MA N A G E ME N T A N D R E V I E W O FS O C I A L S C I E N C E S2 0 0 6年第1期(总第2 9期)【学科建设】地理信息系统在考古研究中的应用刘建国一、 地理信息系统简介地理信息系统简称G I S(G e o g r a p h i c a l I n f o r m a t i o n S y s t e m) , 属于空间信息系统它是2 0世纪6 0年代开始迅速发展起来的地理学研究技术系统它作为计算机技术、 地理、 遥感、 测绘、 统计、 规划、 管理学和制图学等学科交叉运用的产物, 代表了现代计算机应用技术和其他学科相互渗透的发展方向G I S技术是以地理空间数据库为基础, 在计算机软件和硬件的支持下, 采用地理模型分析方法, 运用系统工程和信息科学的理论, 对整个或部分地球表面( 包括大气层) 与地理空间分布有关的数据进行采集、 管理、 操作、 分析、 模拟和表达, 为地理研究和地理决策服务提供多种空间地理信息的技术系统G I S具有以下三个方面的特征:1 .具有采集、 管理、 分析和输出多种地理空间信息的能力, 具有空间性和动态性;2 .以地理研究和地理决策为目的, 以地理模型方法为手段, 具有区域空间分析、 多要素综合分析和动态预测能力, 产生高层次的地理信息;3 .由计算机系统支持进行空间地理数据管理, 并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法, 作用于空间数据, 产生有用信息, 完成人类难以完成的任务。
所以G I S是由计算机硬件、 软件、 地理数据和人设计的有效地获取、 存贮、 更新、 操作、 分析和显示所有地理信息的集成应用系统数据是地理信息系统的基础, 是地理信息系统的基本组成, 数据包括图形数据、 图像数据和属性数据三类G I S的硬件包括计算机、 数字化仪、 图像扫描仪、 绘图仪、 打印机、 磁带( 盘) 机等; 其软件包括五个基本模块: 数据输入和检验、 数据存储和管理、 数据变换、 数据输出和表示、 用户接口等从外部来看, 地理信息系统表现为计算机软硬件系统, 而其内涵是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型, 是一个逻辑缩小的、 高度信息化的地理系统地理信息系统是整个地球或部分区域的资源、 环境数据在计算机中的缩影; 严格地讲,它是反映人们赖以生存的现实世界( 资源与环境) 的现状与演变的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性数据, 在计算机软件和硬件的支持下, 按照一定格式输入、 存贮、 检索、 显示和综合分析应用的技术系统随着计算机技术、 空间技术和现代信息基础设施的飞速发展,G I S技术在各国经济信息化进程中日渐重要特别是当今 “数字地球” 概念的提出,使得人们对G I S的重要性有了更深刻的了解和更直观的认识。
2 0世纪9 0年代以后, 地理信息系统在全球得到了空前迅速的发展, 应用领域不断扩大, 产生了巨大的经济和社会效益作者: 刘建国 中国社会科学院考古研究所副研究员 ( 北京1 0 0 7 1 0)地理信息系统在考古研究中的应用7 9MA N A G E ME N T A N D R E V I E W O FS O C I A L S C I E N C E S2 0 0 6年第1期(总第2 9期)二、 国际上G I S的发展G I S是2 0世纪6 0年代中期开始发展起来的交叉学科, 最初是为了解决地理问题, 至今已成为一门涉及测绘学科、 环境科学、 计算机技术等多学科的交叉学科地理信息系统一词于1 9 6 3年由加拿大测量学家R . F T o m l i n s o n首先提出, 并建成世界上第一个G I S( 加拿大地理信息系统C G I S) , 用于自然资源的管理和规划不久, 美国哈佛大学提出了较完整的系统软件S Y MA P 这应该是G I S的起步 进入7 0年代以后, 由于计算机软硬件水平的提高, 促使G I S朝着实用方向迅速发展, 一些经济发达国家先后建立了许多专业性的G I S, 在自然资源管理和规划方面发挥了重大的作用。
