电磁波反射能量,而遥感可以通过紫外线、可见光、红外线、热红外、微波等能量波范围的全波段电磁波来探测地面和地下的物体。由于卫星技术的应用,现代遥感考古可以全天候、不间断地获得遗址的遥感数据。

  再次,遥感考古对古代遗迹的破坏相对于传统考古要小得多。利用遥感图像,可以在不破坏文物的前提下,了解遗址和古代墓葬的构造,尽可能地减少破坏。

  尽管拥有众多优势,但在我国,相关资料获取并没有放开,航空的特殊性,再加上经费限制,仍然只有少数考古项目运用了遥感技术,有专家表示,大概不足5%。

  杨林认为,目前虽然很多单位都能掌握遥感技术,但是对于各个时代的墓葬、房屋、坑堆,缺乏统一的遥感标准,没有谱系。“因为中国地域太广,即使是内蒙古区域,东部草原、西部沙漠、中部丘陵和山区,地质情况不一样,数据和参数都不一样。要想建立一个全国的遥感信息库,需要很多年的数据积累,目前只是把已经勘察过的区域资料留下来,进一步研究,积累参数。”

  三维扫描

  陕西唐陵大遗址保护项目(桥陵遗址)在2009年荣获“2007—2008年度田野考古奖”一等奖。“田野考古奖”一等奖是对唐陵大遗址新技术运用的肯定。他们在考古调查和发掘现场的测绘方面取得了成就,对考古发掘探方、遗迹、陵园石刻等运用三维扫描技术,这对于准确、全方位地存储数据以及检索数据非常有帮助。过去,考古探方和遗迹所绘制的平面图、剖面图是二维的,难以表现遗址的高差变化,准确性也不够,通过三维扫描技术,不仅可以获取遗址任何一点的三维坐标,而且精度高、速度快、操作方便、数据量大,同时还可以在后期处理成各种需要的效果,如平面图、剖面图、等高线图、三维动画等。唐陵有很多石刻,通过三维扫描、近景摄影测绘等技术,可获得等值线图和不同效果的三维图像。石刻体量大小、石刻表面的微小凹凸都可以清晰地表现出来。这改变了过去单一依靠人工测绘的方法,达到了更多、更准确提取和记录文物信息的目的。

  然而,这种三维扫描技术目前仍无法广泛使用于考古现场,除去经费限制(一台扫描仪100多万元人民币),更重要的原因是后期数据处理难度很高,信息的表现形式与资料的发表形式还不能有机结合,这都需要测绘人员与考古学家反复沟通、协调,进一步改进和完善。特别是器物的三维扫描,扫描仪无法进入器物,器物的内部结构和信息难以获取,不能形成一个器物的完整信息。考古遗迹的扫描也只限于外部,而对于遗迹内部的结构,是填土还是夯土,仪器都不能感知,也无法表现。这些内部情况,仍然需要依靠考古学家用传统的方法考察、记录。

  与GIS、遥感技术一样,目前,对考古发掘现场和文物应用三维扫描技术的,全国只有百分之零点几,仍在摸索阶段。

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