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摘要：考古测绘是田野考古调查、发掘工作中对遗址地形、水系、地标性建筑和发掘探方以及各类遗迹、遗物的测量与绘图工作。从中国考古学诞生之日起，考古测绘工作历经平板仪、经纬仪、全站仪、RTK、三维激光扫描、多视角三维重建等设备和技术的发展过程，考古现场空间信息的获取方式不断演进，拓展和深化传统考古学的研究领域。 考古测绘是指田野考古调查、发掘工作中对遗址地形、水系、地标性建筑和发掘探方以及各类遗迹、遗物的测量与绘图工作，可以分为遗址测绘与发掘区测绘两个方面。遗址测绘是对遗址的地形、水系、地标性建筑、遗迹分布范围、发掘探方以及地面残存遗迹、现象等的测量与绘图，获取反映考古遗迹、现象分布及其周边环境中地貌、水文等特征的地形图。发掘区测绘主要是对发掘过程中重要地层的各类遗迹、遗物的位置、形状等进行测量与绘图，获取遗迹分布平面图、地层剖面图等测绘成果。考古测绘是田野考古工作不可分割的组成部分，是获取考古现场空间信息的重要手段，伴随着考古学的诞生与发展以及现代测绘技术的发展而不断进步，技术、设备、方法与成果都发生了翻天覆地的变化。目前可以查询的资料显示，1921年袁复礼测绘仰韶遗址地形图，1928年7月袁复礼使用一款非常精致的大平板仪测绘新疆北庭故城遗址（图一）[1]。基本上可以说中国考古学自诞生之日起，大平板仪便成为考古测绘的主力，一统考古测绘工作数十年。
1955年郭义孚在《考古通讯》上发表《考古测量》一文，首先介绍步测法、卷尺丈量、罗盘测量等方法在考古测绘中的应用，然后使用很大篇幅介绍小平板仪的安置、测量、高程测量原理与方法、等高线概念与绘制方法、地形图测绘方法等等[2]。当时考古测绘工作中很可能没有袁复礼在西北科考时使用的大平板仪。1982年，中国社会科学院考古研究所主编的《考古工作手册》出版，郭义孚主笔《考古测量》一章，图文并茂地介绍了当时使用的步测法、卷尺丈量、罗盘测角、小平板仪测图、大平板仪测图等技术、方法与精度控制，最后还提及航空影像图的使用[3]。由此可见其时大平板仪已经在考古测绘中占据非常重要的地位（图二），直至21世纪初被电子全站仪取代。
1988年，刘震伟《考古测量要点》一文从测图精度、测站选择、仪器检查、设备安置、控制测量、碎部测量、误差分析、质量检查等方面进行描述，比较全面地介绍了考古测绘时小平板仪与大平板仪维护、操作方法、精度控制等[4]。20世纪80年代中期，近景摄影测量技术趋于成熟，有关测绘单位购置了摄影经纬仪、立体测图仪等设备，对陕西彬县唐代大佛寺石窟和咸阳唐代顺陵[5]、四川乐山大佛[6]等进行近景摄影测量，获取文化遗产立面等值线图、地形图等成果，测绘技术发展的最新成果及时运用到考古测绘工作之中。1992年，邵锡惠等的《我国文物考古近景摄影测量的现状和展望》一文，对当时国内文物考古工作中近景摄影测量工作进行了较为系统的归纳和展望，显示当时测绘部门与文物考古单位合作，运用近景摄影测量方法对多处石窟、佛塔、古建筑、遗址等进行测绘成图[7]。1992年，王树林的《考古测量》一书出版，该书从误差分析、直线丈量、地层剖面图绘制、罗盘测量、地形图测绘、考古遗址测量以及航摄像片判读、近景摄影测量等方面进行阐述[8]。传统考古测绘技术中引入航空影像判读、近景摄影测量等新兴技术，应该是大势所趋。1990年代，用于近景摄影测量的摄影经纬仪、立体测图仪等价格昂贵，文物考古单位均未购置，相关工作都是与专业测绘部门合作开展，田野考古测绘使用的基本上都是大平板仪，笔者使用日本奈良国立文化财研究所赠予中国社会科学院考古研究所的光学经纬仪进行测图。使用光学仪器测量非常繁琐，需要根据测量的角度、视距等计算测量点的水平距离、高差、高程等数据，或者查询视距计算表进行换算，然后才能在图版上标点，所以测绘效率、成图精度都很低。2000年前后，北京大学考古文博学院、中国社会科学院考古研究所等单位先后购置了电子全站仪、GPS等设备用于田野考古测量。电子全站仪和GPS属于电子测量仪器，能够直接获取测量点的三维坐标数值，还可以通过数据线与计算机联机测量，在专业测量软件的支持下将每个测量点的三维坐标数据传送到计算机的软件中进行标绘、成图。当时的GPS主要运用后差分方式测量控制点的三维坐标，大幅提升了控制点测量的精度。随后，实时差分测量的RTK陆续装备到各田野考古队，与电子全站仪一起成为田野考古工作的必备器材，降低了田野考古测绘工作的难度，提升了测图的精度和速度。本世纪初，计算机技术得到很大的发展，运算处理能力大幅提升。同时数字相机的使用逐步增加，数字影像的处理、纠正技术得到一定程度的运用[9]。对于表面平坦的考古遗迹、现象、壁画等，可以垂直于表面拍摄，在高精度控制点分布合理的情况下，运用数字影像纠正技术，基本上可以获取数字正射影像图，为壁画等文物的信息获取、后期绘图、展示等提供了一套全新的技术和方法。笔者根据北京西黄寺清净化城塔的精确立面图，对四个立面的每个小局部进行数字影像拍摄和纠正，最后拼接出每个立面的准正射影像图（图三）。
