空间考古学：对象、性质、方法及任务*

文/王心源　郭华东中国科学院遥感与数字地球研究所 北京 100094联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心 北京 100094

空间考古学：对象、性质、方法及任务*

文/王心源郭华东
中国科学院遥感与数字地球研究所 北京 100094
联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心 北京 100094

空间考古学是新考古学的一个分支，其研究对象是地球表层包含人类活动遗存与生活环境的人文-自然综合体，研究方法是空间信息技术在对这个复杂研究对象的应用研究中，有关考古信息获取、解释与重构的一个创新性过程，并通过建立“数字文化遗产圈”（Digital Cultural-heritage Sphere）实现三维动态的虚拟重建。在总结第487次香山科学会议“文化遗产空间观测与认知”研讨基础上，提出空间考古学6方面的重要研究内容：（1）遗址无损探测技术与方法研究；（2）空间信息技术与文化遗产保护和监测研究；（3）考古遗址环境的数字化重建研究；（4）文化遗产空间数据存储与挖掘研究；（5）虚拟考古、虚拟再现与公众展示系统；（6）“数字文化遗产圈”（Digital Cultural-heritage Sphere）科学平台建设。对中国建设空间考古学的5项建议：（1）充分融合考古文博领域和空间技术领域的优势，推进空间信息技术在文化遗产中的应用发展；（2）从学科体系看，当前空间技术在文化遗产的研究方面需要总体性布局；（3）对大型文化遗产亟需从全局高度开展“理论-技术-应用”的一体化攻关研究，获得对遗产本质的、整体的科学认知；（4）包含文化遗产信息的空间探测理论与方法、技术组合、技术适用性，以及自然与人类活动对遗产影响的评估与虚拟重建等重大科学问题需要抓紧规划落实；（5）加强空间考古学学科内涵与理论建设研究，利用我国文化遗产大国和空间技术的优势，创新“空间考古学”学科体系，抢占该领域的国际制高点。

考古学，遥感考古，空间考古学，性质与方法，学科体系

1　引言——考古学的发展与重构

考古学是通过对古代人类社会留下的实物遗存（包括器物、建筑等）及相关的生活环境与文化

修改稿收到日期：2015年4月13日景观来分析与重建过去人类活动的一门学问［1］。基于地质学和古生物学的有关理论，从18世纪末到19世纪后期在欧洲得到迅速发展并逐渐趋于成熟的近代考古学，很快建立了从旧石器时代、新石器时代、青铜时代到铁器时代完整的史前历史体系，并在其他大陆相继发现史前遗存。一些“失落”的古代文明，如印度河流域和古代中美洲文明被“重新”发现，这从根本上改变了人类对自身历史的认识，也改变了世界各民族对本民族历史的认识，考古学成为二战后世界各民族国家论证国家合法性的重要工具，进而演变为研究和保护民族遗产，弘扬民族文化的重要学科［2］。二战后的人文和社会科学飞速发展，交叉、边缘学科蓬勃发展并成为学科发展的前沿和生长点，考古学又成为各学科索取资料、扩大研究领域、拓展研究视野的前沿之一。同时，自然科学技术的巨大进步对考古学的发展产生了革命性的推动作用，物理、化学的分析技术对于鉴定遗物成份与环境分析、数学的统计学利用、飞机寻找考古遗址等，成为考古调查、发掘以及提取诸方面信息的重要手段，其中，碳14断代方法在考古中的应用意义重大，它将考古工作者以前主要放在断代上的精力解放出来，有更多时间关注和探索其他更为重要的学术问题［1-3］。考古学也变得更加开放，有关古环境分析、遥感考古等其他领域的研究人员也逐步介入其中。

