數字化測量儀器在考古測量工作中的運用研究論文
數字化測量儀器在考古測量工作中的運用研究論文
考古測量是田野考古工作中記錄遺存資訊的重要手段之一，主要包括對考古遺存所處地形地貌的實地勘測和對考古工作中所見遺蹟、遺物三維座標（X、Y、Z 三個軸向）的測量。考古測量資料是分析各類遺存之間的空間分佈關係、探究人類活動與地理環境之間的聯絡，進而理解和闡釋古代人類行為方式不可或缺的重要資料。隨著現代測量技術的飛速發展，RTK、全站儀等高精度數字化測量儀器被日益頻繁的應用於考古測量工作中，高精度的測量工作不僅對科學合理的開展田野考古工作大有裨益，同時對於客觀真實的記錄遺存資訊，深入研究遺存的空間分佈形態意義顯著。在複雜多樣的田野考古環境中如何科學合理的選擇各類測量儀器值得我們探索和思考。
一、建立遺址三維測繪座標系統的意義。
為滿足考古測量工作的精度要求，在對遺址進行測量時必須首先建立起三維測繪座標系統，即在遺址上設立一個或多個永久性測量控制點，並透過控制測量獲取各控制點的三維座標，建立起有效的測量控制網①。基於統一的三維測繪座標系統的考古測量工作不僅能夠保障測量精度，同時對於科學的開展田野考古工作亦具有十分重要的意義。
首先，透過對考古發掘區域的精確測量，能夠準確記錄考古發掘區域在地理空間中的三維座標，即以北座標、東座標、高程三個數值替代了諸如“村西約 200 米”、“縣城以南約 1 公里”等含混不清的描述方式。在實際考古工作中，對於工作年限較長的遺址，往往因遺址周邊地貌環境發生改變，參加考古工作的人員不斷變更等諸多因素造成了難以確定遺址準確位置的情況。而獲取了考古工作區域的三維座標即可確保在長時段的考古工作中隨時準確定位歷年考古工作區域，為持續開展考古工作和劃定文化遺產保護範圍提供極大便利。
其次，基於統一座標系統的考古測量工作，能夠確保考古人員在佈設探方（溝）時，探方（溝）方向完全統一。而在以往的田野工作中，因利用羅盤、皮尺等工具佈設探方（溝），難以建立起遺址統一的測量座標系統，故而極易造成相鄰探方（溝）在距離和方向上出現一定的偏差。尤其是對於發掘年限較長或發掘區域較大的遺址，長時間、大區域在方向和距離上的誤差積累，易造成相鄰探方（溝）之間出現交疊、錯位等問題，此類問題會造成實際發掘區域與圖上規劃區域不一致，不利於考古人員對發掘區域進行準確規劃和對遺址整體佈局進行綜合判斷。同時，相鄰探方出現錯位等問題亦干擾了準確記錄各類遺存的空間資訊。
再次，精確測量遺蹟的三維座標，能夠讓考古人員明確不同遺蹟之間準確的平面距離和垂直高差，例如透過比對三維座標即可知曉同一處遺址中居址和墓地之間的平面距離和高度落差。而對於城牆、環壕等大型遺蹟，精確測量能夠獲取該類遺蹟準確的平面形制圖，便於考古人員分析遺蹟走向和比對東牆與西牆、南壕與北壕等方面的長度差異和高程落差。對於古代城址、寺院等平面佈局相對複雜的遺址，精確測量能夠準確記錄各處遺蹟的三維座標，這為記錄複雜遺蹟之間的空間位置關係提供極大便利，遺蹟的三維座標資料也將成為考古工作結束後復原古代城址、寺院等遺址平面形態的關鍵資料。
由此可見，基於統一的三維測繪座標系統的考古測量工作，對於科學的開展田野考古工作、客觀準確的記錄考古資料進而提升考古學研究水平具有重要意義。
二、數字化測量儀器的優勢。
傳統的考古測量工作多以基線、皮尺、羅盤、平板儀等為主要工具②，存在著誤差較大、效率低下等問題，難以客觀記錄遺存空間資訊。而要建立遺址的三維測繪座標系統必須藉助於 RTK、全站儀等高精度數字化測量儀器，數字化測量儀器的引入不僅確保了測量精度提高了工作效率，亦能提升考古測量資料的利用價值。
具體而言，數字化測量儀器的引入，將傳統考古測量手段所獲取的紙質資料轉變為以計算機為載體的電子資料，便於考古測量資料在不同媒介之間進行共享和交流。與此同時，數字化測量儀器所測得的三維座標資料在計算機成圖軟體的輔助下，能夠便捷地生成遺蹟、遺物及地形、地貌的電子三維影象，較之於傳統測量方法所繪製的紙質二維影象，三維影象更加真實、準確和直觀，有助於對考古遺存開展深入研究和進行生動展示。
然而 RTK 與全站儀作為兩種不同型別的數字化測量儀器③，在田野考古實踐的各個環節中展現出了不盡相同的工作效能，依據各類遺址的具體情況選擇合適的測量儀器方能最大限度的發揮不同儀器的優勢，提高考古測量工作的效率。
三、遺址地形的測量。
對遺址地形的測量是為了獲取反映遺址環境地貌特徵的地形圖，以體現遺址微地貌特徵和所處區域的自然、人文景觀。在建立起遺址的三維測繪座標系統後，便可藉助測量儀器對遺址地形進行測量。RTK（圖一）與全站儀（圖二）作為兩類不同的測量儀器在對遺址地形進行測量時，呈現出了明顯差異。
（一） RTK.
