李 強(qiáng)

（長沙市文物考古研究所，湖南 長沙410000）

考古研究的已有成果和考古研究的新需求推動(dòng)著田野考古的不斷發(fā)展。測量是做好考古記錄工作中的重要一環(huán)，沒有必要的測量數(shù)據(jù)，就不能精確地進(jìn)行繪圖和文字記錄。在田野考古工作中，有許多需要進(jìn)行測量的項(xiàng)目，對大范圍的遺址，使用皮尺來測量是勝任不了的，需要借助專業(yè)的測量設(shè)備和儀器才能準(zhǔn)確測量。電子全站儀是近些年來被廣泛使用的一種新型測繪儀器，可以快捷、方便的對地物的角度、距離、高程以及坐標(biāo)信息進(jìn)行測量工作，儀器本身也可以保存數(shù)據(jù)[1]。田野考古工作中采用全站儀，不僅僅是測繪工作在技術(shù)層次的提升與更新，更是突破了傳統(tǒng)田野考古的工作思路與模式，是考古數(shù)字化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1 田野考古測繪的野外工作

1.1 田野考古的野外工作

田野考古的戶外工作主要有三項(xiàng)內(nèi)容：野外調(diào)查、現(xiàn)場發(fā)掘和現(xiàn)場清理。這幾項(xiàng)工作也是田野考古的主要工作。其中，田野考古調(diào)查工作不能破壞文物原先的狀態(tài)，考察和記錄文物遺存，收集已經(jīng)暴露在外的遺物，篩選出需要保護(hù)的遺跡。通過挖掘方式來發(fā)掘、揭露遺跡，對出露的文物進(jìn)行收集，并記錄揭露出來的現(xiàn)象。如果遺存遭到破壞的狀態(tài)下，就需要對其進(jìn)行清理，發(fā)掘遺跡的殘留部分，當(dāng)然清理也可以當(dāng)做是一種特殊的發(fā)掘。實(shí)際的發(fā)掘工作時(shí)，一次考古工作需要用到幾種工作方式，比如遺跡調(diào)查過程使用的試掘，而正式發(fā)掘中也穿插著調(diào)查工作[2]。

田野調(diào)查可以重復(fù)進(jìn)行，田野發(fā)掘則不能重復(fù)進(jìn)行。田野發(fā)掘具有雙重性的特點(diǎn)，既具有再現(xiàn)性和保護(hù)性，又具有破壞性和毀滅性。發(fā)掘能夠?qū)z存進(jìn)行揭露，使遺存得以再現(xiàn)，科學(xué)的記錄和收集遺存，進(jìn)而更好地保護(hù)遺存資料。同時(shí)，發(fā)掘不可避免地伴生著對遺存進(jìn)行不同程度的破壞、毀滅。有的是發(fā)掘者意識(shí)到的，但無法避免，如遺存的相對位置被破壞，挖下一層堆積必然把壓在其上的堆積挖掉。有些破壞是發(fā)掘者當(dāng)時(shí)并未意識(shí)到的。發(fā)掘中要求收集全遺物、記錄全遺跡現(xiàn)象都是相對的。有些現(xiàn)象現(xiàn)在認(rèn)為無意義，后來就可能認(rèn)為是有意義的。如土坑墓中骨架上的覆土以前發(fā)掘不采集，認(rèn)為沒有分析的價(jià)值，現(xiàn)在認(rèn)為也是采集的對象，可以檢測是否有衣服樹枝等覆蓋物。發(fā)掘的雙重性和不可重復(fù)性要求發(fā)掘時(shí)必須謹(jǐn)慎小心，盡可能發(fā)揮其再現(xiàn)性和保護(hù)性，減少其破壞性和毀滅性，發(fā)掘區(qū)的分布也要考慮到后來人的工作。

1.2 考古平面圖與地形圖的測量

1.2.1 平面圖測量

平板儀具有測量精確、效率高的優(yōu)點(diǎn)，因而成為測量大面積平面圖的主要儀器。使用平板儀要先調(diào)平圖板，然后移點(diǎn)，把地面上的測量基點(diǎn)移到圖上。利用方框羅盤的邊框繪出指北方向，注明比例。如果要反復(fù)在一個(gè)測站繪圖測量，要在圖上繪出一條定向線，即用照準(zhǔn)儀對中遠(yuǎn)方的一個(gè)固定目標(biāo)（如電桿、旗桿、樹干等），沿儀器尺邊繪方向線。下次測量時(shí)，在測站上把圖板擺成大致的原來方向。然后，令照準(zhǔn)儀尺邊與定向線吻合。轉(zhuǎn)動(dòng)圖板，在儀器中尋找到定向目標(biāo)，圖板就與上次方向一致。轉(zhuǎn)換測站時(shí)，也需要定向。方法是移動(dòng)儀器之前，在原測站畫出對下一測站目標(biāo)的方向線；把儀器移動(dòng)到新測站后，儀器尺邊與方向線重合，從圖上新測站的基點(diǎn)回視原測站，用照準(zhǔn)儀照準(zhǔn)原目標(biāo)，圖板方向就與原方向一致。

