實時動態差分測量技術（RTK）在桐城魏莊遺址中的應用

【關鍵詞】RTK；考古測繪；Matlab；數據分析；魏莊遺址

【摘要】在科技發展日新月異的今天，考古學與前沿科技的聯系變得更加緊密。在考古測繪方面，RTK設備的應用，為采集更多種類的數據提供了技術上的可能性，所測繪出的數據逐漸精確，所還原的信息量也大幅增加。2019年，在中國人民大學考古文博系與安徽省文物考古研究所聯合發掘安徽桐城魏莊遺址的過程中，我們利用RTK技術采集了大量數據。這些數據經數據處理軟件Matlab處理后，可以在一定程度上還原魏莊遺址遺物和遺跡的分布情況。同時，通過對遺物分布的分析還可以還原出可能錯過的遺跡單位，進而推導出遺跡現狀的形成原因。與魏莊遺址周邊其他商周時期和新石器時期遺址的文化面貌進行對比，可以佐證數據還原及分析成果的準確性。雖然目前相關研究仍存在不足，但RTK數據的采集、對比和應用仍可以為今后的考古發掘和研究工作提供一定的參考。

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*本文通訊作者為王曉琨教授，魏莊遺址獲評“2018—2019年安徽十大考古新發現”

在考古調查和發掘中，測繪記錄是非常重要的環節。前期的準確記錄可以有效地還原調查和發掘的成果，并在此基礎上完成繪圖。早期的考古測繪工作主要依賴平板儀、羅盤、皮尺等工具，進入21世紀后，全站儀、GPS等更加現代化、電子化的設備得到了廣泛應用[1]，RTK技術的引入則為考古工作注入了新的科技能量。

RTK（Real-Time Kinematic）即實時動態測量技術，是指以載波相位觀測量為根據的實時差分測量技術，測繪結果可以實現厘米級的精確度。RTK測量需要同時配備基準站和流動站，以消除或減弱測繪過程中與衛星通信造成的誤差值[2]。本文中提到的RTK測量工具僅指RTK測量中的流動站，采用基于通訊網絡運作的千尋網絡采集數據。

和之前的測繪工具相比，RTK有相對明顯的優勢——相較于GPS，RTK的實時數據處理能力更強；相較于全站儀，RTK操作更簡便，站點間不要求通視，測量點誤差不會累積，數據采集不會被天氣過度影響[3]，在山區更有優勢[4]。但RTK也有不足：容易受到衛星截止角的限制，在信號被干擾或遮擋的情況下不能正常使用，需要配以其他方式測繪[5]。

RTK在考古調查和發掘中的應用已經取得了一定的成果，如吉林省文物考古研究所[6]、山西省考古研究所[7]、中央民族大學[8]、北京大學[9]、鄭州大學[10]等單位均在考古測繪中使用了RTK設備，并總結了各自的測繪經驗。2010年起，中國社會科學院考古研究所[4]和湖北省[11]、新疆維吾爾自治區[12]、河南省洛陽市[13]、重慶市[14]等地的文物考古單位均曾在布方階段使用RTK。四川省文物考古研究院等單位在發掘眉山市彭山江口古戰場遺址時，用RTK設備數據完成了遺物分布的高程散點圖[15]。

2019年，中國人民大學考古文博系與安徽省文物考古研究所聯合發掘了安徽桐城魏莊遺址。為了更好地發揮RTK測繪的便捷優勢，在發掘過程中，我們將利用RTK采集的范圍拓寬到更多的出土遺物，并將采集數據按照地層和遺跡進行了分類，這些數據以Matlab軟件進行處理后，可以在一定程度上還原魏莊遺址的遺物和遺跡的分布，并為后續的分析研究提供更多的數據支撐。本文對本次利用情況進行總結和介紹。

一、魏莊遺址發掘中RTK的應用

1.遺址情況

魏莊遺址位于安徽省桐城市北孔城鎮晴嵐村魏莊自然村。遺址系沖積臺地地貌，北依低矮的山丘，南繞孔城河，呈帶狀分布，是人為形成的臺墩型聚落遺址，中心坐標北緯31°2’23’’，東經117°5’44’’，平均高程11米。該遺址是在2018年安徽省文物考古研究所為配合“引江濟淮”工程而進行的考古調查中發現的。2019年3月16日至6月8日，中國人民大學考古文博系與安徽省文物考古研究所合作對其進行了發掘。

