GIS在考古学的应用

地理信息系统（Geographic Information System或 Geo－Information system，GIS）有时又称为“地学信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 顾名思义，地理信息系统是处理地理信息的系统。地理信息是指直接或间接与地球上的空间位置有关的信息，又常称为空间信息。一般来说，GIS可定义为："用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术"。从GIS系统应用角度，可进一步定义为："GIS由计算机系统、地理数据和用户组成，通过对地理数据的集成、存储、检索、操作和分析，生成并输出各种地理信息。因此，GPS提供了一种认识地理和理解地理信息的新方式，从而使GPS进一步发展成为一门处理空间数据的学科。作为一种空间决策支持系统，GPS不仅拥有信息系统所具备的一般特征，而且具有处理和分析空间信息的能力。正因为GPS这种通用的空间信息分析处理能力，使其在近30年内的得到惊人的发展和长足的进步，已广泛地应用与资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域。GPS无论在哪个研究领域中的应用，它都包括三个研究阶段：1.原始数据的数字化及其制图；2.建立模型；3.模拟、分析、预测。GPS因为其特殊的组织和使用信息的方式，逐渐成为考古信息管理和考古研究分析的强有力的工具。

考古调查和发掘中获得的资料都具有空间属性，一个考古遗址的位置和范围可以通过空间数据（如一系列点的坐标）来表示，考古遗址内的遗迹、现象乃至每一件器物或陶片，都是在特定探方中的特定位置上，可以用准确的空间数据来表示各自的位置，这些位置数据同样是研究古代社会经济、文化和社会形态的重要资料。所以，我们运用地理信息系统技术，根据遗址中各种遗迹和器物的空间分布的状况，可以模拟和重建当时的某些历史及其演变过程。考古地理信息系统技术是从考古遗迹或现象的空间位置出发，建立多种空间信息与属性信息并存的数据库和图形图像库，从而能够方便地进行多重空间分析和模拟，直观、简洁地复原当时的社会状况。

我国在考古方面有着突出的成就，例如三峡库区文物分布的“电子地图”；长江三角洲地区考古信息管理信息系统；河南省文物考古研究所和美国密苏里州立大学人类学系于1996年在河南颍河上游两岸10千米范围内的聚落考古调查中，使用GPS和GIS对遗址进行了较精确的测绘；山东沭河上游人地关系研究中的考古数据库、考古信息管理系统、考古遗址预测模型的建立等等。

GPS在考古中的应用研究是多方面的，可以应用于从考古数据采集到考古数据存储、分析、解释以及表达的各个方面。综观GPS在考古中的应用类型，可以归纳一下几个方面。

第一：GIS是一种地理空间数据的数字处理技术，利用GIS不仅能够表达对地物描述性的属性信息，而且还能表达地物诸如位置、空间形态等的空间信息，用地理特征唯一ID码的机制，将空间信息与属性信息结合起来，使人们不仅知道存在什么样的信息，而且知道信息的来源与其在实践和空间上的变化。如现阶段正在发展的面向对象的数据库（Object Oriented Database）就为解决相关问题提供了一个很好的途径。具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有空间和动态性。地理信息系统具有强大的空间信息显示和查询功能，可以实现包括矢量图形、栅格图和遥感图像等空间信息以及各种描述、记录、数据等属性数据的显示和查询。矢量化的图层文件一般都能够直接调入到GPS项目中，然后在GPS软件中重新编辑或建立地面信息与考古遗迹或遗物的属性库，将相关的考古信息输入到属性库中。为了更好地描述各种属性，又是需要对一些信息进行简单的编码，以使简化工作量，提高工作效率。有些信息可能存在与专门的数据或网页上，这时就需要制作特定的连接，以便在使用中能够通过GPS项目就可以直接访问相应的数据库、网页，充分发挥GPS技术的强大优势。在GPS软件中，利用漫游和缩放工具能够改变图形显示的大小和位置。而且，各个图层既可以单独显示，也可以根据需要，进行不同组合的显示或者通过比例尺的变化，来显示局部地区考古遗址的分布特征或整个研究区域不同时期遗址的分布情况。GPS软件还可以按照一定的限制来进行查询和显示，提取距河流、中心聚落一定范围内的遗址的分布特征。②其次，各图层可以被重新排列、编辑、剪切和粘贴；或者添加新的图层，每一个图层中的特征也可以进行编辑或移位，同时能够打开对应的属性表，进行属性数据的编辑，如创建数据表、定义表的结构、添加或删除字段、添加或删除记录、编辑修改图层数据和属性数据等。一定区域的考古研究往往需要很多年的时间才能完成，每次的考古调查和发掘都会有新的收获，这就有要求所建立的考古信息系统具有不断修改原有数据和增加新数据的能力，使考古信息系统始终拥有最新的数据和记录，及时反映考古研究的进展情况。而使用GPS可以很方便地摆脱这些问题给我们带来的困扰。

