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        GIS在考古學的應用

        2015-01-27 18:20:15 來源: 百度文庫 作者:
        聊聊

        地理信息系統(Geographic Information System或 GeoInformation systemGIS)有時又稱為地學信息系統。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下,對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。 顧名思義,地理信息系統是處理地理信息的系統。地理信息是指直接或間接與地球上的空間位置有關的信息,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據的計算機系統,是分析和處理海量地理數據的通用技術"。從GIS系統應用角度,可進一步定義為:"GIS由計算機系統、地理數據和用戶組成,通過對地理數據的集成、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進一步發展成為一門處理空間數據的學科。作為一種空間決策支持系統,GPS不僅擁有信息系統所具備的一般特征,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年內的得到驚人的發展和長足的進步,已廣泛地應用與資源調查、環境評估、區域發展規劃、公共設施管理、交通安全等領域,成為一個跨學科、多方向的研究領域。GPS無論在哪個研究領域中的應用,它都包括三個研究階段:1.原始數據的數字化及其制圖;2.建立模型;3.模擬、分析、預測。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。

        考古調查和發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可以通過空間數據(如一系列點的坐標)來表示,考古遺址內的遺跡、現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據來表示各自的位置,這些位置數據同樣是研究古代社會經濟、文化和社會形態的重要資料。所以,我們運用地理信息系統技術,根據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。考古地理信息系統技術是從考古遺跡或現象的空間位置出發,建立多種空間信息與屬性信息并存的數據庫和圖形圖像庫,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,例如三峽庫區文物分布的“電子地圖”;長江三角洲地區考古信息管理信息系統;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10千米范圍內的聚落考古調查中,使用GPSGIS對遺址進行了較精確的測繪;山東沭河上游人地關系研究中的考古數據庫、考古信息管理系統、考古遺址預測模型的建立等等。

        GPS在考古中的應用研究是多方面的,可以應用于從考古數據采集到考古數據存儲、分析、解釋以及表達的各個方面。綜觀GPS在考古中的應用類型,可以歸納一下幾個方面。

        第一:GIS是一種地理空間數據的數字處理技術,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。如現階段正在發展的面向對象的數據庫(Object Oriented Database)就為解決相關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,具有空間和動態性。地理信息系統具有強大的空間信息顯示和查詢功能,可以實現包括矢量圖形、柵格圖和遙感圖像等空間信息以及各種描述、記錄、數據等屬性數據的顯示和查詢。矢量化的圖層文件一般都能夠直接調入到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據或網頁上,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的數據庫、網頁,充分發揮GPS技術的強大優勢。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,也可以根據需要,進行不同組合的顯示或者通過比例尺的變化,來顯示局部地區考古遺址的分布特征或整個研究區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,同時能夠打開對應的屬性表,進行屬性數據的編輯,如創建數據表、定義表的結構、添加或刪除字段、添加或刪除記錄、編輯修改圖層數據和屬性數據等。一定區域的考古研究往往需要很多年的時間才能完成,每次的考古調查和發掘都會有新的收獲,這就有要求所建立的考古信息系統具有不斷修改原有數據和增加新數據的能力,使考古信息系統始終擁有最新的數據和記錄,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,具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力、產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品,為區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境進行三維模擬和顯示。這些圖形既能夠反映整個研究區域的總體概括,又可以根據需要,靈活地反映任何一個特定區域的遺址分布特征;同時,還能夠根據研究的需要,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;也能夠以多種格式輸出到的文件中,供其他軟件調用,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站之上供他人查詢使用。在考古過程中,經常出現正北方向與實際地形不符造成十分別扭的發掘探方,只要能很好的使用GPS技術,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(即傳統的西南向)作該探方區的基點,同時量探方縱軸方向的方位的度數。我們不用擔心是否在設方時有磁干擾,在整個發掘季節我們可以經常地測一下探方軸的方向。經過多次的測繪,基本上最多次最接近的方位角度數,就是我們在整理資料時所采用的探方方位角的度數了。然后測得該發掘的基點的準確經緯度坐標即可。另外根據遺址的情況,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系無所謂,但以在該遺址的西南方向為好,測得該基點的經緯度。這個總的探方區的野外工作即算完成,十分簡單。在回到駐地后,只要將總基點設在大的探方區圖中的左下角,而發掘地點只需通過經緯差就可以十分容易地標注出來。發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,這樣對總體發掘過程中不同隊伍和不同的發掘季節進行的發掘都十分清晰,決不會發生失誤的情況。

