GIS在索、須、枯三河流域新石器時代遺址研究中的應用

□劉云飛

GIS （Geographic Information System 或Geo-Information System，GIS）， 即地理信息系統，也稱為“地學信息系統”。 它是一種特定的十分重要的空間信息系統， 是一種在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。 它是一門綜合性學科， 結合地理學與地圖學以及遙感和計算機科學，已經廣泛地應用在不同的領域。本文嘗試運用GIS 對索、須、枯三河流域新石器時代遺址作考古研究。

一、研究資料及其數據處理

索河、須河、枯河（簡稱索、須、枯河）位于鄭州地區， 發源于嵩山， 共同流入賈魯河，最終匯入淮河。 流域內黃土堆積較厚，水資源充沛，氣候溫和宜人，非常適合人類的繁衍生息[1]。 2011 年10 月至2012 年4月， 鄭州市文物考古研究院分兩次對索、須、枯河區域各時期聚落進行系統踏查，調查區域大致位于北緯34°37′～34°55′、 東經113°20′～113°34′。 （圖1）

本文使用該調查報告發表的新石器時代遺址信息材料，配合索、須、枯河流域的高程地圖①高程地圖即可準確反映地貌高度特征的數字地面模型(DEM)。本文所使用的數字地面模型，來自美國國家航空航天局(NASA)公布的30 米分辨率的STRM 數據。，建立該區域內新石器時代聚落分布的地理信息系統。

作資料處理：首先，將報告中新石器時代遺址的位置信息錄入到地理信息系統中。 然后，對區域高程數據進行提取河網的操作，包括洼地填充、提取水流方向、計算匯流累計量、河網分級、定義出水口和生成積水區域等幾個步驟。 最后，分別通過制作河流緩沖區圖、地面坡度圖、水文分析圖和重要遺址的可視域圖， 直觀地呈現新石器時代遺址同河流、地形的關系，以及體現遺址相互之間的關系， 從而總結新石器時代的居民地選址特點。 同時，通過呈現出來的選址特點， 篩選出研究區域內符合這些特征的地區， 為將來本區域同時期其他遺址的野外調查儲備參考資料。

圖1 索、須、枯河流域位置示意圖

圖2 600 米河流緩沖區圖

二、索、須、枯河流域新石器時代的人地關系研究

（一）緩沖區分析

為了說明新石器時代居民地選址與河流的關系， 本文采用緩沖區分析的方法。GIS 中的緩沖區，指的是基本空間要素點、線、面實體周圍建立的具有一定寬度的臨近區域[2]。 通過分析遺址與河流緩沖區的關系，可以說明遺址與河流的距離關系。 研究區域內，大部分遺址距離河流都較近， 已有學者得出距離河流600 米的經驗數值[3]。 因此，本文也選取600 米作為緩沖距離。 （圖2）

圖3 研究區域坡度圖

研究結果表明，分布在600 米范圍之內的遺址占絕大多數。 這大致說明，在文明和社會發展程度不高的新石器時代， 人們對水的依賴性是非常高的。 為了取水方便，人們的選址一般不會距離河流較遠。 同時，為了防止水患， 又不得不與河流保持一定距離。 遺址大都分布在600 米之內，印證了該區域新石器時代居民這種對于靠近河流的思維模式。 隨著時代的發展，當人們取水有了其他來源之后，如學會打井技術等，這種遺址的分布現象才發生了一定的變化。

（二）地面坡度分析

地面坡度， 會在一定程度上影響人們的生活， 坡度的大小意味著人們體力消耗的多少。 在GIS 中進行“空間分析”“表面分析”中的“坡度”操作，生成研究區域內的坡度圖。 以往對黃河流域的坡度分析研究中，大都以3°為分界線[4]。也就是說，“3°”，其實也是個經驗數值。 結合索、須、枯河流域的地勢較平的特征，本文定坡度標準為0°～3°和3°以上，并制作成圖。 （圖3）

淺綠色區代表坡度小于3°的區域，綠色區代表坡度大于3°的區域。 結果顯示：在0°～3°的遺址居多， 而3°以上幾乎沒有新石器時代遺址分布。 仰韶、龍山時代，農業已經成為人們生活中不可分割的一部分，低角度的選址不僅適宜人類的居住，而且更重要的是平坦的地帶更便于人們的耕種。 然而，由于索、須、枯河流域本身就較為平整，地面起伏不大，流域內3°以下的區域面積占絕大多數可能是自然原因導致的。 本文認為，大量遺址選擇在地勢更加平整的地帶而不是地勢落差較大的地區，已經說明了人們對選址的傾向性， 該區域的平整正是源于人的選擇，而非巧合。 因此，“為了農業耕作”的結論，較“恰好”為平地的推論更為合理些。

