□趙汗青

ArcGIS是美國ESRI公司研發(fā)的地理信息系統(tǒng) （GIS）產品，主要包含 ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox三大應用程序，通過這三個程序的協(xié)調工作，用戶可完成包括制圖、數(shù)據(jù)管理、空間分析、數(shù)據(jù)編輯和地理處理等多種GIS任務[1]。

在以往的田野工作中，考古工作者通常使用羅盤、皮尺，針對所需要的發(fā)掘區(qū)域布設探方，這樣難以建立大范圍統(tǒng)一、精確的控制系統(tǒng)。如果兩片發(fā)掘區(qū)域距離較遠、發(fā)掘時間相隔較長的話，想在一張底圖上記錄長期以來的發(fā)掘成果就很困難。隨著專業(yè)測繪儀器及地理信息軟件的普及，在更大范圍內進行整體虛擬布方，跨時空收集整合考古資料成為可能。

2017—2018年，陜西省考古研究院和哈薩克斯坦伊塞克國家歷史文化博物館聯(lián)合組隊，對位于阿拉木圖（哈薩克斯坦最大的城市）市區(qū)以東50千米、阿拉套山北麓的拉哈特遺址開展了考古調查及發(fā)掘工作。拉哈特遺址中心是一座近長方形的高臺，頂部小、底部大，高約18米，頂端面積約1萬平方米，周圍有兩道壕溝圍繞。據(jù)當?shù)乜脊湃藛T的說法，該高臺遺跡很可能是公元前7世紀—公元前3世紀的塞人王族生前的居住處所，也就是塞人王族的宮殿所在。1969年在伊塞克鎮(zhèn)發(fā)掘過塞人王族的墓葬，由于墓葬中出土了黃金制作的完整衣服，故被命名“金人”墓葬，該發(fā)現(xiàn)對中亞古代考古研究有著很大影響。

哈薩克斯坦伊塞克國家歷史文化博物館和陜西省考古研究院就拉哈特遺址、周邊遺存的考古工作簽訂了為期5年的合作協(xié)議。為了科學規(guī)劃這5年的考古工作，統(tǒng)一收集工作成果，在地面踏查、考古鉆探的基礎上，使用ArcGIS對遺址周邊1平方千米范圍進行了虛擬布方，共布設10米×10米探方1萬個。

一、布方前準備

（一）坐標系的選擇

為了保證虛擬布方尺寸在ArcMap中的準確性，坐標系應選用投影坐標系，忌用地理坐標系。因為地理坐標系是基于球體的坐標系，而非平面坐標系，它使用基于經緯度坐標系統(tǒng)來描述地球上某個點所處的位置[2]。隨著經緯度的變化，在ArcMap中布設的探方尺寸會有不同，在實際放樣過程中也會產生較大誤差。同時，由于域外考古的特殊性，無法采用國內現(xiàn)有成熟坐標系，因此筆者采用WGS84坐標系，UTM投影 （通用橫軸墨卡托投影）對拉哈特遺址進行控制測量。

（二）底圖的選擇

隨著無人機、RTK等設備的普及，獲取遺址大范圍正射影像已經不是一件難事?？紤]到便于領隊規(guī)劃田野工作、后期探方放樣等因素，使用ArcGIS布方時，應盡量采用比例為1：2000或以上的正射影像。不便獲取遺址正射影像的，也可使用谷歌地球中提供的衛(wèi)星影像。

在使用正射影像時，要保證像控點、ArcGIS、放樣RTK等處于統(tǒng)一坐標系內。使用谷歌地球衛(wèi)星影像時，要對所下載的衛(wèi)星圖像進行坐標系轉換或圖像校準，亦保證其處于統(tǒng)一坐標系。

（三）基點的選擇

虛擬布方的基點可以采用實地控制點，也可以采用虛擬基點。使用實地點時，需測量該點準確坐標，在ArcGIS中標注，結合底圖開展布方工作。使用虛擬基點時，可在ArcGIS中加載底圖，選擇合適位置標點。虛擬基點應在重要遺跡的整數(shù)距離處布設，避免遺跡跨探方，給資料記錄帶來不便。

