地理信息技术在考古研究中应用分析

摘要：地理信息技术是空间信息系统的代表，最早诞生于上世纪60年代，是集齐地理、计算机、测绘、遥感、管理学、规划学、制图学、统计学于一体的综合性产物，在多个领域都有广泛的使用。本文分析了地理信息技术的发展历程，并探讨地理信息技术在考古研究中的应用。

关键词：地理信息技术；考古研究；应用；分析

地理信息技术是依托于地理信息系统对地理数据信息进行采集、存储并对获得的空间数据进行分析、处理与应用的通用技术工具，被广泛应用于自然资源的调查、区域发展规划的制定、环境的评估以及公共设施的管理等多个领域。通过地理信息技术可以对确定的地理对象进行位置、形状、空间大小以及颜色、类型等空间和属性数据的分析。遥感考古基本原理是建立在遗存的物理性质、波谱和影像特征三者关系的基础上，主要被用于遗址的空间分布探测、考古调查和发掘提供参考。由于存于地表或地表以下的古代遗迹随着岁月的流失逐渐荒废成农田或形成村镇等，但因为这些遗迹全部为人工建成，与周围没有经过人工扰动的土壤环境存在着差异，于是留遗迹的地区就会出现土壤、水分、地表温度等一系列的特别征水地象，别于周围环境。对考古研究而言，应用地理信息技术可以获得各种遗迹所处的空间位置信息如地形、遥感影像等，也可以获得详尽的相关遗迹的考古资料信息，包括实地勘验的情况、钻探发掘的信息以及各种相关文献资料等。因此在考古研究中应用地理信息技术可以高效准确快速地处理各种考古遗迹信息并对它们进行记录、存储、整理和分析工作，为考古工作节省了大量的人力和财力。利用考古数据建立考古文物管理信息系统，不仅可以清楚地显示文物遗迹的空间分布特征，对历史文化进行有效地管理；还可分析遗址或遗迹之间的相互关系，从而揭开历史之谜或 为许多长期无法解决的重大学术问题提供了新的视角和客观材料，下面就较为详细地介绍一下地理信息技术在考古研究中的应用情况。

1 地理信息系统的简介

地理信息系统GIS（Geographical Information System）属于空间信息系统，最早诞生于上世纪60年代，是汇集地理、计算机、测绘、遥感、管理学、规划学、制图学、统计学于一体的综合性产物，代表着计算机技术与其他学科之间的相互渗透。GIS技术建立在地理空间数据库基础上，借助于计算机硬件与软件，利用地理模型分析法、信息科学理论、系统工程理论对相关数据进行采集、操作、分析、模拟、表达，这一技术有几个突出的特点：

①有着理想的采集、管理、分析、输出能力，具有动态性和空间性的特征；

②基于地理决策、地理研究为基础，以地理模型为手段，具有动态预测能力与多要素分析能力，可以为相关产业提供高层次地理信息；

③以计算机系统为依托，由计算机模拟相关的分析方法产生信息，完成人类无法完成的难点任务。

总体而言，GIS是由计算机、地理数据、操作人员设计的地理信息集成应用系统，其中数据是其基础，数据内容涵盖到图象数据、图形数据、属性数据三个方面；硬件系统包括计算机、绘图仪、数字化仪、磁带机、打印机等；软件系统有数据输入系统、数据变换、用户接口、数据存储等。

地理信息系统是整个环境数据、资源数据在计算机中的缩影，反映出了现实世界的演变，借助于硬件与软件的支持，按照特定的格式进行输入、储存和检索，伴随技术水平的发展，GIS在各个领域中的应用范围也越来越广。尤其是在“数字地球”的理念提出之后，人们对于这一技术有了更加深刻的认知，从上世纪90年代之后地理信息系统得到了迅速发展，给社会发展带来了巨大的效益。

2 地理信息技术的发展历程

地理信息技术的发展伊始是为了解决各类地理问题，发展到目前为止已经成为一门涉及计算机科学、环境科学、测绘科学于一体的交叉性学科。关于地理信息系统这一词，最早由R.F Tomlinson在1963年提出，并成功建立了地理信息系統CGIS，为自然管理工作的规划提供支持。后来哈佛大学开发出了SYMAP，这是全球范围内第一个完整的地理信息系统软件，到了70年代随着计算机硬件水平的提升，GIS技术的应用越加实用，各个发达国家纷纷建立专业化GIS，在资源的规划、管理等工作上发挥着重要作用。在80年代地理信息系统时效性得到了显著的提升，应用范围也更加广泛，在1995年市场中的地理信息系统软件已经高达千件，纵观其发展阶段可以将其分为几个重要的阶段：