（三）水文分析

河流的積水流域可自然地將遺址進行分割， 同時也能在一定程度上反映人們對居址位置選擇上的喜好。 通過河網圖生成出水口點位圖， 再通過出水口點位圖積水盆地圖（圖4），然后對遺址與積水盆地的關系進行分析。

圖4 研究區域水文圖

遺址在索、須、枯河流域中的分布特征，在積水盆地上的表現為：在積水盆地大小的尺度上，積水盆地小的遺址數量總體上反而表現較多；在干流支流的尺度上，分布在干流流域附近的積水盆地上的遺址數量多于分布在支流上的。 新石器時代的人們在選址上是否傾向于相對小而封閉的地域，我們不得而知。 然而，在本文的研究區域內，似乎呈現了古人對小積水盆地更加喜好的特征。 較靠近支流的積水盆地來說，新石器時代人們更易選擇靠近干流的積水盆地， 說明當時由支流提供的水量并不能解決當時人們的用水問題， 只有干流提供的水才能滿足他們的需求。 當時何以需求如此大的水量？ 我認為耕作可能是重要原因。 同時，支流的水量還很有可能不足以提供給積水盆地內多個聚落的人群。

（四）可視域分析

如果一個遺址所在的位置可以觀察到另外一個或者一些遺址， 甚至幾個遺址間都相互可見，那么，這些遺址在很大程度上有著較為密切的聯系。 如Gaffney 對羅馬時期的Hvar 島的視域分析中， 觀察到相鄰遺址的瞭望塔間相互可視， 從而說明了這些遺址間的密切聯系[5]。 在GIS 中，可視域分析功能可以很直觀地觀察遺址間視域的現象。 報告顯示，青臺、西山、點軍臺、方靳寨和汪溝，在索、須、枯河流域的92 個新石器時代聚落中是發展程度最高的5 個聚落。也就是說，如果索、須、枯河流域的新石器時代遺址中有聯系， 很大可能性是這5 個遺址 （或者其中的幾個） 與其他遺址的聯系。 若這5 個遺址對其他遺址沒有可視關系， 其他遺址中就更不會出現有密切聯系的遺址了。

如此說來， 我們只需要將這5 個遺址對其他聚落進行可視域分析， 便可獲知新石器時代的索、須、枯河流域是否存在聚落間聯系在可視域上的證據。在ArcGIS 中，由這5 處聚落對區域內其他聚落進行可視域分析，其結果如圖5，亮色表示可視，淺色表示不可視。

遺址落在淺色區域的占有很大比重，它們對五個大的聚落都沒有明顯的可視關系。點軍臺遺址的可視域稍微大一些，卻在可視域范圍內不見有其他小聚落。 青臺遺址、西山遺址、方靳寨遺址和汪溝遺址的可視域極小，最多也只能觀察到一個小聚落。 這說明，研究區域內大的聚落對其他的小聚落并沒有可視關系，遺址間的緊密聯系在新石器時代的索、須、枯河流域可能還沒有建立，至少在可視域分析的證據上得不到體現。

圖5 大型聚落的可視域圖

三、結語

索、須、枯河流域是中原地區的腹地，地勢平坦，北、西、南環山，也有田野考古的調查材料，非常適合于地理信息系統的分析和研究。 本文的研究，依據索、須、枯河流域內聚落的分布特征、水系、地形與遙感影像等數據，通過GIS 的緩沖區分析、地面坡度分析、 水文分析和可視域分析的技術手段，研究索、須、枯河流域中新石器時代聚落分布與自然環境的關系，揭示水系、地形對聚落分布的影響，總結了該區域新石器時代遺址的分布特征。 并通過可視域分析這一手段，從GIS 的角度提供研究當時遺址間是否存在遺址間等級關系的可能。 研究結果表明：新石器時代，人們在索、須、枯河流域的選址，傾向于距河600 米之內、遺址居住面較為平坦、 靠近干流且相對較小的分水嶺區域。 此外，新石器時代聚落間的相互聯系在索、須、枯河流域的表現并不明顯。

本文限定影響遺址預分布的因素數量較少。 如果條件允許，可以將影響古人類選址的因素豐富化， 并且在此基礎上分析每種因素對選址的影響程度，進而綜合各個因素分析，從而構成更為龐大、全面的遺址預測模型，為將來的考古調查提供更為完善的地形標準。

除此之外，還可以在GIS 中對該區域從新石器時代到更晚期遺址的各段遺址分布特征進行研究，并在此基礎上更為宏觀地把握區域內從早到晚遺址的演變狀況，進行更多的專題研究。 如：社會復雜化、中心聚落的轉移及其原因探索、 早期遺址間道路的研究，以及各個專題的結合研究，等等。 這都是未來可拓展的研究方向。