纪念中国考古百年|云南考古数字化工作的探索与实践(9月)
发布时间:2021-09-27     阅读数:965次    来源:原创
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                                                                                                                                                       闵锐

       考古数字化工作主要是指考古过程的数字技术应用及数字化管理,在计算机技术和相关软件支持下,应用GIS系统将各种考古工作中收集到的信息进行数据集成管理。考古调查勘探、发掘、整理研究中运用数字测绘、遥感、三维重建、数据库、网络通信等技术,全面信息采集、处理、存储管理、分析、应用和展示等技术创新集成,以《国家田野考古工作规程》要求为基本构架建立起考古工地信息化管理模式和基本规范,改善考古工地现场信息采集方式局限、信息资料保存离散、考古发掘工作进度难以监督管理的现状,从而提高考古信息采集效率、数据质量和管理水平。
       2004年,为解决考古工地布方、测绘制图精准度问题,我所购买了两台进口的拓普康全站仪设备应用于考古发掘工作中,替代了原有的经纬仪,使布方、测绘、制图精准度大为提高。
       2007年9月,我所邀请吉林大学边疆考古研究中心林雪川老师到所里讲数字制图技术应用,培训持续了一个星期。培训内容主要是应用相机拍照获取图像信息,使用PhotoStitch和Photoshop软件来绘制线图。先用PhotoStitch软件对数字图像进行透视矫正,把图像转成正投影图像,再用Photoshop软件的功能绘成线图。2008年这一技术被应用到剑川海门口遗址发掘中,面对密集出土的木桩柱,这一制图技术的使用既缩短了绘图时间又提高了精度,不仅节约了成本,还提高了工作效率。
       从2013年宾川白羊村遗址发掘开始,我所决定进行数字化信息采集和管理实践。所领导带队前往武汉,同武汉大学和武汉数文经过协商达成合作和参与开发数字管理软件的协议。考古数字管理平台、RTK、三维激光扫描仪、无人机在白羊村遗址先行试用,武汉数文派出团队进行培训和指导,我们在使用过程中提出意见建议,数文团队马上对录入信息、RTK使用的方式等加以改进。经过2014、2015年的推广普及,取得了很好的成绩。现场发掘分多次对遗址区、探方、遗迹等进行微地貌测绘,利用先进三维激光、影像三维模型精细测绘、考古测量仪、全景摄影、虚拟现实、计算机数字绘图等先进的数字化信息采集技术,完成考古工地探方、遗迹、遗物的精细三维建模,建立丰富的考古信息资料库,保存考古工地各项时空信息资源,基本实现濒危文物资源高精度和永久的数字化保存。
       自2013年来,我们使用的数字技术和仪器设备有:
        1、无人机航飞测绘、拍照、录像。从2014年起,我所开始购买六旋翼、四旋翼无人机及固定翼无人机,先后购买无人机15架,同时培养无人机操控人员进行无人机航飞测绘、拍照、录像、监控等工作。
        2、2013年开始使用三维激光扫描仪技术对工地现场、遗迹、遗物等进行扫描,获取三维数据。刚开始采用外委方式进行工作,几年后先后采购了3台三维激光扫描仪应用到工作中。因为使用技术有难度、成本高、后续出成果时间周期长的原因,这一技术在考古工地的应用并不广泛。
        3、三维影像重建技术应用。2014年,我所请中国社科院考古所刘建国研究员到大波那墓地考古发掘现场进行三维影像重建技术应用培训,随后在发掘工作中摸索应用,逐渐取代了大部分传统绘图。相比较传统绘图,三维影像重建技术精度高,保存三维数据可查,在电脑上可以绘制平剖面图,直接生成带比例尺的线图。这一技术的使用,对于考古绘图和测量来说是一次极大的进步,可以说是划时代的。2014年购买了俄罗斯的AgisoftPhotoScan软件,广泛应用于考古工地,获取想要的数字信息资料。PhotoScan是一款基于影像自动生成高质量三维模型的优秀软件且价格合适,其无需设置初始值,无须相机检校,根据最新的多视图三维重建技术,可对任意照片进行处理,无需控制点,而通过控制点则可以生成真实坐标的三维模型。照片的拍摄位置是任意的,无论是航摄照片还是高分辨率数码相机拍摄的影像都可以使用。整个工作流程无论是影像定向还是三维模型重建过程都是完全自动化的。PhotoScan可生成高分辨率真正射影像及带精细色彩纹理的DEM模型。完全自动化的工作流程,即使非专业人员也可以在一台电脑上处理成百上千张航空影像,生成专业级别的摄影测量。现阶段,数字制图技术还在不断摸索中,运用Photoshop或其它软件绘制的线图已经基本能接近传统绘图,但传统绘图依然是我们考古绘图的基础,只有将传统技术与数字化相结合,才能实现考古发掘工地无纸化制图。
       4、Wifi技术拍照。通过WiFi和PlayMemories Mobile软件,将Cyber-shot数码相机和智能手机或平板电脑连接(其它相机也有其软件匹配)。使用PlayMemories Mobile放大观看相片以便选择上传至可应用设备的照片。上传后的照片可在相册或照片集中浏览,也可根据设备的功能发送附有该照片的电子邮件、上传等。可以通过该app把手机变成遥控器,相机可以放在固定的架子上对焦,用手机指挥拍照,各种角度给考古工地上的遗迹、遗物拍照,照出来的图就是相机拍的,两个都可以保存,在考古工地非常实用,对正摄影像和刁钻角度的拍摄尤其适合。相对于无人机拍摄的高空图片,应用Wifi技术拍得的图片质量更好。
       5、考古测量仪测RTK和全站仪的应用。在RTK测绘仪上安装考古专用测绘软件,可以精准布方,测量遗迹、遗物的三维坐标、考古工地遗迹和总平面图,也可以配合航飞测绘、影像三维模型制作进行坐标测绘。从2014年开始采购,目前已经拥有考古测量仪10套、全站仪3台,普遍应用于考古工地布方、小件测量、测绘,提高效率和测绘、制图精准度。
       6、手机、ipad、数码相机、数码录像机的应用。我所开始使用数码相机是在2003年,用手机和ipad在现场采集数字信息则从2016年开始。配合考古测量仪可以用ipad测量、绘制草图、拍照、录像、文字记录、录音。原先,需要回到驻地与主机同步才可以把现场录入的各种资料导在主机里归档保存,考古数字管理平台实现网络化后,在工地现场就可以直接上传各类采集的信息。Ipad的使用,可以手写记录,可绘制草图记录,也可以发声记录,使用的便捷性提高了数字信息采集效率和实时、丰富性。
       7、考古工地数字化管理系统、考古调查、勘探系统应用。我所于2013年试用,2014、2017年采购实现。考古工地数字化管理系统基于统一空间坐标参考与时间参考,参照国家田野考古工作规程、同时兼顾各地个性化需求,采用简洁的模块化组合的信息录入模式,灵活而快捷地田野考古数据数字化记录与存档,实现田野考古中大量文字、图片、绘图、表格、视频、三维模型、工地全景等多源异构资料数据的融合集成与存储共享,并采用WebGIS等技术,实现考古研究的查询、分析、比较等工作的图形化交互操作,通过关联、聚类等数据挖掘方法,实现考古的智能化查询与分析研究。考古工地数字化管理系统作为数字考古的核心内容,连接着考古工地现场信息化采集、考古工地工作管理、考古资料记录管理以及考古资料的整理应用等各个考古工作流程,通过统一的规范标准,促进考古工地各项工作规范、有序、高效地进行。数字管理平台的部署也从单机版进化为网络版,数据采集记录也从每天回到驻地后导在电脑管理平台变为现场随时上传各种数据与记录,作为单位领导可以随时监测到考古工地的发掘工作进展情况。