該遺址共分為三個發掘區，本文以Ⅰ區為例。

該區共計發現4個不同地層。

①層為耕土層，厚15～25厘米，土色為淺灰色，土質疏松，其內包含物有大量植物根系、少量石塊及紅燒土顆粒、炭屑，另有夾砂紅陶陶片、夾砂灰陶陶片、近現代瓷片、青磚等遺物，屬于近現代堆積。

②層為擾亂層，厚15～25厘米，土色為淺褐色，土質較軟，其內包含物有少量植物根系、大量紅燒土塊及石塊、紅燒土顆粒、炭屑，遺物包括陶片、石器、鐵釘、唐宋時期的瓷片等，年代大約為唐宋時期。

③層為新石器時代文化層，厚約20厘米，土色為黃褐色，包含物較少，只有少量的紅燒土顆粒和陶片。該層以下為生土。

該區共設5個10米×10米探方，其中T101至T104自西向東呈“一”字形排列，朝向為北偏西30°，T105位于T103的西南，發掘過程中各方均有不同程度的擴方。

T101位于Ⅰ區最西側，共發現4處遺跡，其中H6、Z1、F1開口于②層下，H23開口于③層下。

T102位于T101東側，共發現2處遺跡，其中H2開口于②層下，H3開口于③層和H2下。

T103位于T102東側，共發現7處遺跡，其中H4、H5、H7等開口于③層下，H16開口于H5下。

T104位于T103東側，共發現21處遺跡，其中M6、H1、H11、H14開口于②層下，G1、G2、L1、L2等開口于③層下，H12開口于H11下。

T105位于T103西南側，共發現9處遺跡，其中H21開口于①層下，H22開口于②層下，H24、H25、H27、H28等開口于③層下。

2.數據采集

本次發掘在布方和數據采集階段使用的RTK設備為華測T8小型智能RTK。采集的數據包括文化層中散布的陶片和典型器物，房址、墓葬、灰坑、路址的邊緣和包含的遺物的位置。

數據采集工作由專人負責，對地層內遺物要做到隨出土隨采集。數據記錄時，每一個遺物點位均需標清所屬探方、層位、序號。如果同時發現多塊較分散的陶片，則需要根據提取順序依次編號，以保證遺物在現場登記時序號不會混亂。對于灰坑、灶址、墓葬等類型的遺跡單位，需要格外留意開口或邊緣點位的選取和采集。遺跡單位內的遺物要單獨編號。

3.數據分析

由于當時可獲取的AutoCAD等軟件只能實現平面圖的測繪，對于大量遺物點位的呈現效果并不理想，故而數據分析改用Matlab軟件。該軟件是由美國MathWorks公司推出的商業數學軟件，主要用于數據分析、無線通信、圖像處理、計算機視覺、信號處理等領域。Matlab可以生成較為直觀的3D圖像，本次實踐中取得了較為理想的效果。

二、RTK采集數據在研究中的應用

1.遺址范圍內土層的完整分布狀況

通常而言，發掘中往往側重于對探方中四壁地層的繪制，內部的地層變化情況則無法有效顯示。采用RTK技術采集各層遺物位置，可以在三維圖像中還原出對應地層的遺物情況，進而還原出探方內部地層的走向。

圖一將Ⅰ區T104至T101南壁剖面的手繪線圖和通過采集遺物點位形成的電子剖面圖進行對比，我們發現，兩張圖的地層走向大體一致，但電子剖面圖的還原效果更為理想。

具體到探方內部，從T101、T102四壁剖面的對比圖（圖二）中我們可以看到，如果從文化層中采集的遺物數量充足，那么通過遺物的點位來還原地層實際的走向和分布完全可行。雖然散點反映的地層會在交界處出現一定差異，但這種情況應該是手工劃定地層時造成的誤差。為減少此類誤差，采集時需要格外注意采集遺物的類型和位置，并在室內整理階段注意甄別和數據矯正。

2.遺跡內遺物的堆積情況

田野發掘中的繪圖，通常只繪出灰坑的開口及以下部分，而灰坑內的遺物堆積并不一定是填滿的，也不一定全部在灰坑開口以下，有時可能延伸到灰坑以外。通過采集對應的點位，將灰坑出土遺物與其上方的地層遺物相比對，可以還原灰坑開口處的堆積情況，并對此類現象及形成原因有更好的認識。