第二：以地理研究和地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力、产生高层次的地理信息。使用GPS软件，可以生成各种各样的图形和图像产品，为区域考古研究提供生动、美观、简介的研究模型，对考古遗址及其所处的环境进行三维模拟和显示。③这些图形既能够反映整个研究区域的总体概括，又可以根据需要，灵活地反映任何一个特定区域的遗址分布特征；同时，还能够根据研究的需要，显示单个图层、多个图层乃至所有图层的信息。GPS生成的图形和图像可以直接输出到打印机或绘图仪上，打印出精美的图件用于印刷制版；也能够以多种格式输出到的文件中，供其他软件调用，以便作进一步的处理和分析；或编辑到超文本等格式的文件中，制作光盘或放置于网站之上供他人查询使用。在考古过程中，经常出现正北方向与实际地形不符造成十分别扭的发掘探方，只要能很好的使用GPS技术，我们在布方时可以很随意按照地形、地势来布方，一般这种情况下出土的遗址现象都与探方的方向大体相近，在绘图时也较容易。布方时我们选择左下角（即传统的西南向）作该探方区的基点，同时量探方纵轴方向的方位的度数。我们不用担心是否在设方时有磁干扰，在整个发掘季节我们可以经常地测一下探方轴的方向。经过多次的测绘，基本上最多次最接近的方位角度数，就是我们在整理资料时所采用的探方方位角的度数了。然后测得该发掘的基点的准确经纬度坐标即可。另外根据遗址的情况，我们选择一个相对显著的地点作为该遗址的总基点，这个基点与遗址有否关系无所谓，但以在该遗址的西南方向为好，测得该基点的经纬度。这个总的探方区的野外工作即算完成，十分简单。在回到驻地后，只要将总基点设在大的探方区图中的左下角，而发掘地点只需通过经纬差就可以十分容易地标注出来。发掘的探方分布图与总图比例相同，将基点和正北方向标重合在总图的标注点与纵坐标上，即可将任意方向的探方图准确地标注于总图上，这样对总体发掘过程中不同队伍和不同的发掘季节进行的发掘都十分清晰，决不会发生失误的情况。

第三：空间性是考古研究的关键性特征，它涉及到考古研究在理论、方法以及实践中的各个层次。由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生用于信息，完成人类大脑难以完成的任务。GPS软件具有对多重数据的访问和显示功能。④利用热连接功能，可以直接访问或打开图形、图像、数据库、声音、视频乃至其它GPS文件，使地理信息系统能够与多重数据进行广泛而快捷的联系。我们可以建立全国范围内的考古信息系统，并应用热连接功能调用各省、局部区域直接单个考古遗址的考古信息，形成多级信息数据的使用与管理。具体来说，GIS在考古研究中的最直接的应用就是利用考古数据制图，主要包括区域遗址分布图、古水系分布图、古植被分布图、古地貌图、三位地层图等，利用GIS处理地图的优势在于它可以将考古资料分成不同的图层，如遗址、遗物、水系、地貌图等，然后根据不同的研究需要可进行图层的叠加，制成各种专题地图和综合地图。进一步深入，还可以把GIS作为管理和决策的工具，如山东沭河上游史前文化遗址分布图，既可按多种条件查询，亦可将查询结果制图输出。

