高振華 侯妙樂 馬昇 白曙璋 梁孝

摘要：考古發(fā)掘信息記錄和出土文物遺存共同構(gòu)成了考古研究的珍貴載體，二者缺一不可。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，考古發(fā)掘信息記錄手段越來越多樣化、智能化，測繪技術(shù)成為應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。測繪技術(shù)是記錄遺存位置、形狀、規(guī)模、分布及相互關(guān)系的重要手段。傳統(tǒng)考古將一種或幾種測繪技術(shù)應(yīng)用于發(fā)掘信息記錄，但受技術(shù)、成本、應(yīng)用對象和人為因素的限制，同時將地面激光掃描（TLS）、無人機(jī)（UAV）和近景攝影測量等多種測繪技術(shù)同時應(yīng)用到一個考古項目的情況較少。聞喜酒務(wù)頭墓地發(fā)掘過程進(jìn)行了全面的測繪記錄，另外還進(jìn)行了光譜信息、紋理信息以及傳統(tǒng)的文字、圖像、錄像等記錄，構(gòu)建了一套較為完整的考古發(fā)掘信息記錄體系，為深入開展考古研究提供了詳細(xì)、全面、直觀的記錄資料。

關(guān)鍵詞：聞喜酒務(wù)頭墓地;考古發(fā)掘;測繪技術(shù);信息記錄;遺存空間信息

引言

考古發(fā)掘是一項復(fù)雜的科學(xué)研究工作，不僅需要對各種遺存進(jìn)行細(xì)致的清理，還要對發(fā)掘過程和遺存信息進(jìn)行客觀的記錄，只有這樣才能保證研究結(jié)果的科學(xué)性。遺存信息包括時間、空間、物質(zhì)成分等，其中遺存的空間信息是研究古代人類行為及人地關(guān)系的重要因素，其記錄信息不可或缺，如位置、形狀、分布及相互關(guān)系等?？陀^全面地記錄并表達(dá)遺存的空間信息一直是考古信息記錄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。研究人員也嘗試使用各種方法，如使用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備替代傳統(tǒng)的手工作業(yè)，但效率和成本很難平衡，推廣應(yīng)用較難實現(xiàn)。直到近年來地面激光掃描（TIS）、無人機(jī)（UAV）和近景攝影測量等測繪技術(shù)變得越來越智能化，無需太多的專業(yè)知識就可以快速獲取大量高精度空間數(shù)據(jù)，且成本大大降低，滿足了遺存空間信息記錄的客觀要求。

測繪技術(shù)在考古發(fā)掘信息記錄方面的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，也取得了很好的效果，例如：利用無人機(jī)攝影測量進(jìn)行考古制圖、遺址建模和監(jiān)測[1-7];利用GPS定位與無人機(jī)攝影測量聯(lián)合生產(chǎn)正射影像[8-10];利用地面激光掃描進(jìn)行發(fā)掘現(xiàn)場遺跡的信息記錄和三維重建[11—17];使用結(jié)構(gòu)光三維掃描儀記錄出土器物的三維信息并進(jìn)行虛擬復(fù)原[18—20];使用全站儀和RTK進(jìn)行位置測量或與其他測繪技術(shù)配合生成遺址三維模型[21-24];利用近景攝影測量記錄發(fā)掘場景并進(jìn)行三維展示[25-27];利用高光譜成像實現(xiàn)遺址分布的探測和局部物質(zhì)的識別[28-31];使用GIS對遺址進(jìn)行分析、預(yù)測和多源數(shù)據(jù)管理等[32-36]。從文獻(xiàn)和現(xiàn)場調(diào)研的結(jié)果來看，僅有極少量的考古項目能將多種測繪技術(shù)同時綜合應(yīng)用，大多是將一種或少數(shù)幾種測繪技術(shù)分別應(yīng)用于考古發(fā)掘項目，僅是對傳統(tǒng)記錄方式的改進(jìn)，提升記錄的效率和精度。形成這種現(xiàn)狀的原因是多方面的，可能是經(jīng)費(fèi)問題，也可能是發(fā)掘?qū)ο蟛贿m用多種測繪技術(shù)，或者是發(fā)掘人員工作理念和技術(shù)層面的問題。但從考古學(xué)發(fā)展的方向及新技術(shù)應(yīng)用的需求來看，將多種測繪技術(shù)同時應(yīng)用于一個考古發(fā)掘項目，全方位記錄遺存的空間信息，無疑會給后續(xù)研究提供更多的信息和幫助。

