地理信息技術(shù)在考古研究中應(yīng)用分析

李春璉

摘要：地理信息技術(shù)是空間信息系統(tǒng)的代表，最早誕生于上世紀(jì)60年代，是集齊地理、計(jì)算機(jī)、測(cè)繪、遙感、管理學(xué)、規(guī)劃學(xué)、制圖學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)于一體的綜合性產(chǎn)物，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的使用。本文分析了地理信息技術(shù)的發(fā)展歷程，并探討地理信息技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地理信息技術(shù)；考古研究；應(yīng)用；分析

地理信息技術(shù)是依托于地理信息系統(tǒng)對(duì)地理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)并對(duì)獲得的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與應(yīng)用的通用技術(shù)工具，被廣泛應(yīng)用于自然資源的調(diào)查、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的制定、環(huán)境的評(píng)估以及公共設(shè)施的管理等多個(gè)領(lǐng)域。通過(guò)地理信息技術(shù)可以對(duì)確定的地理對(duì)象進(jìn)行位置、形狀、空間大小以及顏色、類型等空間和屬性數(shù)據(jù)的分析。遙感考古基本原理是建立在遺存的物理性質(zhì)、波譜和影像特征三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，主要被用于遺址的空間分布探測(cè)、考古調(diào)查和發(fā)掘提供參考。由于存于地表或地表以下的古代遺跡隨著歲月的流失逐漸荒廢成農(nóng)田或形成村鎮(zhèn)等，但因?yàn)檫@些遺跡全部為人工建成，與周圍沒(méi)有經(jīng)過(guò)人工擾動(dòng)的土壤環(huán)境存在著差異，于是留遺跡的地區(qū)就會(huì)出現(xiàn)土壤、水分、地表溫度等一系列的特別征水地象，別于周圍環(huán)境。對(duì)考古研究而言，應(yīng)用地理信息技術(shù)可以獲得各種遺跡所處的空間位置信息如地形、遙感影像等，也可以獲得詳盡的相關(guān)遺跡的考古資料信息，包括實(shí)地勘驗(yàn)的情況、鉆探發(fā)掘的信息以及各種相關(guān)文獻(xiàn)資料等。因此在考古研究中應(yīng)用地理信息技術(shù)可以高效準(zhǔn)確快速地處理各種考古遺跡信息并對(duì)它們進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、整理和分析工作，為考古工作節(jié)省了大量的人力和財(cái)力。利用考古數(shù)據(jù)建立考古文物管理信息系統(tǒng)，不僅可以清楚地顯示文物遺跡的空間分布特征，對(duì)歷史文化進(jìn)行有效地管理；還可分析遺址或遺跡之間的相互關(guān)系，從而揭開(kāi)歷史之謎或 為許多長(zhǎng)期無(wú)法解決的重大學(xué)術(shù)問(wèn)題提供了新的視角和客觀材料，下面就較為詳細(xì)地介紹一下地理信息技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用情況。

1 地理信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

地理信息系統(tǒng)GIS（Geographical Information System）屬于空間信息系統(tǒng)，最早誕生于上世紀(jì)60年代，是匯集地理、計(jì)算機(jī)、測(cè)繪、遙感、管理學(xué)、規(guī)劃學(xué)、制圖學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)于一體的綜合性產(chǎn)物，代表著計(jì)算機(jī)技術(shù)與其他學(xué)科之間的相互滲透。GIS技術(shù)建立在地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，借助于計(jì)算機(jī)硬件與軟件，利用地理模型分析法、信息科學(xué)理論、系統(tǒng)工程理論對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、操作、分析、模擬、表達(dá)，這一技術(shù)有幾個(gè)突出的特點(diǎn)：

①有著理想的采集、管理、分析、輸出能力，具有動(dòng)態(tài)性和空間性的特征；

②基于地理決策、地理研究為基礎(chǔ)，以地理模型為手段，具有動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)能力與多要素分析能力，可以為相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供高層次地理信息；

③以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為依托，由計(jì)算機(jī)模擬相關(guān)的分析方法產(chǎn)生信息，完成人類無(wú)法完成的難點(diǎn)任務(wù)。

總體而言，GIS是由計(jì)算機(jī)、地理數(shù)據(jù)、操作人員設(shè)計(jì)的地理信息集成應(yīng)用系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)是其基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋到圖象數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)三個(gè)方面；硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、繪圖儀、數(shù)字化儀、磁帶機(jī)、打印機(jī)等；軟件系統(tǒng)有數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)變換、用戶接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

