第三届中国考古学大会数字考古专业委员会学术研讨综述

数字考古是在计算机技术支持下，考古学研究中集成运用现代测绘、遥感、三维重建、地理信息系统、虚拟现实、数据库和网络等技术，充分采集并运用调查、勘探、发掘和文献等空间与专题信息进行考古综合分析、研究的理论和技术方法，是信息时代考古学发展的必然趋势。目前数字考古已经贯穿考古研究的全过程，成为考古研究必不可少的技术支撑和分析工具。

　　2021年10月18日下午至10月19日，来自国内科研院所和高校的20余位参会代表通过线下和线上的方式参加了在三门峡召开的第三届中国考古学大会数字考古专业委员会的学术研讨。18日下午及19日上午的主题报告分别由杨林研究馆员和王宁远研究员主持。会上发言的13位代表围绕遥感考古调查、区域数字考古、考古数据分析三个主题，就边疆清代军台设施、长城等遥感考古调查、遥感与GIS技术在区域和大遗址的应用、考古时空数据分析方法和案例等内容作了专题报告，并进行了广泛交流和深入讨论，研讨会最后，数字考古专业委员会主任刘建国研究员进行了学术总结。

图1　数字考古专委会线下代表合影

　　一、遥感考古调查与遗址三维测绘研究

　　遥感技术一直是考古探查的重要手段，其覆盖范围广、无损探测等优势，极大程度上节约了地面田野调查的人力、物力成本，尤其对于一些地域广泛、地理环境恶劣（如西北沙漠地带）的区域，其独特优势更加明显。随着地面和无人机三维数据获取和建模技术的普及，遗址三维信息的记录和应用越来越普及。本次研讨会的专题报告中，遥感考古调查和三维测绘为主题的报告具有一定的代表性，有五位代表结合具体遗址研究作了主题报告。

图2　中国国家博物馆杨林研究员主持会议

　　中国国家博物馆李刚研究馆员以《巴楚牙喀库都克遗址遥感考古调查——兼论清后期巴楚-柯坪戈壁军台的分布与差异》为题，针对遥感在边疆清代军台设施中的应用作了详细介绍。该项研究结合历史文献及多个时期遥感影像对巴楚至柯坪之间的清代后期戈壁军台遗址进行了调查。首先根据全国第三次文物普查资料，结合《新疆图志》等历史资料中相关线索，发现了疑似清代雅哈库图克军台的雅克库都克古道遗址，然后从相关文献记载资料中提取雅哈库图克军台位置信息，利用历史影像目视解译标注军台所在疑似区域，再对疑似区域进行了实地无人机低空摄影数据采集，根据采集数据分别构建了遗址区域数字正射影像（DOM）、数字地表模型（DSM）以及数字平面图，并对遗址区域地理环境进行综合分析，将综合分析结果与历史资料进行对比，最终确认雅克库都克古道遗址即为雅哈库图克军台所在地。参照上述方式，该研究最终确认了史料中五处清代后期军台遗址所在地，即雅哈库图克军台、色瓦特军台、车底库勒军台、图木舒克军台、齐兰军台，为新疆军台规制与等级研究提供了新资料。

图3　线下代表李刚研究馆员发言

　　内蒙古大学蒙古历史学系的李哲副教授作了题为《大兴安岭林下遗址遥感考古初探：发现辽始祖“奇首可汗”墓？》的报告。大兴安岭及周边地区常被认为是我国北方诸民族的发源地，但由于林区的不易抵达性和遮蔽作用，长久以来该地区的考古调查研究一直较为薄弱。随着遥感技术的快速发展，尤其是无人机机载激光雷达技术的成熟，为林下考古研究带来了前所未有的机遇。神山遗址位于大兴安岭南端，处于绰尔河北部的神山（博格达山）顶部，该区域植被茂密、山路难行，给传统考古调查带来了重大难题。本研究通过综合运用高分辨率遥感卫星数据、无人机航空摄影测量技术、无人机激光雷达探测技术，并结合田野调查记录、史料文献等，在地理信息系统的支持下对神山遗址开展了较为详细的遥感调查研究，首次较为全面地展现了遗址群的真容真貌，同时，结合实地调研情况，初步认为该遗址为奇首可汗陵墓所在地，为北方民族的考古研究提供了新材料、新视角，为我国森林地区考古，特别是大兴安岭地区的民族考古调查提供了坚实的技术例证。

