新测量技术在田野考古中的应用(一)

外业作业方式
外业工作主要是测量控制点和拍摄照片。 一般先使用全站仪测量少量控制点，用于数据处理
时的绝对定向，以便将测量对象置入特定的三维直 角坐标系中。 拍摄时采用高像素（1200万以上）的数码单反相机， 对被测物体连续拍摄影像。 摄站的个数和基线长度按现场情况而定，相邻影像 的重叠度必须大于80%以上，交会角不小于5度，尽 量减少遮蔽物，以免降低匹配效果。
方启：《谈谈全站仪在考古中的应用》，《东北 史地》2011年第1期。
2.3 多基线数字近景摄影测量与三维激光扫描技术
2.3.1 多基线数字近景摄影测量
近景摄影测量是摄影测量的一个重要分支。 多基线数字近景摄影测量是以计算机视觉原理（多
基线）代替人眼双目视觉（单基线）的传统摄影测 量原理，从空间一个点由两条光线交会的摄影测量 基本法则变化为由多条光线交会而成的全新概念。
根据所拍摄的目标物，须尽可能充满整幅影像的情 况下（大于80%），由摄站与目标物之间的距离决 定摄站的数量与合适的镜头。
依照相同的距离平行目标物设置摄站，摄站间距大 致为摄距的1/12，每个摄站只拍摄一张影像，而且 应保证清晰度。
拍摄照片之前或之后，应该对相机进行检校，得到 相机的准确焦距。
依据照片、控制点数据与相机参数，就能在内业进 行一系列的数据处理，生成点云、正射影像图与三 维模型等产品。
不可移动文物的多基线数字近景摄影测量
Lensphoto软件生成的造像三维点云图
佛像正射影像图与内业处理后的线图
佛像的正射影像叠加等值线与轮廓线图
2.3.2 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，是 上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术， 是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突 破。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积 高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标 数据。可以快速、大量地采集空间点位信息， 为建立物体的三维影像模型提供了一种全新的 技术手段。
现场调查。采用国内外比较流行的区域系统调查方法，这也是一 种一定区域内的全覆盖式调查。与传统的调查方法相比，该方法 收集到的信息更加丰富全面。规定如果条件允许，调查者横向之 间应保持30 米左右的距离，每人每个测点的距离为20 米，这样， 每一个测点都代表了一定的面积范围，在此范围内发现的任何遗 存都归入该点。在实地调查中，以观察地坎为主要调查方式，这 样做主要是考虑到地坎断面上更易于发现遗存或者遗迹。
数据记录。每个调查队员除了携带 GPS 以外还应携带记录便签、 记录笔等。在每测一个点位时都应详细地记录点位的编号，比 如N20080101M001；点位坐标，包括经纬度和高程；遗存或者遗 迹位置，比如：李庄东；记录遗迹的类别，比如灰坑、文化层、 地表等；记录遗存的类别陶片、石器等；记录遗存或者遗迹的 文化分期，比如仰韶、庙底沟二期、龙山等；如有其他情况应 在备注中详细记录。
广泛用于控制测量、细部测量、施工放样、 变形观测等的测量作业中。
全站仪
超站仪
带有强大GPS功能， RTK定位精度厘米级
一键确定测站坐标
建站方便，无需控制点
完成定向后可立即测量， 更容易，更快捷
所有数检测和改正功能，在一定误差范围内，仪器可 以将校正后的轴系残留误差通过软件修正。
RTK技术系统构成
1.基准站
2.移动站
3.数据链
RTK技术的特点
定位速度快，可在1-2秒内确定待测点坐标。 精度较高，可以达到mm级。 应用范围广，广泛应用于城市、矿山等区域性的
控制测量，工程测量和地籍测量等。 作业简单，自动化程度高。 作业成本低，所需时间短。
RTK技术在田野考古中的应用
测绘地形图 以往测绘地形图时都要求在测站上测四周的地形地貌 等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至 少2～3人操作，在拼图时一旦精度不合要求还得到外业 去返测。采用RTK 时，仅需一人背着仪器在要测的地形 地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过 手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室 内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这 样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了 工作效率。
