GIS在考古學的應(yīng)用

1、讀書筆記地理信息系統(tǒng)對考古的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或 GeoInformation system，GIS）有時又稱為“地學信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。 顧名思義，地理信息系統(tǒng)是處理地理信息的系統(tǒng)。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關(guān)的信息，又常稱為空間信息。一般來說，GIS可定義為：用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量

2、地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。從GIS系統(tǒng)應(yīng)用角度，可進一步定義為：GIS由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成，通過對地理數(shù)據(jù)的集成、存儲、檢索、操作和分析，生成并輸出各種地理信息。因此，GPS提供了一種認識地理和理解地理信息的新方式，從而使GPS進一步發(fā)展成為一門處理空間數(shù)據(jù)的學科。作為一種空間決策支持系統(tǒng)，GPS不僅擁有信息系統(tǒng)所具備的一般特征，而且具有處理和分析空間信息的能力。正因為GPS這種通用的空間信息分析處理能力，使其在近30年內(nèi)的得到驚人的發(fā)展和長足的進步，已廣泛地應(yīng)用與資源調(diào)查、環(huán)境評估、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、公共設(shè)施管理、交通安全等領(lǐng)域，成為一個跨學科、多方向的研究領(lǐng)域。GPS無論在哪個研究領(lǐng)域中

3、的應(yīng)用，它都包括三個研究階段：1.原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化及其制圖；2.建立模型；3.模擬、分析、預(yù)測。GPS因為其特殊的組織和使用信息的方式，逐漸成為考古信息管理和考古研究分析的強有力的工具?？脊耪{(diào)查和發(fā)掘中獲得的資料都具有空間屬性，一個考古遺址的位置和范圍可以通過空間數(shù)據(jù)（如一系列點的坐標）來表示，考古遺址內(nèi)的遺跡、現(xiàn)象乃至每一件器物或陶片，都是在特定探方中的特定位置上，可以用準確的空間數(shù)據(jù)來表示各自的位置，這些位置數(shù)據(jù)同樣是研究古代社會經(jīng)濟、文化和社會形態(tài)的重要資料。所以，我們運用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)遺址中各種遺跡和器物的空間分布的狀況，可以模擬和重建當時的某些歷史及其演變過程?？脊诺乩硇畔⑾?/p>

4、統(tǒng)技術(shù)是從考古遺跡或現(xiàn)象的空間位置出發(fā)，建立多種空間信息與屬性信息并存的數(shù)據(jù)庫和圖形圖像庫，從而能夠方便地進行多重空間分析和模擬，直觀、簡潔地復(fù)原當時的社會狀況。我國在考古方面有著突出的成就，例如三峽庫區(qū)文物分布的“電子地圖”；長江三角洲地區(qū)考古信息管理信息系統(tǒng)；河南省文物考古研究所和美國密蘇里州立大學人類學系于1996年在河南潁河上游兩岸10千米范圍內(nèi)的聚落考古調(diào)查中，使用GPS和GIS對遺址進行了較精確的測繪；山東沭河上游人地關(guān)系研究中的考古數(shù)據(jù)庫、考古信息管理系統(tǒng)、考古遺址預(yù)測模型的建立等等。GPS在考古中的應(yīng)用研究是多方面的，可以應(yīng)用于從考古數(shù)據(jù)采集到考古數(shù)據(jù)存儲、分析、解釋以及表達的

5、各個方面。綜觀GPS在考古中的應(yīng)用類型，可以歸納一下幾個方面。第一：GIS是一種地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)字處理技術(shù)，利用GIS不僅能夠表達對地物描述性的屬性信息，而且還能表達地物諸如位置、空間形態(tài)等的空間信息，用地理特征唯一ID碼的機制，將空間信息與屬性信息結(jié)合起來，使人們不僅知道存在什么樣的信息，而且知道信息的來源與其在實踐和空間上的變化。如現(xiàn)階段正在發(fā)展的面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫（Object Oriented Database）就為解決相關(guān)問題提供了一個很好的途徑。具有采集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力，具有空間和動態(tài)性。地理信息系統(tǒng)具有強大的空間信息顯示和查詢功能，可以實現(xiàn)包括矢量圖形、柵格

