徐菁（北京空間科技信息研究所）

探究文物古跡的“前世今生”—衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在考古工作中的應(yīng)用

徐菁（北京空間科技信息研究所）

中國是世界著名的文明古國，擁有幾千年燦爛文明，沉積形成了眾多反映中華文化和民族特色的文物古跡，保護文物古跡就是保護我國悠久的歷史文化。如何將我國文物古跡完好地保存和傳承，是考古學(xué)家追求的目標(biāo)，以衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)為代表的現(xiàn)代高科技手段已經(jīng)日益廣泛地運用到考古學(xué)領(lǐng)域，不僅使我國考古工作朝著更加科學(xué)、準(zhǔn)確的方向發(fā)展，而且能給考古學(xué)家?guī)肀憬荩蟠鬁p輕野外考察的勞動強度。

1 考古中的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)用于考古學(xué)已有近20年的歷史，在考古調(diào)查和發(fā)掘過程中得到充分運用。

首先，在考古調(diào)查時，考古學(xué)家可以利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，輔助記錄調(diào)查路線、尋找和確定遺址中心位置，了解海拔，掌握地形和環(huán)境特征、遺址范圍等空間信息。在接下來的考古發(fā)掘中，遺址內(nèi)的遺跡、現(xiàn)象乃至每件器物或陶片都在特定探方中的特定位置上，利用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)提供的準(zhǔn)確空間數(shù)據(jù)來表示各自的位置，這些位置數(shù)據(jù)同樣是研究古代社會經(jīng)濟、文化和社會形態(tài)的重要資料。所以，運用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)，根據(jù)遺址中各種遺跡和器物的空間分布狀況，從考古遺跡或現(xiàn)象的空間位置出發(fā)，結(jié)合遙感（RS）技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)建立多種空間信息與屬性信息并存的數(shù)據(jù)庫和圖形圖像庫，從而能夠方便地進行多重空間分析和模擬，直觀、簡潔地重建和復(fù)原當(dāng)時的社會狀況，反映某些歷史及其演變過程。

考古中的常用設(shè)備之一是衛(wèi)星定位手持機，其水平定位精度可達到5～10m以內(nèi)，被廣泛應(yīng)用在野外考古調(diào)查中確定遺址的位置和邊界，采集遺址的空間屬性信息（經(jīng)緯度坐標(biāo)）。衛(wèi)星定位手持機除了能進行定位、導(dǎo)航和記錄航跡外，還具有電子羅盤、速度表、里程表、溫度計等功能，而且體積小，攜帶方便。手持機采用專業(yè)外觀設(shè)計，一般能防水、防震；且功能豐富，操作簡單，可以與個人計算機（PC）、掌上電腦（PDA）、手機等智能化產(chǎn)品連接，實時進行數(shù)據(jù)更新。

不過，衛(wèi)星定位手持機不能滿足考古挖掘中細部測繪工作的需要，只能借助于高精度測量型衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備，于是一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的載波相位實時差分（RTK）技術(shù)應(yīng)用于考古學(xué)。它能實時提供厘米級（1～10cm）的三維定位精度，具有定位精度高、施測方便靈活、條件要求低、工作效率高等特點，在建立遺跡三維模型，進而還原古代遺跡原貌方面充分體現(xiàn)其優(yōu)勢。

RTK測量型接收機

2 長城資源調(diào)查—呈現(xiàn)“數(shù)字長城”

“都說長城兩邊是故鄉(xiāng)，你知道長城有多長？”這句歌詞曾被無數(shù)遍傳唱。的確，長期以來，長城的長度在每一位中國人心底其實只是一個概念，一個心理的數(shù)字“萬里”，然而長城的具體長度，人們無法詳知。