考古学通过利用自然科学技术手段研究人类历史，大大拓展了此前文献史学的研究空间、时间和内容［2］，甚至改变了传统史学的某些基本观念和理论，成为近现代史学研究最重要的推动力，使得考古学的研究从单纯理想化的全面复原古代社会转入到对古代物质文化遗存的形成和埋藏过程的研究［3］。20世纪60—70年代，成为美国考古学研究主流的人类学体系下的“新考古学”（又称“过程主义考古学”）极大影响了当代世界考古学的发展方向，可以称得上是一场考古科学的革命。新考古学一个很重要的方面就是建立考古遗存和历史信息进行沟通桥梁的“中程研究”［4］。20世纪80年代，从欧洲史学传统中生发出来的“后过程主义考古学”，弥补了美国“新考古学”的缺陷，成为了20世纪最后20年考古学的新潮流。目前，这两个学派呈现出合流之势，表现为新的考古学学科独立于历史学科的趋势越来越明显［2］，作为一个独立研究领域转向对人类自身历史和社会发展历程的科学探索［1，3］。包括遥感（RS）探测、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、元素和同位素分析、DNA测序、考古资料数据库和三维激光扫描等现代先进技术的引进使用，正成为现代考古学技术的发展趋势。

考古学需要“放弃个人的偏见和克服一己的爱憎”［5］，要从研究任务、科学方法进行重构。作为考古学新方向的空间考古学，将在重构新考古学中贡献力量并发展成为一门真正的考古学分支学科。

2　从遥感考古到空间考古

过去的田野考古仅凭借肉眼或简单的工具去获取人类活动的物质遗存信息存在很大局限性，因为对于大范围或细小的，或被覆盖的物质遗存用肉眼或简单工具难以发现。而遥感考古是通过解译地上甚至地下遗迹和遗物的遥感影像特征来发现分布于田野的考古遗存，以适应于考古需求。在现代考古工作中，从空中寻找古代遗存，是一种效果明显且已被普遍使用的方法［6］。遥感考古的工作原理是建立在遗存或现象的物理属性、电磁波波谱特征和影像特征三者的紧密关系上，遥感影像的解译就是通过影像的色调、纹理、图案的形状、大小及其空间分布特征，并根据遗存或现象的波谱特征，来确定（疑似）遗存或现象的属性与空间位置。但是，单纯的电磁波遥感考古具有局限性，一些地下埋藏不能或难于被发现，需要将遥感和地球物理等方法结合的广义遥感考古［7-10］。广义的遥感考古具有覆盖范围大、探测波段范围广、时空分辨率高以及对考古对象无损探测等特点，使得它在山区、戈壁、荒漠、雨林等人迹罕至地区的考古发现与调查具有独特优势［11-16］。

遥感技术不仅是对人眼这个“遥感器”的功能延伸，更是分析判断的有力助手。目前遥感技术应用于考古学和文化遗产管理可大致归纳为两个大的方面：（1）古代遗存的探测与发现。主要是借助于考古遗存的物化特性，应用各种遥感手段对地上、地表、地下的遗存进行辨识，区分其性质、形状、大小、结构等特征；（2）区域性综合研究。主要是借助于各种遥感手段对区域内的环境变化、景观变迁等进行研究，服务于环境考古和景观考古的研究。需要指出的是，遥感作为一种成熟的空间技术在国民经济的许多领域都得到了很好的应用，比如在农业生产监测与评估、灾害监测、矿产资源调查等，但在考古和文化遗产管理方面的应用仍有诸多不足之处。目前，遥感考古相当大一部分精力被放在了对古代遗存的发现方面，不断尝试使用各种方法提高发现古代遗存的效率，但对古代遗存本身及其环境特性的研究却明显不足。

对于能提供丰富信息源的遥感，仅局限于“发现遗存”的确是资源浪费与信息的损失。遥感需要与其他技术与理论相结合，扩大其“发现”的价值和对考古学的贡献。遥感首先要与其相关的空间信息技术联系，以扩大遥感考古的研究深度与应用广度。空间信息技术（Spatial Information Technology）是包括RS、GPS和GIS在内的并结合计算机技术和通讯技术进行的空间数据采集、量测、分析、存储、管理、显示、传播和应用等系列的理论与技术。事实上，目前西方的田野考古调查，遥感再也不是单纯用于寻找、发现古代遗存或现象，更重要的是遥感技术已经实现了与GIS、GPS以及地球物理方法等其他相关技术的交叉整合，综合服务于以景观考古学为理论支持的考古学研究和以文化遗产学为服务对象的文化遗产管理或文化资源管理［17，18］。

