實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量技術(shù)（RTK）在桐城魏莊遺址中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】RTK；考古測(cè)繪；Matlab；數(shù)據(jù)分析；魏莊遺址

【摘要】在科技發(fā)展日新月異的今天，考古學(xué)與前沿科技的聯(lián)系變得更加緊密。在考古測(cè)繪方面，RTK設(shè)備的應(yīng)用，為采集更多種類(lèi)的數(shù)據(jù)提供了技術(shù)上的可能性，所測(cè)繪出的數(shù)據(jù)逐漸精確，所還原的信息量也大幅增加。2019年，在中國(guó)人民大學(xué)考古文博系與安徽省文物考古研究所聯(lián)合發(fā)掘安徽桐城魏莊遺址的過(guò)程中，我們利用RTK技術(shù)采集了大量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理軟件Matlab處理后，可以在一定程度上還原魏莊遺址遺物和遺跡的分布情況。同時(shí)，通過(guò)對(duì)遺物分布的分析還可以還原出可能錯(cuò)過(guò)的遺跡單位，進(jìn)而推導(dǎo)出遺跡現(xiàn)狀的形成原因。與魏莊遺址周邊其他商周時(shí)期和新石器時(shí)期遺址的文化面貌進(jìn)行對(duì)比，可以佐證數(shù)據(jù)還原及分析成果的準(zhǔn)確性。雖然目前相關(guān)研究仍存在不足，但RTK數(shù)據(jù)的采集、對(duì)比和應(yīng)用仍可以為今后的考古發(fā)掘和研究工作提供一定的參考。

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*本文通訊作者為王曉琨教授，魏莊遺址獲評(píng)“2018—2019年安徽十大考古新發(fā)現(xiàn)”

在考古調(diào)查和發(fā)掘中，測(cè)繪記錄是非常重要的環(huán)節(jié)。前期的準(zhǔn)確記錄可以有效地還原調(diào)查和發(fā)掘的成果，并在此基礎(chǔ)上完成繪圖。早期的考古測(cè)繪工作主要依賴(lài)平板儀、羅盤(pán)、皮尺等工具，進(jìn)入21世紀(jì)后，全站儀、GPS等更加現(xiàn)代化、電子化的設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用[1]，RTK技術(shù)的引入則為考古工作注入了新的科技能量。

RTK（Real-Time Kinematic）即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是指以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)，測(cè)繪結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精確度。RTK測(cè)量需要同時(shí)配備基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，以消除或減弱測(cè)繪過(guò)程中與衛(wèi)星通信造成的誤差值[2]。本文中提到的RTK測(cè)量工具僅指RTK測(cè)量中的流動(dòng)站，采用基于通訊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作的千尋網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)。

和之前的測(cè)繪工具相比，RTK有相對(duì)明顯的優(yōu)勢(shì)——相較于GPS，RTK的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)；相較于全站儀，RTK操作更簡(jiǎn)便，站點(diǎn)間不要求通視，測(cè)量點(diǎn)誤差不會(huì)累積，數(shù)據(jù)采集不會(huì)被天氣過(guò)度影響[3]，在山區(qū)更有優(yōu)勢(shì)[4]。但RTK也有不足：容易受到衛(wèi)星截止角的限制，在信號(hào)被干擾或遮擋的情況下不能正常使用，需要配以其他方式測(cè)繪[5]。

RTK在考古調(diào)查和發(fā)掘中的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果，如吉林省文物考古研究所[6]、山西省考古研究所[7]、中央民族大學(xué)[8]、北京大學(xué)[9]、鄭州大學(xué)[10]等單位均在考古測(cè)繪中使用了RTK設(shè)備，并總結(jié)了各自的測(cè)繪經(jīng)驗(yàn)。2010年起，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院考古研究所[4]和湖北省[11]、新疆維吾爾自治區(qū)[12]、河南省洛陽(yáng)市[13]、重慶市[14]等地的文物考古單位均曾在布方階段使用RTK。四川省文物考古研究院等單位在發(fā)掘眉山市彭山江口古戰(zhàn)場(chǎng)遺址時(shí)，用RTK設(shè)備數(shù)據(jù)完成了遺物分布的高程散點(diǎn)圖[15]。