二、具體步驟

（一）加載底圖

打開ArcMap，點擊添加數(shù)據(jù)，建立文件夾鏈接。選擇底圖存放文件夾后，添加底圖（圖1）。

（二）建立基點

在拉哈特遺址高臺上，有一蘇聯(lián)時期的大地測量標志，筆者原擬以該點為整個發(fā)掘區(qū)域的基點進行探方布設，但以該點為基點，無法完全將拉哈特高臺置于同一象限分區(qū)內。遂以該點為基礎，向西460米，向南200米設置虛擬基點，布設10米×10米探方1萬個。

首先，打開ArcCatalog，右鍵選擇新建Shapefile文件，要素類型選擇“點”。為了便于調取數(shù)據(jù)，在使用ArcCatalog時，建立的文件夾鏈接宜與底圖等數(shù)據(jù)文件夾一致。同時，通過實測的蘇聯(lián)基點坐標推算虛擬基點坐標并記錄（圖2）。

其次，在ArcMap中，添加虛擬基點（操作同添加底圖）。添加完畢后，啟用編輯器工具，輸入推算出該點坐標（圖3）。

圖1 加載底圖

圖2 新建Shapefile

圖3 添加虛擬基點并推算出該點坐標

（三）使用漁網（Fishnet）工具創(chuàng)建網格

在虛擬基點添加完成后，我們打開ArcMap中的ArcToolBox工具，展開左側樹狀菜單，在“數(shù)據(jù)管理工具”的“要素類”中調取“創(chuàng)建漁網”功能?！皠?chuàng)建漁網”功能打開后，首先，在“輸出要素類”選項中確定網格保存位置及名稱；其次，在“漁網原點坐標”選項中輸入“虛擬基點坐標（也可在模板范圍選項內，下拉菜單，選擇與虛擬基點圖層相同選項進行）”，在Y軸坐標選項中，為了確保網格方向為正北，則保持X坐標不變，Y坐標增加100；再次，將像元寬度和高度設置為10，保證每個探方的尺寸為10米×10米，行數(shù)和列數(shù)設置為100，保證探方個數(shù)為100×100個；最后，不要勾選創(chuàng)建標注點選項（圖4）。

（四）要素轉面及自動生成探方編號

由于創(chuàng)建的漁網本身不具有要素類屬性，無法生成、顯示編號，為了能夠自動生成探方編號，需要先將漁網轉換為面要素，進而自動編號。

首先，打開ArcMap中的ArcToolBox工具，展開左側樹狀菜單，在數(shù)據(jù)管理工具的要素中調取“要素轉面”功能?！耙剞D面”功能打開后，在輸入要素選項中選擇剛創(chuàng)建好的漁網文件，在輸出要素類選項中確定轉換后面要素的儲存位置及名稱，將創(chuàng)建的漁網轉為面要素。（圖5）。

其次，對完成轉換的面要素進行設置，使其透明（圖6）。右鍵點該圖層，在屬性菜單中，選擇“標注”，進入后點擊“表達式(E)”，書寫表達式“T”+[FID](圖7)。特別需要注意的是，字母T所用雙引號應為英文輸入法下輸入的半角符號。結果如圖8。

圖4 創(chuàng)建漁網參數(shù)設置

需要指出的是，此種表達式是依從左到右的順序，順序為每個探方編號，若要采用象限法編號，需要采用相應的表達式。

圖5 要素轉面參數(shù)設置

（五）象限分區(qū)

從理論上來說，上述操作可以布設無限多的探方，覆蓋無限大的區(qū)域。但在實踐中，考古工作者們通常需要將探方號控制在四位數(shù)（含）以內，所以使用以上方法布設10米×10米探方時，至多控制1平方千米的范圍，即100行×100列探方。

當需要在更大范圍內進行測控布方時，就需要對控制區(qū)域進行象限分區(qū)，避免出現(xiàn)探方編號過長的現(xiàn)象。結合陜西省考古研究院在陜西澄城劉家洼遺址的工作經驗，將工作思路和方法介紹如下：

圖6 設置面填充為無顏色

劉家洼遺址在發(fā)掘之初，本著“站在墓地的角度挖墓葬，站在聚落的角度挖墓地，站在區(qū)域背景下看聚落”的思想進行了較為全面的規(guī)劃，對大墓周邊100平方千米的范圍進行了詳細調查和整體布方。