RTK 技術是在高精度的 GPS 基礎上使用的實時動態定位技術，透過移動站能夠實時測算出任意點的三維座標，精度可達釐米級④。在測量時移動站與基準站之間無需通視，由單人操控移動站及手簿即可完成測量。
在對大型遺址，如大型聚落、城址、墓葬群等進行考古測量時，其遺址面積通常較大，遺存散佈於多個地點且相互之間難以通視，針對這一特點 RTK 顯示出了明顯優於全站儀的工作效能。若運用全站儀對大型遺址的地形進行測量，則需 2~3 人頻繁搬動儀器以保障通視效果，工作效率低下。
此外，部分大型遺址地表植被茂密，地形較為複雜，近距離通視效果亦較差。因此，運用全站儀對遺存分佈零散或地表植被密集的`遺址地形進行時測量效率低下且難度較大。而運用 RTK 進行對遺址地形進行測量時，RTK 的訊號覆蓋範圍可達 5 公里左右，且測量點與基準站之間無需通視，單人即可完成測量，每個測量點觀測時間僅需 3~5 秒，其工作效能和效率俱佳。由此可見，在地形複雜、遺存分佈零散、植被覆蓋密集等通視條件不佳的遺址進行測量時，RTK 的工作效能明顯優於全站儀。
（二） 全站儀。
全站儀透過發射、接收紅外射線自動讀取、計算座標資料，精度亦可達釐米級⑤。在測量時全站儀與稜鏡需要保持通視，由 2~3 人配合可完成測量。
相較於大型遺址而言，在田野考古實踐中更為常見的是面積較小的小型遺址，此類遺址往往遺存分佈相對集中，運用全站儀即可快捷的完成對其遺址地形的測量。同時，對於地勢平坦開闊，通視效果良好的遺址，即使其面積較大運用全站儀亦能高效便捷的完成測量工作。且全站儀作為光學測量儀器，不受電磁訊號干擾的影響，在 RTK 難以正常工作的區域和時段，如高壓線、大型建築附近和訊號異常的時段，仍然能夠正常工作。因此，在對面積相對較小或其他通視效果良好的遺址進行測量時，全站儀依舊發揮著難以替代的作用。
四、發掘過程中的測量。
（一） 佈設探方（溝）。
佈設探方是目前國內十分常見的田野考古發掘方式，運用全站儀布方，即透過全站儀的放樣功能在實地確定出布方點位，一般要放樣出一個設計的點位，往往需要來回多次移動稜鏡，搜尋目標點，且需要 2~3 人配合操作方可完成。對於發掘地點較為集中的遺址，用全站儀布方尚可，而對於存在多個發掘地點且發掘區互不通視的遺址，運用全站儀布方則效率低下。
若採用 RTK 布方，僅需將預設的布方點位座標輸入到電子手簿中，由單人攜帶移動站和手簿，RTK 手簿則會自動指引測量員移動到目標點上，無需來回移動搜尋，直至完成布方。無論是對於發掘區域集中還是發掘地點散佈多處的遺址，利用 RTK 布方均高效便捷，明顯優於全站儀。
由此可見，在對各類遺址佈設探方時，RTK 展現出了明顯優於全站儀的工作效能。
（二） 對考古遺蹟的測量。
在對田野考古發掘中常見的灰坑、房址、墓葬、窯址等遺蹟進行測量時，運用 RTK 或全站儀均可便捷的開展測量工作。且全站儀不受電磁訊號干擾等因素的影響，在 RTK無法正常工作的地點，全站儀仍然能夠照常工作，對環境的適應性優於 RTK.但在實際考古工作中存在著測量難度相對較大的部分特殊遺蹟，在對其測量時需要採用相應的技術手段方能順利完成測量工作。依據遺蹟的形制本文將其分為洞穴類遺蹟和崖壁類遺蹟。
1. 洞穴類遺蹟。
洞穴類遺蹟包括古人活動的洞穴、磚（石）室墓、洞式墓及古代礦井等類似洞穴式的遺蹟。在對此類遺蹟進行考古測量時，因其多處於一個相對封閉的空間，RTK 無法接收來自衛星和基準站的差分訊號，故而無法正常工作。而全站儀則無需接受電磁訊號，在相對封閉的環境中依然能夠正常對遺蹟的三維座標及進行精確測量。
2. 崖壁類遺蹟。
此類遺蹟包括懸棺、崖墓、摩崖石刻等，多分佈於陡峭崖壁的一類遺蹟。因地形所限，此類遺蹟所處的空間往往十分狹窄險峻，沒有足夠的空間架設全站儀全套裝置，且將全站儀搬運至遺蹟所在地也存在諸多不便。若運用 RTK 對此類遺蹟進行測量，則僅需將 RTK 基準站在附近區域開闊地帶架設完畢，由單人攜帶移動站到達指定地點即可開始測量，RTK 操作起來十分便捷，不受空間狹窄、難以架設儀器的限制。
由此可見，對於大多數較為常見的考古遺蹟，運用 RTK或全站儀均可順利完成遺蹟的測量工作，而對於測量難度較大的遺蹟，應針對遺蹟所處環境和其自身的特點，選擇合理的測量儀器方能較好的完成測量工作。
五、總 結。
與專業大地測量不同，考古測量其目的在於獲取和記錄遺存的空間資訊。而更加便捷的開展田野考古工作和更加精準全面的採集遺存空間資訊是考古測量技術手段不斷革新的根本動力。在充分了解各類測量儀器效能和熟練掌握儀器操作的前提下，針對不同遺址的特點搭配使用相應測量儀器或許能夠最大限度地發揮各類測量儀器的優勢，以便於更加全面精準地採集遺存資訊，深入地分析和研究考古遺存，進而不斷提升考古學研究水平。