遗迹剖面的三维数据获取

“围绕良渚古城需要解决的学术问题，以及良渚遗址长期的考古研究与保护计划，地理信息系统、遥感等多学科合作成为极重要的研究手段，并已取得了显著效果。”

从杭州市区向西北方向驱车二十来公里，到了位于余杭区良渚、瓶窑两镇交界处的良渚遗址发掘基地。这里是一片果园，只见红的桃子、褐色的梨子挂满枝头；在南面，远处还有很多现代的高楼林立。

可有谁能想到，在公元前3500年至前2500年，这片果园下面是一座雄伟的王城，里面有宫殿、粮仓、祭台等，还居住着大量民众；远处高楼附近是规模宏大的水利工程，水渠纵横，灌溉着无数良田；城邦的城墙就在现在的村庄里，宽达5、6公里，足有现在一条大马路的宽度，那时的人们想进出良渚城，必须划着船穿梭于城门……

良渚遗址考古是国家文物局研究项目，也是中华文明探源工程的重点项目。这么一个巨大的城邦，经历了数千年的沧桑巨变，又经过近年来现代化大建设的更改，如何在短时间内精准发掘和确认的呢？

浙江省文物考古研究所副所长刘斌研究员告诉记者：“围绕良渚古城需要解决的学术问题，以及良渚遗址长期的考古研究与保护计划，地理信息系统、遥感等多学科合作成为极重要的研究手段，并已取得了显著效果。

数字高程模型探索古城外围结构

数字高程模型（DEM）是地理信息系统（GIS）的一种，即把地图上的不同高度，依照某种色系的变化，涂上不同的颜色。

浙江省文物考古研究所研究员王宁远告诉记者，在良渚古城城墙确认后，他们发现根据现代地貌标定的135个独立遗址点中，许多遗址点实际上是同一遗迹的不同位置，或是城的不同功能区。“以往基于遗址点的观察角度，显然已无法适应古城发现后的新学术需求。”

“于是，我们利用良渚古城区域1∶500比例的线画图制作了数字高程模型，结果有了惊人的发现——莫角山标准的长方形轮廓，及其上的大小莫角山和乌龟山这三个高台显示得非常清晰，更为重要的是，在这张图里，我们明确地发现良渚古城东南部外侧，存在着一个长方形的结构体，它由美人地、里山—郑村、卞家山分布构成北、东、南三面墙体，并与古城的东墙和南墙相接续。”王宁远说，他们认为这一周框状的结构应和良渚古城密切相关。

基于这样的认识，最近两年的城外发掘工作，主要集中在美人地和里山。仅从出土物角度看，美人地、里山、卞家山作为良渚古城的附属平民住居地可能性较大。

“我们用无人机航拍航测，获得了分辨率高达8厘米的良渚遗址群高清数字正射影像图等，但由于建筑和植被的干扰，对地面高度的变化反应不敏感，使遗迹不能清晰显现。”王宁远说，太湖平原地区史前遗址多为人工堆筑的高墩，墩外多为水域和稻田。早期人工高墩往往会被晚期继续加高沿用，不会推倒重起炉灶，从而使早期遗址格局得以保留。因此，尽管一道城墙被破坏后呈若干分散小段，其基本高度一致的话，在数字高程模型平面图上就显示为相同的颜色，就很容易把它们联系起来观察。

“数字高程模型反应的是单纯的地表高程变化，能从复杂的地表植被和建筑的视觉干扰中，将纯粹的高程信息直观反应出来。因此，我们发现在本地区寻找城墙结构，数字高程模型是最有效的方法。”王宁远说。

建立田野考古数据库和遗址远程监控系统

“随着良渚古城的发现和对遗址整体性认识的加强，我们开始认识到需要建立基于整个遗址群的所有遗址的综合考古信息系统，即要将单个遗址的信息进行数据集成。而我们原来的系统是基于单个遗址开发的前端采集系统，可能无法支持开发的这套系统的海量数据。”刘斌说，他们在科技创新联盟内部，与浙江大学计算机系合作，对后端数据集成系统进行设计，拟建立完整的良渚遗址考古信息系统，目前已完成了初期设计，正在注入数据进行完善和试验。