①开拓期

60年代是地理信息技术发展的开拓期，这一阶段重视数据的地学处理，这一系统的发展动力源自于新技术应用、学术探讨、空间数据处理等。在这一阶段政府的推动对此起着引导性作用，但是仅限于研究范畴，国际之间的交往非常少。

②巩固期

70年代属于地理信息技术发展的巩固期，这一阶段更加关注信息的管理，这一阶段继承了上一时期的发展成果，并积极利用现代化计算机技术，但是系统分析能力并不强，在技术方面没有实现突破性发展，但是政府的影响是在不断增强的。

③发展期

80年代是地理信息技术发展的关键阶段，从资源管理、环境规划方面地理信息技术的应用学科越加广泛，应用范围拓展至森林管理、景观规划、古人类学、土木工程等等。很多国家都制定了地理信息技术发展规划，成立了专门的学术性机构，这就标志着地理信息技术进入市场化应用。

④用户期

90年代是地理信息技术发展的用户时代，地理信息技术成为很多机构中不可或缺的重要内容，社会对于地理信息技术产生了全新的认识，促进了相关技术的深化性发展。

中国GIS的发展较晚，经历了起步（ 1970-1980） 、准备（ 1980-1985） 、发展（ 1985-1995） 、产业化（ 1996以后） 等四个阶段。现在GIS已在中国的很多部门和领域得到了广泛的应用， 并引起了政府部门的高度重视。一批地理信息系统软件 （ 如Geo STAR、City Star、Map GIS、Su-per GIS等） 已经研制开发成功， 很多高等院校设立了一些与GIS有关的专业或学科， 还有很多专门从事GIS产业活动的高新技术产业相继成立。此外还成立了“中国GIS协会”和“中国GIS技术应用协会”等， 并且经常召开GIS方面的学术研讨会。中国地理信息系统方面的工作始于20世纪80年代初， 以1980年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志。在几年的起步发展阶段中，中国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步， 积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。

3 地理信息技术在考古研究中的应用必要性

GIS技术在考古研究中也得到了广泛的应用，并取得了突出的成果，为现代考古研究的发展提供了新的方法和手段，拓展了以往的考古研究领域，促进了相关理论的成熟。

在将GIS技术应用在考古领域前，无论是考古调查还是考古发现都需要查看遗迹的分布状态，并将其一一记录。一般情况下考古遗迹的挖掘都有着明确的目的性需求，需要花费大量的人力、物力和财力，各个阶段的发掘内容都需要将其补充在遗迹分布图之中，以促进考古研究工作的发展。随着遗址挖掘工作的发展，在每一次的考察结束之后都需要补充新的现象和遗址，遗址资料也会越来越多，在这一背景下资料的查询、管理与研究压力大大增加，因此在上世纪80年代欧美国家将地理信息技术引入到考古研究中，有效解决了上述问题。

此外，考古调查的数据有着空间属性的特征，任何一个考古范围和位置都可以借助空间数据进行表达，传统考古研究方式是利用人脑进行解决再借助文字来归纳、总结，该种研究方式十分简单，但是难以综合考量到各类信息，不利于空间分析与空间模拟。地理信息技术是从考古现象、考古遗迹方面出发，建立完整的图形库，可以方便的对数据信息进行查询和模拟，将当时的社会状况简单、直接的表达出来。

4 地理信息技术在考古研究中应用

4.1 利用地理信息技术制图

考古研究人员可以利用地理信息技术方便快捷地应对海量的具有强烈时空特征的考古数据，并根据考古研究的要求对这些数据进行分析和处理并绘制相应的地图。从全局考虑可以绘制遗址分布图；从地质角度考虑可以绘制水系、地貌图，还可以根据需要绘制植被分布图甚至是三维地形图等。