目前，遥感考古已经从航空走向航天，从可见光波段向更长与更短的波段延伸，从电磁波走向机械波（地震波）。不仅如此，还从考古现场研究走向实验室虚拟研究，以及遥感技术与GIS、GPS和地球物理、地球化学及其他相关技术的联合探测，这便是当前空间考古技术与方法的特点。

超越遥感的空间信息技术是空间考古的倚重技术。空间考古（Space Archaeology）既是对遥感考古（Remote Sensing Archaeology）的继承与发展，又是扬弃与飞跃，这表现在空间考古学的对象、性质、方法和任务上。

3　空间考古学的对象、性质及方法和任务

空间考古学是新考古学的一个分支，正如遥感考古是传统考古学的历史需要。“科学方法作为一种模式，就像其他任何模式一样，是要受到批评、检验和重建的”［19］。传统的考古学研究模式遵循“点-线-面”的路径，这种认识路径不符合人的认识规律［7］。我们需要建立符合人对地物认识规律的研究思想路线——从整体到局部、从宏观到微观的认识路线。空间考古学正符合此认识特征。

3.1空间考古学的研究对象

正如考古学分支的科技考古学研究对象与考古学相同，但具有其侧重点［20，21］。空间考古学的研究对象当然也与考古学研究对象相关，但也有其侧重。古代人类活动留下来的可移动性器物不是（至少目前不是）空间考古学的研究对象，而对于古代人类活动所遗留下来的不可移动的遗迹是但不全是空间考古学的研究对象。空间考古学的研究对象是地球表层特殊的“残积与沉积层”——这是人类活动的残存物、堆积（堆砌）物或它们接受自然作用再改造的沉积物及其周围的生活环境（地貌、水文、植被、土壤乃至地质矿产等）的总和，即包含人类活动遗存与生活环境的人文-自然综合体。

3.2空间考古学的研究方法与性质

科技考古学的发端以年代学方法的突破为标志，之后，进化思想成为19世纪下半叶考古学的主要特点。20世纪初，文化历史考古学兴起，类型学分析结合考古学文化概念成为20世纪上半叶考古学的研究范式。之后的新考古学又认为，传统考古学将简单的经验与常识性推断作为研究方法，对结论缺乏任何严格的检验手段，因此提倡考古应当采用自然科学的演绎法，以考古材料来检验各种不同的假说与理论，从而避免传统方法中过多的主观因素［3，22］。

虽然关于考古学方法论问题尚存有不同的看法，但是，考古地层学、考古类型学、考古科技学和考古文化学，被认为代表着目前考古学界所经常使用的4种基本方法［23］。当前，考古学研究领域在研究尺度上正在向宏观和微观两个方向不断拓展，研究程度上向精细与综合两个方向不断延伸，进一步促使科技方法与考古实践的结合，并将“考古科技学”作为考古学基本方法论给予重视和建设［21］。近年来，运用科技方法开展文化生态、陶瓷考古、玉器考古、冶金考古、贸易考古、行为考古等方面的研究方兴未艾，这种对遗存的“微观研究”大大拓展了考古资料的信息内涵和学术价值［23］。而对于遗存的“宏观研究”，始于20世纪初的遥感考古已经广为人知地为田野考古对遗存及其环境的宏观认知做出了重要贡献。

空间考古方法正是从宏观——整体角度来介入考古研究。由于空间考古学研究对象的极其复杂性，研究方法因此需要高度综合。以区域景观历史为核心的空间考古，不再仅仅局限在航空、航天以及地面平台的遥感空间观测技术，而要综合其他的广义遥感考古技术方法，包括地球物理探测及地理信息系统空间分析、卫星导航定位、虚拟显示等［7-9，24，25］，并结合考古埋藏学、环境生态学、景观考古学、环境考古学等交叉学科开展多学科的综合应用、技术集成与研究方法的创新。