北斗卫星导航系统
是我国自主研发的，独立运行的卫星导航系统 （BDS），目前已成功发射4颗试验卫星与16颗 导航卫星，到2020年，预计建成由5颗地球静止 轨道和30颗地球非静止轨道卫星组网而成的全 球卫星导航系统。
2011年12月27号起，开始向中国及周边地区提 供连续的导航定位和授时服务。2012年12月27 日起，开始向亚太大部分地区正式提供连续无 源定位、导航、授时等服务。
双向数据传输功能，和计算机可以双向传输数据。 程序化特性，内置有坐标、悬高、偏心等测量模式。 特殊性，带伺服马达的全站仪可以自动跟踪目标，
超站仪甚至可以实现无人值守的测量。 统一性和开放性，仪器间具有统一的储存介质、数
据接口和数据格式，达到相互间的数据共享和开放。
全站仪在考古工作中的应用
布设探方。精度高，定位准确，不受地形限制。 细部测量。测量遗迹各细部点的坐标，而后在
GPS
GPS在考古测量中的应用 2.1.1 手持GPS在考古调查中的应用
手持 GPS 是一种方便快捷的采集遗址、遗存信息的工 具，它的使用打破了传统考古调查的局限性，使得调查 收集的数据更为全面，详尽。
目前手持GPS的精度能达到6米以内，可以满足考古调查 测量时测量遗址位置，并将其标绘于1:5万，甚至1:1万 地形图上的需要。
GPS
全球定位系统是20世纪70年代由美国陆海空三军联合 研制的新一代空间卫星导航定位系统。该系统用户可 以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航 定位和测速，还能够利用该系统进行高精度的时间传 递。另外，该系统还用于情报收集、核爆监测和应急 通讯等一些军事目的。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3 月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完 成，目前实际运行的卫星有27-28颗。
手持GPS在考古调查中的具体应用主要包括测点、测距、 测面积、高程测量、电子罗盘、航迹等内容。
利用手持GPS进行考古调查，依然要遵循GPS测量的基本 操作规程。
利用手持GPS进行区域考古调查
准备工作。准备好调查区域的地形图、GPS、对讲机、记录便签 等。在充分熟悉调查地区地形图的基础上，根据调查目的地及调 查人员分组情况选定调查路线，每3～4 人一组，利用GPS的导航 及定位功能进行地块现场调查、对现有遗迹位置测量。
坐标纸上逐点描绘，最终绘制成图。 控制测量。可采用已知控制点作为坐标原点，
也可设定任意点作为坐标原点。 地形测量（等高线）。地形起伏大的区域多测
点，地形较为平坦的区域少测点。
参考文献
秦岭、张海：《电子全站仪在考古中的应用》， 《考古》2006年第6期。
王昭：《考古测量的新方法——RTK、GPS、全站 仪等测量新工具在考古发掘中的应用》，《东北 史地》2009年第2期。
传统测绘和三维激光扫描测绘的工作方式对比
三维坐标数据采集
每个遗迹、遗物在一定的坐标系中都有其唯一的坐标， 将这些坐标采集以后，录入到GIS系统之中，为遗迹建 立三维模型，进而展现古代生活习俗。此外，RTK 技术 也可以结合全站仪碎部测量，使测量数据有更高精度。
目前，使用新技术最大限度地提取各种考古信息，已被 越来越多的考古工作者接受和采纳，并在实际工作中得 以推广。使用RTK 技术进行数据采集、田野地形图测绘、 放样等工作，可以省时省力，并且数据质量有保障。将 RTK 技术应用在田野考古中，将是考古测绘的发展趋势。
它能对普通单反数码相机获得的影像，完成从自动 测量到测绘各种比例尺的线划地形图的生产，及对 普通数码相机所获得的影像进行快速精密三维重建， 对于遗迹与不可移动文物的保护有重要作用。
目前考古工作中的多基线数字近景摄影测量主要运 用lensphoto软件完成。