聞喜酒務(wù)頭墓地就是這樣一個多種測繪技術(shù)同時應(yīng)用的典型案例，它具有良好的操作空間和工作條件，具有重要的文物價值和相對充足的經(jīng)費(fèi)投入。因此，研究人員將多種測繪技術(shù)綜合應(yīng)用于酒務(wù)頭墓地考古發(fā)掘的遺存信息記錄，并貫穿于整個發(fā)掘過程，為后續(xù)的考古研究提供了更為詳盡的資料和更為直觀的成果，也為墓地的保護(hù)、利用、管理也提供了的豐富的信息資料。

一、對象、技術(shù)、裝備

（一）應(yīng)用對象：聞喜酒務(wù)頭墓地

聞喜酒務(wù)頭商代墓地學(xué)術(shù)價值特別突出，曾被評為“2018年度全國十大考古新發(fā)現(xiàn)”。該墓地位于山西省運(yùn)城市聞喜縣河底鎮(zhèn)酒務(wù)頭村西北，北、東、南三面環(huán)山，北臨沙渠河，南望湯王山。墓地處于垣曲盆地、運(yùn)城盆地、臨汾盆地交匯的要沖之地，是古代從河南進(jìn)入山西最便捷的通道之一，亦是考古學(xué)文化交融的關(guān)鍵地帶（圖1）。

2017至2018年，經(jīng)過細(xì)致的考古勘探和科學(xué)發(fā)掘，考古工作者在5500平方米墓地范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)12座商代晚期墓葬、6座車馬坑以及5個灰坑，共出土銅、玉、陶、骨等各類材質(zhì)的文物500余件/組。其中最為重要的發(fā)現(xiàn)是：發(fā)現(xiàn)了5座商代晚期“甲”字形大墓及陪葬車馬坑;出土器物組合完整，發(fā)現(xiàn)大量帶有相同族氏銘文的青銅器（圖2）。

晚商帶墓道的墓葬在殷墟之外并不多見，這個發(fā)現(xiàn)對于研究商代墓葬的形制結(jié)構(gòu)、葬俗、墓道功能與等級關(guān)系提供了極好的資料。根據(jù)墓葬形制與出土遺物判斷，酒務(wù)頭墓地時代為殷墟四期，應(yīng)為晚商高等級方國貴族墓地。從青銅器中兩種族氏銘文的差異性來看，此墓地應(yīng)為“匿”族墓地。該墓地的發(fā)現(xiàn)與發(fā)掘是商代考古的一次重大突破，不僅為“匿”族青銅器找到了歸屬，也填補(bǔ)了晉南地區(qū)晚商遺存的空白。

（二）測繪技術(shù)

考古測繪記錄所用的測繪技術(shù)大多是成熟的測繪技術(shù)，從大平板、小平板到全站儀、RTK，再到今天的無人機(jī)和三維激光掃描儀，均是在測繪空間信息領(lǐng)域相對成熟的技術(shù)，是成熟技術(shù)在新領(lǐng)域的應(yīng)用?？脊艤y繪與傳統(tǒng)測繪還存在一定的差異，尤其是對精度指標(biāo)的要求，相比測繪領(lǐng)域要低一些?？脊艤y繪更加側(cè)重考慮對象安全、所處環(huán)境以及效果實現(xiàn)的成本和效率等?？脊艤y繪更強(qiáng)調(diào)局部細(xì)節(jié)的表現(xiàn)、相對位置關(guān)系的準(zhǔn)確等，如出土器物的三維信息記錄，是典型的小場景大數(shù)據(jù)，需要精細(xì)的表現(xiàn)器物的紋飾;隨葬遺物的出土層位和位置是記錄，要準(zhǔn)確記錄器物的位置關(guān)系和地層疊壓關(guān)系等。另外有些發(fā)掘場地空間非常局促，很多測繪設(shè)備無法使用，如GPS無信號，全站儀無架設(shè)機(jī)位等，現(xiàn)場條件也增加了測繪的難度和不確定性。

在綜合考慮現(xiàn)場環(huán)境及考古需求的條件下，酒務(wù)頭墓地用到的測繪技術(shù)包括：控制測量、地形測量、傾斜攝影測量、近景攝影測量、無人機(jī)攝影測量、三維激光掃描、結(jié)構(gòu)光掃描等。另外還輔助以高光譜遙感分析和地理信息系統(tǒng)管理等。相關(guān)測繪技術(shù)的應(yīng)用場景和應(yīng)用目的見表1。