6、圖和遙感圖像等空間信息以及各種描述、記錄、數(shù)據(jù)等屬性數(shù)據(jù)的顯示和查詢。矢量化的圖層文件一般都能夠直接調(diào)入到GPS項目中，然后在GPS軟件中重新編輯或建立地面信息與考古遺跡或遺物的屬性庫，將相關(guān)的考古信息輸入到屬性庫中。為了更好地描述各種屬性，又是需要對一些信息進行簡單的編碼，以使簡化工作量，提高工作效率。有些信息可能存在與專門的數(shù)據(jù)或網(wǎng)頁上，這時就需要制作特定的連接，以便在使用中能夠通過GPS項目就可以直接訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁，充分發(fā)揮GPS技術(shù)的強大優(yōu)勢。在GPS軟件中，利用漫游和縮放工具能夠改變圖形顯示的大小和位置。而且，各個圖層既可以單獨顯示，也可以根據(jù)需要，進行不同組合的顯示或者通過

7、比例尺的變化，來顯示局部地區(qū)考古遺址的分布特征或整個研究區(qū)域不同時期遺址的分布情況。GPS軟件還可以按照一定的限制來進行查詢和顯示，提取距河流、中心聚落一定范圍內(nèi)的遺址的分布特征。其次，各圖層可以被重新排列、編輯、剪切和粘貼；或者添加新的圖層，每一個圖層中的特征也可以進行編輯或移位，同時能夠打開對應(yīng)的屬性表，進行屬性數(shù)據(jù)的編輯，如創(chuàng)建數(shù)據(jù)表、定義表的結(jié)構(gòu)、添加或刪除字段、添加或刪除記錄、編輯修改圖層數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)等。一定區(qū)域的考古研究往往需要很多年的時間才能完成，每次的考古調(diào)查和發(fā)掘都會有新的收獲，這就有要求所建立的考古信息系統(tǒng)具有不斷修改原有數(shù)據(jù)和增加新數(shù)據(jù)的能力，使考古信息系統(tǒng)始終擁有最新

8、的數(shù)據(jù)和記錄，及時反映考古研究的進展情況。而使用GPS可以很方便地擺脫這些問題給我們帶來的困擾。第二：以地理研究和地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預(yù)測能力、產(chǎn)生高層次的地理信息。使用GPS軟件，可以生成各種各樣的圖形和圖像產(chǎn)品，為區(qū)域考古研究提供生動、美觀、簡介的研究模型，對考古遺址及其所處的環(huán)境進行三維模擬和顯示。這些圖形既能夠反映整個研究區(qū)域的總體概括，又可以根據(jù)需要，靈活地反映任何一個特定區(qū)域的遺址分布特征；同時，還能夠根據(jù)研究的需要，顯示單個圖層、多個圖層乃至所有圖層的信息。GPS生成的圖形和圖像可以直接輸出到打印機或繪圖儀上，打印出精美的圖件用于印刷制版；也

9、能夠以多種格式輸出到的文件中，供其他軟件調(diào)用，以便作進一步的處理和分析；或編輯到超文本等格式的文件中，制作光盤或放置于網(wǎng)站之上供他人查詢使用。在考古過程中，經(jīng)常出現(xiàn)正北方向與實際地形不符造成十分別扭的發(fā)掘探方，只要能很好的使用GPS技術(shù)，我們在布方時可以很隨意按照地形、地勢來布方，一般這種情況下出土的遺址現(xiàn)象都與探方的方向大體相近，在繪圖時也較容易。布方時我們選擇左下角（即傳統(tǒng)的西南向）作該探方區(qū)的基點，同時量探方縱軸方向的方位的度數(shù)。我們不用擔心是否在設(shè)方時有磁干擾，在整個發(fā)掘季節(jié)我們可以經(jīng)常地測一下探方軸的方向。經(jīng)過多次的測繪，基本上最多次最接近的方位角度數(shù)，就是我們在整理資料時所采用的探