该软件能够检校相机参数，并根据对全站仪的控制 测量数据与拍摄的照片数据处理的结果，生成数字 表面点云、数字高程模型、正射影像图与三维模型 等多种产品，进一步处理可得到等值线图、线图等 传统图件，能够全面记录遗迹和遗物的三维空间信 息，满足考古与文化遗产保护工作中对于空间信息 快速提取与三维展示的要求。
三维激光扫描技术的优越性
变单点采集为批量式采集。 实现了“外业测量内业化”，测量精度高，速
度快，降低测绘工作的强度。 节省了以往费时、费力的测量辅助设施。 实现了“所见即所得”，对于异性构件与不规
则遗存的测绘尤为有效。 实现了考古过程的定量化和完整性，为考古过
程的动态展示与发掘现场的再现提供了切实可 行的方法。
第二节 新测量技术在田野考古中的应用
2.1 卫星定位系统 2.2 全站仪 2.3 多基线数字近景摄影测量与三维激光扫描技术 2.4 遥感技术 2.5 地理信息系统
2.1 卫星定位系统
卫星定位系统（Satellite Positioning System)是 利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送加载某些 特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系 统。
后套木噶遗址区域调查记录表
后套木嘎遗址调查 区域与发掘地点
2.1.2 RTK技术在田野考古中的应用
RTK(Real Time Kinematic)技术又称载波相位 动态实时差分技术，它能够实时地提供测量点 在指定坐标系中的三维坐标(x，y，z)，并能够 达到毫米级的精度，是一种快速、高精度的动 态GPS测量技术，可极大地提高外业作业效率， 是GPS应用的重大里程碑。
卫星定位系统一般包含三个部分：空间部分（卫星星 座）、地面控制部分（地面监控系统）与用户设备部 分（信号接收机）。
现在运行的卫星定位系统有美国的全球定位系统 （GPS）和俄罗斯的全球卫星导航系统（GLONASS）和 中国的北斗卫星导航系统（COMPASS），正在研发的 有欧盟的GALILEO系统。
参考文献
1、姚军：《便携式GPS仪在考古测绘中的应用》， 《四川文物》2007年第2期。
2、高振华：《手持GPS在考古调查中的应用》，《中 国文物报》2008年2月15日第八版。
3、高振华：《RTK技术在田野考古中的应用前景》， 《中国文物报》2009年2月13日第七版。
4、王昭：《考古测量的新方法——RTK、GPS、全站仪 等测量新工具在考古发掘中的应用》，《东北史地》 2009年第2期。
布设探方
用全站仪放样出一个设计点位时，往往需要来回 移动目标，而且要2～3 人操作，同时在放样过程中 还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很 高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才 能放样。采用RTK 技术放样时，仅需把设计好的探方 点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会 提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于 GPS 是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均 匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个 人操作。还可以将勘探的结果使用RTK 记录下来，在 布设探方以后，将遗迹的位置进行放样，按照放样位 置进行发掘，这样也可以避免许多重复工作。
2.2 全站仪
全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station），是一种集光学、机械、电子 元件为一体的高技术测量仪器，是集水平角、 垂直角、距离 (斜距、平距)、高差测量功能于 一体的测绘仪器系统，同时具备了电子经纬仪 与光电测距仪的功能。因其一次安置仪器就可 完成该测站上全部测量工作，所以被称之为全 站仪。
数据处理与分析。根据要求在 Access等数据库软件中建立结构 表单，形成我们所需要的数据库，然后将采集的数据输入到数 据库（如File Maker、GIS等）中，利用数据库的强大功能来满 足我们对数据的查询、修改、调用、输出等一系列操作。
调查结果。利用上述数据库可以直接分析得到一些有价值的结 果，如不同时期人类居址的相对高度、不同时期的中心聚落等。