图4　线下代表内蒙古大学李哲副教授发言

　　中国社会科学院考古研究所刘建国研究员以《聚落考古与人地关系研究》为题，从无人机三维数据获取和建模在聚落考古研究中的应用角度，介绍了通过无人机数据获取与建模对江汉平原早期聚落、赤峰石城地貌环境与遗址选址以及聚落水利设施分析。无人机拍摄与多视角三维重建技术的发展为聚落遗址的三维重建提供了新的机遇。运用无人机拍摄聚落遗址的高重叠度数字影像，可以建立整个遗址的数字三维模型，全面获取聚落遗址空间信息，记录下遗址拍摄瞬间的保存状况。数字三维模型能够生成高分辨率的正射影像图、数字表面模型等成果，研究者在计算机中可以对整个遗址进行观察、分析和模拟，为遗址的结构、布局等研究提供精确的数据模型资料。快速、精确的聚落遗址三维空间数据获取与资料分析，能够为遗址的地形测绘、空间分析、数据存档等提供高精度的数据支持，使快速提取与分析遗址的微地貌特征成为可能。一些无人机拍摄的影像具有空间位置信息，三维重建后导出的正射影像图、数字表面模型等拥有准确的坐标参照数据，能够与其他大范围的地形数据、遥感信息等进行空间叠置等分析，将聚落遗址置入周边环境中进行研究和探讨，解读聚落遗址的形成、发展与演变过程，为区域聚落考古调查、分析和古代人地关系研究探索出新的途径。

图5　线下代表刘建国研究员发言

　　郑州市文物考古研究院赵向莉馆员作了题为《基于新型测绘技术的双槐树遗址田野考古绘图研究》的报告。双槐树遗址是一处距今5300年前后的都邑性聚落遗址，为保证其文化遗存资料获取的全面性、准确性、实时性等，文物考古测绘工作者通过无人机航测技术、三维建模和裸眼二三维联动测图技术等新型测绘技术，获取该遗址核心区及周边控制地带地形地貌、勘探遗迹、发掘探方、探沟等航摄影像与控制点数据，建立遗址实景三维模型、正射影像、数字地面模型，编绘遗址大比例尺地形图、考古勘探遗迹分布图、考古发掘遗迹平面图、考古发掘探方剖面图等数字线划图。新型测绘技术不仅具有数据获取简单、省时省力、精度高、全面性强等优势，且在数据处理及后期图形编绘方面具有易操作、工作效率高、准确性强等优势，为田野考古绘图提供了新的技术支持。

图6  线上代表合影（党安荣教授、何捷教授、闫丽洁博士、博士生刘焕杰、张仲伍教授和赵向莉助理馆员）

　　山西师范大学地理科学学院的张仲伍教授以《无人机遥感在文物保护中的方法及应用——以内蒙古自治区长城遗址保护为例》为题，重点介绍了无人机遥感技术及多光谱遥感NDVI分析在长城遗址保护中的应用。无人机遥感技术是在低空快速获取分辨率高的空间遥感信息的应用技术，具有高时效、高时空分辨率、高机动性、云下低空飞行和克服云雾干扰等优势；NDVI一般常用于判定植被叶绿素含量的指数，可反映植被长势和营养信息，适用于植被生长状态和植被覆盖度的监测，值越高表明植被覆盖度越高。通过基于无人机遥感技术的三维建模图和NDVI图分析总结长城遗址保护现状、植被覆盖率对于遗址的保护作用和无人机遥感技术在文物保护中的优势作用与劣势作用。通过NDVI分析得出，长城遗址保护现状主要是受到风沙侵蚀的破坏，使得墙体倒塌和被沙子掩埋；植被可以减弱大风对裸露地表的作用，植被覆盖率高的地方可以增加地表粗糙度和降低风速，减少风沙的侵蚀，进而保护长城遗址。无人机遥感技术在文物保护中的优势体现在操作方便、限制条件少，拍摄分辨率高、飞行精度高和对文物进行数字化保护的优势；劣势体现在受天气状况限制和无人机飞行限制，无人机飞行限制主要是电池续航能力不足。无人机遥感技术可以对文物进行数字化处理，建立数字化模型，创新保护手段，展现文物独特魅力。