10、方方位角的度數(shù)了。然后測得該發(fā)掘的基點的準確經(jīng)緯度坐標即可。另外根據(jù)遺址的情況，我們選擇一個相對顯著的地點作為該遺址的總基點，這個基點與遺址有否關(guān)系無所謂，但以在該遺址的西南方向為好，測得該基點的經(jīng)緯度。這個總的探方區(qū)的野外工作即算完成，十分簡單。在回到駐地后，只要將總基點設(shè)在大的探方區(qū)圖中的左下角，而發(fā)掘地點只需通過經(jīng)緯差就可以十分容易地標注出來。發(fā)掘的探方分布圖與總圖比例相同，將基點和正北方向標重合在總圖的標注點與縱坐標上，即可將任意方向的探方圖準確地標注于總圖上，這樣對總體發(fā)掘過程中不同隊伍和不同的發(fā)掘季節(jié)進行的發(fā)掘都十分清晰，決不會發(fā)生失誤的情況。第三：空間性是考古研究的關(guān)鍵性特征，它

11、涉及到考古研究在理論、方法以及實踐中的各個層次。由計算機系統(tǒng)支持進行空間地理數(shù)據(jù)管理，并由計算機程序模擬常規(guī)的或?qū)ｉT的地理分析方法，作用于空間數(shù)據(jù)，產(chǎn)生用于信息，完成人類大腦難以完成的任務(wù)。GPS軟件具有對多重數(shù)據(jù)的訪問和顯示功能。利用熱連接功能，可以直接訪問或打開圖形、圖像、數(shù)據(jù)庫、聲音、視頻乃至其它GPS文件，使地理信息系統(tǒng)能夠與多重數(shù)據(jù)進行廣泛而快捷的聯(lián)系。我們可以建立全國范圍內(nèi)的考古信息系統(tǒng)，并應(yīng)用熱連接功能調(diào)用各省、局部區(qū)域直接單個考古遺址的考古信息，形成多級信息數(shù)據(jù)的使用與管理。具體來說，GIS在考古研究中的最直接的應(yīng)用就是利用考古數(shù)據(jù)制圖，主要包括區(qū)域遺址分布圖、古水系分布圖、古

12、植被分布圖、古地貌圖、三位地層圖等，利用GIS處理地圖的優(yōu)勢在于它可以將考古資料分成不同的圖層，如遺址、遺物、水系、地貌圖等，然后根據(jù)不同的研究需要可進行圖層的疊加，制成各種專題地圖和綜合地圖。進一步深入，還可以把GIS作為管理和決策的工具，如山東沭河上游史前文化遺址分布圖，既可按多種條件查詢，亦可將查詢結(jié)果制圖輸出。第四：建立考古數(shù)據(jù)庫，GIS是一種地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)字處理技術(shù)，利用GIS不僅能夠表達對地物描述性的屬性信息，而且還能表達地物諸如位置、空間形態(tài)等的空間信息，用地理特征唯一ID碼的機制，將空間信息與屬性信息結(jié)合起來，使人們不僅知道存在什么樣的信息，而且知道信息的來源與其在實踐和空間

13、上的變化。對于建立考古數(shù)據(jù)庫，可以將考古遺址抽象為點，也可以抽象為面，這將根據(jù)表達的需要以及數(shù)據(jù)的可獲取性和數(shù)據(jù)源的比例尺而定，如選擇每一遺址的位置、文化性質(zhì)、海拔高度、坡度、坡向、以至于河流之間的位置等等。目前，西方不少國家和組織正在尋求以標準的考古數(shù)據(jù)記錄格式，通過基于GIS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫達到信息的共享；以電子出版物和虛擬考古遺址的形式在國際互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)無“時差”的信息交流。第五：GPS在考古信息系統(tǒng)研究與建立中的應(yīng)用，考古數(shù)據(jù)庫和考古信息管理系統(tǒng)的建立是開展各種考古分析與研究的基礎(chǔ)。目前，考古研究和文物管理單位面對紛繁復(fù)雜并且加速積累的考古、文博資料，主要采取檔案的人工管理辦法，費時費力且