圖三顯示了Ⅰ區開口于②層下的遺跡單位，包括F1、Z1、M6、H1、H2、H6等。圖中明顯的點位堆積包括T101與T102交界處（H2正上方。H2開口未采集，故電子圖中未顯示輪廓）、T104南端、T105東北部等區域。與手繪平面圖（圖四）相比較，除H2外，其余堆積并未顯現出與遺跡有太高的相關度。

整理資料可知，H2出土的陶片有素面紅陶、素面灰陶和素面黑皮陶，而Ⅰ區②層中也出有這些陶片類型且數量眾多，故這些地層出土遺物可能與H2關系較大，可以看作H2的外溢堆積。

同理，將Ⅰ區③層下開口的遺跡與③層地層遺物結合可生成電子圖（圖五），圖中可以看出幾處比較明顯的遺物堆積。與圖六手繪平面圖相對應，可作如下分析。

第一處遺物堆積在T101西側，H23附近。結合T101②層遺跡圖，這處遺物堆積與H6的范圍高度重合，基本可以斷定此處所采集的遺物與H6有直接關系。

第二處遺物堆積在T101與T102交界處的H3上方。根據室內整理數據可知，H3內出土有素面紅陶、素面灰陶和素面灰皮陶，考慮到這些遺物類型與開口于②層下的H2內遺物類型高度相似，且H2與H3幾乎是直上直下的疊壓打破關系，那么此處的遺物堆積更類似于H3中遺物的外溢，有可能是開挖H2時產生的，也有可能是因水流作用沖刷而成。

第三處遺物堆積在T105中的H28內。電子斜視圖顯示，這部分遺物堆積明顯出于該灰坑的下半部。不難看出，該灰坑內僅有 1處較大的堆積，且堆積范圍并未覆蓋整個灰坑。

傳統發掘中，除典型器物外，在未發現明顯的遺跡現象或地層內的遺物并未形成堆積時，出土后的遺物通常直接裝袋，基本不會測量其位置信息。具體到魏莊遺址，由于土質較為致密，在逐層向下發掘的過程中遺物堆積并不顯著，如果不使用RTK，那么在此次發掘中遺物外溢的現象將無從觀測。故此次RTK的應用是一次非常有益的嘗試。

3.遺跡性質問題

對遺跡性質及其形成原因的判定與探究是非常重要的考古學研究內容。

（1）對H6的定性

灰坑通常指的是一些土質土色及填充物與周邊出現差異的坑狀遺跡，但因自然原因形成的土坑或沖溝也有可能具有相似的性狀。

發掘T101③層過程中，我們發現中部和西部的土色與同一水平面其他區域相比顏色更深。與其他探方中的③層圖紙涂色對比后，發現該區域與其他區域存在較大區別，遂認為該區域有存在遺跡單位的可能性。此后幾天的刮面明確了顏色偏深的區域范圍并向下清理，兩天后H6清理完畢。坑內土壤偏灰，整體呈灰黑色，出土石塊、陶片、紅燒土塊和瓷片等物品。

在H6完全顯露前，我們在T101中采集了部分③層遺物。從經過數據處理后的電子圖（圖七）中可以明顯看出，T101內③層遺物主要分布在H6范圍內。遺物登記表顯示遺物類別包括帶釉陶片及瓷片，共42件。從類型上看，這些遺物與其他區域③層所出差異較大，但與②層的地層遺物較為接近；從出土位置來看，基本上在H6與②層的交界附近。故可明確這些遺物均屬于H6或②層內遺物。

H6位于T101西部，向西2米左右即為階地斷崖，且H6整體呈上小下大的扇形，內壁呈緩坡狀自東向西傾斜，性質與沖積扇較接近?？紤]到該灰坑下方疊壓打破了F1的西側以及H23頂部，且這兩處遺跡的土質都偏硬，較難挖掘，故推測H6可能是由洪水沖出的沖積溝，形成時間應當與②層形成時間相近。

（2）對F1的定性與復原

F1位于T101中，南北寬中間窄，西南側被H6和H23打破，東側中部有Z1。南北長910厘米，北端東西最長730厘米，南端東西最長460厘米，中部最長處220厘米。踩踏面平均厚15厘米。踩踏面中混合有紅土、紅燒土、陶塊和砂粒；柱洞內填土均為灰黑色，部分柱洞邊緣有一圈紅燒土。該遺跡先后標記了27個柱洞，最后經檢驗核實后共有24個。發掘期間，經現場分析判斷，F1被認為是開口于③層下的遺跡。

