【新疆文物记录】昌吉州18（石城子遗址考古现场数字化记录实践及认识）

石城子遗址考古现场数字化记录实践及认识

 

 [摘要] 考古测绘记录是一项伴随着考古、田野调查而发展起来的专业方向，主要指对遗址和发掘测绘记录，是反映遗址的形态、范围、环境、文化堆积断面以及重要遗存现象的一种图形图像化记录手段。随着现代测绘手段和数字化技术的发展，考古测绘已逐渐在向数字化记录的方向发展、向综合信息化建设方向发展。此处，以石城子遗址考古数字化记录为例,详细表述了考古过程中数据采集的新方法和新手段，并对实践中感悟到的问题进行了总结。

[关键词] 考古；数字化记录；空间信息技术；文化遗产

[中图分类号]            [文献标识码]           [文章编号]

0 引言

考古过程中，遗存遗迹的文字和图形图像的记录是一项重要的工作，是厘清遗迹遗存存在的环境、条件、关系以及与历史相互印证并推证文化、文明的发展变化的重要工作，是解读、还原和传承的基础工作。传统考古过程中，测绘及其制图工作主要由考古人员来完成，图形化及可视化的记录内容相对较少或较单一、方法也相对简单，而现代空间信息技术、影像技术、建模技术及制图和表达手段的进步，极大地推动了田野考古工作记录手段从传统向现代、从单一向综合、从少量向海量、从旧的方式方法向数字化并进一步迈向信息化的方向转变。在《田野考古工作规程》中也明确了测绘、发掘、采样、记录、管理协同运作，共同组成了田野考古的技术体系，这为考古过程的数字化记录及应用奠定了基础^[1]。在配合新疆石城子遗址考古过程中，通过相关技术手段很好地实现了考古前的现状记录和考古发掘中的过程记录，并基于现代测绘技术，能够有效整合时间、空间和属性信息的田野考古地理信息系统平台的建设，提供包括图形、影像、模型、视频、照片、文字等多源数据，全面并丰富了考古记录手段进及内容。

石城子遗址位于新疆昌吉州奇台县，地处天山北麓山前丘陵地带，城址依地势而建，北高南低，形态呈长方形，南北长380米，东西宽280米，城内西北角端建有子城。城址西侧北端和北侧残墙呈垄状，形体高大，南侧和东侧临崖，深涧底部麻沟河由西向东并折向北方出山，西侧中部偏北开门，设瓮城与外界相通。遗址北通奇台、吉木萨尔等绿洲，南越天山可至吐鲁番盆地，为通连天山南北的重要通道之一^[2][3]。

汉代，中原王朝为经营西域，在重要的商贸节点和绿洲集中地设置了一系列的边城、亭障、烽燧等，构建军事防御体系，而石城子遗址作为战略要地之一也成为了两汉时期中原王朝管理西域的实证、国家主权的重要标志。通过近几年连续的考古调查和发掘，并结合相关的历史文献记载，已基本认定石城子就是后汉书中记载的汉代疏勒城，而戊己校尉耿恭在这里率数百将士与来犯的2万余骑匈奴兵激战七月并终保城池不失也已成为千古佳话。

古城遗址发现于1972 年，2013年被公布为全国重点文物保护单位。2014年-2019年，石城子遗址作为汉代在西域地区一处重要的军事堡垒疏勒城的推测地开始了大规模的考古发掘和规划、展示利用工作，其中考古现场的数字化记录亦作为一项重要的工作开展，本文即为对这一工作的总结和认识。

1 考古现场数字化记录的意义

考古测绘及考古现场的数字化记录是指为有效记录考古遗存、考古环境、考古过程、地层与堆积关系等要素以及实现考古及研究的实效、可靠和完备等而进行的信息采集活动，其目的是真实、全面地保存原状与历史信息并延续其信息及全部价值。

数字化记录的实质是在数字化乃至信息化发展的背景下，以现代空间信息技术为基础的考古地理信息系统的建设需求、以虚拟现实技术为核心的空间形态记录方式、统一空间坐标系下的测绘及信息处理过程，记录中大量采用新的技术手段并以三维模型作为记录载体，可极大丰富传统考古记录的信息量^[4]-[6]。

