GIS在索、须、枯三河流域新石器时代遗址研究中的应用

□刘云飞

GIS （Geographic Information System 或Geo-Information System，GIS）， 即地理信息系统，也称为“地学信息系统”。 它是一种特定的十分重要的空间信息系统， 是一种在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。 它是一门综合性学科， 结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛地应用在不同的领域。本文尝试运用GIS 对索、须、枯三河流域新石器时代遗址作考古研究。

一、研究资料及其数据处理

索河、须河、枯河（简称索、须、枯河）位于郑州地区， 发源于嵩山， 共同流入贾鲁河，最终汇入淮河。 流域内黄土堆积较厚，水资源充沛，气候温和宜人，非常适合人类的繁衍生息[1]。 2011 年10 月至2012 年4月， 郑州市文物考古研究院分两次对索、须、枯河区域各时期聚落进行系统踏查，调查区域大致位于北纬34°37′～34°55′、 东经113°20′～113°34′。 （图1）

本文使用该调查报告发表的新石器时代遗址信息材料，配合索、须、枯河流域的高程地图①高程地图即可准确反映地貌高度特征的数字地面模型(DEM)。本文所使用的数字地面模型，来自美国国家航空航天局(NASA)公布的30 米分辨率的STRM 数据。，建立该区域内新石器时代聚落分布的地理信息系统。

作资料处理：首先，将报告中新石器时代遗址的位置信息录入到地理信息系统中。 然后，对区域高程数据进行提取河网的操作，包括洼地填充、提取水流方向、计算汇流累计量、河网分级、定义出水口和生成积水区域等几个步骤。 最后，分别通过制作河流缓冲区图、地面坡度图、水文分析图和重要遗址的可视域图， 直观地呈现新石器时代遗址同河流、地形的关系，以及体现遗址相互之间的关系， 从而总结新石器时代的居民地选址特点。 同时，通过呈现出来的选址特点， 筛选出研究区域内符合这些特征的地区， 为将来本区域同时期其他遗址的野外调查储备参考资料。

图1 索、须、枯河流域位置示意图

图2 600 米河流缓冲区图

二、索、须、枯河流域新石器时代的人地关系研究

（一）缓冲区分析

为了说明新石器时代居民地选址与河流的关系， 本文采用缓冲区分析的方法。GIS 中的缓冲区，指的是基本空间要素点、线、面实体周围建立的具有一定宽度的临近区域[2]。 通过分析遗址与河流缓冲区的关系，可以说明遗址与河流的距离关系。 研究区域内，大部分遗址距离河流都较近， 已有学者得出距离河流600 米的经验数值[3]。 因此，本文也选取600 米作为缓冲距离。 （图2）

图3 研究区域坡度图

研究结果表明，分布在600 米范围之内的遗址占绝大多数。 这大致说明，在文明和社会发展程度不高的新石器时代， 人们对水的依赖性是非常高的。 为了取水方便，人们的选址一般不会距离河流较远。 同时，为了防止水患， 又不得不与河流保持一定距离。 遗址大都分布在600 米之内，印证了该区域新石器时代居民这种对于靠近河流的思维模式。 随着时代的发展，当人们取水有了其他来源之后，如学会打井技术等，这种遗址的分布现象才发生了一定的变化。

（二）地面坡度分析

地面坡度， 会在一定程度上影响人们的生活， 坡度的大小意味着人们体力消耗的多少。 在GIS 中进行“空间分析”“表面分析”中的“坡度”操作，生成研究区域内的坡度图。 以往对黄河流域的坡度分析研究中，大都以3°为分界线[4]。也就是说，“3°”，其实也是个经验数值。 结合索、须、枯河流域的地势较平的特征，本文定坡度标准为0°～3°和3°以上，并制作成图。 （图3）

浅绿色区代表坡度小于3°的区域，绿色区代表坡度大于3°的区域。 结果显示：在0°～3°的遗址居多， 而3°以上几乎没有新石器时代遗址分布。 仰韶、龙山时代，农业已经成为人们生活中不可分割的一部分，低角度的选址不仅适宜人类的居住，而且更重要的是平坦的地带更便于人们的耕种。 然而，由于索、须、枯河流域本身就较为平整，地面起伏不大，流域内3°以下的区域面积占绝大多数可能是自然原因导致的。 本文认为，大量遗址选择在地势更加平整的地带而不是地势落差较大的地区，已经说明了人们对选址的倾向性， 该区域的平整正是源于人的选择，而非巧合。 因此，“为了农业耕作”的结论，较“恰好”为平地的推论更为合理些。