此外，良渚遗址面积巨大，130多个遗址点分布分散，采取人工巡查方式，人力物力投入巨大，巡查密度和效果都不太理想。浙大计算机系联合浙江考古所、良渚遗址管理所，正在开发一种廉价、适宜于遗址点野外布设的影像设备，每天通过GPRS网络定时传输现场照片数据到管理部门，不但免除人工巡查的劳动强度，而且方便各级文物主管部门对违章建设、盗掘等现象进行监控，及时制止各类破坏遗址的行为等。

用遥感(RS)技术探索良渚水利防洪系统

2009年夏，良渚古城西北部约8公里的彭公岗公岭，因一工厂施工发现了大型人工堆筑遗迹。

“我们随即对该地点进行了调查，发现此处遗迹系在两山间的沟谷位置，是人工堆筑坝体。坝体规模极为宏大，复原其堆筑高度可能近20米，宽度上百米。”王宁远说，在遗址现场调查发现有良渚文化陶片等，因而推测这处遗迹可能属良渚时期。他们还在周边山谷内发现了秋坞、老虎岭等几处类似坝体。

“岗公岭的3个草叶样本经北京大学考古年代学实验室C14测定，距今约4800—4900年，证实了我们前期对这处遗迹的年代判断。”王宁远说，他们使用高分辨率的卫星片对该区域观察，发现岗公岭坝体的南面鲤鱼山也存在着一个明显具有人工痕迹的大型坝体。对这处地点进行现场钻探调查，证实了这个300米长的坝体是人工堆筑的；同时发现在鲤鱼山东侧的狮子山也是一段已被道路截断的坝体，最终证实了良渚遗址群西侧有规模巨大的水利工程——塘山。

“塘山遗址长6.5公里，上个世纪90年代发现后曾进行多次发掘，一般认为是良渚遗址群外围的挡水坝。鲤鱼山和狮子山坝体的发现，证实塘山是一个极其庞大、复杂的防洪水利系统，塘山只是这个系统内最长的坝体。”王宁远说，在这样认识的前提下，他们和社科院考古研究所科技考古中心合作，通过美国科罗纳间谍卫星1970年代拍摄的图片观察，并结合地形数据的GIS分析，形成了良渚古城外围水系统的初步结论——西北部山地间这些水坝可能起到拦阻暴雨洪水的作用，据集水区面积分析计算，现存坝高可抵御约960毫米的降水量，而本地区最高降水量约在1000毫米左右。因此，该水坝系统足以抵御百年一遇的洪水袭击，保护遗址群的安全。

“最近分析表明这个系统，除了构成了良渚古城外围庞大的防洪水利工程，防止了来自古城西北部山地的洪水对古城的直接冲击外，还可能存在着用水和交通等综合功能。”王宁远兴奋地表示，我国水利史是从距今4100年到4000年间的大禹治水传说开始讲起，现存最早的大型水利工程遗迹则晚到春秋和战国时期，距今不超过2500年。而良渚遗址的塘山和岗公岭等水利设施年代可能早到4800年。“如果今后的工作可以证实这些水坝与塘山和岗公岭年代一致，则将改写中国水利史。”

基于多图像的考古遗迹遗物三维数据获取

目前，三维扫描技术已较多地应用到考古发掘的记录中。即采用三维扫描仪进行扫描，从而获得各种建筑、物品等三维立体图像。但扫描仪设备昂贵，高达几百万、甚至上千万元人民币，还需专业人员进行操作，测量获得的数据不具备色彩信息，后期处理工作量很大。

刘斌说，浙大计算机系研究出一种新技术，用普通数字单反相机对测量对象进行多角度的普通拍摄，由计算机软件对这些照片进行自动的特征点比对，并通过计算获得该对象真实的三维空间数据。在此基础上，可根据需要完成遗迹和遗物的平剖面图、正射影像、三维模型等各类数据。

“这项技术的好处在于，设备为一般考古工作的普通相机，发掘人可自行完成照片的拍摄，复杂的计算和处理完全由软件自动完成，其影像数据还带有色彩信息，完成的正射影像和三维模型不需进行‘贴皮’工作，比三维扫描仪手段更适合田野考古工作的实际。”刘斌说，他们曾联合浙大计算机系对陶器、玉器、古城墙解剖现场探方等遗迹遗物进行试验，获得了三维模型数据和城墙的铺垫石的正射影像和剖面图，经过验证发现其精度高，完全满足考古工作的需求。（记者 李禾）

《科技日报》（2012-07-19 五版）