随着国家对考古发掘和文物保护的重视,考古现场的数字化记录已不是简简单单的手段提升和技术进步，而是一种观念及方法的改变，其意义主要体现在以下几个方面：

（1）科学记录考古资料

与传统的考古测量与记录相比，其在记录方式上有一定的改变，而信息量也有实质性地增多。传统方式中关注点及信息联系比较单一和局促、各类信息的空间展布和关联较为困难，无形中限制了考古认知和数据挖掘工作。而基于现代测绘和信息技术开展的数字化考古记录，能够有效配合田野考古地理信息系统的建设，全面兼容各类测绘和制图数据、视频、照片、三维模型等多源异构数据，能够以空间数据为主线串起田野调查、勘探、发掘、管理的各类数据，并通过系统的功能开展数据的分析、挖掘和考古研究工作。

（2）宏观考古信息的获得

传统方式中囿于信息的割裂以及相对较弱的空间关联，使得信息内容相对比较局促，仅关注与遗存遗迹直接相关的内容，考古的视野相对受到了影响。而新一代的数字化考古记录通过GIS、遥感、三维模型等技术手段以及更加开放的信息采集方式，将可以获得更为全面详实的数据集，并可将信息获取的时点扩展至考古扰动前，对包括考古区域的地形地貌、植被覆盖、土地利用、环境影响、遗迹遗物的分布状况、与周边相关遗存的联系等进行全面的了解，扩展考古研究的视野。

（3）遗存遗物及考古过程的复原

传统的记录方式虽然也是有效和完备的，但其毕竟是对现状全息信息的一种简化性、特征性表达，数据流程是单向性，重组和复原更多的是在框架数据基础上进行，甚至是研究者思辨的方式进行，而要现实性的实施有一定的的困难。而数字化的记录则让这个问题变得简单，可以理解其记录是一种连续性的全息全景记录模式，在此基础上派生出各类数据、图形、图片等，而恢复和重建不单单是对局部文化遗产、考古现场、地层关系、堆积过程等的重现，更是对整个考古挖掘过程的重建。

（4）考古方式的改变

传统的局部性、封闭性考古模式在数字化记录的支撑下可向更为广阔的考古方向方式转变，如考古的现场会商、专家指导、考古认知的重现、考古资源的传播与利用等等。另外，还可将分散的田野考古工作纳入到整个国家的遗产保护和管理系统中，并实现考古现场的全新管理及全程监管方式的变革，考古过程及记录数据也同时可为文化遗产的后续保护服务。

（5）手段的先进性和有效性

在相关考古工作规程和数字化记录标准的要求下，记录手段得到了加强、记录的标准化水平得到了提升，也为有效利用发掘资料进行数据检索、汇总与管理提供了条件。另外，完整的考古过程不单单是现场的发掘和信息筛选与确定，还包括大量的后续研究工作和有效的遗产管理工作，而有效的数字化记录将是一条纽带，串联起考古工作流程和业务逻辑关系，满足考古认知的提升和现场信息的再分选要求。同时，遥感与GIS技术的应用对考古前期对考古环境、古地理研究、相关遗迹的关联性研究等有重要价值，对科学性地制定考古计划非常重要。

（6）文化遗存的保护

目前，对考古的认识也有很大的变化，不单单是局限在对遗迹遗存等的认知和研究，更是一种多角度、全方位地对文化遗产以及传承的认知和研究，将考古发掘和文化遗产保护纳入一体性的工作中是一种必然的趋势，而考古过程中的数字化记录也毋庸置疑地同时担负起为将来的保护工程提供技术支持的任务，必要时还需扩展为监测探坑及周边建筑的形变情况、制定防灾害侵袭、评估灾害影响等工作。

2 考古前期的现状记录

考古的意义,并不只是为了获得惊世文物,而是要理清这些遗址和文物背后整个中华民族文明的发展脉络，寻找人类文明发展史上那些已经丢失的记忆。这是对中华文化最大程度的解读、还原和传承，其意义在于重塑了中华民族近代以来的民族自豪感和自信心。

自汉代开始，新疆地区成为中国版图的一部分，而作为西汉所设西域都护府下重要的的汉代军镇遗址，石城子遗址不单为历史上赫赫有名的汉代疏勒城旧址，更是中央政府有效治理和管辖西域的历史见证。同时，它还是迄今为止新疆地区发现的唯一一处年代准确可靠、形制基本完整、保存状况完好、文化特征鲜明的汉代古遗址，其考古发掘填补了新疆地区两汉城址考古的空白，出土器物也将成为在考古学上可作为时代对比的标准器。

除了古城遗址少有后世扰动而留存两汉历史痕迹丰富外，这里也因名将耿恭率极少的将士浴血苦战数倍于己的匈奴军队，以“节过苏武”的忠勇而为疏勒城留下一段传奇故事。另外，石城子遗址作为丝绸之路北道上的重要节点、国家4A级江布拉克景区的重要组成部分，具有以文促旅、以旅彰文、以史为鉴的天然优势，考古工作的开展以及在遗址保护基础上建设好遗址公园，不仅能有效传承历史文化，还能通过让世人更好地了解新疆的历史而成为文化认同的关键地标。