（三）水文分析

河流的积水流域可自然地将遗址进行分割， 同时也能在一定程度上反映人们对居址位置选择上的喜好。 通过河网图生成出水口点位图， 再通过出水口点位图积水盆地图（图4），然后对遗址与积水盆地的关系进行分析。

图4 研究区域水文图

遗址在索、须、枯河流域中的分布特征，在积水盆地上的表现为：在积水盆地大小的尺度上，积水盆地小的遗址数量总体上反而表现较多；在干流支流的尺度上，分布在干流流域附近的积水盆地上的遗址数量多于分布在支流上的。 新石器时代的人们在选址上是否倾向于相对小而封闭的地域，我们不得而知。 然而，在本文的研究区域内，似乎呈现了古人对小积水盆地更加喜好的特征。 较靠近支流的积水盆地来说，新石器时代人们更易选择靠近干流的积水盆地， 说明当时由支流提供的水量并不能解决当时人们的用水问题， 只有干流提供的水才能满足他们的需求。 当时何以需求如此大的水量？ 我认为耕作可能是重要原因。 同时，支流的水量还很有可能不足以提供给积水盆地内多个聚落的人群。

（四）可视域分析

如果一个遗址所在的位置可以观察到另外一个或者一些遗址， 甚至几个遗址间都相互可见，那么，这些遗址在很大程度上有着较为密切的联系。 如Gaffney 对罗马时期的Hvar 岛的视域分析中， 观察到相邻遗址的瞭望塔间相互可视， 从而说明了这些遗址间的密切联系[5]。 在GIS 中，可视域分析功能可以很直观地观察遗址间视域的现象。 报告显示，青台、西山、点军台、方靳寨和汪沟，在索、须、枯河流域的92 个新石器时代聚落中是发展程度最高的5 个聚落。也就是说，如果索、须、枯河流域的新石器时代遗址中有联系， 很大可能性是这5 个遗址 （或者其中的几个） 与其他遗址的联系。 若这5 个遗址对其他遗址没有可视关系， 其他遗址中就更不会出现有密切联系的遗址了。

如此说来， 我们只需要将这5 个遗址对其他聚落进行可视域分析， 便可获知新石器时代的索、须、枯河流域是否存在聚落间联系在可视域上的证据。在ArcGIS 中，由这5 处聚落对区域内其他聚落进行可视域分析，其结果如图5，亮色表示可视，浅色表示不可视。

遗址落在浅色区域的占有很大比重，它们对五个大的聚落都没有明显的可视关系。点军台遗址的可视域稍微大一些，却在可视域范围内不见有其他小聚落。 青台遗址、西山遗址、方靳寨遗址和汪沟遗址的可视域极小，最多也只能观察到一个小聚落。 这说明，研究区域内大的聚落对其他的小聚落并没有可视关系，遗址间的紧密联系在新石器时代的索、须、枯河流域可能还没有建立，至少在可视域分析的证据上得不到体现。

图5 大型聚落的可视域图

三、结语

索、须、枯河流域是中原地区的腹地，地势平坦，北、西、南环山，也有田野考古的调查材料，非常适合于地理信息系统的分析和研究。 本文的研究，依据索、须、枯河流域内聚落的分布特征、水系、地形与遥感影像等数据，通过GIS 的缓冲区分析、地面坡度分析、 水文分析和可视域分析的技术手段，研究索、须、枯河流域中新石器时代聚落分布与自然环境的关系，揭示水系、地形对聚落分布的影响，总结了该区域新石器时代遗址的分布特征。 并通过可视域分析这一手段，从GIS 的角度提供研究当时遗址间是否存在遗址间等级关系的可能。 研究结果表明：新石器时代，人们在索、须、枯河流域的选址，倾向于距河600 米之内、遗址居住面较为平坦、 靠近干流且相对较小的分水岭区域。 此外，新石器时代聚落间的相互联系在索、须、枯河流域的表现并不明显。

本文限定影响遗址预分布的因素数量较少。 如果条件允许，可以将影响古人类选址的因素丰富化， 并且在此基础上分析每种因素对选址的影响程度，进而综合各个因素分析，从而构成更为庞大、全面的遗址预测模型，为将来的考古调查提供更为完善的地形标准。

除此之外，还可以在GIS 中对该区域从新石器时代到更晚期遗址的各段遗址分布特征进行研究，并在此基础上更为宏观地把握区域内从早到晚遗址的演变状况，进行更多的专题研究。 如：社会复杂化、中心聚落的转移及其原因探索、 早期遗址间道路的研究，以及各个专题的结合研究，等等。 这都是未来可拓展的研究方向。