探究文物古跡的“前世今生”—衛星導航技術在考古工作中的應用

徐菁（北京空間科技信息研究所）

探究文物古跡的“前世今生”—衛星導航技術在考古工作中的應用

徐菁（北京空間科技信息研究所）

中國是世界著名的文明古國，擁有幾千年燦爛文明，沉積形成了眾多反映中華文化和民族特色的文物古跡，保護文物古跡就是保護我國悠久的歷史文化。如何將我國文物古跡完好地保存和傳承，是考古學家追求的目標，以衛星導航定位技術為代表的現代高科技手段已經日益廣泛地運用到考古學領域，不僅使我國考古工作朝著更加科學、準確的方向發展，而且能給考古學家帶來便捷，大大減輕野外考察的勞動強度。

1 考古中的衛星導航技術

衛星導航技術用于考古學已有近20年的歷史，在考古調查和發掘過程中得到充分運用。

首先，在考古調查時，考古學家可以利用衛星導航技術，輔助記錄調查路線、尋找和確定遺址中心位置，了解海拔，掌握地形和環境特征、遺址范圍等空間信息。在接下來的考古發掘中，遺址內的遺跡、現象乃至每件器物或陶片都在特定探方中的特定位置上，利用衛星導航技術提供的準確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，運用衛星導航技術，根據遺址中各種遺跡和器物的空間分布狀況，從考古遺跡或現象的空間位置出發，結合遙感（RS）技術、地理信息系統（GIS）技術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、簡潔地重建和復原當時的社會狀況，反映某些歷史及其演變過程。

考古中的常用設備之一是衛星定位手持機，其水平定位精度可達到5～10m以內，被廣泛應用在野外考古調查中確定遺址的位置和邊界，采集遺址的空間屬性信息（經緯度坐標）。衛星定位手持機除了能進行定位、導航和記錄航跡外，還具有電子羅盤、速度表、里程表、溫度計等功能，而且體積小，攜帶方便。手持機采用專業外觀設計，一般能防水、防震；且功能豐富，操作簡單，可以與個人計算機（PC）、掌上電腦（PDA）、手機等智能化產品連接，實時進行數據更新。

不過，衛星定位手持機不能滿足考古挖掘中細部測繪工作的需要，只能借助于高精度測量型衛星導航設備，于是一種基于衛星導航系統的載波相位實時差分（RTK）技術應用于考古學。它能實時提供厘米級（1～10cm）的三維定位精度，具有定位精度高、施測方便靈活、條件要求低、工作效率高等特點，在建立遺跡三維模型，進而還原古代遺跡原貌方面充分體現其優勢。

RTK測量型接收機

2 長城資源調查—呈現“數字長城”

“都說長城兩邊是故鄉，你知道長城有多長？”這句歌詞曾被無數遍傳唱。的確，長期以來，長城的長度在每一位中國人心底其實只是一個概念，一個心理的數字“萬里”，然而長城的具體長度，人們無法詳知。

作為人類歷史上最偉大的建筑之一和世界文化遺產，長城的現狀令人堪憂，它的保護和研究越來越受到國內外各界的極大關注。于是，2006年國家文物局啟動了“長城保護工程”，這項有史以來我國最大規模的文物保護行動，旨在保護長城這一瀕危的世界遺產，使這個中華民族的精神象征在社會發展中被傳承和發展。然而，整個工程面臨一個核心問題：綿延三千多年的“萬里長城”究竟有多長，準確位置在哪里，保護狀況如何？由此，摸清長城“家底”、開展長城資源調查、建立長城文物記錄檔案，成為一項緊迫的任務。從2007年開始長城資源調查工作歷時5年時間，分為明長城調查、秦漢長城調查和其他時代長城調查三個階段進行，調查范圍覆蓋15個省（市）區。

文物發掘現場

畫中長城

被嚴重風化的長城殘壁

在這次長城資源調查工作中，調查員利用衛星定位手持機，精確地定位出長城的地理坐標和海拔高度，并結合紅外測距儀、數碼照相等先進設備獲取的數據進行精確計算，最終獲得一套具有權威性的有關現存長城分布、長度、高程等內容的地理信息數據。2009年和2012年，國家文物局先后公布了明長城和歷代長城的資源調查成果：明長城東起遼寧虎山[124°30′56.70″（E）、40°13′19.10″（N）]，西到甘肅嘉峪關，長度8851.8km；歷代長城總長度21196.18km。

通過長城資源調查，還建立了長城文物記錄檔案和長城信息資源數據庫，繪制出歷代長城總圖，對編制長城保護規劃、開展長城保護工程、加強長城保護管理和進行科學研究都具有重要現實意義。另外，以長城基礎地理信息數據庫為基礎的“數字長城”在互聯網上與世人見面，公眾足不出戶便可瀏覽長城景象。

3 第三次全國文物普查—構建文物信息化管理平臺

文物是國家不可再生的文化資源，為了全面掌握不可移動文物的數量、分布、特征、保存現狀、環境狀況等基本情況，為準確判斷文物保護形勢、科學制定文物保護政策和規劃提供依據。2007年4月－2011年12月，我國開展了第三次全國文物普查工作，這是繼20世紀50年代和80年代之后我國第三次文物家底全面盤點工作。