　　二、专题和区域数字考古综合研究

　　浙江省文物考古研究所的王宁远研究员对GIS与RS在浙江考古中的应用作了详细介绍，该研究以浙江省为例，探讨并总结了遥感与GIS技术在浙江考古中的应用历程、应用成果和未来发展方向。收集了覆盖浙江省范围的30-70年代的历史影像、历史地图、现代影像，部分是二维影像，有些可生成三维立体模型，部分是激光雷达数据，从而形成了丰富的浙江省多源遥感影像数据库。根据影像特性、应用目的和研究需求选择合适的数据分析软件和展示管理软件，对浙江省资料进行整合、处理、分析和应用。经过处理的遥感影像用于考古遗址的前期调查与勘探，为考古发掘提供重要依据。后期结合遗址的性质、年代、位置、面积、顶底标高、文化层厚度等发掘成果形成更加丰富的数据库，该数据库资料可以导入到随身携带的移动客户端，实现实时在线查看所有数据，同时还可在线查看三维立体模型，极大程度上提高了考古调查与勘探的效率。此外，还利用GIS强大的空间分析功能对遗址点进行空间处理和分析，不仅分析遗址相互间的关系，也分析遗址与环境的关系，进而研究人地关系，同时也结合影像数据建立更大范围内的遗址预测模型，已实现在杭州良渚、绍兴宋六陵、台州章安故城等多地区的应用。

图7　线下代表王宁远研究员发言

　　中国科学院空天信息创新研究院的杨瑞霞副研究员以《大遗址数字考古实践与思考》为题作了报告。首先对遥感考古、数字环境考古、空间考古、数字考古、大遗址等相关概念进行了梳理，并对数字考古在考古调查、勘探、发掘以及遗址展示与保护、研究等方面的主要作用进行总结。然后，分别以豫东冲积平原沟渠遗迹及平陶城、点军台遗址为例，介绍了遥感考古探测和发现考古遗迹的过程，以郑州商城遗址和开封顺城门遗址为例，介绍了面向对象的大遗址历史档案资料数字化整理的流程，以及考古发掘现场三维数字化记录、建模和信息提取的过程。基于商代墓葬藏地环境解析相关案例介绍了数字环境考古的相关应用。最后，通过分析目前大遗址数字考古的实践，认为在以空间信息技术为核心的数字化技术逐渐融合到考古学科的过程中，跨学科的应用需要解决的关键问题是技术的适用性和应用效果，进而提出未来大遗址数字考古需要关注的几个问题:(1) 基于多技术和多元数据的大遗址综合调查；（2）大遗址考古发掘的数字化记录与数据管理；（3）考古历史资料的数字化整理与标准化处理；（4）大遗址数字化重建与虚拟复原；（5）大遗址考古数据资料的标准化与共享。

图8　线下代表杨瑞霞副研究员发言

　　哈尔滨工业大学（深圳）建筑学院何捷教授作了题为《中国大陆早期垂直摄影历史遥感影像及其应用》的报告。从19世纪航空摄影出现以来，由于能够追溯大范围遗址景观的第一手影象材料，因而在考古学、文化遗产等研究领域得到了广泛应用。由于军事和测绘制图的要求，特别是从两次世界大战之间开始垂直摄影开始成为更为规范化的信息采集方式。中国大陆地区的大规模系统化垂直摄影航空影像也在这个时间段开始发展，在冷战时期则有更长时间段和更广阔空间范围的数据采集，记录了快速城市化之前的历史环境信息，是非常有价值的考古资料。目前可以系统地公开获取的中国大陆地区垂直摄影历史遥感影像数据集基本源于美国“照相侦查”（photo reconnaissance）体系，数据解密后可从美国国家档案和记录管理局（NARA）和美国地质调查局（USGS）系统查询与获取，按数据时段及数据形式大约可以分为二战末期“中美合作测图”航测影像、美国Corona间谍卫星影像、以及U-2间谍飞机影像三个大类，涵盖1944至1945年以及1960至1970年代早期到中期的广泛地区。目前在考古学和文化遗产保护领域，除相对易于获取、且数据覆盖区域较广的解密Corona间谍卫星影像有部分应用之外，其它数据集由于各种限制而少有问津。本研究对这三个数据集进行介绍，分析其数据来源、覆盖时空区域、影像特点、校正及制图方式等，并通过实际考古调查与遗产保护支撑案例讨论这些数据集的应用，进一步分析未来应用的潜力和适当模式。

