浅谈RTK技术在考古工作中的应用

段鹏飞

随着现代测绘技术的迅猛发展,测绘与文物考古的联系越来越紧密和深化。测绘被日益广泛地运用到考古工作中,不仅使考古发掘单位面积的信息量大大增大,而且使取得这些信息的手段更加科学、准确、便捷。RTK(Real Time Kinematic,简称 RTK)即“实时动态测量技术”在考古测绘中的运用,即为其中一例。2007年8月～9月,在山西省左云古城土城墙调查中,采用RTK技术对其进行了测绘,在实践中证明该技术在考古测绘工作中具有极强的可操作性。下面是对RTK技术在考古测绘中的使用心得及体会,供大家参考。不当之处,敬请大家指正。

历史上的左云城,寺庙、牌坊、楼台、殿阁古朴精巧,各具风姿;鼓楼、钟楼、魁星楼、太平楼、牌楼建筑奇特,遥遥相望。可惜的是这些建筑都毁于战火和“文革”时的“破四旧”。相对而言,古城墙保存的比较完整,但由于百姓取土、取砖、建窑、挖洞等原因,年久失修的古城墙也面临着破坏和坍塌的危险,因而对古城墙进行保护性修复就显得尤为重要。

1 实时动态定位(RTK)技术和测量原理

谈起RTK技术,先得介绍一下GPS技术。GPS(Global Positioning System,简称GPS)即“全球定位系统”,20世纪70年代在美国开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

GPS由空间部分、地面支撑系统及用户设备3个部分组成。空间部分即进行定位的卫星,包括21颗工作卫星和3颗备用卫星。地面支撑系统由主控站、注入站和监测站构成。用户设备则是用来接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息。目前,GPS技术已广泛应用于各项考古工作中,如长城资源调查、第三次全国文物普查等。

RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术,是GPS测量技术发展中的一个新突破。RTK技术系统用户主要包括3个部分:基准站、流动站和数据链。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站在接收基准站数据的同时,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,从而导出厘米级定位结果。

因为RTK测量技术能够实时地提供测量点的高精度三维坐标(x,y,z),这就为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障,这对GPS测量技术的发展和普及具有重要的现实意义。

2 采用RTK技术进行考古测绘

为方便表述,把古城墙遗址所包含的城区范围称为测区,首先将基准站架设在一个已知坐标的控制点上,以另外两个已知控制点为校正点,校正完成后,持移动站、手簿及对中杆对古城墙中轴线进行测绘,当采集状态为固定解时,实时测绘城墙拐点及特征点。充分利用伸缩梯等攀爬工具尽可能地采集到古城墙更多的特征点,同时绘制古城墙草图及点之记以保证采集数据的准确性、连续性和完整性。

外业工作完成后,参考左云县志及大比例图件等资料,利用专业软件对采集的数据进行编辑,从而绘制出左云古城土城墙电子图。古城呈矩形状,长1 674 m,宽1 474 m,周长计6 296 m。

将上述过程得到的古城墙中轴线坐标从计算机传输到GPS手簿里,然后将基准站架设在一个已知坐标的控制点上,以另外两个控制点为校正点,校正完成后,持移动站、手簿及对中杆对古城墙中轴线进行放样,就是把空间坐标落实到具体位置上,这个过程是与前述测量步骤互逆的。放样时,手簿界面会提示操作员离目标点的方位及距离,从而可以实现目标点坐标定位。在定位的基础上,依据现存的土城墙的材质、工艺、结构可以复原间断的、残缺的、遭到破坏的古城墙。将古城墙电子图与最新的大比例尺城区图进行套合,参考文史地理资料,不但可以确定左云古城南、北、西门的最可能位置,而且还可以为古城规划、修复拆迁、费用测算等工作提供数学依据。

3 RTK技术在考古测绘中的优势

RTK技术由于其可以在不考虑点与点之间通视的情况下,对地形地貌进行全天候、高精度的测量。相对于全站仪、便携式GPS仪而言,具有明显的优越性。1)采用 RTK技术可以测图。用RTK测图时,仅需一人背着仪器在待测的地形地貌碎部点上停留 1 s～2 s,同时输入特征编码,即可进行实时测量。把一个区域测完后回到室内,经专业的软件接口可以自动输出所要求的地形图,这样就大幅度地提高了工作效率。2)放样。考古中布设探方是一项重要的工作,采用RTK技术放样时,仅需把设计好的探方点位坐标输入到电子手簿中,然后背着GPS接收机,电子手簿会随时提示操作员离放样点的方位及距离。采用RTK技术还可以将勘探的结果记录下来,在布设探方后,将遗迹的位置进行放样,按照放样位置进行发掘,这样就可以避免许多重复工作。3)三维坐标数据采集。每个遗迹、遗物在一定的坐标系中都有其唯一的坐标,将这些坐标采集以后,录入到GIS系统之中,可以为遗迹建立三维模型。

4 结语

随着测绘科学与考古学的发展,两者之间的联系必将越来越紧密,笔者相信测绘技术不仅在国防、科学技术研究和工程建设中发挥重要作用,也必将为考古工作提供强有力的技术保证,让我们携手共创测绘学与考古学美好的未来。

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