       数字技术应用,多学科合作随行加入,信息采集、记录多方式,极大提高了工地管理水平与质量,我所的田野考古水平整体有了提升,取得了较好的业绩。2008年剑川海门口遗址第三次考古发掘获评中国社科院考古所“六大考古”新发现和中国“十大考古”新发现;2014年祥云大波那墓地考古发掘获评中国社科院考古所“六大考古”新发现和中国“十大考古”新发现;2015年江川甘棠箐遗址发掘获评中国“十大考古”新发现;宾川白羊村遗址2013-2014年发掘获评中国2011-2015年田野考古奖二等奖;2016年通海贝丘遗址发掘获评中国田野考古一等奖。虽取得一些成绩,但我们依然在考古工作中对数字化技术的应用进行着探索与实践。
       数字技术应用于考古发掘现场、资料采集、管理、后期研究等是大势所趋,是考古工作一个质的飞跃,将改变我们的工作方式。
       信息资料采集数字化,这是数字考古的最关键所在。数据采集系统是整个系统建设的基础,是系统数据平台层的数据来源,数据采集系统的建设是以先进的数据采集、获取技术为手段,以满足考古遗址发掘管理、保护等应用需求为目的,为遗址管理、研究与展示等获取关于遗址的全面数据服务。
       数据采集的快捷性,使得数据采集的操作流程简单,工具操作方便。要保证数据采集的准确性,应当尽量完整准确的展现发掘过程中的重要遗迹、遗物的各类信息。信息资料收集效率的提高及技术使用成本的降低,这也是帮助大家下决心进行数字考古的关键。
       系统的数据和信息量将是海量的,构建以地理信息系统为承载体的各类考古相关数据融为一体的数字化集成平台-考古数字化管理平台,管理平台的不断改进,电脑及通讯技术的进步使其应用更加方便快捷,具有更强大的功能,符合大部分考古工作者的基本使用需求。
       技术创新动力也可以使数字考古走得更好、更远。抓住机遇,加快新技术的应用、研发与推广,各单位加大文物科技应用的投入,数字技术可以更好的为考古、文化遗产研究和文物保护工作服务。
       同时,云南考古数字化工作也存在一些不足,如掌握数字化技术的人员严重短缺;一些设备使用到了需要更新的时间,需要经费再投入;各项目负责人对数字化工作的重视程度不一,导致得到的成果也不一样;所里还没有自己的数据库建设,当前是租用云空间进行资料存储,数据存储量会受到一定限制;管理平台是基于安卓系统开发的,应用其它系统的手机及Ipod在工地上无法直接登录使用;存在RTK在一些偏远地区因为信号不好或受其它干扰而无法使用的情况等,这些都会对数字化工作产生一定的影响。


                                                                                                      Ebee无人机使用培训


                                                                                         2008年剑川海门口遗址发掘区航拍图


                                                                                                         Ebee无人机飞测图


                                                                                           盈江神护关遗址剖面图—飞测技术应用


                                                                                            宾川白羊村遗址发掘—三维激光扫描


                                                                                                  三维激光扫描发掘探方模型


                                                                                                  祥云大波那墓葬影像三维模型截图


                                                                                                            WiFi技术拍照


                                                                                                              RTK布方图


                                                                                                        RTK布方及测绘图


                                                                                                         RTK布方及测绘图



                                                                                            小件器物在探方空间分布图-RTK测量


                                                                                       2008年剑川海门口发掘—全站仪测绘


                                                                                                     使用Ipad进行测绘记录


                                                                                         宾川白羊村遗址考古发掘数字管理平台截图

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