        第三:空間性是考古研究的關鍵性特征,它涉及到考古研究在理論、方法以及實踐中的各個層次。由計算機系統支持進行空間地理數據管理,并由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法,作用于空間數據,產生用于信息,完成人類大腦難以完成的任務。GPS軟件具有對多重數據的訪問和顯示功能。利用熱連接功能,可以直接訪問或打開圖形、圖像、數據庫、聲音、視頻乃至其它GPS文件,使地理信息系統能夠與多重數據進行廣泛而快捷的聯系。我們可以建立全國范圍內的考古信息系統,并應用熱連接功能調用各省、局部區域直接單個考古遺址的考古信息,形成多級信息數據的使用與管理。具體來說,GIS在考古研究中的最直接的應用就是利用考古數據制圖,主要包括區域遺址分布圖、古水系分布圖、古植被分布圖、古地貌圖、三位地層圖等,利用GIS處理地圖的優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,亦可將查詢結果制圖輸出。

        第四:建立考古數據庫,GIS是一種地理空間數據的數字處理技術,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。對于建立考古數據庫,可以將考古遺址抽象為點,也可以抽象為面,這將根據表達的需要以及數據的可獲取性和數據源的比例尺而定,如選擇每一遺址的位置、文化性質、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據記錄格式,通過基于GIS的網絡數據庫達到信息的共享;以電子出版物和虛擬考古遺址的形式在國際互聯網上實現無“時差”的信息交流。

        第五:GPS在考古信息系統研究與建立中的應用,考古數據庫和考古信息管理系統的建立是開展各種考古分析與研究的基礎。目前,考古研究和文物管理單位面對紛繁復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GISMIS技術結合起來應用到考古信息管理中,才能實現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揮。在此方面,國內的相關工作已初步展開。如,長江三角洲地區考古信息管理系統、山東沭河上游史前文化考古信息系統等都在考古信息系統建設方面進行了相關的嘗試。隨著考古研究進展和科學技術的進步,方便增刪相關的功能模塊且不更改系統的結構。作為一種基于GIS的系統,本系統除了具有空間數據庫的查詢、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的基本功能,但一般的管理信息系統只能對屬性數據進行查詢和檢索,而GIS支持的管理信息系統除具有此項功能外,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,考古信息管理系統的模擬與分析功能有很廣泛的內涵,可以從不同的角度和具體的研究目出發,調用系統中部分甚至全部空間數據和屬性數據,利用系統內部所包含的模擬分析工具或者連接外部有關的模擬分析模型加以實施。

         

        展望GIS在考古中的研究,考古學的相關成果現階段暫處在業內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,結果卻不甚理想。在此,考慮到GIS考古研究中的相關應用,筆者不禁萌生出這樣一種想法:通過GIS的虛擬現實技術,構建一個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展。隨著計算機技術和GIS技術的發展,GIS的用戶不僅可以形象地觀察考古數據,而且可以與三維模擬的對象相互交融,具有從外到內或從內到外觀察考古數據空間結構的特征。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與社會經濟相結合,以媒介傳播的方式,把考古與影視、新聞等相結合,走考古與商品經濟相結合的道路,做到考古學自養自供的目標。

        總之,隨著考古研究的不斷深入和研究領域的不斷拓展,GIS的運用將會不斷與考古研究的各方面產生具體的聯系。到時,科學的大熔爐也會融化出一些具體的應用模式及解決方法。這些在業內人士所進行的努力下均會實現。


        參考文獻:

        ①魯鵬、楊瑞霞、田燕《GIS考古研究綜述與前景展望》,《中院文物》2008年第二期

        ②張穎嵐《GIS在考古學中的應用現狀及前景展望》,《西北大學學報》(哲學社會科學版)2006年11月,第36卷第六期

        ③李安波、畢碩本、裴安平、閭國年《田野考古地理信息系統研究與建設》,《地理與地理信息科學》20041月,第20卷第一期

        ④曹兵武《GIS與考古》,《考古與文物》1997年第四期

        ⑤肖彬、謝志仁、閻國年、朱曉華《GIS支持的考古信息管理系統——以長江三角洲地區為例》,《南京師范大學學報》(自然科學版)199922卷第三期

        ⑥熊平、劉亞起《RS技術和GIS技術在考古領域的應用》,《測繪與空間地理信息》2005年10月,第28卷第五期

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