[00070906]中低空航空遥感与GIS技术在科技考古方向的融合应用开发与实践

一、课题来源与背景 “十三五”以来,经国家文物局批准的主动性考古项目每年达到200项以上。伴随“一带一路”发展和中国考古走出去,2019年我国开展中外联合考古项目46项。国家愈发重视考古发掘和保护,考古投入和项目数量会乘势增长。随着现代考古勘探发掘工作的发展,无人机拍摄、数字记录等数字化技术广泛应用,使考古研究工作发生深刻变化,《国家文物事业发展“十三五”规划》中明确要求加强文物科技创新。 然而,考古勘探项目多使用民用无人机航拍,无法获取高精度和高分辨率的数字正射影像,更无法获取对考古勘探至关重要的数字高程模型、数字线画图等地理信息数据。田野考古勘探过程中,数据的采集、记录等仍大多采用纸表的记录方式,后期数据电子化工作量巨大,易出错,影像资料和探孔信息不关联、很难从数据直观的进行考古分析。内业分析过程中,不能高效的对数据进行查询筛选、空间分析,不能适应信息网络技术和时代发展要求。 二、技术原理与性能指标 1、技术原理 为综合提升考古勘探信息化、智能化水平,我公司利用中低空航空遥感和GIS等信息化技术,结合考古勘探关键业务,进行综合性的应用研究和系统开发,形成信息化、智能化、一体化的解决方案。 该技术解决方案主要解决野外考古过程中的空间地貌数据的感知问题、考古勘探信息采集、野外调查的数字化问题和考古勘探数据的管理、显示与分析问题。采用中低空航空遥感与GIS技术来替代传统的考古勘探作业方式。 主要技术路线包括采用中低空航空遥感技术获取勘探区内的地理信息数据,构建勘探区域基础地理信息库。开发基于GIS的田野考古勘探App和考古勘探综合信息管理系统,用以支持考古探区空间信息的管理与应用、探孔信息的数字化采集和数据管理与分析。考古队在采用该项技术方案后,降低了野外勘探的工作强度,避免实物数据的损坏与丢失,提高数据使用率,全面提高考古勘探效率和遗迹找寻等决策分析的准确性。 2、性能指标 该方案基于中低空航空遥感、GIS、移动互联网等技术,将各类考古业务数据围绕高精度地理信息数据进行关联,实现考古勘探数字化作业。系统开发采用“C/S+M/S”架构设计,基于Windows和Android操作平台开发,支持tif、dwg、shp、mdb等常用地理信息数据格式,支持GPS、GLONASS、北斗等卫星定位数据,支持网络模式和离线模式,即使在环境恶劣和无网络情况下,也能正常使用。 三、创造性与先进性 （1）将空间测绘领域中的“3S”技术（GIS、GPS、RS）与考古勘探的具体业务相融合,利用中低空航空遥感技术获取高精度“3D”数据--数字正射影像（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字线画图（DLG）,并与GIS系统规划外业考古勘察,解决野外考古过程中的空间地貌数据的感知问题。 （2）移动端APP采用高精度GIS地图,辅助考古勘探规划;电子化录入省略纸质表格电子化的步骤的同时,采用标准化录入方式,避免了因个人记录习惯导致的数据判读问题,提高了作业效率和准确性,极大节约了人力和时间。属性记录和影像采集二合一,保证数据关联的同时,避免了携带多个设备,操作繁琐的困难,在简化操作,提高效率的同时,节约体能。 （3）系统端采用GIS技术,围绕探孔整合多种类型数据和信息,解决数据展示、关联、编辑、管理等问题,提高考古勘探管理和使用的效率和准确性;根据探孔信息拟合各地层的剖面图和利用约束Delaunay三角网生成算法构建古地貌数字高程模型进行空间分析,将考古数据的分析结果直观形象的表达,提高考古勘探决策分析的效率和精度。 （4）野外采集数据实时传输,实现考古现场与内业分析的联动,使考古决策分析能够实时指导现场考古作业,确保考古工作的科学高效的进行。 四、成熟程度、适用范围和安全性 我公司多次在互联网大会、地理信息大会等国际性会上,与国际或国内相关单位企业进行技术交流,得到普遍认可。公司依托成熟的市场关系在全国范围内进行推广。目前已与山东省文物考古研究院等考古科研机构建立密切的合作关系。 目前,基于中低空航空遥感与GIS技术的考古方案已成功应用于济宁汶上县贾柏遗址考古项目、全国重点文物保护单位临淄齐故城考古项目等,应用效果良好,获得山东省文物考古研究院的高度评价,并向研究院内考古项目进行推广,目前已在山东省内多处考古项目中应用。 系统设计开发满足实用性、安全性、标准化、开放性、经济性等标准,保证系统的先进、稳定和拓展升级。 五、应用情况 以山东省某地古代遗址为试验区进行实验测试,其核心区域为北辛文化时期遗存。综合考虑作业效率、作业成本、考古勘探工作的业务要求等因素,整体评估后采用了型号为T10S的三角翼无人机在500米高度得到分辨率为10cm的航空影像,生产出2000国家大地坐标系1:2000的DOM、DEM、DLG数据作为整个测区的底图。在此基础上,以空间位置作为关联要素,加入探孔、探方、遗迹影像与属性描述等信息,实现探孔数据库、GIS基础数据库的融合建库。