数字化测量仪器在考古测量工作中的运用研究论文

　　考古测量是田野考古工作中记录遗存信息的重要手段之一，主要包括对考古遗存所处地形地貌的实地勘测和对考古工作中所见遗迹、遗物三维坐标（X、Y、Z 三个轴向）的测量。考古测量数据是分析各类遗存之间的空间分布关系、探究人类活动与地理环境之间的联系，进而理解和阐释古代人类行为方式不可或缺的重要资料。随着现代测量技术的飞速发展，RTK、全站仪等高精度数字化测量仪器被日益频繁的应用于考古测量工作中，高精度的测量工作不仅对科学合理的开展田野考古工作大有裨益，同时对于客观真实的记录遗存信息，深入研究遗存的空间分布形态意义显着。在复杂多样的田野考古环境中如何科学合理的选择各类测量仪器值得我们探索和思考。
　　一、建立遗址三维测绘坐标系统的意义。
　　为满足考古测量工作的精度要求，在对遗址进行测量时必须首先建立起三维测绘坐标系统，即在遗址上设立一个或多个永久性测量控制点，并通过控制测量获取各控制点的三维坐标，建立起有效的测量控制网①。基于统一的三维测绘坐标系统的考古测量工作不仅能够保障测量精度，同时对于科学的开展田野考古工作亦具有十分重要的意义。
　　首先，通过对考古发掘区域的精确测量，能够准确记录考古发掘区域在地理空间中的三维坐标，即以北坐标、东坐标、高程三个数值替代了诸如＂村西约 200 米＂、＂县城以南约 1 公里＂等含混不清的描述方式。在实际考古工作中，对于工作年限较长的遗址，往往因遗址周边地貌环境发生改变，参加考古工作的人员不断变更等诸多因素造成了难以确定遗址准确位置的情况。而获取了考古工作区域的三维坐标即可确保在长时段的考古工作中随时准确定位历年考古工作区域，为持续开展考古工作和划定文化遗产保护范围提供极大便利。
　　其次，基于统一坐标系统的考古测量工作，能够确保考古人员在布设探方（沟）时，探方（沟）方向完全统一。而在以往的田野工作中，因利用罗盘、皮尺等工具布设探方（沟），难以建立起遗址统一的测量坐标系统，故而极易造成相邻探方（沟）在距离和方向上出现一定的偏差。尤其是对于发掘年限较长或发掘区域较大的遗址，长时间、大区域在方向和距离上的误差积累，易造成相邻探方（沟）之间出现交叠、错位等问题，此类问题会造成实际发掘区域与图上规划区域不一致，不利于考古人员对发掘区域进行准确规划和对遗址整体布局进行综合判断。同时，相邻探方出现错位等问题亦干扰了准确记录各类遗存的空间信息。
　　再次，精确测量遗迹的三维坐标，能够让考古人员明确不同遗迹之间准确的平面距离和垂直高差，例如通过比对三维坐标即可知晓同一处遗址中居址和墓地之间的平面距离和高度落差。而对于城墙、环壕等大型遗迹，精确测量能够获取该类遗迹准确的平面形制图，便于考古人员分析遗迹走向和比对东墙与西墙、南壕与北壕等方面的长度差异和高程落差。对于古代城址、寺院等平面布局相对复杂的遗址，精确测量能够准确记录各处遗迹的三维坐标，这为记录复杂遗迹之间的空间位置关系提供极大便利，遗迹的三维坐标数据也将成为考古工作结束后复原古代城址、寺院等遗址平面形态的关键资料。
　　由此可见，基于统一的三维测绘坐标系统的考古测量工作，对于科学的开展田野考古工作、客观准确的记录考古资料进而提升考古学研究水平具有重要意义。
　　二、数字化测量仪器的优势。
　　传统的考古测量工作多以基线、皮尺、罗盘、平板仪等为主要工具②，存在着误差较大、效率低下等问题，难以客观记录遗存空间信息。而要建立遗址的三维测绘坐标系统必须借助于 RTK、全站仪等高精度数字化测量仪器，数字化测量仪器的引入不仅确保了测量精度提高了工作效率，亦能提升考古测量数据的利用价值。
　　具体而言，数字化测量仪器的引入，将传统考古测量手段所获取的纸质资料转变为以计算机为载体的电子资料，便于考古测量数据在不同媒介之间进行共享和交流。与此同时，数字化测量仪器所测得的三维坐标数据在计算机成图软件的辅助下，能够便捷地生成遗迹、遗物及地形、地貌的电子三维图像，较之于传统测量方法所绘制的纸质二维图像，三维图像更加真实、准确和直观，有助于对考古遗存开展深入研究和进行生动展示。
　　然而 RTK 与全站仪作为两种不同类型的数字化测量仪器③，在田野考古实践的各个环节中展现出了不尽相同的工作效能，依据各类遗址的具体情况选择合适的测量仪器方能最大限度的发挥不同仪器的优势，提高考古测量工作的效率。
　　三、遗址地形的测量。
　　对遗址地形的测量是为了获取反映遗址环境地貌特征的地形图，以体现遗址微地貌特征和所处区域的自然、人文景观。在建立起遗址的三维测绘坐标系统后，便可借助测量仪器对遗址地形进行测量。RTK（图一）与全站仪（图二）作为两类不同的测量仪器在对遗址地形进行测量时，呈现出了明显差异。
　　（一） RTK.
