淺談RTK技術(shù)在考古工作中的應(yīng)用

段鵬飛

隨著現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的迅猛發(fā)展,測(cè)繪與文物考古的聯(lián)系越來(lái)越緊密和深化。測(cè)繪被日益廣泛地運(yùn)用到考古工作中,不僅使考古發(fā)掘單位面積的信息量大大增大,而且使取得這些信息的手段更加科學(xué)、準(zhǔn)確、便捷。RTK(Real Time Kinematic,簡(jiǎn)稱(chēng) RTK)即“實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)”在考古測(cè)繪中的運(yùn)用,即為其中一例。2007年8月～9月,在山西省左云古城土城墻調(diào)查中,采用RTK技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了測(cè)繪,在實(shí)踐中證明該技術(shù)在考古測(cè)繪工作中具有極強(qiáng)的可操作性。下面是對(duì)RTK技術(shù)在考古測(cè)繪中的使用心得及體會(huì),供大家參考。不當(dāng)之處,敬請(qǐng)大家指正。

歷史上的左云城,寺廟、牌坊、樓臺(tái)、殿閣古樸精巧,各具風(fēng)姿;鼓樓、鐘樓、魁星樓、太平樓、牌樓建筑奇特,遙遙相望。可惜的是這些建筑都?xì)в趹?zhàn)火和“文革”時(shí)的“破四舊”。相對(duì)而言,古城墻保存的比較完整,但由于百姓取土、取磚、建窯、挖洞等原因,年久失修的古城墻也面臨著破壞和坍塌的危險(xiǎn),因而對(duì)古城墻進(jìn)行保護(hù)性修復(fù)就顯得尤為重要。

1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)技術(shù)和測(cè)量原理

談起RTK技術(shù),先得介紹一下GPS技術(shù)。GPS(Global Positioning System,簡(jiǎn)稱(chēng)GPS)即“全球定位系統(tǒng)”,20世紀(jì)70年代在美國(guó)開(kāi)始研制,歷時(shí)20年,耗資200億美元,于1994年全面建成。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)功能,能為各類(lèi)用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。

GPS由空間部分、地面支撐系統(tǒng)及用戶設(shè)備3個(gè)部分組成。空間部分即進(jìn)行定位的衛(wèi)星,包括21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星。地面支撐系統(tǒng)由主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站構(gòu)成。用戶設(shè)備則是用來(lái)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號(hào),以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息。目前,GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)考古工作中,如長(zhǎng)城資源調(diào)查、第三次全國(guó)文物普查等。

RTK是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù),是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。RTK技術(shù)系統(tǒng)用戶主要包括3個(gè)部分:基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站在接收基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,從而導(dǎo)出厘米級(jí)定位結(jié)果。

因?yàn)镽TK測(cè)量技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)量點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)(x,y,z),這就為GPS測(cè)量工作的可靠性和高效率提供了保障,這對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 采用RTK技術(shù)進(jìn)行考古測(cè)繪

為方便表述,把古城墻遺址所包含的城區(qū)范圍稱(chēng)為測(cè)區(qū),首先將基準(zhǔn)站架設(shè)在一個(gè)已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上,以另外兩個(gè)已知控制點(diǎn)為校正點(diǎn),校正完成后,持移動(dòng)站、手簿及對(duì)中桿對(duì)古城墻中軸線進(jìn)行測(cè)繪,當(dāng)采集狀態(tài)為固定解時(shí),實(shí)時(shí)測(cè)繪城墻拐點(diǎn)及特征點(diǎn)。充分利用伸縮梯等攀爬工具盡可能地采集到古城墻更多的特征點(diǎn),同時(shí)繪制古城墻草圖及點(diǎn)之記以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、連續(xù)性和完整性。

外業(yè)工作完成后,參考左云縣志及大比例圖件等資料,利用專(zhuān)業(yè)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯,從而繪制出左云古城土城墻電子圖。古城呈矩形狀,長(zhǎng)1 674 m,寬1 474 m,周長(zhǎng)計(jì)6 296 m。

將上述過(guò)程得到的古城墻中軸線坐標(biāo)從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)紾PS手簿里,然后將基準(zhǔn)站架設(shè)在一個(gè)已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上,以另外兩個(gè)控制點(diǎn)為校正點(diǎn),校正完成后,持移動(dòng)站、手簿及對(duì)中桿對(duì)古城墻中軸線進(jìn)行放樣,就是把空間坐標(biāo)落實(shí)到具體位置上,這個(gè)過(guò)程是與前述測(cè)量步驟互逆的。放樣時(shí),手簿界面會(huì)提示操作員離目標(biāo)點(diǎn)的方位及距離,從而可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)定位。在定位的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)存的土城墻的材質(zhì)、工藝、結(jié)構(gòu)可以復(fù)原間斷的、殘缺的、遭到破壞的古城墻。將古城墻電子圖與最新的大比例尺城區(qū)圖進(jìn)行套合,參考文史地理資料,不但可以確定左云古城南、北、西門(mén)的最可能位置,而且還可以為古城規(guī)劃、修復(fù)拆遷、費(fèi)用測(cè)算等工作提供數(shù)學(xué)依據(jù)。

3 RTK技術(shù)在考古測(cè)繪中的優(yōu)勢(shì)

RTK技術(shù)由于其可以在不考慮點(diǎn)與點(diǎn)之間通視的情況下,對(duì)地形地貌進(jìn)行全天候、高精度的測(cè)量。相對(duì)于全站儀、便攜式GPS儀而言,具有明顯的優(yōu)越性。1)采用 RTK技術(shù)可以測(cè)圖。用RTK測(cè)圖時(shí),僅需一人背著儀器在待測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)上停留 1 s～2 s,同時(shí)輸入特征編碼,即可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。把一個(gè)區(qū)域測(cè)完后回到室內(nèi),經(jīng)專(zhuān)業(yè)的軟件接口可以自動(dòng)輸出所要求的地形圖,這樣就大幅度地提高了工作效率。2)放樣。考古中布設(shè)探方是一項(xiàng)重要的工作,采用RTK技術(shù)放樣時(shí),僅需把設(shè)計(jì)好的探方點(diǎn)位坐標(biāo)輸入到電子手簿中,然后背著GPS接收機(jī),電子手簿會(huì)隨時(shí)提示操作員離放樣點(diǎn)的方位及距離。采用RTK技術(shù)還可以將勘探的結(jié)果記錄下來(lái),在布設(shè)探方后,將遺跡的位置進(jìn)行放樣,按照放樣位置進(jìn)行發(fā)掘,這樣就可以避免許多重復(fù)工作。3)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集。每個(gè)遺跡、遺物在一定的坐標(biāo)系中都有其唯一的坐標(biāo),將這些坐標(biāo)采集以后,錄入到GIS系統(tǒng)之中,可以為遺跡建立三維模型。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著測(cè)繪科學(xué)與考古學(xué)的發(fā)展,兩者之間的聯(lián)系必將越來(lái)越緊密,筆者相信測(cè)繪技術(shù)不僅在國(guó)防、科學(xué)技術(shù)研究和工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用,也必將為考古工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證,讓我們攜手共創(chuàng)測(cè)繪學(xué)與考古學(xué)美好的未來(lái)。

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