　　天津大学建筑学院李哲研究员以《基于遥感·数字·景观考古学联合方法获得长城体系化新知》为题，对科技手段在长城考古中的应用做了详细介绍。针对长城这种超大尺度文物建筑群体、文化线路遗产，单纯依靠地面踏勘或手工测绘很难在短时间揭示全部遗产资源及其内涵价值，也不能局限于一种先进方法或技术手段，而是在不同的作业阶段综合利用遥感考古、数字考古、景观考古三种科技考古学方法：包括使用基于无人机平台的超低空遥感考古方法采集高分辨率图像与三维数据、发现潜在实物遗存；使用智能化的数字考古手段解决长城全线/全域海量图像与数据资料的分类、检索、对象识别与目标提取难题；再以景观考古学的观察方法揭示长城防御体系各处遗存之间的规划层级、应援关系以及人工遗存与周边地形环境之间的耦合关系。应用上述科技考古手段目前已获得相当数量、各种类型的长城新知，但存在相对繁杂琐碎的问题，本研究将其分门别类进行梳理，以整理出清晰的技术路线和成果体系，服务于长城考古发现、场景还原、文献验证、价值阐释、现状监测等各类工作。

图9　线下代表天津大学李哲教授发言

　　清华大学建筑学院党安荣教授作了题为《长城文化遗产保护的数字孪生研究》的报告。基于长城文化遗产保护与利用的本质特征和长城学理论，首先明确了空间信息技术方法作用于长城文化遗产保护与利用的内涵。并借鉴数字孪生理论与方法，结合新型空间信息技术发展趋势，提出了长城文化遗产保护与利用的新技术方法。该方法以“循证分析”与 “科学推演”两部分为关键内容，涵盖长城文化遗产数据采集、模型构建、定量分析、虚拟修复、展示利用等五个方面的技术方法。该方法不仅立足于解决长城文化遗产数字化的表观与外形，更要揭示长城文化遗产的内涵与实质，有助于从根本上实现长城文化遗产体系的有效保护与永续利用。

图10　线下会议现场

　　三、考古数据分析方法和区域分析

　　北京大学考古文博学院的张海副教授以《蒙特·卡洛方法在考古学研究中的应用》为题作了报告。蒙特·卡洛方法是计算数学中用于随机抽样和统计检验的一种特殊算法，是计算机时代的产物，在当今统计数学、大数据分析中具有独特的作用。蒙特·卡洛方法在定量考古学中也有广泛的应用。考古学研究中应用蒙特·卡洛方法可以方便地依据考古数据自身的分布特征求解概率问题，能够起到其他定量分析方法不易或无法达到的效果。第一，蒙特·卡洛方法支持下的考古学空间分析。以牛河梁遗址的16处地点为例，在GIS视域分析工具的支持下，蒙特·卡洛方法不仅可以帮助解决特殊遗址或地点在视觉景观中的显著性问题，而且可以有效模拟计算视域网络。第二，蒙特·卡洛方法支持下的考古学时间分析。以碳十四概率总和分布模型SPD为例，引入蒙特·卡洛方法不仅可以帮助解决考古学的时间不确定性问题，而且能够有效提高SPD模型的预测精度和效率。蒙特·卡洛方法支持下的地貌过程分析。以河流地貌演化为例，在GIS水文分析工具的支持下，蒙特·卡洛方法可以模拟河流地貌的不稳定问题，帮助划分河流地貌单元。第四，蒙特·卡洛方法支持下的时空过程分析。近来，德国考古学家通过对5000余件近东、印度等地的史前量器的测量计算，应用蒙特·卡洛模拟了各地早期市场贸易的情况，得出早期市场产生的自发性特征的结论。认为在现代计算手段的支持下，蒙特·卡洛方法在考古学的定量分析中具有非常广阔的应用前景。