2019年，中國(guó)人民大學(xué)考古文博系與安徽省文物考古研究所聯(lián)合發(fā)掘了安徽桐城魏莊遺址。為了更好地發(fā)揮RTK測(cè)繪的便捷優(yōu)勢(shì)，在發(fā)掘過(guò)程中，我們將利用RTK采集的范圍拓寬到更多的出土遺物，并將采集數(shù)據(jù)按照地層和遺跡進(jìn)行了分類(lèi)，這些數(shù)據(jù)以Matlab軟件進(jìn)行處理后，可以在一定程度上還原魏莊遺址的遺物和遺跡的分布，并為后續(xù)的分析研究提供更多的數(shù)據(jù)支撐。本文對(duì)本次利用情況進(jìn)行總結(jié)和介紹。

一、魏莊遺址發(fā)掘中RTK的應(yīng)用

1.遺址情況

魏莊遺址位于安徽省桐城市北孔城鎮(zhèn)晴嵐村魏莊自然村。遺址系沖積臺(tái)地地貌，北依低矮的山丘，南繞孔城河，呈帶狀分布，是人為形成的臺(tái)墩型聚落遺址，中心坐標(biāo)北緯31°2’23’’，東經(jīng)117°5’44’’，平均高程11米。該遺址是在2018年安徽省文物考古研究所為配合“引江濟(jì)淮”工程而進(jìn)行的考古調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的。2019年3月16日至6月8日，中國(guó)人民大學(xué)考古文博系與安徽省文物考古研究所合作對(duì)其進(jìn)行了發(fā)掘。

該遺址共分為三個(gè)發(fā)掘區(qū)，本文以Ⅰ區(qū)為例。

該區(qū)共計(jì)發(fā)現(xiàn)4個(gè)不同地層。

①層為耕土層，厚15～25厘米，土色為淺灰色，土質(zhì)疏松，其內(nèi)包含物有大量植物根系、少量石塊及紅燒土顆粒、炭屑，另有夾砂紅陶陶片、夾砂灰陶陶片、近現(xiàn)代瓷片、青磚等遺物，屬于近現(xiàn)代堆積。

②層為擾亂層，厚15～25厘米，土色為淺褐色，土質(zhì)較軟，其內(nèi)包含物有少量植物根系、大量紅燒土塊及石塊、紅燒土顆粒、炭屑，遺物包括陶片、石器、鐵釘、唐宋時(shí)期的瓷片等，年代大約為唐宋時(shí)期。

③層為新石器時(shí)代文化層，厚約20厘米，土色為黃褐色，包含物較少，只有少量的紅燒土顆粒和陶片。該層以下為生土。

該區(qū)共設(shè)5個(gè)10米×10米探方，其中T101至T104自西向東呈“一”字形排列，朝向?yàn)楸逼?0°，T105位于T103的西南，發(fā)掘過(guò)程中各方均有不同程度的擴(kuò)方。

T101位于Ⅰ區(qū)最西側(cè)，共發(fā)現(xiàn)4處遺跡，其中H6、Z1、F1開(kāi)口于②層下，H23開(kāi)口于③層下。

T102位于T101東側(cè)，共發(fā)現(xiàn)2處遺跡，其中H2開(kāi)口于②層下，H3開(kāi)口于③層和H2下。

T103位于T102東側(cè)，共發(fā)現(xiàn)7處遺跡，其中H4、H5、H7等開(kāi)口于③層下，H16開(kāi)口于H5下。

T104位于T103東側(cè)，共發(fā)現(xiàn)21處遺跡，其中M6、H1、H11、H14開(kāi)口于②層下，G1、G2、L1、L2等開(kāi)口于③層下，H12開(kāi)口于H11下。