（三）測繪裝備

酒務(wù)頭墓地使用了從空中到地面，從宏觀到微觀，從幾何到光譜的多個維度的測繪技術(shù)和其他相關(guān)技術(shù)，盡可能保證信息的全面記錄。我們對使用的設(shè)備進(jìn)行了統(tǒng)計，列出了沒備的廠家、型號和數(shù)據(jù)處理軟件等信息，方便同類項目的參考（見表2）。

二、發(fā)掘信息記錄

考古發(fā)掘信息記錄與發(fā)掘出土的遺存共同構(gòu)成了考古研究的珍貴檔案。國家文物局<田野考古工作規(guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）規(guī)定[37]，考古發(fā)掘記錄包括文字、測繪和影像三種形式，構(gòu)成了統(tǒng)一的記錄系統(tǒng)。文字記錄包括工作日記、遺跡記錄和表格等;測繪記錄包括發(fā)掘區(qū)、探方、遺跡的平剖面圖以及發(fā)掘區(qū)的三維點(diǎn)云、三維模型等;影像包括照片、錄像等（圖3）。本文主要探討多種測繪技術(shù)綜合應(yīng)用下的“測繪”記錄方式、內(nèi)容和成果。我們在酒務(wù)頭墓地發(fā)掘過程中按照考古工作流程依次開展了測繪記錄。在實施測繪記錄過程中遵循文物保護(hù)的基本原則，如最小干預(yù)、無損、非接觸等，首先要保證記錄對象的安全。

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集

開展考古發(fā)掘，首先要了解發(fā)掘地點(diǎn)的基本情況，如歷史、環(huán)境、水文、礦產(chǎn)、氣候等。獲取信息的主要手段是通過搜集縣志、歷史地圖、相關(guān)研究報告和論文等，進(jìn)而提取與發(fā)掘地點(diǎn)相關(guān)的信息。聞喜酒務(wù)頭墓地發(fā)掘項目中我們收集其所在區(qū)域的資料包括，發(fā)掘區(qū)周邊的1：0000地形圖、中條山地區(qū)的1：250000地形圖、聞喜縣志、周邊考古研究報告和論文、衛(wèi)星遙感圖像等，為展開工作奠定了基礎(chǔ)。

（二）建立統(tǒng)一坐標(biāo)系

考古發(fā)掘項目多數(shù)使用獨(dú)立坐標(biāo)系，部分項目與大地坐標(biāo)系聯(lián)測，實現(xiàn)最終考古測繪成果的坐標(biāo)系統(tǒng)一。酒務(wù)頭墓地使用西安80坐標(biāo)系，利用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行控制測量，點(diǎn)位中誤差±5厘米?？刂泣c(diǎn)布設(shè)在發(fā)掘區(qū)周邊或外圍硬化道路旁，便于尋找和使用?？刂泣c(diǎn)標(biāo)志使用10厘米測釘，并用紅色自噴漆標(biāo)記。

（三）工作底圖測繪

考古發(fā)掘區(qū)的正射影像圖和地形圖非常關(guān)鍵，是所有考古測繪記錄的底圖，使用了無人機(jī)、RTK、全站儀和無人機(jī)攝影測量等技術(shù)和設(shè)備綜合實現(xiàn)。無人機(jī)攝影測量是當(dāng)前最常用的手段，不論在發(fā)掘前、發(fā)掘過程中甚至發(fā)掘結(jié)束時都要使用。酒務(wù)頭墓地考古發(fā)掘中使用Djl Phantom 4Pro進(jìn)行航攝，飛行高度控制在100米以內(nèi)，地面站軟件為Djl GS Pro，同時使用RTK測繪像控點(diǎn)，利用Agisoft PhotoScan和Context Capture進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，最終得到發(fā)掘區(qū)的正射影像圖，影像空間分辨率優(yōu)于10厘米。在此正射影像圖和局部高程采集的基礎(chǔ)上繪制了非全要素的地形圖，包括等高線、道路、河流、村莊、陡坎等，基本滿足考古工作的工作需求，成圖比例1：1000（圖4）。

（四）發(fā)掘分區(qū)與探方放樣

根據(jù)酒務(wù)頭墓地的規(guī)模及工作范圍，在墓地西南方向水泥路旁設(shè)置中心原點(diǎn)，按照正南北方向繪制笛卡爾坐標(biāo)系，將整個墓地及周邊環(huán)境按照順時針方向分為I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個工作區(qū)域。在墓地正射影像圖和地形圖上，以原點(diǎn)為起點(diǎn)設(shè)計1 0米×1 0米探方格網(wǎng)，探方編號規(guī)則為：年份+區(qū)號+T+探方西南角橫軸坐標(biāo)/5+探方西南角縱軸軸坐標(biāo)/5。將設(shè)計好的探方格網(wǎng)坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)ARTK，并將探方角點(diǎn)依次放樣并立樁布線。