如果说遥感考古是技术与方法，空间考古就是一种范式——关于信息技术应用于考古学的一整套技术与方法。空间考古方法在有效继承遥感考古以及多元技术集成与综合分析的基础上，形成空间信息技术在考古应用中有关遗存信息获取、解释与重构的一个创新性过程，并通过虚拟现实技术实现考古遗存三维动态的研究。空间考古的目标不仅是要提高对遗存的发现效率，而且要加大我们对历史的认识深度与广度，并有一套自己的方法，因此需要与环境考古相结合，即遥感环境考古［7］。应将遥感环境考古思想统一到空间考古学之中。空间观测的客观性、宏观性，使得空间考古理应对考古遗存研究有更加整体与深刻的认识，理应对考古遗存现象提出更合乎实际的推理与阐释。当然，这些假设与阐释必须要有实际的检验，这是与田野考古接口的地带。

作为考古学分支的空间考古学，是用当代先进的技术和自然科学方法来综合研究人类活动的物质遗存，探索人类自身历史和社会发展历程，是融合自然科学、社会科学以及信息技术的一门交叉学科。

3.3空间考古学的任务与研究内容

空间考古决不是仅仅“发现”遗存，其任务是通过认知古代人类活动文化遗存所蕴涵的有关于人文与自然的丰富信息，揭示过去人类活动的历史、特征、模式，以及人与环境关系的演变过程，促进空间信息技术发展并为社会、经济与文化服务。

空间考古学的研究内容主要来自两个方面：（1）来自地球表层包含人类活动遗存与生活环境的人文-自然综合体信息观测的相关内容。地球表层圈层之间或圈层内部的物质流、能量流及人类活动信息流（荷载在人类活动遗迹上）的存在，形成了反映它们特征与运动的信息，这为对地观测技术获取地球表层多种信息提供了可能。地球表层系统地理空间信息具有多重性、复杂性、不精确性、不确定性以及可存储性、可识性、全息性和可反演性等特征［26］，构成空间考古学技术方面的探测理论基础与重要研究内容；（2）来自考古学的相关研究内容。随着考古研究工作的扩展，考古学家们从个别的考古遗址对文化的了解上升到对某一地区、某一国家，甚至是更大范围的时空去认识人类文明的发展，需要宏观、完整、全面的有关遗存及其相关环境的空间特征信息；另外，虽然每一个考古发掘都有收获，但对单个遗址不仅要研究其本身的文化，还要进一步去研究它产生和湮灭的原因，研究当时的自然环境和社会因素及其关系等。因此从更加广泛的科学角度去研究其历史文化时，传统考古显出诸多不足。诚如赵辉研究员在第487次香山科学会议所言：随着考古资料的积累丰富，中外考古学都逐渐转向更复杂的古代社会的研究，对考古遗存空间结构的研究成为考察聚落形态、探讨社会组织与结构的重要内容。通过区域考古调查和单个遗址勘察探讨考古遗存空间结构的方法体系逐步建立并完善的需求，促进了基于现代科技尤其是现代空间观测技术建设空间考古学学科体系的诉求提上日程。

传统考古学在有关方面不能做或做的不足部分，可能成为空间考古学的新生长点与重要研究内容。

（1）遗址无损探测技术与方法研究。遗址无损探测是空间考古学的“起源”，也是最基本的特征。当前，需要强调诸多技术（遥感、地球物理、地球化学、其他探测）的协同组合方法与有效的观测应用分析。

（2）空间信息技术与文化遗产保护和监测研究。数字文化遗产保护是实现遗产永久保存的一种现代化方法，而空间技术对文化遗产保护的监测能够实现快速、高效更是其优势。深入研究空间信息技术与文化遗产保护和监测的有效方法是一项重要研究内容。

（3）考古遗址环境的数字化重建研究。融合多元考古信息，数字化重建考古遗址空间位置与几何形态的时空演化，定量化、数字化研究考古遗址古环境及其时空变化，从而挖掘本体与环境的深刻关系，是空间考古学重要的研究内容。

（4）文化遗产空间数据建立、存储与挖掘研究。建立文物光谱数据库可谓是当务之急，也是空间考古研究的基础。在数据存储方面，如何更好实现多源海量异构文化遗产信息的集成化存储与管理将是一个长期的研究课题。未来的研究重点不仅要建立统一的数据存储标准和实现多源海量异构数据的网络化共享发布，还要发展对文化遗产空间数据与属性数据结合体的数据挖掘，从而达到应用的更高层次。

