第一节
地理信息与地理信息系统

在引论中我们讲述了有关空间和空间信息的概念，地理信息是与地球表面地理分布相关的空间信息，它表示地表物体及其所处环境的综合属性特征。因此，地理信息除了具备一般的空间信息的特性之外，还具有一些独特的特征。首先，地理是一个综合的概念，在内涵上它包括了地球表面岩石圈、土壤圈、大气圈、水文圈、生物圈、人类圈等方方面面的内容，因此作为研究地理的地理学被看作是“多种学科的集合体” 。其次，地理是一个区域性的概念，不同地区的土壤、植被和气候等条件不同，自然景观和人文景观差异很大，而不同区域的不同地理特征往往表现出不同形式的空间异质性。最后，地理是一个以人为本的概念，它不仅仅分布在地面上，还存在于人的心里，不同的文化价值背景，以及不同个人的经验价值积累，导致不同个人对地理的认知存在着巨大的差别。实际上，考古学中的空间信息则更多具有上述地理信息的特征，从本质上是人类社会组织和社会生活的空间结构的反映，而这种社会的空间结构与地理信息关系密切，构成了所谓的地理空间信息（geospatial information），也就是景观（landscape）概念的基础。

考古学中的地理空间信息主要包括以下内容：

1. 空间属性。首先是空间位置，空间位置既可以是定性的描述，同时也可以是定量的记录。比如，定性地描述某遗址位于某现代村寨的某处，某遗址位于某河流的某级阶地；定量地描述某遗址的经纬度坐标是什么。其次是空间形态，比如某遗址的空间形状是什么，面积是多少。再次是空间关系，比如某条道路经过某条河流，某遗址位于某河流的流域范围内等等。

2. 非空间属性。一些考古遗存的某些自然属性特征与空间位置、空间形态和空间关系都无直接的关系，比如陶器的质地、颜色和纹饰等。表面上这些自然属性与空间特征无关，但实际上也可能存在潜在的空间规律，比如某类纹饰的陶器可能集中分布在某地，而要发现并描述这些潜在的空间规律就必须采用正确的空间分析的方法。

3. 时间属性。考古遗存都具有时间的属性，对于一些研究来说时间特性显得尤为重要，比如聚落形态研究中，只有共时的聚落才能讨论它们的空间布局和位置关系。

实践操作中，地理空间信息可以由两种方式记录：图形方式和属性方式。比如，在地理坐标系中可以直接以点、线、面的形式表述考古遗存的空间位置和空间形状，以图形的拓扑关系表示其空间关系；属性信息以数据库的形式记录，除了非空间属性和时间属性的记录之外，一些空间属性也可以属性的方式记录在数据库中，比如每个考古遗址的三维地理坐标、遗址的面积等。当然，一些属性信息也可以转换成图形，比如将已知地理坐标的考古遗址以点的形式标注在地图上。

传统的地理空间信息的表示主要是凭借各种类型的地图，包括地形图和专题图。地形图只记录地表的地形地貌特征，而各类专题图也只记录其中一类或几类地理空间信息，比如政区图主要记录行政区域的划分，而旅游图则主要记录旅游线路和景点等等。由于地理空间信息的复杂多样性，传统地图的方式很难实现有效的记录。计算机技术的出现则带来了地理空间信息的革命：首先是计算机图形学的发展使得具有空间属性的地理信息得以有效记录，其次是数据库技术的应用使得复杂的非空间和时间属性的地理信息得以有效的记录，而计算机图形与数据库的关联则形成了地理信息系统（GIS）概念的基础和核心（图1-1）。通过图形和属性的关联，地理信息系统实现了地理空间信息的有效利用。

举例来讲：一方面，数据库中某类属性的查询和分选结果可以同步显示在地图上，比如，显示面积大于20万平方米的遗址或以不同大小的符号显示面积不同大小的遗址；另一方面，基于空间属性的查询可以与基于非空间属性的查询相结合，比如，查询并显示距离某高速公路500米范围内面积大于20万平方米的龙山文化时期的聚落。

除了图形信息与属性信息的关联之外，GIS记录地理空间数据的另外一个重要特征是其专题性。所谓专题性是指GIS对地理空间数据按图层的方式进行存储和管理。首先是一个图层记录一类主题内容的数据，比如等高线层、河流层、道路层、土地利用层、考古遗址层等等（图1-2）。这些按专题存储的地理空间数据在GIS软件中常被称为“图层”（layer）或是“主题”（theme）、“覆盖”（coverage）、“图像”（image）等等（本书统一称为“图层”）。每个图层都关联到一个相应的数据库表格（sheet），它们都被定义在相同的坐标系统之下，因此彼此之间可以按照一定的顺序排列和显示，并进行相互之间基于空间或属性信息的查询、统计和计算。但需要注意的是，GIS中每类专题图层只能记录一种类型的图形数据，比如考古遗址层是点（point）层，河流层或者使用线（polyline）的形式或者使用面（polygon）的形式，但通常情况下无法将线和面置于同一图层下（如河流与湖泊）。

既然GIS按图层的方式记录地理空间数据，那么就必须对这些图层定义统一的地理坐标，因为只有在统一的坐标系统之下，不同图层之间才能实现空间属性的分析和交换。而定义坐标系统就必须涉及地图与地图投影的相关知识。 UNDaPvedW7KPsdW7/ZtumQXo3pp7SFA2hpiBckXM+COAHQeHzpZ0VmNCI449GN1E