（五）遺存測繪與制圖

遺存測繪和制圖是考古發(fā)掘過程中最為關(guān)鍵的記錄環(huán)節(jié)。遺存包括遺跡和遺物兩類，空間尺度差別大，有面積達(dá)數(shù)百平方米的墓葬，也有面積很小的陶片;遺存色彩豐富，有各種土色、彩繪陶器，也有銹蝕的青銅等。因此遺存信息的記錄應(yīng)是多維度的全面記錄，不僅要記錄空間信息，還要記錄紋理信息、光譜信息等。酒務(wù)頭墓地遺存空間信息的記錄按照發(fā)掘區(qū)、單個墓葬和出土遺物三個尺度層次來記錄，分別使用不同的測繪技術(shù)和設(shè)備來實現(xiàn)（見表3）。不同遺存因空間尺度和自身物理特性的差異，對測繪技術(shù)的需求也存在一定的選擇性，如無人機(jī)適合場景較大的發(fā)掘區(qū)信息采集;墓葬或出土器物的紋理信息和光譜信息可使用光譜技術(shù)獲取。遺存的空間信息記錄主要依靠三維掃描儀、無人機(jī)、RTK等設(shè)備進(jìn)行，紋理信息使用高清相機(jī)記錄，光譜信息使用高光譜成像儀和ASD地物光譜儀記錄（圖5）。

酒務(wù)頭墓地在綜合的使用多種測繪技術(shù)后，發(fā)掘過程全面記錄及成圖、遺存信息展現(xiàn)與分析等方面比傳統(tǒng)的考古測繪和制圖效果提升顯著，成果更加全面、更具有可讀性，可為規(guī)劃、文保等專業(yè)的人員提供更多的信息和素材。當(dāng)然，由于技術(shù)的局限性和應(yīng)用條件的限制，部分技術(shù)的應(yīng)用仍需進(jìn)一步的實踐和完善，如高光譜成像及ASD在國內(nèi)考古發(fā)掘現(xiàn)場使用較少，相關(guān)的分析成果及波譜庫的建立仍需進(jìn)一步完善。

（六）發(fā)掘信息綜合管理

經(jīng)過上述幾個階段的信息記錄，積累了大量的矢量、柵格、文字等各種類型的數(shù)據(jù)。為方便數(shù)據(jù)的使用和管理，酒務(wù)頭墓地發(fā)掘使用由武漢數(shù)文開發(fā)的考古工地數(shù)字化管理平臺來實現(xiàn)考古數(shù)據(jù)的綜合管理。該平臺主要是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、CIS和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，在建立考古工地綜合數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，搭建的多級考古項目及工地信息采集、數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計、研究分析的集中平臺。該平臺的使用，一方面是整合了各種考古資料數(shù)據(jù)，方便考古人員隨時隨地對各種信息資料進(jìn)行查詢檢索，提升了考古數(shù)據(jù)的使用效率;另一方面是考古數(shù)據(jù)能通過表格、圖形、三維模型等形式呈現(xiàn)，提高了考古數(shù)據(jù)的可讀性，為墓地后續(xù)的研究和保護(hù)提供了支撐。當(dāng)然，在使用過程中也遇到了數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)格式不兼容、操作人員不熟練等問題，均需進(jìn)一步完善和提高。

二、問題和討論

考古發(fā)掘信息記錄和出土文物遺存共同構(gòu)成了考古研究的珍貴載體，二者缺一不可。如果沒有完整科學(xué)的記錄，考古發(fā)掘的意義將大大消減。酒務(wù)頭墓地考古發(fā)掘過程中，不僅進(jìn)行了文字和影像記錄，同時使用先進(jìn)的測繪技術(shù)進(jìn)行“測繪”記錄，包括了位置、點(diǎn)云、模型等信息，繪制了正射影像圖、地形圖、探方平剖面圖等圖紙，還使用高光譜相機(jī)獲得墓室內(nèi)部的高光譜影像，使用億像素級相機(jī)獲得了遺存的紋理信息，實現(xiàn)了空間+光譜+紋理信息的同步記錄，是一次非常有意義的集中使用多種測繪技術(shù)的典型案例。

多種測繪技術(shù)的綜合應(yīng)用使得考古發(fā)掘現(xiàn)場的信息記錄得到極大的豐富，也為遺存的空間分析提供了幫助;但同時也帶來一系列的問題，如多源異構(gòu)的大數(shù)據(jù)，預(yù)算成本的增加和人員使用等問題。