T105位于T103西南側(cè)，共發(fā)現(xiàn)9處遺跡，其中H21開(kāi)口于①層下，H22開(kāi)口于②層下，H24、H25、H27、H28等開(kāi)口于③層下。

2.數(shù)據(jù)采集

本次發(fā)掘在布方和數(shù)據(jù)采集階段使用的RTK設(shè)備為華測(cè)T8小型智能RTK。采集的數(shù)據(jù)包括文化層中散布的陶片和典型器物，房址、墓葬、灰坑、路址的邊緣和包含的遺物的位置。

數(shù)據(jù)采集工作由專(zhuān)人負(fù)責(zé)，對(duì)地層內(nèi)遺物要做到隨出土隨采集。數(shù)據(jù)記錄時(shí)，每一個(gè)遺物點(diǎn)位均需標(biāo)清所屬探方、層位、序號(hào)。如果同時(shí)發(fā)現(xiàn)多塊較分散的陶片，則需要根據(jù)提取順序依次編號(hào)，以保證遺物在現(xiàn)場(chǎng)登記時(shí)序號(hào)不會(huì)混亂。對(duì)于灰坑、灶址、墓葬等類(lèi)型的遺跡單位，需要格外留意開(kāi)口或邊緣點(diǎn)位的選取和采集。遺跡單位內(nèi)的遺物要單獨(dú)編號(hào)。

3.數(shù)據(jù)分析

由于當(dāng)時(shí)可獲取的AutoCAD等軟件只能實(shí)現(xiàn)平面圖的測(cè)繪，對(duì)于大量遺物點(diǎn)位的呈現(xiàn)效果并不理想，故而數(shù)據(jù)分析改用Matlab軟件。該軟件是由美國(guó)MathWorks公司推出的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，主要用于數(shù)據(jù)分析、無(wú)線通信、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、信號(hào)處理等領(lǐng)域。Matlab可以生成較為直觀的3D圖像，本次實(shí)踐中取得了較為理想的效果。

二、RTK采集數(shù)據(jù)在研究中的應(yīng)用

1.遺址范圍內(nèi)土層的完整分布狀況

通常而言，發(fā)掘中往往側(cè)重于對(duì)探方中四壁地層的繪制，內(nèi)部的地層變化情況則無(wú)法有效顯示。采用RTK技術(shù)采集各層遺物位置，可以在三維圖像中還原出對(duì)應(yīng)地層的遺物情況，進(jìn)而還原出探方內(nèi)部地層的走向。

圖一將Ⅰ區(qū)T104至T101南壁剖面的手繪線圖和通過(guò)采集遺物點(diǎn)位形成的電子剖面圖進(jìn)行對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)，兩張圖的地層走向大體一致，但電子剖面圖的還原效果更為理想。

具體到探方內(nèi)部，從T101、T102四壁剖面的對(duì)比圖（圖二）中我們可以看到，如果從文化層中采集的遺物數(shù)量充足，那么通過(guò)遺物的點(diǎn)位來(lái)還原地層實(shí)際的走向和分布完全可行。雖然散點(diǎn)反映的地層會(huì)在交界處出現(xiàn)一定差異，但這種情況應(yīng)該是手工劃定地層時(shí)造成的誤差。為減少此類(lèi)誤差，采集時(shí)需要格外注意采集遺物的類(lèi)型和位置，并在室內(nèi)整理階段注意甄別和數(shù)據(jù)矯正。

2.遺跡內(nèi)遺物的堆積情況

田野發(fā)掘中的繪圖，通常只繪出灰坑的開(kāi)口及以下部分，而灰坑內(nèi)的遺物堆積并不一定是填滿的，也不一定全部在灰坑開(kāi)口以下，有時(shí)可能延伸到灰坑以外。通過(guò)采集對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，將灰坑出土遺物與其上方的地層遺物相比對(duì)，可以還原灰坑開(kāi)口處的堆積情況，并對(duì)此類(lèi)現(xiàn)象及形成原因有更好的認(rèn)識(shí)。