8 0年代后兴起的计算机网络技术使地理信息的传输时效得到了极大的提高, 它的应用从基础信息管理与规划转向更复杂的实际应用, 成为辅助决策的工具, 并促进了地理信息产业的形成到1 9 9 5年, 市场上有报价的软件已达上千种, 并且涌现出了一些有代表性的G I S软件地理信息系统的存在与发展历时3 0余年, 综观G I S发展, 并且根据北美地区的实际情况, 可将地理信息系统发展分为以下几个阶段:1 . 6 0年代为地理信息系统开拓期, 注重于空间数据的地学处理, 初期地理信息系统发展的动力来自于诸多方面, 如学术探讨、 新技术的应用、 大量空间数据处理的生产需求等对于这个时期地理信息系统的发展来说,专家兴趣以及政府的推动起着积极的引导作用, 并且大多地理信息系统工作限于政府及大学的范畴, 国际交往甚少2 . 7 0年代为地理信息系统的巩固发展期, 注重于空间地理信息的管理 地理信息系统的真正发展应是7 0年代的事情, 地理信息系统在继承6 0年代技术基础之上, 充分利用了新的计算机技术, 但系统的数据分析能力仍然很弱; 在地理信息系统技术方面未有新的突破; 系统的应用与开发多限于某个机构; 专家个人的影响削弱, 而政府影响增强。
3 . 8 0年代为地理信息系统大发展时期, 注重于空间决策支持分析 地理信息系统的应用领域迅速扩大, 从资源管理、 环境规划到应急反应, 从商业服务区域划分到政治选举分区等, 涉及到了许多的学科与领域, 如古人类学、 景观生态规划、 森林管理、 土木工程以及计算机科学等许多国家制定了本国的地理信息发展规划, 启动了若干科研项目, 建立了一些政府性、 学术性机构这个时期地理信息系统发展最显著的特点是商业化实用系统进入市场4 . 9 0年代为地理信息系统的用户时代 一方面, 地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统, 尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、 设置与工作计划等另一方面, 社会对地理信息系统认识普遍提高, 需求大幅度增加, 从而导致地理信息系统应用的扩大与深化三、 中国G I S的发展中国G I S的发展较晚, 经历了起步(1 9 7 0 - 1 9 8 0) 、 准备(1 9 8 0 - 1 9 8 5) 、 发展(1 9 8 5 - 1 9 9 5) 、 产业化(1 9 9 6以后) 等四个阶段现在,G I S已在中国的很多部门和领域得到了广泛的应用, 并引起了政府部门的高度重视。
一批地理信息系统软件 ( 如G e o S T A R、C i t y S t a r、Ma p G I S、S u -p e r G I S等) 已经研制开发成功, 很多高等院校设立了一些与G I S有关的专业或学科, 还要很多地理信息系统在考古研究中的应用8 0MA N A G E ME N T A N D R E V I E W O FS O C I A L S C I E N C E S2 0 0 6年第1期(总第2 9期)专门从事G I S产业活动的高新技术产业相继成立些外, 还成立了 “中国G I S协会” 和 “中国G I S技术应用协会” 等, 并且经常召开G I S方面的学术研讨会中国地理信息系统方面的工作始于2 0世纪8 0年代初, 以1 9 8 0年中国科学院遥感应用研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志在几年的起步发展阶段中, 中国地理信息系统在理论探索、 硬件配制、 软件研制、 规范制订、 区域试验研究、 局部系统建立、 初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步, 积累了经验, 为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础自1 9 8 5年起, 地理信息系统研究作为政府行为, 正式列入中国国家科技攻关计划, 开始了有计划、 有组织、 有目标的科学研究、 应用实验和工程建设工作。