與前兩次普查相比，這次普查不僅規模大、涵蓋內容豐富，而且最顯著的特點是，通過運用包括衛星導航技術在內的現代科技手段，提高了文物普查的準確率和科技含量，面向信息采集、傳輸、存儲、分析和共享需要，以大比例尺基礎地形圖為依托，在數據庫、網絡等基礎設施支持下，綜合運用衛星導航、遙感和地理信息系統技術構建文物信息的空間可視化與綜合管理平臺，對全國各文物點進行全面摸底調查，準確掌握全國的文物總量，為下一步開展文物保護工作打下堅實基礎。

在第三次全國文物普查過程中，文物調查人員在野外利用基于衛星導航定位技術、集傳統手持機和數據采集器功能于一體的手持設備開展工作。這種手持設備不僅可以用來采集文物的經緯度坐標，而且集成了PDA的“移動辦公”功能，采用電子化表單的方式，實現數據的信息化采集、記錄、存儲和入庫。這種專用的數據采集器針對文物普查的數據采集工作可定制GIS萬能屬性庫，即在記錄經緯度、時間的同時，只需選擇分類信息和輸入相關的描述信息即可完成屬性信息錄入。根據文物普查技術規范輸入相關內容后，回到內業數據處理時可以在PC機中自動生成標準表格，并可打印輸出，實現普查數據上報，方便統計分析等功能。該設備的使用打破了傳統考古調查的局限性，使得調查收集的數據更加全面、詳盡。文物調查人員將收集來的衛星定位數據結合GIS、RS等先進的空間分析技術，還可以得出很多有價值的結論，比如不同時期古代聚落的分布與自然環境的關系，古代人類活動行為方式等。

第三次全國文物普查數據采集專用軟件界面

4 “南海一號”整體打撈—讓水下文物重見天日

說起大名鼎鼎的“南海一號”，它的發現富有戲劇性。1987年，廣州救撈局與英國海洋探測公司在廣東省附近海域尋找東印度公司沉船萊茵堡號時，并沒有找到東印度公司的沉船，卻意外地發現了深埋在水下23m的另一艘古代沉船，并從沉船上打撈出200多件瓷器。經考古專家鑒定,這是一艘南宋時期福建泉州特征的木質古沉船，可能與“海上絲綢之路”有關，從而引起了世界矚目。后來，這艘古沉船被命名為“南海一號”。

“南海一號”古船是迄今世界上發現的年代最早、船體最大、保存最完整的古代遠洋貿易商船。令人驚奇的是，這艘沉沒海底近千年的古船船體保存相當完好，船體的木質仍堅硬如新。這艘沉船的出現對我國古代造船工藝、航海技術研究以及木質文物長久保存的科學規律研究，提供了最典型標本。同時，它也為復原海上絲綢之路的歷史、陶瓷史提供極為難得的實物資料。

由于受限于我國當時考古技術水平，無法對“南海一號”進行有效的發掘。進入21世紀，隨著科學技術和考古學的進步，國家決定對“南海一號”進行整體打撈。然而，經過20多年淤泥的沉積，20世紀80年代發現的“南海一號”沉船已不見蹤影，需要重新確定沉船精確位置，這是整體打撈要解決的首要問題。而要解決這個問題，就必須用到衛星導航水下定位系統。

衛星導航水下定位系統主要由導航衛星、差分衛星導航系統基準站、衛星導航系統浮標、安裝于水下載體的水下收發機、船基數據處理與監控中心、水上無線電通信鏈路、水下水聲通信鏈路組成。其工作流程如下：將衛星導航水下收發機安裝在沉船上，由工作船上的數據控制中心向水下收發機發送定位請求信號，激活水下收發機向浮標發射定位信號；浮標接收到定位信號后，對其進行精確時延估計，并將結果數據連同浮標姿態校準數據、衛星定位數據等信息進行調制后發送至數據控制中心；數據控制中心將基準站差分信號與以上信息進行融合處理后計算出水下沉船的位置，并動態顯示水下載體在大地測量坐標系中的位置。

2007年12月，“南海一號”經整體打撈出水后移駐廣東海上絲綢之路博物館的水晶宮內，終于讓這艘沉睡在海底近千年的古船“重見天日”，整體打撈工程畫上了圓滿的句號。未來幾年，“南海一號”及船載的6萬～8萬件文物將最終展露出全貌，我國考古文物又將增添一顆璀璨的“明珠”。

“南海一號”復原模型

整體打撈“南海一號”

5 結束語

如今，基于衛星導航等現代科學技術研制的考古儀器和設備在考古調查和發掘中發揮著越來越重要的作用，使中國幾千年來燦爛奪目的文物古跡能夠得到更好的保護。隨著現代考古學的深入研究和衛星導航技術的發展，衛星導航技術在我國考古學中的應用前景將更加廣闊。

徐菁/本文編輯