圖三顯示了Ⅰ區(qū)開(kāi)口于②層下的遺跡單位，包括F1、Z1、M6、H1、H2、H6等。圖中明顯的點(diǎn)位堆積包括T101與T102交界處（H2正上方。H2開(kāi)口未采集，故電子圖中未顯示輪廓）、T104南端、T105東北部等區(qū)域。與手繪平面圖（圖四）相比較，除H2外，其余堆積并未顯現(xiàn)出與遺跡有太高的相關(guān)度。

整理資料可知，H2出土的陶片有素面紅陶、素面灰陶和素面黑皮陶，而Ⅰ區(qū)②層中也出有這些陶片類(lèi)型且數(shù)量眾多，故這些地層出土遺物可能與H2關(guān)系較大，可以看作H2的外溢堆積。

同理，將Ⅰ區(qū)③層下開(kāi)口的遺跡與③層地層遺物結(jié)合可生成電子圖（圖五），圖中可以看出幾處比較明顯的遺物堆積。與圖六手繪平面圖相對(duì)應(yīng)，可作如下分析。

第一處遺物堆積在T101西側(cè)，H23附近。結(jié)合T101②層遺跡圖，這處遺物堆積與H6的范圍高度重合，基本可以斷定此處所采集的遺物與H6有直接關(guān)系。

第二處遺物堆積在T101與T102交界處的H3上方。根據(jù)室內(nèi)整理數(shù)據(jù)可知，H3內(nèi)出土有素面紅陶、素面灰陶和素面灰皮陶，考慮到這些遺物類(lèi)型與開(kāi)口于②層下的H2內(nèi)遺物類(lèi)型高度相似，且H2與H3幾乎是直上直下的疊壓打破關(guān)系，那么此處的遺物堆積更類(lèi)似于H3中遺物的外溢，有可能是開(kāi)挖H2時(shí)產(chǎn)生的，也有可能是因水流作用沖刷而成。

第三處遺物堆積在T105中的H28內(nèi)。電子斜視圖顯示，這部分遺物堆積明顯出于該灰坑的下半部。不難看出，該灰坑內(nèi)僅有 1處較大的堆積，且堆積范圍并未覆蓋整個(gè)灰坑。

傳統(tǒng)發(fā)掘中，除典型器物外，在未發(fā)現(xiàn)明顯的遺跡現(xiàn)象或地層內(nèi)的遺物并未形成堆積時(shí)，出土后的遺物通常直接裝袋，基本不會(huì)測(cè)量其位置信息。具體到魏莊遺址，由于土質(zhì)較為致密，在逐層向下發(fā)掘的過(guò)程中遺物堆積并不顯著，如果不使用RTK，那么在此次發(fā)掘中遺物外溢的現(xiàn)象將無(wú)從觀測(cè)。故此次RTK的應(yīng)用是一次非常有益的嘗試。

3.遺跡性質(zhì)問(wèn)題

對(duì)遺跡性質(zhì)及其形成原因的判定與探究是非常重要的考古學(xué)研究?jī)?nèi)容。

（1）對(duì)H6的定性

灰坑通常指的是一些土質(zhì)土色及填充物與周邊出現(xiàn)差異的坑狀遺跡，但因自然原因形成的土坑或沖溝也有可能具有相似的性狀。

發(fā)掘T101③層過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)中部和西部的土色與同一水平面其他區(qū)域相比顏色更深。與其他探方中的③層圖紙涂色對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域與其他區(qū)域存在較大區(qū)別，遂認(rèn)為該區(qū)域有存在遺跡單位的可能性。此后幾天的刮面明確了顏色偏深的區(qū)域范圍并向下清理，兩天后H6清理完畢?？觾?nèi)土壤偏灰，整體呈灰黑色，出土石塊、陶片、紅燒土塊和瓷片等物品。