在大墓東北約1千米的地方設立虛擬基點，以該點為原點，將100平方千米的區(qū)域劃分為四個象限（圖9），每個象限覆蓋5千米×5千米的范圍。每個象限內，又在200米×200米的范圍內劃分單元格（25行×25列），在單元格內進行5米×5米探方布設。編號時，將通過原點的兩條軸線按照方向，劃分為N、E、S、W軸。N軸自南向北以數(shù)字1~25編號，S軸自西向東以字母A~Z編號（需要注意的是字母I與象限編號所用羅馬數(shù)字重復，所以不用），S軸自北向南以數(shù)字1~25編號，W軸自東向西以字母A~Z編號（圖10）。這樣，每個單元格的編號就可以通過各軸線上的編號讀出。比如，大墓所在區(qū)域編號就是ⅢE6，該單元格內的探方編號表達式可表達為“ⅢE6T”+[FID]，其他單元格內探方編號如此即可自動生成。

圖7 修改圖層標注表達式

圖8 自動生成探方編號

圖9 劉家洼遺址象限分區(qū)

（六）現(xiàn)場放樣

在電腦中布設好虛擬探方后，需要在實際發(fā)掘中，實地放出這些探方。因為ArcMap是一款矢量軟件，所以其中進行的操作都為矢量操作，圖形中的每個點都有對應且唯一的坐標?？梢酝ㄟ^ArcMap中的識別功能，獲取在發(fā)掘范圍內每個方格（探方）的四角坐標或者西南角坐標，導入RTK后，進行現(xiàn)場點放樣。

隨著測控設備的進步，現(xiàn)在多數(shù)RTK支持 CAD 格式（.dxf）或者 GIS 格式（.shp）文件整體導入，方便在手簿上進行圖形放樣?？梢詫⒃贏rcMap中做好的漁網方格導出為CAD格式（.dxf）或者 GIS 格式（.shp）文件，保存在RTK手簿中，進行放樣。

需要注意的是，在進行放樣作業(yè)時，RTK中新建的工程文件須與布設虛擬探方時所使用坐標系保持一致，否則無法進行現(xiàn)場放樣。

（七）圖形輸出

完成上述操作后，可以將ArcMap切換至布局視圖。在該視圖下，插入風玫瑰、指北針、比例尺等制圖要素，完成后進行頁面和打印設置，生成便于打印的圖形文件。在導出地圖時，注意設置圖像分辨率，一般以600dpi為宜（圖11）。

三、余論

1.GIS的相關標準應該盡快統(tǒng)一。在信息技術日益發(fā)達的今天，越來越多的數(shù)字化手段被應用到考古當中。但目前常用的三維掃描、傾斜攝影測量、虛擬現(xiàn)實等技術并無統(tǒng)一的國家（行業(yè)）標準，這給跨區(qū)域進行的一些課題或長期進行的大遺址考古帶來了諸如勘探成果難以統(tǒng)一、基礎資料難以共享等問題。各級文物部門應當將GIS系統(tǒng)建設納入考古項目，特別是大遺址考古之中。逐步建立針對各類遺址的技術規(guī)范，以便于未來數(shù)字化的遺產整合。

2.GIS是一種技術，更應是一種思維。GIS的強大在于其多樣的數(shù)據(jù)整合能力、豐富的數(shù)據(jù)分析能力、全面的表達能力。在運用GIS技術時，必須根據(jù)具體對象特點，堅持問題導向的原則，緊緊圍繞考古課題目標進行，避免為了GIS而GIS?？脊殴ぷ髡咴诠ぷ鏖_始之前，應從實際出發(fā)，合理設計可行的GIS架構。

圖10 各軸線編號示意

圖11 導出地圖及分辨率設置

3.GIS與考古可以更加緊密地結合。由于目前考古工作者普遍不了解GIS強大的功能，其在考古工作中還無法發(fā)揮應有作用。但是，筆者始終堅信，GIS與考古結合的推動者必然是考古工作者。因為考古需求才是發(fā)展進步的內在動力。多聽、多看，及時了解GIS等技術的最新動態(tài)和應用案例，注重培養(yǎng)既懂考古又懂GIS的復合型人才，考古學必將在信息化時代得到新的發(fā)展。