很多高校和科研机构同时展开了地理信息系统研究与开发工作如全国性地理信息系统( 或数据库) 实体建设、 区域地理信息系统研究和建设、 城市地理信息系统、 地理信息系统基础软件或专题应用软件的研制和地理信息系统教育培训通过近五年的努力, 打开了地理信息系统应用的新局面,并在全国性应用、 区域管理、 规划和决策中产生了实际的效益自2 0世纪9 0年代起, 地理信息系统跨入快速发展阶段各相关部门执行地理信息系统和遥感联合科技攻关计划, 强调地理信息系统的实用化、 集成化和工程化, 使地理信息系统从初步发展时期的研究实验、 局部应用走向实用化和产业化, 为国民经济重大问题提供分析和决策依据同时努力实现基础环境数据库的建设, 推进国产软件系统的实用化、 遥感和地理信息系统技术一体化这一阶段经营地理信息系统业务的公司逐渐增多, 投入不断增加, 政府部门的扶持力度有很大程度的提高总之, 中国地理信息系统事业经过十年的发展, 取得了重大的进展地理信息系统的研究和应用正逐步形成行业, 具备了走向产业化的条件四、 考古研究中应用G I S的必要性伴随着G I S技术的不断发展,考古研究中G I S技术的应用与研究也得到了足够的重视,并且取得了丰硕的成果, 特别是G I S的空间分析技术应用于区域考古研究之中, 为现代区域考古学研究提供了一整套全新的方法和手段, 拓展了考古学研究的领域。
很多定期召开的考古界国际学术研讨会都将G I S作为独立的专题, 让考古界的学者与G I S方面的专业人员一起进行交流和探讨, 更加促进了考古研究中G I S技术的发展与理论的成熟在考古学研究中应用G I S技术之前,考古调查和发掘中发现的各种遗迹或遗物的时空分布情况, 都要记录在遗迹分布图上, 这些是研究古代社会经济、 文化和社会形态的重要依据一个考古遗址的发掘, 尤其是带有明确学术目的的主动发掘, 往往需要进行若干次阶段性发掘才能完成, 因此就遗址的发掘和研究来说, 又具有一定的长期性, 而且每次发掘的内容都应该及时补充到遗迹分布图中, 这样才有利于考古研究工作的顺利进行所以遗址的发掘资料除了发掘记录外, 通常是每次田野工作结束时, 在现有地图或实测图上进行补充和修正新的遗迹或现象, 于是一个遗址的资料就会逐渐增多在这样的情况下, 对一个遗址内大量而重要的资料进行查询、 管理和综合研究时往往会显得力不从心, 因为一些资料可地理信息系统在考古研究中的应用8 1MA N A G E ME N T A N D R E V I E W O FS O C I A L S C I E N C E S2 0 0 6年第1期(总第2 9期)能存在于一张或几张不同时期、 不同范围的遗址分布图上( 这些图的比例尺和注记格式往往不一样) ,而另一些资料却在遗址的发掘报告、研究论文甚至在有关单位收藏品的记录中, 因此查询、 收集这些资料既要耗费大量的时间, 又非常麻烦, 而且很难将大量的资料综合在一起进行定性定量研究和三维空间的模拟分析, 资料的利用率很低。
所以在2 0世纪8 0年代末, 欧美考古学研究中引入了地理信息系统技术, 很好地解决上述的那些问题考古调查和发掘中获得的资料都具有空间属性, 一个考古遗址的位置和范围可以使用空间数据来表示, 考古遗址内的遗迹、 现象乃至一件器物或陶片都是在特定探方中特定位置上, 可以用准确的数据来表示各自的空间位置, 考古学研究就是通过各种遗迹和器物及其空间分布的状况, 来模拟和重建当时的历史及其演变过程传统的考古学研究方法往往只是通过人脑的思考, 然后使用文字给予一定的描述对研究结果进行归纳和总结这种研究方法非常简便, 但是往往无法同时运用全部的考古信息进行综合研究, 而且不便于进行空间的分析和模拟, 深入浅出地对考古学问题进行阐述和研究地理信息系统技术正是从考古遗迹或现象的空间位置出发,。