地理信息技术的应用保证了这些地图使用的数据精准而详尽，不仅可以实时更新还可以按设定的条件进行查询或者对查询结果进行打印输出。

4.2 利用地理信息技術建立考古信息库和考古信息系统

考古研究人员可以利用地理信息技术建立考古的信息库，对考古遗址实行精细化的管理。例如对考古遗址进行数据建库的时候可以对考古遗址的相关位置信息、时代信息、所处文化层以及所挖掘文物内容等进行详尽的记录。这种基于地理信息技术建立的考古信息库能够给考古人员呈现一个丰富多彩的三维立体图，真实而生动地再现考古遗迹所反映的历史场景和文化信息。而且通过这种方式建立的数据库可以实现资源的共享，使得考古工作信息交流的速度加快。考古信息库和考古信息系统建立以后，考古人员可以不断地丰富考古信息库内的考古资料、考古现场的影像资料，加强考古信息的收集和整理工作，完善系统的检索和查询功能，实现对这些资料和信息的科学保管，为以后的考古研究和数据分析打下坚实的基础。

4.3 利用地理信息技术进行考古遗址预测的建模分析

根据考古学家的分析，考古遗址的分布在空间上应该具有一定的趋势或者遵循了某一种规则，体现了人类对环境选择的一种偏好。因此需要根据某一区域内的环境变量和给定位置的关系进行相应概率的推断和预测。

在进行考古遗址预测建模分析的时候，首先需要对遗址分布的情况进行原始资料的收集和整理的工作，保证基本数据的准确和完整。其次需要对遗址的特征进行分析归纳以便进行特征的分离和提取，构建初始模型。最后，采集新的数据信息和初始模型的特征进行对比研究以便对数据模型的预测结果进行检验和改进。地理信息技术在考古遗址预测模型中的应用使得考古遗址的文化资源分布预测有了可以实现的方法，使考古信息和环境信息构建了紧密的联系，预测建模的结果也有了可以检测的方式，对考古研究来说意义重大。

4.4 地理信息技术可以用于景观考古和聚落考古研究

地理信息技术对景观考古和聚落考古的研究有着重大的意义。

地理信息技术强大的空间分析能力及其建模分析的功能使得考古研究在可视域分析、成本或消耗曲面分析、虚拟现实技术等分析方法的应用方面获得重大突破，实现了考古遗址古环境在空间方面的分布以及古人类活动情境的真实再现，弥补了区域性遗址景观空间分布分析的不足和缺陷，也为我国的人文景观考古研究和聚落考古研究提供了新的思路和方法。

4.5 虚拟现实技术在考古研究中的应用

GIS技术的应用可以实现区域三维空间模拟，生成逼真的古代城市、考古发掘现场、三维古代环境、考古遗址、考古博物馆等等，配合相关的信息可以利用人的智慧和技能生成虚拟实体。目前很多博物馆中使用的墓葬沙盘、考古遗址都是这一技术的应用代表，利用虚拟现实技术可以根据考古数据来分析具体的问题，利用计算机再现古代历史片段。

在GIS技术的发展下不仅能够提供考古数据，还能够利用三维模拟对象实现交互分析考古数据空间特征，这样考古学家即可利用相关的数据，从各类角度来研究考古问题，不仅提升了工作效率也节约了时间。对于非考古专业人士而言可以直观感知考古内容，领略古代社会的风貌，产生身临其境的感觉。

5 结语

我国的GIS技术在考古研究中的应用与研究刚刚起步， 与欧美相关方面的研究有一定的差距，还主要局限于宏观考古方面，对于较小遗址和遗址内部的探测还存在一些困难。所以遥感考古还不能完全取代传统考古手段，只有把二者很好地结合起来， 才会发挥出遥感考古的巨大优势。

但是随着我国考古研究中对区域、环境、景观、聚落等方面研究的深入， GIS技术的应用也一定会日臻完善并得到长足的发展，将为考古学研究提供一套全新的技术和方法并拓展新的研究领域。综上所述，地理信息技术所具有的空间数据的采集、分析和处理能力使得空间地理信息和考古研究紧密地结合在了一起。借助地理信息技术考古研究实现了数据信息的整理建库，让考古信息和资料得以共享和科学的保存；三维立体图集的绘制和数据建模的功能使得考古研究的方法得以丰富、区域性遗址的景观考古和聚落考古研究获得重大进展，这极大地推动了考古研究的发展，给考古研究带来了新的勃勃生机。

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