作為人類歷史上最偉大的建筑之一和世界文化遺產(chǎn)，長城的現(xiàn)狀令人堪憂，它的保護和研究越來越受到國內(nèi)外各界的極大關(guān)注。于是，2006年國家文物局啟動了“長城保護工程”，這項有史以來我國最大規(guī)模的文物保護行動，旨在保護長城這一瀕危的世界遺產(chǎn)，使這個中華民族的精神象征在社會發(fā)展中被傳承和發(fā)展。然而，整個工程面臨一個核心問題：綿延三千多年的“萬里長城”究竟有多長，準(zhǔn)確位置在哪里，保護狀況如何？由此，摸清長城“家底”、開展長城資源調(diào)查、建立長城文物記錄檔案，成為一項緊迫的任務(wù)。從2007年開始長城資源調(diào)查工作歷時5年時間，分為明長城調(diào)查、秦漢長城調(diào)查和其他時代長城調(diào)查三個階段進行，調(diào)查范圍覆蓋15個?。ㄊ校﹨^(qū)。

文物發(fā)掘現(xiàn)場

畫中長城

被嚴(yán)重風(fēng)化的長城殘壁

在這次長城資源調(diào)查工作中，調(diào)查員利用衛(wèi)星定位手持機，精確地定位出長城的地理坐標(biāo)和海拔高度，并結(jié)合紅外測距儀、數(shù)碼照相等先進設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進行精確計算，最終獲得一套具有權(quán)威性的有關(guān)現(xiàn)存長城分布、長度、高程等內(nèi)容的地理信息數(shù)據(jù)。2009年和2012年，國家文物局先后公布了明長城和歷代長城的資源調(diào)查成果：明長城東起遼寧虎山[124°30′56.70″（E）、40°13′19.10″（N）]，西到甘肅嘉峪關(guān)，長度8851.8km；歷代長城總長度21196.18km。

通過長城資源調(diào)查，還建立了長城文物記錄檔案和長城信息資源數(shù)據(jù)庫，繪制出歷代長城總圖，對編制長城保護規(guī)劃、開展長城保護工程、加強長城保護管理和進行科學(xué)研究都具有重要現(xiàn)實意義。另外，以長城基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的“數(shù)字長城”在互聯(lián)網(wǎng)上與世人見面，公眾足不出戶便可瀏覽長城景象。

3 第三次全國文物普查—構(gòu)建文物信息化管理平臺

文物是國家不可再生的文化資源，為了全面掌握不可移動文物的數(shù)量、分布、特征、保存現(xiàn)狀、環(huán)境狀況等基本情況，為準(zhǔn)確判斷文物保護形勢、科學(xué)制定文物保護政策和規(guī)劃提供依據(jù)。2007年4月－2011年12月，我國開展了第三次全國文物普查工作，這是繼20世紀(jì)50年代和80年代之后我國第三次文物家底全面盤點工作。

與前兩次普查相比，這次普查不僅規(guī)模大、涵蓋內(nèi)容豐富，而且最顯著的特點是，通過運用包括衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)代科技手段，提高了文物普查的準(zhǔn)確率和科技含量，面向信息采集、傳輸、存儲、分析和共享需要，以大比例尺基礎(chǔ)地形圖為依托，在數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施支持下，綜合運用衛(wèi)星導(dǎo)航、遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建文物信息的空間可視化與綜合管理平臺，對全國各文物點進行全面摸底調(diào)查，準(zhǔn)確掌握全國的文物總量，為下一步開展文物保護工作打下堅實基礎(chǔ)。

在第三次全國文物普查過程中，文物調(diào)查人員在野外利用基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、集傳統(tǒng)手持機和數(shù)據(jù)采集器功能于一體的手持設(shè)備開展工作。這種手持設(shè)備不僅可以用來采集文物的經(jīng)緯度坐標(biāo)，而且集成了PDA的“移動辦公”功能，采用電子化表單的方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息化采集、記錄、存儲和入庫。這種專用的數(shù)據(jù)采集器針對文物普查的數(shù)據(jù)采集工作可定制GIS萬能屬性庫，即在記錄經(jīng)緯度、時間的同時，只需選擇分類信息和輸入相關(guān)的描述信息即可完成屬性信息錄入。根據(jù)文物普查技術(shù)規(guī)范輸入相關(guān)內(nèi)容后，回到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時可以在PC機中自動生成標(biāo)準(zhǔn)表格，并可打印輸出，實現(xiàn)普查數(shù)據(jù)上報，方便統(tǒng)計分析等功能。該設(shè)備的使用打破了傳統(tǒng)考古調(diào)查的局限性，使得調(diào)查收集的數(shù)據(jù)更加全面、詳盡。文物調(diào)查人員將收集來的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)結(jié)合GIS、RS等先進的空間分析技術(shù)，還可以得出很多有價值的結(jié)論，比如不同時期古代聚落的分布與自然環(huán)境的關(guān)系，古代人類活動行為方式等。