1.產(chǎn)生了多源異構(gòu)的大數(shù)據(jù)。測繪記錄的數(shù)據(jù)類型多，數(shù)據(jù)量大，不僅使數(shù)據(jù)存儲、管理等方面難度加大，還對存儲空間、數(shù)據(jù)的深度融合等提出更高的要求。如何讓考古發(fā)掘記錄的數(shù)據(jù)之間互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有機(jī)融合難度較大。否則數(shù)據(jù)僅僅是一堆數(shù)據(jù)，無法真正實現(xiàn)為考古研究服務(wù)。我們在應(yīng)用實踐過程中從控制測量和考古研究需求人手，一方面讓所有的測繪記錄構(gòu)建在一個大的坐標(biāo)體系內(nèi)，首先要保證位置關(guān)系不會亂;另一方面根據(jù)研究對象的需求，確定測繪數(shù)據(jù)記錄的精度和范圍.盡可能減少冗余數(shù)據(jù)，在當(dāng)前計算機(jī)軟硬件支持和研究需求的條件下實現(xiàn)測繪記錄的融合。

2.預(yù)算成本增加。多種測繪技術(shù)的使用，涉及到諸多沒備和軟件，尤其是三維掃描和高光譜成像設(shè)備，動輒幾十萬甚至上百萬，致使技術(shù)服務(wù)成本增加。本案例使用的設(shè)備多是自有或其他科研機(jī)構(gòu)共享的，才能使成本降低。因此，在行業(yè)內(nèi)有必要構(gòu)建一套良好的設(shè)備技術(shù)共享機(jī)制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不僅僅是測繪技術(shù)和設(shè)備，還應(yīng)包括將其他相關(guān)的自然科學(xué)技術(shù)也納入進(jìn)來，共同為考古研究服務(wù)。

3.人員的問題。測繪技術(shù)應(yīng)用與考古發(fā)掘信息記錄是一項有意義的工作，也受到了眾多考古工作者青睞。但考古項目開展時，是否使用或怎么使用又成為選擇題，很多人持觀望的態(tài)度。要改變這種現(xiàn)狀，需要從兩方面人手，一方面需要考古研究人員對新技術(shù)認(rèn)可和使用，另一方面需要技術(shù)人員了解考古或歷史，對歷史遺存要有敬畏感。只有當(dāng)兩者充分結(jié)合在一起，才能產(chǎn)生良好的化學(xué)反應(yīng)，測繪記錄才能高效并有用。

四、結(jié)論

酒務(wù)頭墓地考古發(fā)掘過程中的測繪記錄對我們認(rèn)識酒務(wù)頭墓地的價值起到了非常積極的作用，不僅展現(xiàn)了墓地的選址、規(guī)模、分布等，還讓我們直觀地看到了墓葬的結(jié)構(gòu)、體量等，對認(rèn)識墓地在晚商時代的功能、等級提供了幫助。準(zhǔn)確記錄的遺物出土位置和三維信息，為判斷墓地的年代和文化屬性起到了至關(guān)重要的作用，也為理清墓地的族屬及其和安陽的關(guān)系提供了重要線索（圖6）。高光譜影像記錄和分析為研究晚商顏料的使用和來源提供了線索，也為認(rèn)知肉眼看不清的圖案提供了幫助。酒務(wù)頭墓地是眾多考古項目中的一個，隨著考古理念和測繪技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的考古項目將會把測繪作為考古記錄的一項重要工作。

隨著國家對文化遺產(chǎn)保護(hù)的重視，多種測繪技術(shù)綜合應(yīng)用到一個發(fā)掘項目成為可能，本案例就是一個很好的參考。測繪記錄內(nèi)容是多方面的，不僅要記錄空間信息，還要記錄紋理信息、光譜信息等，同時還要結(jié)合傳統(tǒng)的文字記錄和圖像記錄，共同構(gòu)建一個完整的記錄體系，服務(wù)于考古學(xué)研究。

未來，隨著人工智能、云存儲、云計算等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，測繪技術(shù)在考古發(fā)掘信息記錄方面的應(yīng)用會日趨成熟。但不管技術(shù)怎么發(fā)展，還應(yīng)以考古研究的需求為導(dǎo)向，讓測繪技術(shù)能為考古研究服務(wù)，讓考古人認(rèn)可測繪，讓測繪人懂考古，真正實現(xiàn)二者的有機(jī)融合。

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（責(zé)任編輯：孫秀麗）