全站仪在田野考古测绘中的应用

李 强

（长沙市文物考古研究所，湖南 长沙410000）

考古研究的已有成果和考古研究的新需求推动着田野考古的不断发展。测量是做好考古记录工作中的重要一环，没有必要的测量数据，就不能精确地进行绘图和文字记录。在田野考古工作中，有许多需要进行测量的项目，对大范围的遗址，使用皮尺来测量是胜任不了的，需要借助专业的测量设备和仪器才能准确测量。电子全站仪是近些年来被广泛使用的一种新型测绘仪器，可以快捷、方便的对地物的角度、距离、高程以及坐标信息进行测量工作，仪器本身也可以保存数据[1]。田野考古工作中采用全站仪，不仅仅是测绘工作在技术层次的提升与更新，更是突破了传统田野考古的工作思路与模式，是考古数字化的一个重要环节。

1 田野考古测绘的野外工作

1.1 田野考古的野外工作

田野考古的户外工作主要有三项内容：野外调查、现场发掘和现场清理。这几项工作也是田野考古的主要工作。其中，田野考古调查工作不能破坏文物原先的状态，考察和记录文物遗存，收集已经暴露在外的遗物，筛选出需要保护的遗迹。通过挖掘方式来发掘、揭露遗迹，对出露的文物进行收集，并记录揭露出来的现象。如果遗存遭到破坏的状态下，就需要对其进行清理，发掘遗迹的残留部分，当然清理也可以当做是一种特殊的发掘。实际的发掘工作时，一次考古工作需要用到几种工作方式，比如遗迹调查过程使用的试掘，而正式发掘中也穿插着调查工作[2]。

田野调查可以重复进行，田野发掘则不能重复进行。田野发掘具有双重性的特点，既具有再现性和保护性，又具有破坏性和毁灭性。发掘能够对遗存进行揭露，使遗存得以再现，科学的记录和收集遗存，进而更好地保护遗存资料。同时，发掘不可避免地伴生着对遗存进行不同程度的破坏、毁灭。有的是发掘者意识到的，但无法避免，如遗存的相对位置被破坏，挖下一层堆积必然把压在其上的堆积挖掉。有些破坏是发掘者当时并未意识到的。发掘中要求收集全遗物、记录全遗迹现象都是相对的。有些现象现在认为无意义，后来就可能认为是有意义的。如土坑墓中骨架上的覆土以前发掘不采集，认为没有分析的价值，现在认为也是采集的对象，可以检测是否有衣服树枝等覆盖物。发掘的双重性和不可重复性要求发掘时必须谨慎小心，尽可能发挥其再现性和保护性，减少其破坏性和毁灭性，发掘区的分布也要考虑到后来人的工作。

1.2 考古平面图与地形图的测量

1.2.1 平面图测量

平板仪具有测量精确、效率高的优点，因而成为测量大面积平面图的主要仪器。使用平板仪要先调平图板，然后移点，把地面上的测量基点移到图上。利用方框罗盘的边框绘出指北方向，注明比例。如果要反复在一个测站绘图测量，要在图上绘出一条定向线，即用照准仪对中远方的一个固定目标（如电杆、旗杆、树干等），沿仪器尺边绘方向线。下次测量时，在测站上把图板摆成大致的原来方向。然后，令照准仪尺边与定向线吻合。转动图板，在仪器中寻找到定向目标，图板就与上次方向一致。转换测站时，也需要定向。方法是移动仪器之前，在原测站画出对下一测站目标的方向线；把仪器移动到新测站后，仪器尺边与方向线重合，从图上新测站的基点回视原测站，用照准仪照准原目标，图板方向就与原方向一致。

1.2.2 全部实测绘制地形图方法

对区内的各测点进行测绘，要首先按照测量对象特征，确定需要测绘的范围。然后根据实际需要选定测绘比例尺，并在图纸上标注比例和指北方向。然后是选择测站，多采用前方交会法、导线法等在图纸上标记出测点，并对标注的位置准确性进行详细检查。测出各个测点的绝对高程和相对高程，绝对高程又叫做海拔，是测点垂直到海平面的高度，一般规定高于海平面的海拔是正值，低于海平面的的高程是负值。测点高程之差称为高差，测点高的地方相对于测点低的地方，高差为正值，测点低的地方对于高处为负值。将测量到的高程数据标注在测点上，测点就是在地形绘制中的控制点。下一个步骤是地形点的测绘，图上的地形多用等高线表示。而绘制等高线的重要步骤就是在图上求出各个等高线上的等高点位置，然后将等高点用线连接起来编成为等高线。最后在图上绘制遗迹、村庄、道路、河流等。