第三次全國文物普查數(shù)據(jù)采集專用軟件界面

4 “南海一號”整體打撈—讓水下文物重見天日

說起大名鼎鼎的“南海一號”，它的發(fā)現(xiàn)富有戲劇性。1987年，廣州救撈局與英國海洋探測公司在廣東省附近海域?qū)ふ覗|印度公司沉船萊茵堡號時，并沒有找到東印度公司的沉船，卻意外地發(fā)現(xiàn)了深埋在水下23m的另一艘古代沉船，并從沉船上打撈出200多件瓷器。經(jīng)考古專家鑒定,這是一艘南宋時期福建泉州特征的木質(zhì)古沉船，可能與“海上絲綢之路”有關(guān)，從而引起了世界矚目。后來，這艘古沉船被命名為“南海一號”。

“南海一號”古船是迄今世界上發(fā)現(xiàn)的年代最早、船體最大、保存最完整的古代遠洋貿(mào)易商船。令人驚奇的是，這艘沉沒海底近千年的古船船體保存相當(dāng)完好，船體的木質(zhì)仍堅硬如新。這艘沉船的出現(xiàn)對我國古代造船工藝、航海技術(shù)研究以及木質(zhì)文物長久保存的科學(xué)規(guī)律研究，提供了最典型標(biāo)本。同時，它也為復(fù)原海上絲綢之路的歷史、陶瓷史提供極為難得的實物資料。

由于受限于我國當(dāng)時考古技術(shù)水平，無法對“南海一號”進行有效的發(fā)掘。進入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)和考古學(xué)的進步，國家決定對“南海一號”進行整體打撈。然而，經(jīng)過20多年淤泥的沉積，20世紀(jì)80年代發(fā)現(xiàn)的“南海一號”沉船已不見蹤影，需要重新確定沉船精確位置，這是整體打撈要解決的首要問題。而要解決這個問題，就必須用到衛(wèi)星導(dǎo)航水下定位系統(tǒng)。

衛(wèi)星導(dǎo)航水下定位系統(tǒng)主要由導(dǎo)航衛(wèi)星、差分衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)基準(zhǔn)站、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)浮標(biāo)、安裝于水下載體的水下收發(fā)機、船基數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心、水上無線電通信鏈路、水下水聲通信鏈路組成。其工作流程如下：將衛(wèi)星導(dǎo)航水下收發(fā)機安裝在沉船上，由工作船上的數(shù)據(jù)控制中心向水下收發(fā)機發(fā)送定位請求信號，激活水下收發(fā)機向浮標(biāo)發(fā)射定位信號；浮標(biāo)接收到定位信號后，對其進行精確時延估計，并將結(jié)果數(shù)據(jù)連同浮標(biāo)姿態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)等信息進行調(diào)制后發(fā)送至數(shù)據(jù)控制中心；數(shù)據(jù)控制中心將基準(zhǔn)站差分信號與以上信息進行融合處理后計算出水下沉船的位置，并動態(tài)顯示水下載體在大地測量坐標(biāo)系中的位置。

2007年12月，“南海一號”經(jīng)整體打撈出水后移駐廣東海上絲綢之路博物館的水晶宮內(nèi)，終于讓這艘沉睡在海底近千年的古船“重見天日”，整體打撈工程畫上了圓滿的句號。未來幾年，“南海一號”及船載的6萬～8萬件文物將最終展露出全貌，我國考古文物又將增添一顆璀璨的“明珠”。

“南海一號”復(fù)原模型

整體打撈“南海一號”

5 結(jié)束語

如今，基于衛(wèi)星導(dǎo)航等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研制的考古儀器和設(shè)備在考古調(diào)查和發(fā)掘中發(fā)揮著越來越重要的作用，使中國幾千年來燦爛奪目的文物古跡能夠得到更好的保護。隨著現(xiàn)代考古學(xué)的深入研究和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在我國考古學(xué)中的應(yīng)用前景將更加廣闊。

徐菁/本文編輯