图11　线下代表张海副教授发言

　　天津大学建筑学院的博士研究生刘焕杰以《宏观视角下史前聚落与水系时空关系研究——以内蒙古赤峰市敖汉旗地区红山、夏家店下层和夏家店上层文化为例》为题作了报告，利用GIS水文与空间分析方法，从宏观视角按照红山文化、夏家店下层文化、夏家店上层文化三个时期对敖汉旗地区聚落时空分布与水系的水平、垂直距离和级别进行研究。结果表明两者之间关系紧密，但整体来看聚落对水系的依存关系逐渐降低：（1）随全新世大暖期气候波动、河流水量和农业在经济生活中作用的变化，聚落与水系的水平距离不降反升，由100 m以内逐渐增大到300～500 m；（2）生业经济的转变和防御、祭祀等特殊需要，导致聚落与水系的垂直距离由10～30 m逐渐减小为10 m之内，并在此过程中呈现出“一高一低”的两极分化现象；（3）受聚落形态与社会组织结构影响，对水系的利用由无意识、被动逐渐转为有意识、主动，各时期除在1级水系附近分布聚落最多外，其他各级水系的分布情况存在差异，与不同级别水系呈现“分散-集中-松散”的整体关系。研究为史前聚落人地关系、古环境与生业、社会复杂化发展等问题提供了新的解释。

　　河南省科学院地理研究所闫丽洁助理研究员分享了基于地貌形态的河南地区新石器至夏商时期聚落规模等级演变研究。该研究根据河南省地貌区划将河南地区分为三门峡-洛阳黄土丘陵区、太行山山地丘陵区、桐柏大别山山地丘陵区、崤山-熊尔山-伏牛山山地区、黄河冲积平原、淮河冲积平原六大区，以河南地区新石器时期至夏商时期4095处聚落（包括裴李岗时期186座，仰韶时期979座，龙山时期1710座，夏商时期1220座）为对象，通过选取遗址面积、遗址文化层厚度、有无城垣、有无壕沟、其他重要遗迹遗物等要素，采用聚类分析方法，对区域新石器时期至夏商时期聚落规模等级在六大地貌区划中进行划分。以GIS空间分析方法分析不同地貌分区中的聚落规模等级演变过程，采用GIS空间统计分析方法，分析不同规模等级聚落间的数量、密度、遗址域的分异。认为：（1）区域内不同地貌分区聚落规模等级差异较大。（2）随时代演进其最高等级聚落的面积越来越大，其数量在同期聚落中占比却越来越小。（3）各时代的聚落数量有明显的等级分布特点，具有金字塔形层级结构，规模等级最高的聚落相当于塔尖，规模等级为中级的聚落相当于塔身，规模等级最低、数量最多的小型聚落相当于塔底。通过对河南地区聚落规模等级划分研究，为社会分化、聚落形态演化、文化迁移等重要领域的研究工作提供依据与帮助。

图12　线下部分参会人员合影

　　讨论阶段，各位代表纷纷发言。中国国家博物馆杨林研究馆员提出要充分发挥专委会的作用，吸纳更多从事数字考古相关领域的专家和青年学者加入进来，促进数字考古领域的深化研究和应用普及。多位代表发言认为目前数字考古中，GIS是整合考古海量信息的重要工具，考古遗址的时空关系表达也非常重要，多维度数据采集技术普及和数据分析有待加强，建立中国考古数据管理标准和遥感历史影像数据库很有必要。研讨会最后，专委会主任刘建国研究员对各位代表的报告进行了点评和总结，尤其对青年数字考古学者的研究进行了充分肯定和鼓励，提出今后数字考古专委会将进一步增强沟通和交流，深化研究和应用，为建设中国特色、中国风格、中国气派的考古学提供数字考古理论方法和技术支撑。