14、信息安全度低，查詢和表達手段更不能滿足信息時代的要求。只有將GIS和MIS技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用到考古信息管理中，才能實現(xiàn)對考古信息進行高效的科學管理，使考古資料的效益得到充分有效地發(fā)揮。在此方面，國內(nèi)的相關(guān)工作已初步展開。如，長江三角洲地區(qū)考古信息管理系統(tǒng)、山東沭河上游史前文化考古信息系統(tǒng)等都在考古信息系統(tǒng)建設(shè)方面進行了相關(guān)的嘗試。隨著考古研究進展和科學技術(shù)的進步，方便增刪相關(guān)的功能模塊且不更改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。作為一種基于GIS的系統(tǒng)，本系統(tǒng)除了具有空間數(shù)據(jù)庫的查詢、檢索、輸入和輸出的常用功能之外，還能為科研部門提供空間模擬、空間分析等功能。查詢檢索功能是所有管理信息系統(tǒng)的基本功能，但一般的管理信息系

15、統(tǒng)只能對屬性數(shù)據(jù)進行查詢和檢索，而GIS支持的管理信息系統(tǒng)除具有此項功能外，還可以對空間信息進行方便的查詢和檢索，從而大大方便了考古研究中的資料查詢。總之，考古信息管理系統(tǒng)的模擬與分析功能有很廣泛的內(nèi)涵，可以從不同的角度和具體的研究目出發(fā)，調(diào)用系統(tǒng)中部分甚至全部空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)內(nèi)部所包含的模擬分析工具或者連接外部有關(guān)的模擬分析模型加以實施。展望GIS在考古中的研究，考古學的相關(guān)成果現(xiàn)階段暫處在業(yè)內(nèi)人士孤芳自賞的階段，公眾考古學不僅一次被提上考古學亟待解決的問題日程，結(jié)果卻不甚理想。在此，考慮到GIS考古研究中的相關(guān)應(yīng)用，筆者不禁萌生出這樣一種想法：通過GIS的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建一個

16、把考古學推向廣大公眾的平臺，真正朝著公眾考古學的方向上發(fā)展。隨著計算機技術(shù)和GIS技術(shù)的發(fā)展，GIS的用戶不僅可以形象地觀察考古數(shù)據(jù)，而且可以與三維模擬的對象相互交融，具有從外到內(nèi)或從內(nèi)到外觀察考古數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)的特征。比如用手（通過傳感器或跟蹤裝置）或其他三維工具來操縱古代模型、感知模擬對象的觸覺乃至氣息等等。這樣，不僅方便于考古學家的各項研究，而且可以使廣大非考古人士以非常直觀的角度感知古代文明的存在，從而達到擴大公眾考古學的宣傳范圍。而且從這方面深入考古，我們可以將考古事業(yè)與社會經(jīng)濟相結(jié)合，以媒介傳播的方式，把考古與影視、新聞等相結(jié)合，走考古與商品經(jīng)濟相結(jié)合的道路，做到考古學自養(yǎng)自供的目標?？傊?，隨著考古研究的不斷深入和研究領(lǐng)域的不斷拓展，GIS的運用將會不斷與考古研究的各方面產(chǎn)生具體的聯(lián)系。到時，科學的大熔爐也會融化出一些具體的應(yīng)用模式及解決方法。這些在業(yè)內(nèi)人士所進行的努力下均會實現(xiàn)。參考文獻：魯鵬、楊瑞霞、田燕GIS考古研究綜述與前景展望