　　RTK 技术是在高精度的 GPS 基础上使用的实时动态定位技术，通过移动站能够实时测算出任意点的三维坐标，精度可达厘米级④。在测量时移动站与基准站之间无需通视，由单人操控移动站及手簿即可完成测量。
　　在对大型遗址，如大型聚落、城址、墓葬群等进行考古测量时，其遗址面积通常较大，遗存散布于多个地点且相互之间难以通视，针对这一特点 RTK 显示出了明显优于全站仪的工作性能。若运用全站仪对大型遗址的地形进行测量，则需 2~3 人频繁搬动仪器以保障通视效果，工作效率低下。
　　此外，部分大型遗址地表植被茂密，地形较为复杂，近距离通视效果亦较差。因此，运用全站仪对遗存分布零散或地表植被密集的遗址地形进行时测量效率低下且难度较大。而运用 RTK 进行对遗址地形进行测量时，RTK 的信号覆盖范围可达 5 公里左右，且测量点与基准站之间无需通视，单人即可完成测量，每个测量点观测时间仅需 3~5 秒，其工作性能和效率俱佳。由此可见，在地形复杂、遗存分布零散、植被覆盖密集等通视条件不佳的遗址进行测量时，RTK 的工作性能明显优于全站仪。
　　（二） 全站仪。
　　全站仪通过发射、接收红外射线自动读取、计算坐标数据，精度亦可达厘米级⑤。在测量时全站仪与棱镜需要保持通视，由 2~3 人配合可完成测量。
　　相较于大型遗址而言，在田野考古实践中更为常见的是面积较小的小型遗址，此类遗址往往遗存分布相对集中，运用全站仪即可快捷的完成对其遗址地形的测量。同时，对于地势平坦开阔，通视效果良好的遗址，即使其面积较大运用全站仪亦能高效便捷的完成测量工作。且全站仪作为光学测量仪器，不受电磁信号干扰的影响，在 RTK 难以正常工作的区域和时段，如高压线、大型建筑附近和信号异常的时段，仍然能够正常工作。因此，在对面积相对较小或其他通视效果良好的遗址进行测量时，全站仪依旧发挥着难以替代的作用。
　　四、发掘过程中的测量。
　　（一） 布设探方（沟）。
　　布设探方是目前国内十分常见的田野考古发掘方式，运用全站仪布方，即通过全站仪的放样功能在实地确定出布方点位，一般要放样出一个设计的点位，往往需要来回多次移动棱镜，搜寻目标点，且需要 2~3 人配合操作方可完成。对于发掘地点较为集中的遗址，用全站仪布方尚可，而对于存在多个发掘地点且发掘区互不通视的遗址，运用全站仪布方则效率低下。
　　若采用 RTK 布方，仅需将预设的布方点位坐标输入到电子手簿中，由单人携带移动站和手簿，RTK 手簿则会自动指引测量员移动到目标点上，无需来回移动搜寻，直至完成布方。无论是对于发掘区域集中还是发掘地点散布多处的遗址，利用 RTK 布方均高效便捷，明显优于全站仪。
　　由此可见，在对各类遗址布设探方时，RTK 展现出了明显优于全站仪的工作性能。
　　（二） 对考古遗迹的`测量。
　　在对田野考古发掘中常见的灰坑、房址、墓葬、窑址等遗迹进行测量时，运用 RTK 或全站仪均可便捷的开展测量工作。且全站仪不受电磁信号干扰等因素的影响，在 RTK无法正常工作的地点，全站仪仍然能够照常工作，对环境的适应性优于 RTK.但在实际考古工作中存在着测量难度相对较大的部分特殊遗迹，在对其测量时需要采用相应的技术手段方能顺利完成测量工作。依据遗迹的形制本文将其分为洞穴类遗迹和崖壁类遗迹。
　　1. 洞穴类遗迹。
　　洞穴类遗迹包括古人活动的洞穴、砖（石）室墓、洞式墓及古代矿井等类似洞穴式的遗迹。在对此类遗迹进行考古测量时，因其多处于一个相对封闭的空间，RTK 无法接收来自卫星和基准站的差分信号，故而无法正常工作。而全站仪则无需接受电磁信号，在相对封闭的环境中依然能够正常对遗迹的三维坐标及进行精确测量。
　　2. 崖壁类遗迹。
　　此类遗迹包括悬棺、崖墓、摩崖石刻等，多分布于陡峭崖壁的一类遗迹。因地形所限，此类遗迹所处的空间往往十分狭窄险峻，没有足够的空间架设全站仪全套设备，且将全站仪搬运至遗迹所在地也存在诸多不便。若运用 RTK 对此类遗迹进行测量，则仅需将 RTK 基准站在附近区域开阔地带架设完毕，由单人携带移动站到达指定地点即可开始测量，RTK 操作起来十分便捷，不受空间狭窄、难以架设仪器的限制。
　　由此可见，对于大多数较为常见的考古遗迹，运用 RTK或全站仪均可顺利完成遗迹的测量工作，而对于测量难度较大的遗迹，应针对遗迹所处环境和其自身的特点，选择合理的测量仪器方能较好的完成测量工作。
　　五、总 结。
　　与专业大地测量不同，考古测量其目的在于获取和记录遗存的空间信息。而更加便捷的开展田野考古工作和更加精准全面的采集遗存空间信息是考古测量技术手段不断革新的根本动力。在充分了解各类测量仪器性能和熟练掌握仪器操作的前提下，针对不同遗址的特点搭配使用相应测量仪器或许能够最大限度地发挥各类测量仪器的优势，以便于更加全面精准地采集遗存信息，深入地分析和研究考古遗存，进而不断提升考古学研究水平。