周相成 李云珂 楊家鑫

摘 要：空間數(shù)據(jù)管理和分析是GIS具有的優(yōu)勢(shì)功能，考古工作往往與遺址的空間分布和特征具有深層次的關(guān)系。該文章在研究國(guó)內(nèi)外考古工作中地理信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，總結(jié)了GIS在考古中的五大應(yīng)方面，包括制作考古專用地圖、不同圖層的疊置分析、利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)考古資料數(shù)字化、GIS支持下考古信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以及對(duì)遺址建立預(yù)測(cè)模型，從數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)、信息系統(tǒng)建立以及模型構(gòu)建等方面對(duì)地理信息技術(shù)在考古中的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了初步探究。

關(guān)鍵詞：考古研究 地理信息技術(shù) 考古信息系統(tǒng) 預(yù)測(cè)模型

中圖分類號(hào)：K8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（a）-0017-01

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱GIS）作為上世紀(jì)60年代逐伴隨著信息時(shí)代革命興起的一種集采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示、應(yīng)用地理信息于一體的計(jì)算機(jī)技術(shù)，在近些年來(lái)正不斷拓寬它的應(yīng)用領(lǐng)域i。GIS的核心優(yōu)勢(shì)就在于利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力和較高的運(yùn)算效率來(lái)提取并分析空間特征信息，而在考古研究中空間往往對(duì)深入了解某一地區(qū)的歷史背景有重要意義。結(jié)合目前考古學(xué)界和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，可以總結(jié)出以下五大應(yīng)用。

1 利用GIS制作考古研究專用地圖

地圖作為空間信息表達(dá)的媒介，優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在空間分布直觀性和空間位置精準(zhǔn)性，。相比傳統(tǒng)的制圖技術(shù)GIS優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在利用信息技術(shù)管理海量地圖數(shù)據(jù)，根據(jù)需要生成不同的圖層，在應(yīng)用時(shí)靈活調(diào)用不同圖層制作不同的考古專題圖。同時(shí)存儲(chǔ)到GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的智能地圖在將來(lái)需要時(shí)也可以按多種條件查詢需要的內(nèi)容，并將查詢結(jié)果重新制作地圖輸出。

三維可視化能帶給考古工作者更直觀的視覺(jué)感受，這也有助于對(duì)周邊地形的分析以及遺址內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探索。但GIS制作精確的三維模型所需工程量數(shù)據(jù)量較大，很多三維景觀圖的制作更多是為了展示，對(duì)考古工作者來(lái)說(shuō)并不能深入到分析層面。

2 利用GIS分析遺址周邊環(huán)境以獲取歷史信息

利用不同圖層的疊置分析實(shí)現(xiàn)歷史現(xiàn)象同環(huán)境的相關(guān)性研究，最早實(shí)踐為1972-1982在北美對(duì)Granite Reef的考古研究，利用地圖處理系統(tǒng)MAPS建立了涵蓋三萬(wàn)多平方公里的高程、土壤類型、降雨量和溫度等多個(gè)圖層，用來(lái)研究該地區(qū)適合采集狩獵和早期農(nóng)業(yè)的地理環(huán)境。近年來(lái)環(huán)境空間的探討通常是先將遺址周邊的環(huán)境因素劃分為不同類別如海拔、坡度、地形、土壤、降水、溫度等并進(jìn)行分級(jí)，從而確定遺址在空間分布上與環(huán)境因素間某種相關(guān)的關(guān)系ii。

國(guó)內(nèi)的經(jīng)典案例如北京大學(xué)在對(duì)山西石窟寺研究中的GIS運(yùn)用。先獲取石窟及摩崖造像的DEM數(shù)據(jù)，利用ArcMap軟件展開(kāi)坡度分析、坡向分析和高通濾波分析，并設(shè)置緩沖區(qū)探索石窟點(diǎn)與古道、古河道的關(guān)系。最后總結(jié)不同時(shí)代石窟開(kāi)鑿選址考慮的因素差異規(guī)律等。