故此，在2014年金秋，考古工作正式开展前，先期进行了基础数据采集工作，为遗址区留下了未经扰动的文物及环境的全方位记录数据。主要成果包括：空间数据基准、卫星影像、大范围及核心区文物专题图、遗址区无人机影像、遗址区地形地貌数据、遗址区模型、文物遗存及微地貌扫描数据等，为全面的考古发掘留存了未经任何扰动的原始现状资料，并为考古工作的前期设计及预判、遗址保护规划、保护设施建设及展示利用等工作奠定了基础。

  

图1 遗址鸟瞰影像及大场景实景模型

图2 遗址正射影像和文物专题图

3 考古过程中的实时记录

考古现场主要采用RTK、全站仪、无人机空中拍摄和地面人工拍摄、全景、视频、地面激光扫描等技术手段，通过线划制图、考古制图、高精细度仿真模型等方法记录考古遗迹、考古过程和复原古代地貌和地层序列，并在数据、考古图件、影像记录、模型展示的基础上结合文字记录资料，搭建起以现代测绘技术为基础的考古地理信息系统（数据），将考古记录的手段提升到数字化乃至信息化的高度，在统一的时空框架下将遗迹的矢量信息、影像信息、形态信息、挖掘文字记录信息、位置及与不同地层的关系等所有信息综合起来，为实现考古过程及考古研究的空间、时间与属性数据的综合查询、分析和管理应用奠定了基础。

整个数字化记录工作是空间信息技术在考古过程的一种有效应用，是一种服务于考古过程的实时数字化及可视化记录。其核心法方式是以模型方式记录考古过程，并在模型数据基础上完成考古分析和制图，并为文化遗产的数字化保护、展示利用、数字化考古及交流等提供可行的数据支持。技术体系中充分利用了诸如地面激光扫描、无人机航飞、影像建模、全景视频及漫游等，在传统的考古制图基础上，丰富了考古信息的表达方式、表现内容和信息深度与广度，形成了考古过程的立体、动态、全面记录和遗存空间形态全新的描述方式，充分满足了考古调查中对调查路线、遗址位置、海拔、地形、地质、环境、范围等空间信息以及遗存形态的表达，提高了考古记录的科学性，具有极强的现实意义。并且，在统一尺度和维度体系的空间信息技术的支持下，也将使考古记录的表现形式更加规范化、表达语言更加丰富，更有利于适应考古与文物保护工作的交流和发展^[7]-[10]。

2015-2019年，连续五年的考古时段，工作人员以现场配合方式开展了非常完整的考古现场全数字化记录过程，形成了完善的技术和数据成果体系，并可将在其后的拓展性考古研究、数字化保护及展示利用方面发挥积极的作用。主要数据成果包括：扫描及影像建模方式的考古过程记录、遗迹形态记录以及遗址位置图、分布图、勘探图、探方图、地层图、遗迹平面图、遗迹立面图、遗迹剖视图及剖面图、影像图、专题图、复原图、展开图、墓葬及器皿相关图件等。

 

图3 西北角房址区域考古发掘记录

图4 西北角房址区域平面及立面记录数据

图5 石城子遗址西侧城门考古过程记录（正射影像）

图6 石城子遗址西侧城门考古过程记录（三维模型）

 

图7 石城子遗址考古点全景及漫游包示意图

 

图8 石城子遗址城门发掘区考古综合图图

图9 《考古》2018年5期上发表的考古简报图件

 

4 数字化记录的认识

毫无疑问，考古现场的数字化记录不仅仅是一种记录方式或技术手段，更应该被认为是一种理念和方法，它作为考古过程中的动态记录、全息记录，将考古前期和考古过程中的所有遗迹遗存信息和环境都完整地记录了下来，并可延展至后续的文化遗产展示利用和保护等工作中。

数字化纪录成果作为综合性的数据集具有以下特点：

Ø  全面完整的数据表达

Ø  传统表达与新技术应用相结合

Ø  模型为先、影像与线描相结合

Ø  数字化和信息化基础

但毋庸讳言的是，目前在考古作业的数字化记录中，无论是体系方面还是技术及应用方面都仍存在一些问题，主要有：

（1）缺乏顶层设计

考古数字化记录并没有明晰的要求和政策支持，各地各考古机构各自为政，尚未形成大数据理念之下考古数字化记录模式和整体性要求。

（2）技术体系尚不完善

虽然考古现场数字化记录已经形成相对完整的技术体系，但整体而言尚不够完善，其流程化、规范性、应用的有效性及适宜性等方面还需要进一步提升，数据在几何精度、表达精度、表现方式、应用模式、分类分级等方面还有待明确和细化。