2006年10月，国家文物局与国家测绘局签署合作协议，运用航空遥感、全球定位系统、GIS以及田野考古调查等技术手段，对明长城全线进行测绘，获取明长城总长度、保存状况等重要成果[10]。2008年，笔者出版《考古测绘、遥感与GIS》一书，围绕现代电子全站仪测绘、数字摄影测量成图、遥感数据处理与分析以及考古地理信息系统的建设与分析等工作过程，介绍有关考古测绘、遥感与地理信息系统的理论和方法，以及考古研究中地形图的使用和编制等。2010年前后，古建筑、石窟遗址等文化遗产保护现场开始使用三维激光扫描等技术采集空间信息，空间信息的获取方式发生了根本性的变化。由于三维激光扫描技术获取的数据点数目巨大，后期贴模需要大量的时间，点云与影像纹理的拟合精度低，虚拟现实展示等效果难以令人满意。昂贵的设备成本与复杂的技术难度，使三维激光扫描技术无法在考古与文保领域得到广泛的运用。自2013年开始，笔者系统地探讨多视角三维重建技术对考古发掘区、聚落遗址、出土文物等进行三维重建的技术与方法，并在多个田野考古工地、培训班等不同场合进行全力推广，取得了超出预期的效果。多视角三维重建技术因其设备成本低、操作难度小、纹理拟合精度高等特点，迅速成为田野考古现场三维空间信息获取的重要手段。2019年笔者出版《考古现场多视角三维重建》一书，结合聚落遗址、可移动文物、壁画墓葬、石窟、佛塔等实例，系统地介绍多视角影像三维重建工作中相机设置、影像拍摄、数据处理与成果导出等技术与方法[11]。2019年，笔者与彭小军等集成运用无人机拍摄、三维建模、水文分析、淹没区模拟等现代技术，探讨江汉平原30处重要史前聚落的人地关系特征，提出江汉平原史前人类对水资源的利用与治理模式[12]。多视角三维重建与空间信息技术相结合，可以为考古遗址的调查与研究、空间信息获取、人地关系探讨、聚落形成过程分析等提供全新的技术和方法，开拓全新的研究思路。考古测绘技术经历百年发展，获取空间信息的方式从早期平板仪的低精度相对空间点位关系测绘，到世纪之交全站仪、RTK的高精度三维坐标测量，再到近年聚落遗址等全方位三维重建，技术与方法不断完善，测绘成果日新月异，对传统考古学研究的支持力度越来越大，拓展了考古学研究的深度和广度。使用早期平板仪乃至全站仪任意坐标系测绘的考古遗址地形图时，需要注意图中标注的指北针一般是磁北方向。而RTK测绘一般都会使用1954年北京坐标系或1980西安坐标系等投影坐标系，图中可以不用标注指北针，图框纵线就是坐标系的指北方向。地形图中指北的标注需要严格区分：“北”或“N”应该是指向北极的“真北”方向，可以通过测量北极星的方位进行确定；使用罗盘测量的方向是磁北，应该使用“磁北”或“MN”来标注；使用大地坐标控制点进行测量时，坐标纵线表示坐标北的方向，不用标注，但图框外右下角应该有使用的坐标系等说明。表示真北、磁北、坐标北三者夹角大小的“三北方向图”可以从所在区域1∶5万地形图中查询。此外，很多遗址只设置一个“基点”作为控制点的方法是极其错误的。以前使用大平板仪测绘时，一般使用“基点”作为测站点，使用罗盘量测磁北方向开展考古测绘工作。由于罗盘测角精度很低，而且会受到很多因素的干扰，所以测量范围稍大的遗址时就会出现很大的差错。使用全站仪测绘时至少需要两个控制点，才能开展测站点和方位角的设置等工作。所以每个遗址中控制点数目应该不少于3个，且大致均匀分布于遗址内部，才能满足全站仪和RTK测量工作的需求。[1]https://mp.weixin.qq.com/s/XSRem1aENFed-YwqQrq1LQ，线上展览：袁复礼旧藏西北科考团摄影·新疆（二）。 [2]郭义孚：《考古测量》，《考古通讯》1955年第4期。 [3]中国社会科学院考古研究所：《考古工作手册》，文物出版社，1982年。 [4]刘震伟：《考古测量的要点》，《江汉考古》1988年第4期。 [5]宋德闻等：《在文物考古部门开展的近景摄影测量工程》，《测绘通报》1986年第6期。 [6]罗孟汀：《乐山大佛高度研究》，《四川文物》1989年第2期。 [7]邵锡惠等：《我国文物考古近景摄影测量的现状和展望》，《解放军测绘学院学报》1992年第4期。 [8]王树林：《考古测量》，北京大学出版社，1993年。 [9]杨林等：《数字摄影测量技术在田野考古制图中的应用》，《工程勘察》2004年第5期。 [10]陈军等：《明长城资源调查与测量综述》，《地理信息世界》2011年第3期。 [11]刘建国：《考古现场多视角三维重建》，中国社会科学出版社，2019年。 [12]刘建国等：《江汉平原及其周边地区史前聚落调查》，《江汉考古》2019年5期。 （作者：刘建国 中国社会科学院考古研究所；原文刊于《江汉考古》2021年第6期） |