（5）虚拟考古、虚拟再现与公众展示系统。利用虚拟考古技术，人们可以通过基于过去曾遭受破坏的某个文化遗址的历史资料，结合该地的地貌、水系、地形高程等景观特征，恢复和重建古遗址原貌，为文物保护提供一份可用计算机存档的历史资料。完成古遗址的四维数字虚拟再现的可视化表达，实现公众的广泛参与和互动，是新时期文化遗产保护与宣传的迫切要求。

（6）“数字文化遗产圈”（Digital Cultural-heritage Sphere）科学平台建设。这是一个对来自天-空-地（地上与地下）的空间观测/探测数据，以及文档、音像数据，文化层的钻孔、剖面数据，及全新世地层钻孔、剖面等多元数据进行关联与整合的数字文化层的科学分析平台。建立这样一个可视的“透明文化层”（Glass Cultural Layers）信息系统，实现在区域、全国甚至全球尺度上，对文化层的叠压、打破、共存与演化进行对比与分析。

这些研究内容，可归纳为6个重大科学问题：文化遗产信息的空间探测机理与方法；文化遗产探测、研究与保护的空间技术组合；空间考古技术的适用性研究；自然与人类活动影响的文化遗产时空认知；文化遗产古环境重建与人地关系研究；空间考古学科学内涵与研究范畴［27］。

4　展望与讨论

西方考古学的巨大变革，正是社会、经济及政治的飞速发展在考古学领域的反映。放眼以欧美国家为代表的世界考古学界，在新兴考古学流派中，概念、模式和范例在研究过程中无不居于核心地位。中国自改革开放以来的发展成果，也给考古学带来巨大的影响。当前考古学无论从研究手段、关注范围，还是理论阐释上，都开始呈现多元化的开放发展趋势。只有改变旧的思维定式，新技术才能成为科学探索的利器［28］。空间考古不仅仅是技术引进与改造适应的问题，更是科学研究的思想方法革新与创新问题。

未来的考古学发展将以信息积累为标志，这一趋势必然对考古学研究的理论分析、方法与手段提出新的要求［3］。2014年在北京举行的以“文化遗产空间观测与认知”为主题的第487次香山科学会议上，对于我国未来空间考古学的发展提出如下认识与建议［27］：（1）虽然我国遥感考古已开展数十年，但是至今尚未进入到深层次的应用。应充分融合考古、文博领域和空间技术领域的优势，推进空间信息技术在文化遗产中的应用发展；（2）从学科体系看，当前空间技术在文化遗产的研究方面尚缺乏总体性布局。关于文化遗产的空间观测特性、机理，以及遗产赋存环境对全球变化、自然灾害的响应等基础研究缺乏；（3）大型文化遗产亟需从全局出发开展理论-技术-应用的一体化攻关研究，从而获得对遗产本质的、整体的科学认知；（4）包含文化遗产信息的空间探测理论与方法、技术组合、技术适用性，以及自然与人类活动对遗产影响的评估与虚拟重建等重大科学问题需要抓紧规划落实；（5）开展空间考古学学科内涵与理论建设研究，利用我国文化遗产大国和空间技术的优势，创新“空间考古学”学科，抢占该领域的国际制高点。

科技考古学是中科院具有比较优势的二级学科［29］。建立空间考古科学体系虽然10年前就已呼吁［25］，但是，真正建立却不是一朝可实现的梦想。国际上考古科学研究范式正在经历嬗变，多学科交叉融合与创新方兴未艾，应发挥中国的遗产大国及空间技术优势，在范例上进行突破、在范式上进行创新，积极率先抢占空间考古学科制高点，形成中国在空间技术与文化遗产有机结合研究的创新高地。

致谢 本文的一些认识得益于国家文物局文物保护科学和技术研究重点课题“文化遗产空间观测与认知预研究”提供的7次会议以及第487次香山科学会议“文化遗产空间观测与认知”与会专家们广泛而富有真知灼见的讨论；得益于诸多场合向许多专家们的请教；张海博士提供了有关参考材料；博士生骆磊在成文过程中给予协助。在此一并致谢！

1 http：//en.wikipedia.org/wiki/History_of_archaeology

2张弛.关于在教育部学科分类中增设“考古学”为一级学科的建议.南方文物，2009，（2）：1-6.