1.2.2 全部實(shí)測繪制地形圖方法

對區(qū)內(nèi)的各測點(diǎn)進(jìn)行測繪，要首先按照測量對象特征，確定需要測繪的范圍。然后根據(jù)實(shí)際需要選定測繪比例尺，并在圖紙上標(biāo)注比例和指北方向。然后是選擇測站，多采用前方交會(huì)法、導(dǎo)線法等在圖紙上標(biāo)記出測點(diǎn)，并對標(biāo)注的位置準(zhǔn)確性進(jìn)行詳細(xì)檢查。測出各個(gè)測點(diǎn)的絕對高程和相對高程，絕對高程又叫做海拔，是測點(diǎn)垂直到海平面的高度，一般規(guī)定高于海平面的海拔是正值，低于海平面的的高程是負(fù)值。測點(diǎn)高程之差稱為高差，測點(diǎn)高的地方相對于測點(diǎn)低的地方，高差為正值，測點(diǎn)低的地方對于高處為負(fù)值。將測量到的高程數(shù)據(jù)標(biāo)注在測點(diǎn)上，測點(diǎn)就是在地形繪制中的控制點(diǎn)。下一個(gè)步驟是地形點(diǎn)的測繪，圖上的地形多用等高線表示。而繪制等高線的重要步驟就是在圖上求出各個(gè)等高線上的等高點(diǎn)位置，然后將等高點(diǎn)用線連接起來編成為等高線。最后在圖上繪制遺跡、村莊、道路、河流等。

1.2.3 利用現(xiàn)成地圖繪制考古地形圖

考古地形圖的繪制要利用到地圖有關(guān)知識(shí)在地形圖基礎(chǔ)上開展，需要清楚了解地形圖上的坐標(biāo)線及其圖上的其他注記。要選擇適合本次工作的比例尺，經(jīng)過測繪工作后，在圖上可以反映出遺址、遺跡地理位置、形狀、規(guī)模等。地圖上的已知點(diǎn)上作為測站，不論采用原圖還是放大圖，均需要在圖上標(biāo)記出遺跡的實(shí)際分布狀況，圖上選擇的已知點(diǎn)要距離遺跡或遺址較近同時(shí)也要能作為測站使用，選擇的已知點(diǎn)在地面上的辨識(shí)度要高。目前，采用地形圖上已知點(diǎn)來確定測站或遺跡已有較多方法，測繪的精度和速度與所采用的儀器有關(guān)。

2 電子全站儀在田野考古測量應(yīng)用

2.1 電子全站儀測量

全站儀具有角度測量、距離（斜距、平距、高差）測量、三維坐標(biāo)測量、導(dǎo)線測量、交會(huì)定點(diǎn)測量和放樣測量等多種用途。內(nèi)置專用軟件后，功能還可進(jìn)一步拓展。

2.1.1 水平角測量

（1）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準(zhǔn)第一個(gè)目標(biāo)A。

（2）設(shè)置A 方向的水平度盤讀數(shù)為0°00′00″。

（3）照準(zhǔn)第二個(gè)目標(biāo)B，此時(shí)顯示的水平度盤讀數(shù)即為兩方向間的水平夾角。

2.1.2 距離測量

（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)

測距前須將棱鏡常數(shù)輸入儀器中，儀器會(huì)自動(dòng)對所測距離進(jìn)行改正。

（2）設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值

光在大氣中的傳播速度會(huì)隨大氣的溫度和氣壓而變化。實(shí)測時(shí)，可輸入溫度和氣壓值，全站儀會(huì)自動(dòng)計(jì)算大氣改正值（也可直接輸入大氣改正值），并對測距結(jié)果進(jìn)行改正。

2.1.3 距離測量

距離測量時(shí)，首先是在全站以上操作使得目標(biāo)棱鏡中心對準(zhǔn)，按下測距鍵后，開始進(jìn)行距離測量，可以得到平距、斜距、高差等數(shù)據(jù)。

全站儀的測距模式分為精測、跟蹤、粗測等三種模式。期中精測模式最為常用，測量時(shí)間約為2.5 秒，可以顯示最小為1 毫米的單位。跟蹤模式多用于測量移動(dòng)目標(biāo)以及放樣過程的連續(xù)測距，可以顯示最小為1 厘米的距離，測距時(shí)間大約是0.3 秒。粗測模式消耗的測量時(shí)間大約是0.7 秒，可以顯示最小單位是1 厘米或者1 毫米[3]。

