数字考古的理论与实践
刘建国
我国的文物考古工作经历数十年的发展，取得了丰硕的成果，积累了极为丰富的实物和资料。为适应信息时代的要求，综合运用各种信息开展考古学研究和文物保护工作，必须充分发挥现代田野测绘、遥感、地理信息系统、虚拟现实、数据库和网络等技术的优势，使考古数据的采集、管理、分析和研究更加规范化和标准化，推动考古学研究向纵深发展。
现代田野测绘技术主要包括全球定位系统（GPS）和电子全站仪等仪器的应用。基于载波相位的实时差分GPS技术，能实时提供毫米级的三维定位精度，具有定位精度高、施测方便灵活、条件要求低、工作效率高等特点，可以满足田野考古中多种测绘工作的需要。电子全站仪是近年普遍使用的一种新型测量仪器，能够方便、快捷地进行高精度的角度、距离、高程、坐标等测量工作，并可以与电子计算机联机作业，配合相应的测量软件，自动将电子全站仪测量数据传输到计算机中进行成图。测量的图形能够根据需要以多种形式和多种比例尺寸打印输出，还能够输入到地理信息系统中作为基本数据底图使用。
遥感技术在考古学研究中的应用已有近一个世纪的历史。考古遗迹与其周围环境土壤等的差别，导致土壤色泽与含水量的差异、植被生长分布异常、土壤侵蚀程度差异、特殊的微地貌特征等，它们在遥感影像中都会以特定的图案显示出来，形成考古遗迹的影像标志，为遥感影像的解译工作提供了依据。由于考古遗址的遥感影像中往往包含着丰富的地面信息，通过对其中植被、水体、土壤、岩石等图案特征的分析，可判读出地面或浅表地层中遗迹或现象的位置、形状、深度等特征，进行遗址探查、定位等工作，为考古勘探和研究提供重要线索。通过数字摄影、测量软件等，可以对很多种类的遥感影像进行立体测图，获得考古遗址内详细而精确的各种图形，为考古学研究或考古地理信息系统建设等提供精确的图形数据。同时，根据地面控制点的数据对遥感影像进行校正，消除投影差和各种变形之后，成为遥感影像地图。这种地图非常直观，可以与线划图进行叠加，信息量很大，易于识别使用和标绘新的符号和信息，在考古调查和研究中都会有很好的应用前景。
地理信息系统（GIS）技术是以地理空间数据库为基础，在计算机软件和硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，对整个或部分地球表面（包括大气层）与地理空间分布有关的数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和表达，为地理研究和地理决策提供多种空间地理信息的技术支持。
考古信息数据包括考古遗址的空间数据和属性数据及其相互间的连接。空间数据是指各种遗迹所处的空间位置，属性数据是指遗迹的内容、说明等。空间数据包括地形图、专题地图、遥感影像等，属性数据包括现有的各种考古资料，即考古钻探、发掘的所有记录等。考古信息系统可以有序地容纳一定区域内的全部考古信息，具有很多独特的功能： 1 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、栅格图形和遥感图像等空间信息的显示和查询； 2 具有不断修改原有数据和增加新数据的能力； 3 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、简洁的研究模型，对考古遗址及其所处的环境进行三维模拟和显示； 4 具有对多重数据的综合访问和显示的功能； 5 运用GIS的可视域、缓冲区、预测模型等空间分析功能，对考古遗址进行综合分析和研究，为景观考古、区域考古、聚落考古等研究提供科学的依据。
虚拟现实技术就是使用计算机技术生成一个逼真的包括视觉、听觉、触觉甚至味觉等的三维感观世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操纵。虚拟现实技术在考古研究中的应用（虚拟考古）就是使用计算机技术生成逼真的三维古代环境、古代城市、考古遗址、考古发掘现场、考古博物馆等，并配合相关的声音等信息。如同很多博物馆制作一些考古遗址、墓葬的沙盘一样，虚拟考古可以根据考古调查、发掘的数据对当时情况进行虚拟，通过计算机动态地重现当时的历史片段或考古发掘现场等场景，也能够根据考古学家的假设或推断进行虚拟，检验假设或推断的可靠性。十三陵遗址的三维模型中，可以观察出帝王的陵墓都是位于小山脉的前面，清晰地显示出皇家陵园中的风水特征。
考古数据库即考古数据的仓库，是一个由考古空间的相关信息组成的多媒体混合物。考古信息的数字化将是必然的趋势，考古调查、发掘和研究中的各种信息都需要按一定的方式输入到数据库中，才能够进行高效的管理和应用研究。从田野调查、发掘资料的录入开始，需要系统地将各种考古资料输入到数据库中进行有效的管理和应用，提高工作效率。
网络技术已经发展到了家喻户晓的地步，没有网络就无法谈论信息时代，更无法谈论“数字考古”的问题。网上考古信息的发布、传送，网上考古论坛的开设等已经为考古研究人员提供了极大的便利，考古数据库中的数据通过网络连接能够得到充分的利用和更为有效的管理。
随着网络技术的不断发展，空间考古数据及考古多媒体、虚拟现实数据传输的带宽和延迟的问题将会逐步得到解决。网络技术将会为不同的访问对象设置各自的访问权限，兼顾考古数据的共享与保密问题。高速的远程通讯网络将允许考古人员或爱好者从远程考古GIS数据库中调用非常庞大的数据文件进行分析研究和图形显示，真正实现分布式计算，在全国乃至全球范围内实现GIS数据共享。
总之，“数字考古”技术集考古调查、发掘、研究中的图形、图像、文本、视频、音频、光盘存储、电子印刷和计算机通信之大成，可望在考古研究中得到广泛的应用，并促使各种考古数据的采集和应用更加规范，为考古学研究提供新的手段，使考古学研究紧跟信息时代发展的步伐。
文章出处：中国社会科学院院报
本网发布时间：2008-10-9 10:37:51