第四：建立考古数据库，GIS是一种地理空间数据的数字处理技术，利用GIS不仅能够表达对地物描述性的属性信息，而且还能表达地物诸如位置、空间形态等的空间信息，用地理特征唯一ID码的机制，将空间信息与属性信息结合起来，使人们不仅知道存在什么样的信息，而且知道信息的来源与其在实践和空间上的变化。对于建立考古数据库，可以将考古遗址抽象为点，也可以抽象为面，这将根据表达的需要以及数据的可获取性和数据源的比例尺而定，如选择每一遗址的位置、文化性质、海拔高度、坡度、坡向、以至于河流之间的位置等等。目前，西方不少国家和组织正在寻求以标准的考古数据记录格式，通过基于GIS的网络数据库达到信息的共享；以电子出版物和虚拟考古遗址的形式在国际互联网上实现无“时差”的信息交流。⑤

第五：GPS在考古信息系统研究与建立中的应用，考古数据库和考古信息管理系统的建立是开展各种考古分析与研究的基础。目前，考古研究和文物管理单位面对纷繁复杂并且加速积累的考古、文博资料，主要采取档案的人工管理办法，费时费力且信息安全度低，查询和表达手段更不能满足信息时代的要求。只有将GIS和MIS技术结合起来应用到考古信息管理中，才能实现对考古信息进行高效的科学管理，使考古资料的效益得到充分有效地发挥。在此方面，国内的相关工作已初步展开。如，长江三角洲地区考古信息管理系统、山东沭河上游史前文化考古信息系统等都在考古信息系统建设方面进行了相关的尝试。随着考古研究进展和科学技术的进步，方便增删相关的功能模块且不更改系统的结构。作为一种基于GIS的系统，本系统除了具有空间数据库的查询、检索、输入和输出的常用功能之外，还能为科研部门提供空间模拟、空间分析等功能。⑥查询检索功能是所有管理信息系统的基本功能，但一般的管理信息系统只能对属性数据进行查询和检索，而GIS支持的管理信息系统除具有此项功能外，还可以对空间信息进行方便的查询和检索，从而大大方便了考古研究中的资料查询。总之，考古信息管理系统的模拟与分析功能有很广泛的内涵，可以从不同的角度和具体的研究目出发，调用系统中部分甚至全部空间数据和属性数据，利用系统内部所包含的模拟分析工具或者连接外部有关的模拟分析模型加以实施。

展望GIS在考古中的研究，考古学的相关成果现阶段暂处在业内人士孤芳自赏的阶段，公众考古学不仅一次被提上考古学亟待解决的问题日程，结果却不甚理想。在此，考虑到GIS考古研究中的相关应用，笔者不禁萌生出这样一种想法：通过GIS的虚拟现实技术，构建一个把考古学推向广大公众的平台，真正朝着公众考古学的方向上发展。随着计算机技术和GIS技术的发展，GIS的用户不仅可以形象地观察考古数据，而且可以与三维模拟的对象相互交融，具有从外到内或从内到外观察考古数据空间结构的特征。比如用手（通过传感器或跟踪装置）或其他三维工具来操纵古代模型、感知模拟对象的触觉乃至气息等等。这样，不仅方便于考古学家的各项研究，而且可以使广大非考古人士以非常直观的角度感知古代文明的存在，从而达到扩大公众考古学的宣传范围。而且从这方面深入考古，我们可以将考古事业与社会经济相结合，以媒介传播的方式，把考古与影视、新闻等相结合，走考古与商品经济相结合的道路，做到考古学自养自供的目标。

总之，随着考古研究的不断深入和研究领域的不断拓展，GIS的运用将会不断与考古研究的各方面产生具体的联系。到时，科学的大熔炉也会融化出一些具体的应用模式及解决方法。这些在业内人士所进行的努力下均会实现。

参考文献：

①鲁鹏、杨瑞霞、田燕《GIS考古研究综述与前景展望》，《中院文物》2008年第二期

②张颖岚《GIS在考古学中的应用现状及前景展望》，《西北大学学报》（哲学社会科学版）2006年11月，第36卷第六期

③李安波、毕硕本、裴安平、闾国年《田野考古地理信息系统研究与建设》，《地理与地理信息科学》2004年1月，第20卷第一期

④曹兵武《GIS与考古》，《考古与文物》1997年第四期

⑤肖彬、谢志仁、阎国年、朱晓华《GIS支持的考古信息管理系统——以长江三角洲地区为例》，《南京师范大学学报》（自然科学版）1999年22卷第三期

⑥熊平、刘亚起《RS技术和GIS技术在考古领域的应用》，《测绘与空间地理信息》2005年10月，第28卷第五期