1.2.3 利用现成地图绘制考古地形图

考古地形图的绘制要利用到地图有关知识在地形图基础上开展，需要清楚了解地形图上的坐标线及其图上的其他注记。要选择适合本次工作的比例尺，经过测绘工作后，在图上可以反映出遗址、遗迹地理位置、形状、规模等。地图上的已知点上作为测站，不论采用原图还是放大图，均需要在图上标记出遗迹的实际分布状况，图上选择的已知点要距离遗迹或遗址较近同时也要能作为测站使用，选择的已知点在地面上的辨识度要高。目前，采用地形图上已知点来确定测站或遗迹已有较多方法，测绘的精度和速度与所采用的仪器有关。

2 电子全站仪在田野考古测量应用

2.1 电子全站仪测量

全站仪具有角度测量、距离（斜距、平距、高差）测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。

2.1.1 水平角测量

（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。

（2）设置A 方向的水平度盘读数为0°00′00″。

（3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。

2.1.2 距离测量

（1）设置棱镜常数

测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

（2）设置大气改正值或气温、气压值

光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。

2.1.3 距离测量

距离测量时，首先是在全站以上操作使得目标棱镜中心对准，按下测距键后，开始进行距离测量，可以得到平距、斜距、高差等数据。

全站仪的测距模式分为精测、跟踪、粗测等三种模式。期中精测模式最为常用，测量时间约为2.5 秒，可以显示最小为1 毫米的单位。跟踪模式多用于测量移动目标以及放样过程的连续测距，可以显示最小为1 厘米的距离，测距时间大约是0.3 秒。粗测模式消耗的测量时间大约是0.7 秒，可以显示最小单位是1 厘米或者1 毫米[3]。

2.1.4 坐标测量

首先是对测站点三维坐标进行设定，在这个过程中全站仪能够完成后视方位角的自动计算，同时将后视方向的水平度盘读数设定为方位角。其次是设定仪器的棱镜常数，将相关气温、气压等参数值输入进全站仪中。当仪器中照准目标棱镜后，按下坐标测量按钮，全站仪便自动进行测距，同时显示测点的三维坐标数据。

2.2 电子全站仪在田野考古测绘特点

全站仪通过发射、接收红外射线自动读取记录数据，全站仪进行常规测图的特点。

（1）高精度、高效率。测量距离数据可精确到毫米，角度到秒。效率方面，面积为50 万平方米的遗址，测量得到的特征点接近4000 个，绘制这种图的费时不超过一周[4-5]。

（2）即时性。全站仪与电子计算机联机作业，则可以实现测绘数据的实时互通，每个测点的信息在测量结束后便能够快速显示在计算机的屏幕中，点击此点能够得到这个点的属性与三维坐标数据，同时实现了实时修改删除功能。也可以直观看到断崖、道路等有形地物。能够及时改正跑点过程的错误和疏漏，降低测量误差，减少了不必要的重复工作等[6]。

（3）多样性。配合相应的测量软件，自动将电子全站仪测量数据传输到计算机，根据需要自动生成各种图。比如不同等高距的等高线图，角度不同的三维地模，内容相异的分层地图。基于已经绘制好的矢量化地图，往后的工作中可以根据实际需要快速生成类型各异的、具有不同比例的地形图。

（4）选基点灵活，找基点方便准确。在规划遗址和布设探方时，全站仪也同样体现出精确省时的优点。这项工作将具有良好的延续性。比如多年的探方衔接不精确，或者扩方存在误差等。假如需要在已经开展过工作的地方挑开探方再次开展发掘工作，等到回填结束后再寻找准确的探方位置是较为困难的。使用GPS 定位仪和全站仪则变得容易准确[7-8]。

（5）可以以一个遗址总基点建立坐标系，快速测量绘制遗迹平面图与遗物平面图、三维坐标。可以彻底改变以探方西南角为探方基点的传统测绘方法，使工地遗迹遗物的数值测量准确，能绘制出遗迹三维分布图、遗物三维分布图。

（6）全站仪在遗址发掘现场的测图，不仅可以实现记录单个现象，而且也可以记录更大视野内的信息，能够在更大尺度范围内体现出遗迹分布特征，为下一步的发掘工作提供可靠资料，并促进着田野考古工作。

3 结束语

田野考古可以使用的全站仪型号很多，各种型号的全站仪使用方法也不一样，功能越来越强大，操作人性化。购买全站仪有详备的说明书，商家还免费培训操作技巧，并有售后使用咨询服务，学习和使用都方便。全站仪的更新升级很快，价格一路下调，在考古发掘的运用将很快普及。所以不久全站仪测量将成为田野考古的主要测量仪器。老式全站仪配带专用棱镜，红外射线发射到棱镜后被反射后为仪器接受到才能读数，测量时需要一人立棱镜于测点，并把棱镜正对仪器。新式全站仪免棱镜，红外射线发射到被测物体就可以返回被仪器接受，不仅更方便，还扩大了可测范围。一般的免棱镜全站仪测距可达350 米，拓普康GPT-3000LN 系列（彩屏WinCE 智能脉冲图像全站仪），已经达到了1200 米，并带有CCD 相机，可应用于近景摄影测量。