地理信息技術在考古研究中應用分析

李春璉

摘要：地理信息技術是空間信息系統(tǒng)的代表，最早誕生于上世紀60年代，是集齊地理、計算機、測繪、遙感、管理學、規(guī)劃學、制圖學、統(tǒng)計學于一體的綜合性產(chǎn)物，在多個領域都有廣泛的使用。本文分析了地理信息技術的發(fā)展歷程，并探討地理信息技術在考古研究中的應用。

關鍵詞：地理信息技術；考古研究；應用；分析

地理信息技術是依托于地理信息系統(tǒng)對地理數(shù)據(jù)信息進行采集、存儲并對獲得的空間數(shù)據(jù)進行分析、處理與應用的通用技術工具，被廣泛應用于自然資源的調(diào)查、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的制定、環(huán)境的評估以及公共設施的管理等多個領域。通過地理信息技術可以對確定的地理對象進行位置、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系的基礎上，主要被用于遺址的空間分布探測、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，但因為這些遺跡全部為人工建成，與周圍沒有經(jīng)過人工擾動的土壤環(huán)境存在著差異，于是留遺跡的地區(qū)就會出現(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。對考古研究而言，應用地理信息技術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遺跡的考古資料信息，包括實地勘驗的情況、鉆探發(fā)掘的信息以及各種相關文獻資料等。因此在考古研究中應用地理信息技術可以高效準確快速地處理各種考古遺跡信息并對它們進行記錄、存儲、整理和分析工作，為考古工作節(jié)省了大量的人力和財力。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，對歷史文化進行有效地管理；還可分析遺址或遺跡之間的相互關系，從而揭開歷史之謎或 為許多長期無法解決的重大學術問題提供了新的視角和客觀材料，下面就較為詳細地介紹一下地理信息技術在考古研究中的應用情況。

1 地理信息系統(tǒng)的簡介

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60年代，是匯集地理、計算機、測繪、遙感、管理學、規(guī)劃學、制圖學、統(tǒng)計學于一體的綜合性產(chǎn)物，代表著計算機技術與其他學科之間的相互滲透。GIS技術建立在地理空間數(shù)據(jù)庫基礎上，借助于計算機硬件與軟件，利用地理模型分析法、信息科學理論、系統(tǒng)工程理論對相關數(shù)據(jù)進行采集、操作、分析、模擬、表達，這一技術有幾個突出的特點：

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

②基于地理決策、地理研究為基礎，以地理模型為手段，具有動態(tài)預測能力與多要素分析能力，可以為相關產(chǎn)業(yè)提供高層次地理信息；

③以計算機系統(tǒng)為依托，由計算機模擬相關的分析方法產(chǎn)生信息，完成人類無法完成的難點任務。

總體而言，GIS是由計算機、地理數(shù)據(jù)、操作人員設計的地理信息集成應用系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)是其基礎，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)三個方面；硬件系統(tǒng)包括計算機、繪圖儀、數(shù)字化儀、磁帶機、打印機等；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)存儲等。

地理信息系統(tǒng)是整個環(huán)境數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)在計算機中的縮影，反映出了現(xiàn)實世界的演變，借助于硬件與軟件的支持，按照特定的格式進行輸入、儲存和檢索，伴隨技術水平的發(fā)展，GIS在各個領域中的應用范圍也越來越廣。尤其是在“數(shù)字地球”的理念提出之后，人們對于這一技術有了更加深刻的認知，從上世紀90年代之后地理信息系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，給社會發(fā)展帶來了巨大的效益。

2 地理信息技術的發(fā)展歷程

地理信息技術的發(fā)展伊始是為了解決各類地理問題，發(fā)展到目前為止已經(jīng)成為一門涉及計算機科學、環(huán)境科學、測繪科學于一體的交叉性學科。關于地理信息系統(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。后來哈佛大學開發(fā)出了SYMAP，這是全球范圍內(nèi)第一個完整的地理信息系統(tǒng)軟件，到了70年代隨著計算機硬件水平的提升，GIS技術的應用越加實用，各個發(fā)達國家紛紛建立專業(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)時效性得到了顯著的提升，應用范圍也更加廣泛，在1995年市場中的地理信息系統(tǒng)軟件已經(jīng)高達千件，縱觀其發(fā)展階段可以將其分為幾個重要的階段：