3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)考古資料的數(shù)字化

信息時(shí)代實(shí)現(xiàn)資料的數(shù)字化非常重要，原有的文件管理模式面對(duì)越來(lái)越龐大的數(shù)據(jù)時(shí)往往無(wú)力應(yīng)對(duì)，不僅不利于保管，在信息共享和檢索上也遠(yuǎn)不如數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)方便。GIS的核心支撐空間數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)文物信息管理和考古遺址的描述非常方便，在考古研究中除了屬性信息，通常還要關(guān)注遺址的空間位置，聚落的空間分布關(guān)系以及這些空間內(nèi)容隨時(shí)間變化的時(shí)空要素。

目前我國(guó)正快速實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)存遺址資料的數(shù)字化，比如由中國(guó)社科院牽頭的對(duì)伊洛河流域二里頭I期遺址的研究，將空間信息抽象為點(diǎn)線面等要素存儲(chǔ)，分析時(shí)結(jié)合屬性信息綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的田野考古iii。當(dāng)前的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)基于GIS的考古信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而利用虛擬考古遺址實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上信息的共享。

4 開(kāi)發(fā)GIS支持下的綜合考古信息系統(tǒng)

借助GIS技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)綜合的考古信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)考古信息高效管理，同時(shí)利用GIS軟件的空間分析和可視化手段，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)考古信息的整合分析，這一點(diǎn)歐美國(guó)家已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。由于涉及的技術(shù)較為復(fù)雜，國(guó)內(nèi)目前還處于初步嘗試階段。

國(guó)內(nèi)目前較為成功的例子比如由華東師范大學(xué)和蘇州科技學(xué)院合作開(kāi)發(fā)的上海地區(qū)考古信息系統(tǒng)iv，覆蓋太湖以東吳越文化良渚遺址，崧澤遺址，馬家浜遺址遺址等歷史遺跡，具體的實(shí)現(xiàn)功能有：信息查詢，多媒體熱連接（展示相關(guān)圖片、視頻），統(tǒng)計(jì)分析和地學(xué)研究（空間分布同水系、地貌、道路等要素關(guān)系）。

5 對(duì)考古遺址建立預(yù)測(cè)模型

GIS技術(shù)另一個(gè)能力便是虛擬現(xiàn)實(shí)，利用3D建模模擬現(xiàn)實(shí)情況，然后在模型上對(duì)未來(lái)發(fā)展加以預(yù)測(cè)分析。目前在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、建筑物變形等領(lǐng)域中已有廣泛涉及。國(guó)外目前有很多這類較為成功的例子，除了收錄各類考古數(shù)據(jù)、提供信息查詢、地形分析等傳統(tǒng)GIS功能外，信息系統(tǒng)還附加了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)分析等技術(shù)支持v。國(guó)外學(xué)者在阿曼開(kāi)發(fā)的MEGA就是一個(gè)面向中東地區(qū)歷史遺址的綜合信息系統(tǒng)，附加了對(duì)今后這一地區(qū)變化的監(jiān)測(cè)功能。

國(guó)內(nèi)敦煌莫高窟以及一些古代墓葬都面臨著隨著時(shí)間推移，地質(zhì)環(huán)境變化造成的潛在威脅，如果利用測(cè)繪技術(shù)長(zhǎng)期跟蹤如年下沉量、年風(fēng)沙量等數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)附加到GIS綜合管理系統(tǒng)中利用已有的模型便可做出預(yù)測(cè)，有助于即時(shí)采取措施保護(hù)文物。由于文物的脆弱，在遺址的發(fā)掘過(guò)程中也可能造成破壞，利用遙感手段探測(cè)模型在GIS系統(tǒng)中對(duì)可能的破壞模擬預(yù)測(cè)可以降低潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際上地理信息系統(tǒng)在考古研究中應(yīng)用還有很多方面，并且相關(guān)技術(shù)也在不斷革新，國(guó)外已經(jīng)有學(xué)者和開(kāi)發(fā)人員在考古中成功應(yīng)用地理信息技術(shù)，并取得良好的效果。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究雖然起步較晚，但隨著“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”的提出和實(shí)現(xiàn)，“數(shù)字考古”的設(shè)計(jì)不久也將成為現(xiàn)實(shí)。

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