3陈淳.考古学的理论与研究.上海：学苑出版社，2003.

4曹兵武.考古与文化续编.北京：中华书局，2012.

5 Childe V G.Man Makes Himself.London：Watts，1948.

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7王心源，陆应诚，高超等.广义遥感环境考古的技术整合.安徽大学学报（自然科学版），2005，29（2）：40-44.

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28韦海生.评陈淳的《考古学的理论与研究》.［2006-10-16］.http：// blog.sina.com.cn/s/blog_57f641bb0100063y.html

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王心源 中科院遥感与数字地球所研究员，理学博士。中科院数字地球重点实验室副主任，UNESCO国际自然与文化遗产空间技术中心副主任。主要研究领域为空间考古、数字自然与文化遗产。在国内外发表论文130余篇，主持与骨干参与研究项目30余项。E-mail：wangxy@radi.ac.cn

Wang Xinyuan，Ph.D，Professor，in charge of or participated as a key member in more than 30 projects，published more than 130 research papers and academic works.Deputy Director，CAS Key Laboratory of Digital Earth Sciences，Deputy Director，International Centre on Space Technologies for Natural and Cultural Heritage under the Auspices of UNESCO（HIST）.His Main Research fields in recent years are RS Archaeology，Digital Cultural and Natural Heritages，Physical Geography etc.E-mail：wangxy@radi.ac.cn

Space Archaeology：Disciplinary Attribute，Research Object，Method and Tasks

Wang Xinyuan Guo Huadong
（Institute of Remote Sensing and Digital Earth，ChineseAcademy of Sciences，Beijing 100094，China；International Centre on Space Technologies for Natural and Cultural Heritage under theAuspices of UNESCO，Beijing 100094，China）

Archaeology takes the material remains of human activity as the research object，and uses those fragmentary remains to reconstruct the humanistic and natural environment in different historical periods.Space Archaeology is a branch of the new Archaeology.Its study object is the humanistic-natural complex including the remains of human activities and living environments on the earth surface.The study method，space information technologies applied to this complex，is an innovative process concerning archaeological information acquisition，interpretation and reconstruction，and to achieve the 3-D dynamic reconstruction of cultural heritages by constructing the digital cultural-heritage sphere.Space archaeology's attribute are high-ly interdisciplinary linking several areas of natural and social and humanities.Its task is to reveal the history，characteristics，and patterns of human activities in the past，as well as to understand the evolutionary processes guiding the relationship between human and their environment.Based on the achievements of 487thXiangshan Science Conference，this paper summarizes six important aspects of space archaeology and five crucial recommendations for the establishment and development of the new“discipline”of Space Archaeology.The six important aspects are：（1）technologies and methods for nondestructive detection of archaeological sites；（2）space technologies for the protection and monitoring of cultural heritages；（3）digital environmental reconstruction of archaeological sites；（4）spatial data storage and data mining of cultural heritages；（5）virtual archaeology，digital reproduction and public information and presentation system；and（6）the construction of scientific platform of digital cultural-heritage sphere.The five key recommendations for establishing the discipline of Space Archaeology in China are：（1）encouraging the full integration of the strengths of both archaeology and museology with space technology to promote the development of space technologies'application for cultural heritages；（2）a new disciplinary framework for guiding current researches on space technologies for cultural heritages required；（3）the large cultural heritages desperately need to carrying out the key problems research of the theory-technology-application integration to obtain essential and overall scientific understanding of heritages；（4）focusing planning and implementation of major scientific programs on space observation for cultural heritage，including those relevant to the development of theory and methods，technology combination and applicability，impact assessments and virtual reconstruction；and（5）taking full advantage of China's rich cultural heritage and space technology sciences to strengthen space archaeology for improvements and refinements in both disciplinary practices and theoretical development with a view to enabling China to become a leader in this new，emerging and innovative scientific field.

archaeology，remote sensing archaeology，space archaeology，attribute and method，disciplinary system

10.16418/j.issn.1000-3045.2015.03.010

国家自然科学基金（41271427），国家文物局文物保护科学和技术研究重点课题（20130201）