淺談RTK技術(shù)在考古工作中的應(yīng)用

段鵬飛

隨著現(xiàn)代測繪技術(shù)的迅猛發(fā)展,測繪與文物考古的聯(lián)系越來越緊密和深化。測繪被日益廣泛地運用到考古工作中,不僅使考古發(fā)掘單位面積的信息量大大增大,而且使取得這些信息的手段更加科學(xué)、準(zhǔn)確、便捷。RTK(Real Time Kinematic,簡稱 RTK)即“實時動態(tài)測量技術(shù)”在考古測繪中的運用,即為其中一例。2007年8月～9月,在山西省左云古城土城墻調(diào)查中,采用RTK技術(shù)對其進(jìn)行了測繪,在實踐中證明該技術(shù)在考古測繪工作中具有極強的可操作性。下面是對RTK技術(shù)在考古測繪中的使用心得及體會,供大家參考。不當(dāng)之處,敬請大家指正。

歷史上的左云城,寺廟、牌坊、樓臺、殿閣古樸精巧,各具風(fēng)姿;鼓樓、鐘樓、魁星樓、太平樓、牌樓建筑奇特,遙遙相望。可惜的是這些建筑都?xì)в趹?zhàn)火和“文革”時的“破四舊”。相對而言,古城墻保存的比較完整,但由于百姓取土、取磚、建窯、挖洞等原因,年久失修的古城墻也面臨著破壞和坍塌的危險,因而對古城墻進(jìn)行保護(hù)性修復(fù)就顯得尤為重要。

1 實時動態(tài)定位(RTK)技術(shù)和測量原理

談起RTK技術(shù),先得介紹一下GPS技術(shù)。GPS(Global Positioning System,簡稱GPS)即“全球定位系統(tǒng)”,20世紀(jì)70年代在美國開始研制,歷時20年,耗資200億美元,于1994年全面建成。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導(dǎo)航、定位和定時功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。

GPS由空間部分、地面支撐系統(tǒng)及用戶設(shè)備3個部分組成。空間部分即進(jìn)行定位的衛(wèi)星,包括21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星。地面支撐系統(tǒng)由主控站、注入站和監(jiān)測站構(gòu)成。用戶設(shè)備則是用來接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號,以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息。目前,GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各項考古工作中,如長城資源調(diào)查、第三次全國文物普查等。

RTK是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分測量技術(shù),是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。RTK技術(shù)系統(tǒng)用戶主要包括3個部分:基準(zhǔn)站、流動站和數(shù)據(jù)鏈。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站在接收基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時,還要采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理,從而導(dǎo)出厘米級定位結(jié)果。

因為RTK測量技術(shù)能夠?qū)崟r地提供測量點的高精度三維坐標(biāo)(x,y,z),這就為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障,這對GPS測量技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要的現(xiàn)實意義。

2 采用RTK技術(shù)進(jìn)行考古測繪

為方便表述,把古城墻遺址所包含的城區(qū)范圍稱為測區(qū),首先將基準(zhǔn)站架設(shè)在一個已知坐標(biāo)的控制點上,以另外兩個已知控制點為校正點,校正完成后,持移動站、手簿及對中桿對古城墻中軸線進(jìn)行測繪,當(dāng)采集狀態(tài)為固定解時,實時測繪城墻拐點及特征點。充分利用伸縮梯等攀爬工具盡可能地采集到古城墻更多的特征點,同時繪制古城墻草圖及點之記以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和完整性。

外業(yè)工作完成后,參考左云縣志及大比例圖件等資料,利用專業(yè)軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,從而繪制出左云古城土城墻電子圖。古城呈矩形狀,長1 674 m,寬1 474 m,周長計6 296 m。

將上述過程得到的古城墻中軸線坐標(biāo)從計算機傳輸?shù)紾PS手簿里,然后將基準(zhǔn)站架設(shè)在一個已知坐標(biāo)的控制點上,以另外兩個控制點為校正點,校正完成后,持移動站、手簿及對中桿對古城墻中軸線進(jìn)行放樣,就是把空間坐標(biāo)落實到具體位置上,這個過程是與前述測量步驟互逆的。放樣時,手簿界面會提示操作員離目標(biāo)點的方位及距離,從而可以實現(xiàn)目標(biāo)點坐標(biāo)定位。在定位的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)存的土城墻的材質(zhì)、工藝、結(jié)構(gòu)可以復(fù)原間斷的、殘缺的、遭到破壞的古城墻。將古城墻電子圖與最新的大比例尺城區(qū)圖進(jìn)行套合,參考文史地理資料,不但可以確定左云古城南、北、西門的最可能位置,而且還可以為古城規(guī)劃、修復(fù)拆遷、費用測算等工作提供數(shù)學(xué)依據(jù)。

3 RTK技術(shù)在考古測繪中的優(yōu)勢

RTK技術(shù)由于其可以在不考慮點與點之間通視的情況下,對地形地貌進(jìn)行全天候、高精度的測量。相對于全站儀、便攜式GPS儀而言,具有明顯的優(yōu)越性。1)采用 RTK技術(shù)可以測圖。用RTK測圖時,僅需一人背著儀器在待測的地形地貌碎部點上停留 1 s～2 s,同時輸入特征編碼,即可進(jìn)行實時測量。把一個區(qū)域測完后回到室內(nèi),經(jīng)專業(yè)的軟件接口可以自動輸出所要求的地形圖,這樣就大幅度地提高了工作效率。2)放樣。考古中布設(shè)探方是一項重要的工作,采用RTK技術(shù)放樣時,僅需把設(shè)計好的探方點位坐標(biāo)輸入到電子手簿中,然后背著GPS接收機,電子手簿會隨時提示操作員離放樣點的方位及距離。采用RTK技術(shù)還可以將勘探的結(jié)果記錄下來,在布設(shè)探方后,將遺跡的位置進(jìn)行放樣,按照放樣位置進(jìn)行發(fā)掘,這樣就可以避免許多重復(fù)工作。3)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集。每個遺跡、遺物在一定的坐標(biāo)系中都有其唯一的坐標(biāo),將這些坐標(biāo)采集以后,錄入到GIS系統(tǒng)之中,可以為遺跡建立三維模型。

4 結(jié)語

隨著測繪科學(xué)與考古學(xué)的發(fā)展,兩者之間的聯(lián)系必將越來越緊密,筆者相信測繪技術(shù)不僅在國防、科學(xué)技術(shù)研究和工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用,也必將為考古工作提供強有力的技術(shù)保證,讓我們攜手共創(chuàng)測繪學(xué)與考古學(xué)美好的未來。

[1] 徐紹銓.GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2008.

[2] 姚 軍.便攜式GPS儀在考古測繪中的應(yīng)用[J].四川文物,2007(2):20-22.

[3] 馬長青,李云生.淺析RTK技術(shù)在城市測量中的應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(3):354-355.