但在③層電子圖（見圖五，1）中可以看到，F1所在位置幾乎沒有③層遺物，這種情況與Ⅰ區其他探方較為不同。我們分析認為有兩種可能：第一種，F1或開口于②層下，其時代晚于新石器時期，而原被認定為③層的土層可能為F1的一部分；第二種，該房址在新石器時期即存在，后棄用并被人為掩埋，該地層頂部原有遺物因處于相對較淺的位置而遭擾亂，或被搬運走，或混入②層之中。

經和周邊地區出土有房址的遺址對比，發現魏莊遺址F1與堰臺遺址F3（圖八）[16]的形制較為接近。由此基本可以確認F1為商周時期的干欄式建筑，房屋朝向為東西向，說明前述第一種可能性較為合理。因此在此后的資料整理中我們將F1歸入②層遺跡。

在遺跡手繪平面圖（見圖四）中，F1的輪廓線有一段東西向的內凹。這處內凹兩側沒有發現足以支撐相關建筑結構的柱洞，且其東側末端為灶坑Z1，作為門道使用的可能性并不高，而其與H6的走向基本對應，因此我們推測可能是洪水沖出的缺口。如此，則F1是商周時期的一座東西向、平面略呈長方形的干欄式房屋，廢棄后被山洪沖毀。從H6中出土大量瓷片來看，洪水沖毀F1的時間應當在瓷器出現后，即房屋建成千余年之后；而F1上方沒有任何同時期遺物，則可能是洪水擾亂了F1表面原有堆積，乃至于破壞了F1的表層所導致。由此可得F1還原平面圖（圖九），其中紅色部分為模擬還原部分，房址北部延伸向近現代開挖的小河溝，實際情況已無從探明，故用虛線表示。根據還原結果，可以看到三排明顯的南北走向柱洞，其排列密度和間距也基本還原出了房址在使用期間的可能規模。

結語

魏莊遺址考古發掘中RTK設備的應用，是國內考古發掘領域的一次突破性嘗試。之前的RTK實踐大多僅限于考古發掘布方階段，此次我們盡量采集了每一件遺物的點位，并嘗試用于分析遺跡性質，可以說每一步都處于摸索之中。

首先，采集遺物點位時，根據遺物出土的地層和遺跡單位對數據作了初步分類。這一工作較為基礎，在發掘現場即可完成。而根據遺物材質、時代、尺寸、完整程度等作進一步分類，從而分析出不同類別遺物的分布狀況，則需要在后續室內整理時再進行梳理和研究，可惜本次發掘沒能完成此項分類工作。此外，現場數據采集會延長發掘時間，數據分類的細化會加大室內整理的工作量，對整體發掘工作也有一定影響。期待在未來可以有更簡便、更合理的數據采集和處理方式，而使用更先進的RTK設備也可以有效節約采集時間。

其次，遺物的采集精確度直接關系到遺跡還原的準確度。本文利用采集的點位還原了遺跡（H2、H3等）的外部輪廓，對遺跡之間疊壓打破關系和遺跡性質的分析有良好效果。遺跡性質問題主要基于地層遺物和遺跡內遺物與遺跡外廓線之間的關系，如H6、F1等，并在此基礎上進一步展開分析。本次研究最主要的短板在于，當時使用的設備并不能通過數據處理的方式準確描繪出遺跡的底部，僅能還原出開口位置。如果能彌補這一短板，相關研究可以更加完善。

最后，本次研究還對比了其他年代相近、文化面貌相似的史前遺址信息。我們認為，如果有更多遺址完成了出土遺物、遺跡信息的數字化，形成數據庫，就可以更有效地分析、對比不同遺址的文化面貌。

總而言之，本文對于魏莊遺址的相關研究屬于利用測繪工具對考古發掘及數據處理的一次嘗試。此次采集到的數據還有更多的研究空間，文中的結論也不一定是問題的最終答案，只是希望可以為遺跡的發掘和資料整理提供更多思路。隨著科學技術的發展，我們期待未來有更先進的科學技術和方法，為考古數據采集和分析工作帶來新的提升。

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〔責任編輯：成彩虹〕