RTK测量工具在安陵考古测量中的应用

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  【摘 要】:本文简介测量新工具RTK的主要性能,并以陕西省咸阳市的安陵陵邑为例,说明了RTK具有工作效率高、定位精度高、全天候作业、操作简单易于使用等特点。通过本文的论述我们了解了如何使用RTK测量工具, 将地面遗迹的现存状况及时准确地记录下来,为以后的研究积累资料,并通过对西汉帝陵方位、布局的测量,了解古人的测量技术、方式。
  【关键词】:考古测量 RTK测量 考古遗迹
  一、引言
  RTK实时动态测量技术,是以载波相位观测为根据的实时差分GPS技术,它是测量技术发展里程中的一个突破,它由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成。
  在基准站上安置1台接收机为参考站,对卫星进行连续观测,并将其观测数据和测站信息,通过无线电传输设备,实时地发送给流动站,流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线接收设备,接收基准站传输的数据,然后根据相对定位的原理,实时解算出流动站的三维坐标及其精度。只要保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,便能够实时提供测站点指定坐标系中的三维定位结果,并达到厘米级精度。
  RTK用于考古发掘地形测量、古代遗址的分布测量、发掘范围的布方控制测量,可以减少人力,提高工作效率。RTK测量,都使用相同的大地坐标,对相距较远的具有相同文化属性的遗址进行测量,可以展示他们的空间存在的连续性和相关位置的必然性。
  二、RTK技术优点
  1、RTK作业自动化、集成化程度高,测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业,使辅助测量工作极大减少,减少人为误差,保证了作业精度。
  2、降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”和对天基本通视,因此,和传统测量相比,RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。
  3、定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累。RTK不同于全站仪等仪器,在一定的作业半径范围内,RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
  4、作业效率高。在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完10km半径左右的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,提高了测量效率。
  5、操作简便、数据处理能力强。RTK的基准站无需任何设置,移动站就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样,并能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。
  三、测量方法
  测量时,工作人员收集本测区已有的地形图及控制成果点,在地形图上拟定导线布控方案,到野外实地勘察、选定,研究导线布置路线和方法。考虑点位时,应充分考虑已有国家等级坐标点的位置,导线的各边长度尽量接近导线技术指标,导线控制点数量适中,密度均匀,有效控制整个测区。使用RTK时,注意避免在高压线或有高大建筑物遮挡的地方测量。用RTK定位进行大比例的地形测量,平面位置精度较高,高程定位精度误差较大,利用已知点引测国家坐标点,便可获得平面定位和高程定位精度均高的控制网。
  四、实际应用
  按照上述测量方法,我们对陕西咸阳安陵遗址进行测量,采用闭合导线对整个安陵陵邑进行控制,兼用支导线进行图根控制点加密,每座封土基本选择了5个测点 ,位置 分别在封土底部和顶部的最高处 1。最后通过电缆将所有测量数据传输到计算机中,用CASS系统成图,如下图。
  安陵是汉惠帝刘盈的墓葬,陕西省重点文物保护单位,位于咸阳城东18公里处渭城区韩家湾乡白庙村。通过测量数据 , 我们进行陵园长度、宽度计算 , 并折算成 汉 尺 ( 1 尺 = 0 .2 3 米 ) 。安陵陵园北部东西长909.788米(3955.6尺),南部东西长885.684米(3850.8尺)、南北长828.69米(3603尺),面积近76万平方米,安陵陵邑东西长1584.01米(6887尺),南北长719.141米(3126.7尺),面积近114万平方米,帝陵西偏15°43’,陵园西偏14°2’,陵邑西偏12°23’。与已发表的安陵测量数据相比,RTK测出的数据与传统的人工拉皮尺测量结果基本一致 2。
  安陵位置在东经108度51分、北纬34度25分,陵墓建于渭河北岸的黄土台塬上,东西北三面地势较高平坦,海拔高度在426至461米间。南侧为一阶地,引渭高干渠从其南阶地间通过,折而向北经其陵东后复东流,其东侧有13号公路南北穿过陪葬墓区,北侧新建有旅游公路。安陵陵区分布有安陵、孝惠张皇后陵、陪葬墓、从葬坑等。陵北白庙村一带有邑城遗址,陵东有12座陪葬墓,尚存封土2座,封土大多为圆锥形。陪葬墓分布大致东西一线,排列有序,或两墓并列,或几墓成群。曾发掘从葬俑坑一处。安陵建于渭河北岸的塬地上,封土为覆斗形,底部和顶部平面皆长方形。安陵邑遗址位于安陵正北,南侧中部突出一块,与安陵相接。东墙和北墙现仍依稀可辩,墙基宽约9米,残高2-3.6米。二墙中央各辟一门,门址附近发现多种西汉瓦当和涂朱的云纹瓦当。传世的“安邑王周柱”文字瓦当,应出于此 3。
  安陵一方面继承了先秦帝王陵墓的建制,建有帝陵、陪葬墓、从葬坑、陵邑等,又特别在其陵旁建有规模稍小的后陵,这有异于长陵中帝陵后陵规模相同的模式。其后的汉陵基本遵循安陵此种模式,形成西汉帝陵的固定形制。在中国古代帝陵中地位比较特殊。
  与其它西汉陵墓相比,安陵之建筑结构也略有不同。一是其陵下建有一东西向长方形高台,安陵与张皇后陵均建于台上。其二,安陵并不处于台基正中,而是处于其东部;张皇后陵则处于其西北部。带有这种长方形台基的陵墓封土,在汉陵中不多。
  五、数字化测量及数字地图的优势
  (一)数字化测量为文物本体保护提取测量信息
  自然和人为因素致使文物本体的信息在自然环境中日渐减少,所以尽快、尽早从古代的文物遗迹中提取准确的遗迹信息就显得非常重要,了解和整理墓葬现存状态,考古测量便成为有效的科学手段之一4 。
  (二)数字地图优势
  为考古研究提供信息的数字地图能准确地展示陵园所在的地理位置、周边环境、各点的三维坐标。数字地图可存储大量的数据信息,成图文件可继续改动、删除、添加、补充和形成新的文件,同一完成图又可根据不同需要而打印多种测量图,并且成图文件和数据文件可以为其他软件所使用,使研究进一步深入。
  六、结论
  使用RTK技术对西汉安陵测量后,使我们对古人的规划设计和测量技术有了全新的认识,同时也开辟了新的研究课题,比如汉代人是如何进行测量的。帝陵封土方位偏差15°,陵园方位偏差 14°,陵邑方位偏差不超过12°。从测量结果来看,我们不得不承认在汉代已经有相当精确的测量技术 , 而安陵在营建前也必是经过精心规划的。
  RTK技术是GPS技术发展到目前阶段的最新技术,因为它有着精度高、速度快、不需要通视等优点,己经迅速进入考古测量中的众多领域。随着数据的稳健性、抗干扰性水平和软件水平的提高以及传输距离的增加,RTK技术将在考古测量领域得到更广阔的应用。
  (本论文所用图表资料由黄晓芬先生提供,在此表示感谢)
  参考文献:
  1. 焦南峰 .西汉长陵、阳陵GPS测量简报 《考古与文物》2006年第6期
  2. 孙铁山 西安安陵调查简报 《考古与文物》2002年第4期
  3. 孙铁山 西安安陵调查简报 《考古与文物》2002年第4期
  4. 王昭 考古测量的新方法 —RTK、GPS、全站仪等测量新工具在考古发掘中的应用.《东北史地》 2009年第 5期
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