（3）与考古的结合尚待提升

虽然考古过程数字化记录工作是完全配合考古作业的一项工作，但双方的技术人员在目前阶段还明显存在交流不畅的缺憾，这导致记录的实效和潜能发挥受限，应用程度不够。

（4）政策性支撑不足

与传统考古记录、考古测绘相比，最大的区别在于高频次、高精细度、高信息含量的数字化记录方式对技术、人员及设备的投入要求偏高，尤其在现阶段以现场全程配合方式开展工作对任何考古现场和数字化记录单位都存在较大的资金压力。

（5）数字化记录的目标不明确

虽整体而言考古现场数字化是一个既定和前途光明的方向，大家对其也有明确的认知，但在具体实施中仍有认识不清、应用程度不足的地方，导致其对考古数字化记录的根本目标认识不足，这就需要从国家层面上明确建立考古过程数字化记录的必要性和目的、明确文化遗产资源在考古挖掘中“矿藏级别”数字化档案的重要性和标准。

（6）转化不足

以模型及影像记录为核心的考古现场数字化记录虽具有极大的优势，但目前其转化和应用尚不足，这里面涉及一些技术问题，但更主要的法规、产权和行业间壁垒等问题。

5 结语

五年来我院利用自身在空间信息获取、影像建模、考古制图等方面的优势，积极参与并配合石城子考古现场数字化记录工作，全方位地运用了空间地理信息的技术手段，将考古记录与遗址及遗存现象的展示、遗址地保护规划及利用等结合起来，形成了一整套完善的技术体系、流程和成果序列，拓展了考古现场的记录及制图手段，也丰富了考古及文化遗产保护的内容。

项目实施中，工作人员全程跟踪考古过程，实时对出露遗存和考古现象进行形态及位置测定，完成数据记录的入库工作，并按照时间节点和考古步骤完成各个考古阶段的扫描建模、影像建模、框架数据采集和集成等工作，全面保障了考古作业及研究工作的有序进行。

连续多年的项目实施，完善了考古数字化记录的技术体系和成果体系，获得了比较理想的社会效益和经济效益，成果和服务也获得了新疆文物考古研究所的认可和肯定。

The Practice and Understanding of Digital Recording on Archeology of Shichengzi Site

 (China Institute of Geotechnical Inverstigation and Surveying ltd Beijing 100007,China)

 

Abstract:The surveying and mapping records in Archaeological is a professional direction developed along with archaeology and field investigations.It mainly refers to the surveying and mapping records of ruins and excavations.It is also a graphic and image recording method to reflect the shape, scope, environment, cultural accumulation section and important remains of the ruins.With the development of modern surveying and mapping methods and digital technology, archaeological surveying and mapping has been gradually developing towards the direction of digital records and comprehensive information construction.Here, taking the digital archaeological record of Shicheng ruins as an example, new methods and means of data collection in the archaeological process are described in detail. And the problems in practice are summarized.

Key words: Archeology;Digital record;The technology of Space Information;Cultural heritage

参考文献

[1]国家文物局 田野考古工作规程 [M] 北京 文物出版社 2009

[2]田小红,吴勇,多斯江,张树春,陈新儒.新疆奇台石城子遗址2016年发掘简报[J].文物,2018(05):4-25+2+98+1.

[3]田小红. 新疆奇台县石城子遗址考古调查和发掘获重要发现[N]. 中国文物报,2016-10-21(008).

[4]贡一文. 考古数字信息的采集与展示[D].中国社会科学院研究生院,2019.

[5]缪雪燕. 田野考古数字化实践与思考[D].郑州大学,2017.

[6]张海. 田野考古：从数字化到信息化[N]. 中国文物报,2016-07-15(005).

[7]郑少开,丁军,郑书民.文化遗产的全生态综合信息化建设——以北庭故城遗址为例[J].北京测绘,2018,32(12):1446-1451.

[8]刘斌,王宁远.数字化手段在大遗址考古工作中的应用——以良渚古城为例[J].中国文化遗产,2016(02):25-29.

[9]刘江涛,张爱武,臧克.3维数字化技术在考古中的应用[J].中国图象图形学报,2008(04):654-657.

[10]王青岚,王少华.保护建筑中的考古遗址数字化展示设计方法探索[J].遗产与保护研究,2019,4(04):86-90.

 

 

 

（完）