田野考古技术课件.pptx
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- 田野 考古 技术 课件
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1、田野考古技术 内容 一、绪 论 二、地形图测图总论 三、卷尺丈量与罗盘仪的使用 四、地形图测图原理 五、电子全站仪与GPS测图 六、遥感考古研究与数字摄影测量 七、地理信息系统的应用与研究 八、计算机图形图像学基础一、地图的定义与分类一、地图的定义与分类 所谓地图,就是根据一定的数学法则,使用专门符号(包括注记和符号),经过制图综合将地球表面缩绘于平面上的图件(或以数字形式记录在计算机储存介质中)。它能反映各种自然现象和社会现象的空间分布、联系、变化和发展。地图不仅是区域性学科调查研究成果的一种表达形式,而且是许多部门和学科赖以分析研究、量算数据、综合评价、分析预报和指挥调度等的重要资料。因此
2、在国民经济、军事和科学研究中具有广泛的应用。 地图有数学基础、制图对象和图面整饰三个组成部分。数学基础包括大地控制点、经纬线网和比例尺。制图对象在普通地图上包括水系、地貌、居民地、交通线、土质、境界线以及其它地物;在专题地图上包括地理底图的内容和突出表现的主题要素。图面整饰的内容包括图廓、图名、图号、图例和图面上文字说明以及附加图表等。 地图同航空像片、卫星像片、地景素描相比有三个基本特征:(1) 具有一定的数学基础。即按一定的地图投影和比例尺,将地球表面上的各点转化为平面上相应的点使图上的点位同地面上的实际物体保持对应的关系,保证制图对象地理位置的准确性。(2) 运用符号系统表示事物。它不仅
3、可以表示可见物体(现象),而且还能表示不可见物体(现象)。(3) 运用制图综合的方法,将地面现象的主要特征突出,次要细节舍去,并运用夸大和简化的手法,使地图内容清晰易读,符合用图要求。 普通地图就是以同等详细的程度表示地面各种自然现象和社会经济现象的地图。比较全面地反映地面各种基本要素(水系、地貌、土质、植被、居民地、交通网、边界线、独立地物等等);可以分为地形图和地理图。 专题地图就是突出反映某一种或某几种主题要素或现象的地图(如交通图、遗迹分布图),它也可以在普通地图的基础上着重表示某个专门要素(如地质图、气象图);可以分为自然地图和社会经济地图。其表示方法目前有范围法、质底法、符号法、等
4、值线法、点值法和统计图法等。二、测量学的发展概况二、测量学的发展概况 在公元前很久,中国人为了治水,已经会使用简单的测量工具了。17世纪之前,人们使用简单的工具,如中国的测绳、矩尺和圭表等进行测量。约1730年,制成了第一架经纬仪,大大促进了三角测量的发展。18世纪发明了时钟,解决了经度测定的问题。19世纪中叶创立了摄影测量方法,出现了立体坐标量测仪。到20世纪初,发展了航空摄影测量的方法,野外的部分测量工作转移到室内完成;60年代以后,测绘仪器的电子化和自动化以及多种空间技术的出现,实现了作业的电算化和自动化,提高了测绘成果的质量和精度,特别是近二十年来,电子水准仪、电子经纬仪、电子全站仪、
5、自动绘图仪以及全球定位系统(GPS)和数字摄影测量等技术的发展,使传统的测绘学理论和方法发生了巨大的变革。 同时,测绘的对象由地球扩展到月球和其它星球,测绘的成果也由单一的线划图发展到4D产品等多种品种并存: 数字栅格图(DRG:Digital Raster Graphic ) 数字线划图(DLG:Digital Line Graphic ) 数字正射影像图(DOM:Digital Orthophoto Map ) 数字地面模型(DEM:Digital Elevation Model )三、考古测量的任务三、考古测量的任务 信息科学的大潮随着“信息高速公路”、“数字地球”等概念的提出和实施,已
