第一节
考古调查与发掘

田野考古是考古学获取研究资料的基本方法，包括调查和发掘。现代意义上的考古调查和发掘越来越趋向于采用数字化的记录系统，数字测绘就是其中一项内容。数字测绘采用现代化的测量技术和测量手段，直接获取可供计算机制图使用的数字信息，大大提高了测绘的精度和效率，数字测绘是GIS数据采集的重要方法。目前，使用普遍的数字测绘设备是电子全站仪和全球卫星定位系统（GPS）。

一、电子全站仪

电子全站仪是目前使用最为广泛的测绘仪器之一，它集合了电子经纬仪和光电测距仪的功能，既能进行高精度、高效率的实时测量，又能自动记录、存储各种测绘数据，可以在野外直接获取被测量目标的三维坐标。尤其是在考古发掘中，与传统的测绘手段相比较，电子全站仪因其高精度、高效率的特点，适合于对考古遗址进行统一的三坐标测绘，能够满足聚落形态考古的需要，已经成为现代田野考古发掘的必备测绘工具之一 （图2-1）。

电子全站仪的另外一个优势是可以直接采集数字化的测绘信息，通过配置相应的软件，可以将电子全站仪与计算机进行联机作业，将观测数据直接传输到计算机中，由软件自动编辑，绘制数字地图。由电子全站仪配合测绘软件绘制的数字化的考古遗迹图可以方便地与田野考古发掘数据库（以堆积单位或context为基本记录单位）进行关联，建立起有效的田野考古发掘GIS系统，从而极大地方便了田野发掘资料的汇总、管理和分析，真正实现田野考古的数字化。目前，利用电子全站仪测绘建立田野考古发掘GIS系统的尝试已经在我国开展起来。

考古测绘中使用电子全站仪的一个缺点是其体积庞大，不便于携带。另外，全站仪在使用过程中需要设置测站，测量时仪器与被测物体之间必须通视，这些限制都使得电子全站仪并不适用于区域性的田野考古调查，而考古调查中空间数据采集的最有效工具是全球卫星定位系统。

二、全球卫星定位系统

卫星定位系统是利用在空间飞行的卫星不断向地面广播发送某种频率并加载了某些特殊定位信息的无线电信号来实现定位测量的定位系统。目前，在轨运行的卫星系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和中国的GNSS（北斗），其中具有全球范围内定位导航功能的卫星定位系统称为全球卫星定位系统（图2-2）。

目前，唯一投入商业运营的全球卫星定位系统是美国的GPS。该系统空间部分由24颗卫星组成，其中有21颗工作卫星，3颗备用卫星。工作卫星分布在6个近圆形轨道上，每个轨道上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55°，轨道平均高度为20 200公里，卫星运行周期为11小时58分。这样能够保证在地球上任何地区、任何时刻，可以同时接收4至11颗卫星的信号，从而实现全球范围内的实时定位导航。

GPS定位的原理是根据卫星瞬时位置作为已知的起算数据，通过测量卫星到地面接收机之间的距离，采用空间交会的测量方法，确定地面接收机的空间三维坐标。因此，理论上只需同时接收到3颗卫星的信号就可以进行定位，但实践中，考虑到星历误差等因素，需要同时至少收到4颗卫星的信号才能测算出接收机的地面位置。

GPS卫星正常工作时会不间断地向地面广播经过编码的导航定位信号，称为“伪码”。伪码一共有两种频率：L1载波和L2载波。这两种载波上分别调制着多种信号：C/A码，调制在L1载波上，是普通用户可以接收用于测定接收机到卫星距离的主要信号，其测定的距离被称为伪距；P码，调制在L1和L2载波上，被美国国防部所控制，精度高；Y码，在P码基础上进一步调制的保密码；此外还有调制在L1载波上的导航信息码。如果使用一台接收机观测卫星数据，则只能采用伪距测量，定位精度低；如果根据两台以上接收机的观测数据来进行相对定位，则既可采用伪距观测也可采用相位观测，从而大大提高测量的精度，这种方法被称为GPS的“差分定位”（DGPS）。

GPS接收机可分为导航型和测地型。导航型接收机主要用于运动载体的导航，一般采用C/A码伪距测量，定位精度低，误差在±10米，但这类接收机价格低廉，使用广泛。导航型GPS适用于大规模的区域性田野考古调查，调查人员可以人手一台，记录地表发现遗迹遗物的大致坐标。测地型接收机采用各种差分技术提高GPS测量精度，常用的差分技术有位置差分、伪距差分和载波相位差分，其中经过前两种差分技术可将GPS测量的精度提高到亚米级，而载波相位实时动态差分技术又称为RTK技术，可将测量精度提高到厘米甚至更高（文本框2-1）。具有差分功能的GPS接收机都有基准站和流动站，一些流动站还集成了GIS数据采集功能，尤其适合于田野考古调查中的数据采集和遗迹测绘。尽管GPS以其测绘的快速和高效的特点而在田野考古调查中使用广泛，但也受到一些局限，比如天空被遮挡的区域因为难以接收到卫星信号而无法实现测量。