地理信息系統(tǒng)是整個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的縮影，反映出了現(xiàn)實(shí)世界的演變，借助于硬件與軟件的支持，按照特定的格式進(jìn)行輸入、儲(chǔ)存和檢索，伴隨技術(shù)水平的發(fā)展，GIS在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。尤其是在“數(shù)字地球”的理念提出之后，人們對(duì)于這一技術(shù)有了更加深刻的認(rèn)知，從上世紀(jì)90年代之后地理信息系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，給社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的效益。

2 地理信息技術(shù)的發(fā)展歷程

地理信息技術(shù)的發(fā)展伊始是為了解決各類地理問(wèn)題，發(fā)展到目前為止已經(jīng)成為一門涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)于一體的交叉性學(xué)科。關(guān)于地理信息系統(tǒng)這一詞，最早由R.F Tomlinson在1963年提出，并成功建立了地理信息系統(tǒng)CGIS，為自然管理工作的規(guī)劃提供支持。后來(lái)哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)出了SYMAP，這是全球范圍內(nèi)第一個(gè)完整的地理信息系統(tǒng)軟件，到了70年代隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的提升，GIS技術(shù)的應(yīng)用越加實(shí)用，各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛建立專業(yè)化GIS，在資源的規(guī)劃、管理等工作上發(fā)揮著重要作用。在80年代地理信息系統(tǒng)時(shí)效性得到了顯著的提升，應(yīng)用范圍也更加廣泛，在1995年市場(chǎng)中的地理信息系統(tǒng)軟件已經(jīng)高達(dá)千件，縱觀其發(fā)展階段可以將其分為幾個(gè)重要的階段：

①開(kāi)拓期

60年代是地理信息技術(shù)發(fā)展的開(kāi)拓期，這一階段重視數(shù)據(jù)的地學(xué)處理，這一系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)力源自于新技術(shù)應(yīng)用、學(xué)術(shù)探討、空間數(shù)據(jù)處理等。在這一階段政府的推動(dòng)對(duì)此起著引導(dǎo)性作用，但是僅限于研究范疇，國(guó)際之間的交往非常少。

②鞏固期

70年代屬于地理信息技術(shù)發(fā)展的鞏固期，這一階段更加關(guān)注信息的管理，這一階段繼承了上一時(shí)期的發(fā)展成果，并積極利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)，但是系統(tǒng)分析能力并不強(qiáng)，在技術(shù)方面沒(méi)有實(shí)現(xiàn)突破性發(fā)展，但是政府的影響是在不斷增強(qiáng)的。

③發(fā)展期

80年代是地理信息技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵階段，從資源管理、環(huán)境規(guī)劃方面地理信息技術(shù)的應(yīng)用學(xué)科越加廣泛，應(yīng)用范圍拓展至森林管理、景觀規(guī)劃、古人類學(xué)、土木工程等等。很多國(guó)家都制定了地理信息技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，成立了專門的學(xué)術(shù)性機(jī)構(gòu)，這就標(biāo)志著地理信息技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)化應(yīng)用。

④用戶期

90年代是地理信息技術(shù)發(fā)展的用戶時(shí)代，地理信息技術(shù)成為很多機(jī)構(gòu)中不可或缺的重要內(nèi)容，社會(huì)對(duì)于地理信息技術(shù)產(chǎn)生了全新的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的深化性發(fā)展。

中國(guó)GIS的發(fā)展較晚，經(jīng)歷了起步（ 1970-1980） 、準(zhǔn)備（ 1980-1985） 、發(fā)展（ 1985-1995） 、產(chǎn)業(yè)化（ 1996以后） 等四個(gè)階段?，F(xiàn)在GIS已在中國(guó)的很多部門和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用， 并引起了政府部門的高度重視。一批地理信息系統(tǒng)軟件 （ 如Geo STAR、City Star、Map GIS、Su-per GIS等） 已經(jīng)研制開(kāi)發(fā)成功， 很多高等院校設(shè)立了一些與GIS有關(guān)的專業(yè)或?qū)W科， 還有很多專門從事GIS產(chǎn)業(yè)活動(dòng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相繼成立。此外還成立了“中國(guó)GIS協(xié)會(huì)”和“中國(guó)GIS技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)”等， 并且經(jīng)常召開(kāi)GIS方面的學(xué)術(shù)研討會(huì)。中國(guó)地理信息系統(tǒng)方面的工作始于20世紀(jì)80年代初， 以1980年中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所成立全國(guó)第一個(gè)地理信息系統(tǒng)研究室為標(biāo)志。在幾年的起步發(fā)展階段中，中國(guó)地理信息系統(tǒng)在理論探索、硬件配制、軟件研制、規(guī)范制訂、區(qū)域試驗(yàn)研究、局部系統(tǒng)建立、初步應(yīng)用試驗(yàn)和技術(shù)隊(duì)伍培養(yǎng)等方面都取得了進(jìn)步， 積累了經(jīng)驗(yàn)，為在全國(guó)范圍內(nèi)展開(kāi)地理信息系統(tǒng)的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。endprint