①開拓期

60年代是地理信息技術發(fā)展的開拓期，這一階段重視數(shù)據(jù)的地學處理，這一系統(tǒng)的發(fā)展動力源自于新技術應用、學術探討、空間數(shù)據(jù)處理等。在這一階段政府的推動對此起著引導性作用，但是僅限于研究范疇，國際之間的交往非常少。

②鞏固期

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

③發(fā)展期

80年代是地理信息技術發(fā)展的關鍵階段，從資源管理、環(huán)境規(guī)劃方面地理信息技術的應用學科越加廣泛，應用范圍拓展至森林管理、景觀規(guī)劃、古人類學、土木工程等等。很多國家都制定了地理信息技術發(fā)展規(guī)劃，成立了專門的學術性機構，這就標志著地理信息技術進入市場化應用。

④用戶期

90年代是地理信息技術發(fā)展的用戶時代，地理信息技術成為很多機構中不可或缺的重要內(nèi)容，社會對于地理信息技術產(chǎn)生了全新的認識，促進了相關技術的深化性發(fā)展。

中國GIS的發(fā)展較晚，經(jīng)歷了起步（ 1970-1980） 、準備（ 1980-1985） 、發(fā)展（ 1985-1995） 、產(chǎn)業(yè)化（ 1996以后） 等四個階段?，F(xiàn)在GIS已在中國的很多部門和領域得到了廣泛的應用， 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)研制開發(fā)成功， 很多高等院校設立了一些與GIS有關的專業(yè)或學科， 還有很多專門從事GIS產(chǎn)業(yè)活動的高新技術產(chǎn)業(yè)相繼成立。此外還成立了“中國GIS協(xié)會”和“中國GIS技術應用協(xié)會”等， 并且經(jīng)常召開GIS方面的學術研討會。中國地理信息系統(tǒng)方面的工作始于20世紀80年代初， 以1980年中國科學院遙感應用研究所成立全國第一個地理信息系統(tǒng)研究室為標志。在幾年的起步發(fā)展階段中，中國地理信息系統(tǒng)在理論探索、硬件配制、軟件研制、規(guī)范制訂、區(qū)域試驗研究、局部系統(tǒng)建立、初步應用試驗和技術隊伍培養(yǎng)等方面都取得了進步， 積累了經(jīng)驗，為在全國范圍內(nèi)展開地理信息系統(tǒng)的研究和應用奠定了基礎。endprint

3 地理信息技術在考古研究中的應用必要性

GIS技術在考古研究中也得到了廣泛的應用，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域，促進了相關理論的成熟。

在將GIS技術應用在考古領域前，無論是考古調(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，需要花費大量的人力、物力和財力，各個階段的發(fā)掘內(nèi)容都需要將其補充在遺跡分布圖之中，以促進考古研究工作的發(fā)展。隨著遺址挖掘工作的發(fā)展，在每一次的考察結束之后都需要補充新的現(xiàn)象和遺址，遺址資料也會越來越多，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80年代歐美國家將地理信息技術引入到考古研究中，有效解決了上述問題。

此外，考古調(diào)查的數(shù)據(jù)有著空間屬性的特征，任何一個考古范圍和位置都可以借助空間數(shù)據(jù)進行表達，傳統(tǒng)考古研究方式是利用人腦進行解決再借助文字來歸納、總結，該種研究方式十分簡單，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。地理信息技術是從考古現(xiàn)象、考古遺跡方面出發(fā)，建立完整的圖形庫，可以方便的對數(shù)據(jù)信息進行查詢和模擬，將當時的社會狀況簡單、直接的表達出來。

4 地理信息技術在考古研究中應用

4.1 利用地理信息技術制圖

考古研究人員可以利用地理信息技術方便快捷地應對海量的具有強烈時空特征的考古數(shù)據(jù)，并根據(jù)考古研究的要求對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理并繪制相應的地圖。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。