6、经渗透到各行各业,并推动众多的研究领域向纵深发展,作为空间信息载体的地图也越来越得到了应有的重视。地图在考古工作中同样有着极为重要的作用,我们进行考古调查、发掘和综合研究都离不开地图,研究区域内的各种考古遗迹、遗物、现象以及地理、地址、地貌、水文、生态等信息都具有各自的空间属性,只有在地图上才能表现出各自的空间特征。随着现代考古学研究的深入发展,地图在考古学研究中的应用更为广范,区域考古学、聚落考古学、环境考古学以及虚拟考古现实与考古地理信息系统等的研究与开发无不以地图为基础,甚至可以说没有地图,大量的考古信息就会成为一堆垃圾,没有任何研究价值。 考古测量课程的基本任务,是根据考古学研究的特点
7、,围绕现代普通测量成图的生产工艺,介绍有关的测量理论、知识和作业方法。同时介绍考古研究中地形图的使用和编制方法,使考古研究人员能够掌握一些常规测量仪器的应用和维护,熟练地测绘、使用和编制各种地图,了解并掌握地形图的数字化以及地理信息系统方面的有关内容,更好地开展考古学研究工作。四、地面点位的确定四、地面点位的确定地球的形状与大小 在测量学中,设想完全处于静止状态的平均海水面,向大陆下延伸所形成的一个封闭曲面,称为大地水准面,它所围成的形体称为大地体,用来近似表示地球的形状。 用一个与大地水准面极为近似、并可以用数学公式表示的规则球面来代替,这个规则球面的球体称为地球椭球体。高斯平面直角坐标系高
8、斯平面直角坐标系 采用球心坐标系或地理坐标系确定的点位一般适用于少数高级控制点,而对于大量的地面点位来说则显得很不直观,而且计算极为不便,测量的计算和绘图最好是在平面上进行。但是地球表面是一个不可展开的曲面,球面上的点需要通过地图投影的方法化算到平面上。地图投影的方法很多,我国采用高斯地图投影的方法。 高斯投影的方法首先是把地球按经线划分成带,称为投影带,每隔6(或3、1.5)划为一带,自西向东将整个地球划分成60个带,带号从首子午线开始,用阿拉伯数字表示,位于各带中央的子午线称为该带的中央子午线,任意一带中央子午线的经度可按下式计算:L0=6n3 (n为投影带带号)。 进行高斯投影时,设想用
9、一个圆柱面呈外切状态套在地球上,并规定圆柱面的中心轴与赤道面重合,圆柱面与地球的交线为某一条中央子午线,将地球这一投影带内的图形(距离、角度等)按照一定的数学关系投影到横圆柱面上,然后将横圆柱面沿母线展开成平面,就得到投影面上的相应平面图形。 在这个平面上,中央子午线与赤道的投影成为相互垂直的两条直线,分别作为高斯平面直角坐标系的纵轴(x轴)和横轴(y轴),两轴的交点O作为坐标的原点,同时规定x轴向北为正,y轴向东为正。我国位于北半球,境内x坐标值均为正数,y坐标值则有正有负,为了计算方便,将每个投影带的坐标原点向西平移500公里,使整个投影带中任意一点的横坐标y都为正值。 为了区分不同的6投
10、影带内的横坐标值,还在横坐标值前面加上带号。例如某点的横坐标值为16 362 850米,表示该点位于16号投影带内,位于中央子午线以西500 000362 750137 150米。 在高斯投影中,离中央子午线越远的点变形越大,为了控制变形,有时采用3带甚至1.5带进行投影。 平面直角坐标系平面直角坐标系 在小区域内进行考古测量时,常把球面的投影面当作平面看待,这样就可以采用平面直角坐标系来确定地面点在投影面上的位置。测量学中的平面直角坐标系与解析几何中的平面直角坐标系基本相同,只是x轴与y轴的位置作了对调,象限编排的顺序改成了顺时针方向,这是因为测量工作中以极坐标表示点位时,角度值是以北方为起
11、始方向并按顺时针方向计算的夹角。同时,解析几何中全部的三角公式都适用于测量学中的各种计算。 要用平面直角坐标确定地面点的位置,首先要在测图平面上把直角坐标系的位置固定下来,即在平面上预先确定坐标原点的位置和坐标轴的方向。在考古测量工作中,如果附近没有国家控制点,考虑到成面积较小,为了工作方便,可以假设坐标系的原点,即选择遗址所在地区真子午线或磁子午线为x轴,向北为正,坐标原点的位置设在测区(遗址)的西南角外,使测区(遗址)内的各点坐标全部为正数。 地面上一点的正北方向有两种解释,一为指向地球北极的真子午线方向(真北),可用天文观测的方法来确定;一为指向地球磁极的磁子午线方向(磁北),静止的磁针