3 地理信息技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用必要性

GIS技術(shù)在考古研究中也得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了突出的成果，為現(xiàn)代考古研究的發(fā)展提供了新的方法和手段，拓展了以往的考古研究領(lǐng)域，促進(jìn)了相關(guān)理論的成熟。

在將GIS技術(shù)應(yīng)用在考古領(lǐng)域前，無(wú)論是考古調(diào)查還是考古發(fā)現(xiàn)都需要查看遺跡的分布狀態(tài)，并將其一一記錄。一般情況下考古遺跡的挖掘都有著明確的目的性需求，需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，各個(gè)階段的發(fā)掘內(nèi)容都需要將其補(bǔ)充在遺跡分布圖之中，以促進(jìn)考古研究工作的發(fā)展。隨著遺址挖掘工作的發(fā)展，在每一次的考察結(jié)束之后都需要補(bǔ)充新的現(xiàn)象和遺址，遺址資料也會(huì)越來(lái)越多，在這一背景下資料的查詢、管理與研究壓力大大增加，因此在上世紀(jì)80年代歐美國(guó)家將地理信息技術(shù)引入到考古研究中，有效解決了上述問(wèn)題。

此外，考古調(diào)查的數(shù)據(jù)有著空間屬性的特征，任何一個(gè)考古范圍和位置都可以借助空間數(shù)據(jù)進(jìn)行表達(dá)，傳統(tǒng)考古研究方式是利用人腦進(jìn)行解決再借助文字來(lái)歸納、總結(jié)，該種研究方式十分簡(jiǎn)單，但是難以綜合考量到各類信息，不利于空間分析與空間模擬。地理信息技術(shù)是從考古現(xiàn)象、考古遺跡方面出發(fā)，建立完整的圖形庫(kù)，可以方便的對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢和模擬，將當(dāng)時(shí)的社會(huì)狀況簡(jiǎn)單、直接的表達(dá)出來(lái)。

4 地理信息技術(shù)在考古研究中應(yīng)用

4.1 利用地理信息技術(shù)制圖

考古研究人員可以利用地理信息技術(shù)方便快捷地應(yīng)對(duì)海量的具有強(qiáng)烈時(shí)空特征的考古數(shù)據(jù)，并根據(jù)考古研究的要求對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理并繪制相應(yīng)的地圖。從全局考慮可以繪制遺址分布圖；從地質(zhì)角度考慮可以繪制水系、地貌圖，還可以根據(jù)需要繪制植被分布圖甚至是三維地形圖等。

地理信息技術(shù)的應(yīng)用保證了這些地圖使用的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)而詳盡，不僅可以實(shí)時(shí)更新還可以按設(shè)定的條件進(jìn)行查詢或者對(duì)查詢結(jié)果進(jìn)行打印輸出。

4.2 利用地理信息技術(shù)建立考古信息庫(kù)和考古信息系統(tǒng)

考古研究人員可以利用地理信息技術(shù)建立考古的信息庫(kù)，對(duì)考古遺址實(shí)行精細(xì)化的管理。例如對(duì)考古遺址進(jìn)行數(shù)據(jù)建庫(kù)的時(shí)候可以對(duì)考古遺址的相關(guān)位置信息、時(shí)代信息、所處文化層以及所挖掘文物內(nèi)容等進(jìn)行詳盡的記錄。這種基于地理信息技術(shù)建立的考古信息庫(kù)能夠給考古人員呈現(xiàn)一個(gè)豐富多彩的三維立體圖，真實(shí)而生動(dòng)地再現(xiàn)考古遺跡所反映的歷史場(chǎng)景和文化信息。而且通過(guò)這種方式建立的數(shù)據(jù)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)資源的共享，使得考古工作信息交流的速度加快?？脊判畔?kù)和考古信息系統(tǒng)建立以后，考古人員可以不斷地豐富考古信息庫(kù)內(nèi)的考古資料、考古現(xiàn)場(chǎng)的影像資料，加強(qiáng)考古信息的收集和整理工作，完善系統(tǒng)的檢索和查詢功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些資料和信息的科學(xué)保管，為以后的考古研究和數(shù)據(jù)分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 利用地理信息技術(shù)進(jìn)行考古遺址預(yù)測(cè)的建模分析