地理信息技術的應用保證了這些地圖使用的數(shù)據(jù)精準而詳盡，不僅可以實時更新還可以按設定的條件進行查詢或者對查詢結果進行打印輸出。

4.2 利用地理信息技術建立考古信息庫和考古信息系統(tǒng)

考古研究人員可以利用地理信息技術建立考古的信息庫，對考古遺址實行精細化的管理。例如對考古遺址進行數(shù)據(jù)建庫的時候可以對考古遺址的相關位置信息、時代信息、所處文化層以及所挖掘文物內(nèi)容等進行詳盡的記錄。這種基于地理信息技術建立的考古信息庫能夠給考古人員呈現(xiàn)一個豐富多彩的三維立體圖，真實而生動地再現(xiàn)考古遺跡所反映的歷史場景和文化信息。而且通過這種方式建立的數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)資源的共享，使得考古工作信息交流的速度加快?？脊判畔旌涂脊判畔⑾到y(tǒng)建立以后，考古人員可以不斷地豐富考古信息庫內(nèi)的考古資料、考古現(xiàn)場的影像資料，加強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，實現(xiàn)對這些資料和信息的科學保管，為以后的考古研究和數(shù)據(jù)分析打下堅實的基礎。

4.3 利用地理信息技術進行考古遺址預測的建模分析

根據(jù)考古學家的分析，考古遺址的分布在空間上應該具有一定的趨勢或者遵循了某一種規(guī)則，體現(xiàn)了人類對環(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系進行相應概率的推斷和預測。

在進行考古遺址預測建模分析的時候，首先需要對遺址分布的情況進行原始資料的收集和整理的工作，保證基本數(shù)據(jù)的準確和完整。其次需要對遺址的特征進行分析歸納以便進行特征的分離和提取，構建初始模型。最后，采集新的數(shù)據(jù)信息和初始模型的特征進行對比研究以便對數(shù)據(jù)模型的預測結果進行檢驗和改進。地理信息技術在考古遺址預測模型中的應用使得考古遺址的文化資源分布預測有了可以實現(xiàn)的方法，使考古信息和環(huán)境信息構建了緊密的聯(lián)系，預測建模的結果也有了可以檢測的方式，對考古研究來說意義重大。

4.4 地理信息技術可以用于景觀考古和聚落考古研究

地理信息技術對景觀考古和聚落考古的研究有著重大的意義。

地理信息技術強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)實技術等分析方法的應用方面獲得重大突破，實現(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情境的真實再現(xiàn)，彌補了區(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)實技術在考古研究中的應用

GIS技術的應用可以實現(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、三維古代環(huán)境、考古遺址、考古博物館等等，配合相關的信息可以利用人的智慧和技能生成虛擬實體。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的應用代表，利用虛擬現(xiàn)實技術可以根據(jù)考古數(shù)據(jù)來分析具體的問題，利用計算機再現(xiàn)古代歷史片段。

在GIS技術的發(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象實現(xiàn)交互分析考古數(shù)據(jù)空間特征，這樣考古學家即可利用相關的數(shù)據(jù)，從各類角度來研究考古問題，不僅提升了工作效率也節(jié)約了時間。對于非考古專業(yè)人士而言可以直觀感知考古內(nèi)容，領略古代社會的風貌，產(chǎn)生身臨其境的感覺。

5 結語

我國的GIS技術在考古研究中的應用與研究剛剛起步， 與歐美相關方面的研究有一定的差距，還主要局限于宏觀考古方面，對于較小遺址和遺址內(nèi)部的探測還存在一些困難。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合起來， 才會發(fā)揮出遙感考古的巨大優(yōu)勢。

但是隨著我國考古研究中對區(qū)域、環(huán)境、景觀、聚落等方面研究的深入， GIS技術的應用也一定會日臻完善并得到長足的發(fā)展，將為考古學研究提供一套全新的技術和方法并拓展新的研究領域。綜上所述，地理信息技術所具有的空間數(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合在了一起。借助地理信息技術考古研究實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的整理建庫，讓考古信息和資料得以共享和科學的保存；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展，這極大地推動了考古研究的發(fā)展，給考古研究帶來了新的勃勃生機。

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