在H6完全顯露前，我們?cè)赥101中采集了部分③層遺物。從經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后的電子圖（圖七）中可以明顯看出，T101內(nèi)③層遺物主要分布在H6范圍內(nèi)。遺物登記表顯示遺物類(lèi)別包括帶釉陶片及瓷片，共42件。從類(lèi)型上看，這些遺物與其他區(qū)域③層所出差異較大，但與②層的地層遺物較為接近；從出土位置來(lái)看，基本上在H6與②層的交界附近。故可明確這些遺物均屬于H6或②層內(nèi)遺物。

H6位于T101西部，向西2米左右即為階地?cái)嘌?，且H6整體呈上小下大的扇形，內(nèi)壁呈緩坡?tīng)钭詵|向西傾斜，性質(zhì)與沖積扇較接近?？紤]到該灰坑下方疊壓打破了F1的西側(cè)以及H23頂部，且這兩處遺跡的土質(zhì)都偏硬，較難挖掘，故推測(cè)H6可能是由洪水沖出的沖積溝，形成時(shí)間應(yīng)當(dāng)與②層形成時(shí)間相近。

（2）對(duì)F1的定性與復(fù)原

F1位于T101中，南北寬中間窄，西南側(cè)被H6和H23打破，東側(cè)中部有Z1。南北長(zhǎng)910厘米，北端東西最長(zhǎng)730厘米，南端東西最長(zhǎng)460厘米，中部最長(zhǎng)處220厘米。踩踏面平均厚15厘米。踩踏面中混合有紅土、紅燒土、陶塊和砂粒；柱洞內(nèi)填土均為灰黑色，部分柱洞邊緣有一圈紅燒土。該遺跡先后標(biāo)記了27個(gè)柱洞，最后經(jīng)檢驗(yàn)核實(shí)后共有24個(gè)。發(fā)掘期間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析判斷，F(xiàn)1被認(rèn)為是開(kāi)口于③層下的遺跡。

但在③層電子圖（見(jiàn)圖五，1）中可以看到，F(xiàn)1所在位置幾乎沒(méi)有③層遺物，這種情況與Ⅰ區(qū)其他探方較為不同。我們分析認(rèn)為有兩種可能：第一種，F(xiàn)1或開(kāi)口于②層下，其時(shí)代晚于新石器時(shí)期，而原被認(rèn)定為③層的土層可能為F1的一部分；第二種，該房址在新石器時(shí)期即存在，后棄用并被人為掩埋，該地層頂部原有遺物因處于相對(duì)較淺的位置而遭擾亂，或被搬運(yùn)走，或混入②層之中。

經(jīng)和周邊地區(qū)出土有房址的遺址對(duì)比，發(fā)現(xiàn)魏莊遺址F1與堰臺(tái)遺址F3（圖八）[16]的形制較為接近。由此基本可以確認(rèn)F1為商周時(shí)期的干欄式建筑，房屋朝向?yàn)闁|西向，說(shuō)明前述第一種可能性較為合理。因此在此后的資料整理中我們將F1歸入②層遺跡。

在遺跡手繪平面圖（見(jiàn)圖四）中，F(xiàn)1的輪廓線有一段東西向的內(nèi)凹。這處內(nèi)凹兩側(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)足以支撐相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的柱洞，且其東側(cè)末端為灶坑Z1，作為門(mén)道使用的可能性并不高，而其與H6的走向基本對(duì)應(yīng)，因此我們推測(cè)可能是洪水沖出的缺口。如此，則F1是商周時(shí)期的一座東西向、平面略呈長(zhǎng)方形的干欄式房屋，廢棄后被山洪沖毀。從H6中出土大量瓷片來(lái)看，洪水沖毀F1的時(shí)間應(yīng)當(dāng)在瓷器出現(xiàn)后，即房屋建成千余年之后；而F1上方?jīng)]有任何同時(shí)期遺物，則可能是洪水?dāng)_亂了F1表面原有堆積，乃至于破壞了F1的表層所導(dǎo)致。由此可得F1還原平面圖（圖九），其中紅色部分為模擬還原部分，房址北部延伸向近現(xiàn)代開(kāi)挖的小河溝，實(shí)際情況已無(wú)從探明，故用虛線表示。根據(jù)還原結(jié)果，可以看到三排明顯的南北走向柱洞，其排列密度和間距也基本還原出了房址在使用期間的可能規(guī)模。