根據(jù)考古學(xué)家的分析，考古遺址的分布在空間上應(yīng)該具有一定的趨勢(shì)或者遵循了某一種規(guī)則，體現(xiàn)了人類對(duì)環(huán)境選擇的一種偏好。因此需要根據(jù)某一區(qū)域內(nèi)的環(huán)境變量和給定位置的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)概率的推斷和預(yù)測(cè)。

在進(jìn)行考古遺址預(yù)測(cè)建模分析的時(shí)候，首先需要對(duì)遺址分布的情況進(jìn)行原始資料的收集和整理的工作，保證基本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和完整。其次需要對(duì)遺址的特征進(jìn)行分析歸納以便進(jìn)行特征的分離和提取，構(gòu)建初始模型。最后，采集新的數(shù)據(jù)信息和初始模型的特征進(jìn)行對(duì)比研究以便對(duì)數(shù)據(jù)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和改進(jìn)。地理信息技術(shù)在考古遺址預(yù)測(cè)模型中的應(yīng)用使得考古遺址的文化資源分布預(yù)測(cè)有了可以實(shí)現(xiàn)的方法，使考古信息和環(huán)境信息構(gòu)建了緊密的聯(lián)系，預(yù)測(cè)建模的結(jié)果也有了可以檢測(cè)的方式，對(duì)考古研究來(lái)說(shuō)意義重大。

4.4 地理信息技術(shù)可以用于景觀考古和聚落考古研究

地理信息技術(shù)對(duì)景觀考古和聚落考古的研究有著重大的意義。

地理信息技術(shù)強(qiáng)大的空間分析能力及其建模分析的功能使得考古研究在可視域分析、成本或消耗曲面分析、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等分析方法的應(yīng)用方面獲得重大突破，實(shí)現(xiàn)了考古遺址古環(huán)境在空間方面的分布以及古人類活動(dòng)情境的真實(shí)再現(xiàn)，彌補(bǔ)了區(qū)域性遺址景觀空間分布分析的不足和缺陷，也為我國(guó)的人文景觀考古研究和聚落考古研究提供了新的思路和方法。

4.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用

GIS技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域三維空間模擬，生成逼真的古代城市、考古發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)、三維古代環(huán)境、考古遺址、考古博物館等等，配合相關(guān)的信息可以利用人的智慧和技能生成虛擬實(shí)體。目前很多博物館中使用的墓葬沙盤、考古遺址都是這一技術(shù)的應(yīng)用代表，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以根據(jù)考古數(shù)據(jù)來(lái)分析具體的問(wèn)題，利用計(jì)算機(jī)再現(xiàn)古代歷史片段。

在GIS技術(shù)的發(fā)展下不僅能夠提供考古數(shù)據(jù)，還能夠利用三維模擬對(duì)象實(shí)現(xiàn)交互分析考古數(shù)據(jù)空間特征，這樣考古學(xué)家即可利用相關(guān)的數(shù)據(jù)，從各類角度來(lái)研究考古問(wèn)題，不僅提升了工作效率也節(jié)約了時(shí)間。對(duì)于非考古專業(yè)人士而言可以直觀感知考古內(nèi)容，領(lǐng)略古代社會(huì)的風(fēng)貌，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的GIS技術(shù)在考古研究中的應(yīng)用與研究剛剛起步， 與歐美相關(guān)方面的研究有一定的差距，還主要局限于宏觀考古方面，對(duì)于較小遺址和遺址內(nèi)部的探測(cè)還存在一些困難。所以遙感考古還不能完全取代傳統(tǒng)考古手段，只有把二者很好地結(jié)合起來(lái)， 才會(huì)發(fā)揮出遙感考古的巨大優(yōu)勢(shì)。

但是隨著我國(guó)考古研究中對(duì)區(qū)域、環(huán)境、景觀、聚落等方面研究的深入， GIS技術(shù)的應(yīng)用也一定會(huì)日臻完善并得到長(zhǎng)足的發(fā)展，將為考古學(xué)研究提供一套全新的技術(shù)和方法并拓展新的研究領(lǐng)域。綜上所述，地理信息技術(shù)所具有的空間數(shù)據(jù)的采集、分析和處理能力使得空間地理信息和考古研究緊密地結(jié)合在了一起。借助地理信息技術(shù)考古研究實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的整理建庫(kù)，讓考古信息和資料得以共享和科學(xué)的保存；三維立體圖集的繪制和數(shù)據(jù)建模的功能使得考古研究的方法得以豐富、區(qū)域性遺址的景觀考古和聚落考古研究獲得重大進(jìn)展，這極大地推動(dòng)了考古研究的發(fā)展，給考古研究帶來(lái)了新的勃勃生機(jī)。

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