2.1.4 坐標(biāo)測量

首先是對測站點(diǎn)三維坐標(biāo)進(jìn)行設(shè)定，在這個(gè)過程中全站儀能夠完成后視方位角的自動(dòng)計(jì)算，同時(shí)將后視方向的水平度盤讀數(shù)設(shè)定為方位角。其次是設(shè)定儀器的棱鏡常數(shù)，將相關(guān)氣溫、氣壓等參數(shù)值輸入進(jìn)全站儀中。當(dāng)儀器中照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡后，按下坐標(biāo)測量按鈕，全站儀便自動(dòng)進(jìn)行測距，同時(shí)顯示測點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 電子全站儀在田野考古測繪特點(diǎn)

全站儀通過發(fā)射、接收紅外射線自動(dòng)讀取記錄數(shù)據(jù)，全站儀進(jìn)行常規(guī)測圖的特點(diǎn)。

（1）高精度、高效率。測量距離數(shù)據(jù)可精確到毫米，角度到秒。效率方面，面積為50 萬平方米的遺址，測量得到的特征點(diǎn)接近4000 個(gè)，繪制這種圖的費(fèi)時(shí)不超過一周[4-5]。

（2）即時(shí)性。全站儀與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)作業(yè)，則可以實(shí)現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)互通，每個(gè)測點(diǎn)的信息在測量結(jié)束后便能夠快速顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕中，點(diǎn)擊此點(diǎn)能夠得到這個(gè)點(diǎn)的屬性與三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)修改刪除功能。也可以直觀看到斷崖、道路等有形地物。能夠及時(shí)改正跑點(diǎn)過程的錯(cuò)誤和疏漏，降低測量誤差，減少了不必要的重復(fù)工作等[6]。

（3）多樣性。配合相應(yīng)的測量軟件，自動(dòng)將電子全站儀測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，根據(jù)需要自動(dòng)生成各種圖。比如不同等高距的等高線圖，角度不同的三維地模，內(nèi)容相異的分層地圖。基于已經(jīng)繪制好的矢量化地圖，往后的工作中可以根據(jù)實(shí)際需要快速生成類型各異的、具有不同比例的地形圖。

（4）選基點(diǎn)靈活，找基點(diǎn)方便準(zhǔn)確。在規(guī)劃遺址和布設(shè)探方時(shí)，全站儀也同樣體現(xiàn)出精確省時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)工作將具有良好的延續(xù)性。比如多年的探方銜接不精確，或者擴(kuò)方存在誤差等。假如需要在已經(jīng)開展過工作的地方挑開探方再次開展發(fā)掘工作，等到回填結(jié)束后再尋找準(zhǔn)確的探方位置是較為困難的。使用GPS 定位儀和全站儀則變得容易準(zhǔn)確[7-8]。

（5）可以以一個(gè)遺址總基點(diǎn)建立坐標(biāo)系，快速測量繪制遺跡平面圖與遺物平面圖、三維坐標(biāo)?？梢詮氐赘淖円蕴椒轿髂辖菫樘椒交c(diǎn)的傳統(tǒng)測繪方法，使工地遺跡遺物的數(shù)值測量準(zhǔn)確，能繪制出遺跡三維分布圖、遺物三維分布圖。

（6）全站儀在遺址發(fā)掘現(xiàn)場的測圖，不僅可以實(shí)現(xiàn)記錄單個(gè)現(xiàn)象，而且也可以記錄更大視野內(nèi)的信息，能夠在更大尺度范圍內(nèi)體現(xiàn)出遺跡分布特征，為下一步的發(fā)掘工作提供可靠資料，并促進(jìn)著田野考古工作。

3 結(jié)束語

田野考古可以使用的全站儀型號(hào)很多，各種型號(hào)的全站儀使用方法也不一樣，功能越來越強(qiáng)大，操作人性化。購買全站儀有詳備的說明書，商家還免費(fèi)培訓(xùn)操作技巧，并有售后使用咨詢服務(wù)，學(xué)習(xí)和使用都方便。全站儀的更新升級很快，價(jià)格一路下調(diào)，在考古發(fā)掘的運(yùn)用將很快普及。所以不久全站儀測量將成為田野考古的主要測量儀器。老式全站儀配帶專用棱鏡，紅外射線發(fā)射到棱鏡后被反射后為儀器接受到才能讀數(shù)，測量時(shí)需要一人立棱鏡于測點(diǎn)，并把棱鏡正對儀器。新式全站儀免棱鏡，紅外射線發(fā)射到被測物體就可以返回被儀器接受，不僅更方便，還擴(kuò)大了可測范圍。一般的免棱鏡全站儀測距可達(dá)350 米，拓普康GPT-3000LN 系列（彩屏WinCE 智能脈沖圖像全站儀），已經(jīng)達(dá)到了1200 米，并帶有CCD 相機(jī)，可應(yīng)用于近景攝影測量。