結(jié)語(yǔ)

魏莊遺址考古發(fā)掘中RTK設(shè)備的應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)考古發(fā)掘領(lǐng)域的一次突破性嘗試。之前的RTK實(shí)踐大多僅限于考古發(fā)掘布方階段，此次我們盡量采集了每一件遺物的點(diǎn)位，并嘗試用于分析遺跡性質(zhì)，可以說(shuō)每一步都處于摸索之中。

首先，采集遺物點(diǎn)位時(shí)，根據(jù)遺物出土的地層和遺跡單位對(duì)數(shù)據(jù)作了初步分類(lèi)。這一工作較為基礎(chǔ)，在發(fā)掘現(xiàn)場(chǎng)即可完成。而根據(jù)遺物材質(zhì)、時(shí)代、尺寸、完整程度等作進(jìn)一步分類(lèi)，從而分析出不同類(lèi)別遺物的分布狀況，則需要在后續(xù)室內(nèi)整理時(shí)再進(jìn)行梳理和研究，可惜本次發(fā)掘沒(méi)能完成此項(xiàng)分類(lèi)工作。此外，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集會(huì)延長(zhǎng)發(fā)掘時(shí)間，數(shù)據(jù)分類(lèi)的細(xì)化會(huì)加大室內(nèi)整理的工作量，對(duì)整體發(fā)掘工作也有一定影響。期待在未來(lái)可以有更簡(jiǎn)便、更合理的數(shù)據(jù)采集和處理方式，而使用更先進(jìn)的RTK設(shè)備也可以有效節(jié)約采集時(shí)間。

其次，遺物的采集精確度直接關(guān)系到遺跡還原的準(zhǔn)確度。本文利用采集的點(diǎn)位還原了遺跡（H2、H3等）的外部輪廓，對(duì)遺跡之間疊壓打破關(guān)系和遺跡性質(zhì)的分析有良好效果。遺跡性質(zhì)問(wèn)題主要基于地層遺物和遺跡內(nèi)遺物與遺跡外廓線之間的關(guān)系，如H6、F1等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步展開(kāi)分析。本次研究最主要的短板在于，當(dāng)時(shí)使用的設(shè)備并不能通過(guò)數(shù)據(jù)處理的方式準(zhǔn)確描繪出遺跡的底部，僅能還原出開(kāi)口位置。如果能彌補(bǔ)這一短板，相關(guān)研究可以更加完善。

最后，本次研究還對(duì)比了其他年代相近、文化面貌相似的史前遺址信息。我們認(rèn)為，如果有更多遺址完成了出土遺物、遺跡信息的數(shù)字化，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以更有效地分析、對(duì)比不同遺址的文化面貌。

總而言之，本文對(duì)于魏莊遺址的相關(guān)研究屬于利用測(cè)繪工具對(duì)考古發(fā)掘及數(shù)據(jù)處理的一次嘗試。此次采集到的數(shù)據(jù)還有更多的研究空間，文中的結(jié)論也不一定是問(wèn)題的最終答案，只是希望可以為遺跡的發(fā)掘和資料整理提供更多思路。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們期待未來(lái)有更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和方法，為考古數(shù)據(jù)采集和分析工作帶來(lái)新的提升。

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〔責(zé)任編輯：成彩虹〕