12、所指的方向就是磁子午线方向。在测量学中,这两种方法都被用作标定方向的依据,称之为起始方向或基本方向线。于是在决定坐标方向时就有两种方法可以采用,或者使纵坐标轴与真北方向重合,或者使纵坐标轴与磁北方向重合。 我国目前常用的大地坐标系 1954年北京坐标系 我国20世纪50年代采用克拉索夫斯基椭球建立的坐标系是参考坐标系。由于大地原点在前苏联,便利用我国东北边境呼玛、吉拉林、东宁三个点与苏联大地网联测后的坐标作为我国天文大地网起算数据,然后通过天文大地网坐标计算,推算出北京一点的坐标,故命名为1954年北京坐标系。后来使用这个坐标系进行了大量测绘工作,现在使用的很多地形图都是1954年北京坐标系的
13、。但是这个坐标系存在一些诸如参考椭球长半轴偏长,椭球基准轴定向不明确,椭球面与我国境内的大地水准面不太吻合,点位精度不高等问题。 1980国家大地坐标系(也称为1980西安坐标系) 为了克服1954年北京坐标系存在的问题,充分发挥我国原有天文大地网的潜在精度,于20世纪70年代末,对原大地网重新进行平差,大地原点选在陕西省永乐镇,椭球面与我国境内的大地水准面密合最佳。平差后,其大地水准面与椭球面差距在20m之内,边长精度为1:500 000。 WGS一84坐标系 WGS一84坐标系是世界大地坐标系统,采用WGS一84椭球。这种坐标系的原点设在椭球的中心,x、y轴在椭球的赤道面内,而且x轴通过起
14、始子午面,z轴与椭球旋转轴一致。所以A点的空间位置用三维直角坐标,表示。球心坐标与大地坐标之间有一定的换算关系,可以通过公式相互推算。 利用GPS卫星定位系统得到的地面点位置,是WGS一84坐标。地面点高程 地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离称为高程,也称为海拔或绝对高程。大地水准面通常作为高程的起始面,所以大地水准面又称为高程基准面。一个点的高程通常以字母H加注脚标表示,如图中的A点,其高程为AA,记为。 我国的绝对高程是以青岛港验潮站1950年至1956年记录的黄海平均海水面的高度为准,推算的黄海平均海水面作为我国高程起算面,并在青岛市观象山建立了水准原点。水准原点到验潮站平均海水面高程
15、为72.289米。这个高程系统称为“1956年黄海高程系”。全国各地的高程都是依此而得到的。 80年代初,国家又根据1953年至1979年青岛验潮站的观测资料,推算出新的黄海平均海水面作为高程零点。由此测得青岛水准原点高程为72.2604米,称为“1985年国家高程基准”,并从1985年1月1日起执行新的高程基准。五、地形图的分幅与编号五、地形图的分幅与编号 为了便于地形图的测绘、使用和管理,需要将大面积的地形图进行统一的分幅,并且每张图必须有一定大小的图廓和一个有规律的编号。地形图的分幅可分为矩形分幅和梯形分幅两类。地形图的梯形分幅就是按一定的经差和纬差以经纬线分别作为图幅的边界,由于经线(
16、子午线)向南北两极收敛,由此整个图幅呈梯形。矩形分幅是以直角坐标格网线为图幅边界。 梯形分幅 (1) 1:100万地形图:分幅与编号是国际统一规定的。经差6度,由经度180度开始,自西向东用阿拉伯数字1至60编号;纬差4度,由赤道向两极(至88度),用大写英文字母A至V标明,以两极为中心,纬度88度的圆内以Z标明。南北半球的图幅分别在编号前加S、N来区别。 (2) 1:50万、1:20万、1:10万地形图:1:100万图幅按经差3度、纬差2度分成4幅1:50万的图幅,并加以A、B、C、D表示。甲地所在的1:50万比例尺地形图的编号为:J51A。 1:100万图幅按经差1度、纬差40分分成36幅
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