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上篇 空间信息技术 1

第1章 绪论 3

1.1 时间和空间的概念 5

1.1.1 时间和空间的认知 5

1.1.2 时间和空间的产生 7

1.1.3 宇宙、时间与空间 10

1.2 地球科学中的时间与空间 14

1.2.1 地质年代与生物进化 14

1.2.2 地球大陆漂移说 16

1.2.3 空间基准与空间定位 18

1.2.4 时间基准与测时 19

1.3 考古学中的时间和空间 20

1.3.1 考古学中的时间 20

1.3.2 考古学中的空间 23

1.3.3 时间和空间的数学表达 24

1.3.4 我国第四纪考古时空认知 25

1.4 考古学与空间信息技术 28

1.4.1 考古遗址的遥感探测与发现 28

1.4.2 高分辨率卫星遥感考古应用 32

1.4.3 GIS考古时空分析 35

1.4.4 空间信息技术遗址测绘 40

第2章 遥感技术 41

2.1 遥感原理及遥感分辨率 42

2.1.1 遥感技术原理 42

2.1.2 遥感分辨率 45

2.1.3 遥感技术获取地表空间信息的优越性 47

2.2 航空遥感 48

2.2.1 航空遥感的发展 49

2.2.2 我国的航空遥感 49

2.2.3 航空遥感的特点 50

2.3 卫星遥感 52

2.3.1 卫星遥感的发展 52

2.3.2 国外主要卫星遥感系列 54

2.3.3 我国的卫星遥感系列 57

2.4 部分国外卫星遥感信息 61

2.4.1 美国Landsat遥感卫星系列 61

2.4.2 法国SPOT遥感卫星系列 66

2.4.3 国外高分辨率卫星遥感数据 69

2.5 无人机遥感 73

2.5.1 无人机遥感技术 74

2.5.2 无人机遥感数据获取 74

2.6 遥感数据的处理技术 75

2.6.1 遥感数据 76

2.6.2 遥感图像的数据格式 76

2.6.3 遥感图像数据处理的目的与方式 77

2.6.4 遥感图像信息提取的地物要素特征 77

2.6.5 计算机遥感图像处理的一般过程 78

2.6.6 遥感图像数据处理软件 79

2.6.7 计算机遥感图像数据处理过程 80

2.7 遥感考古及其发展现状 80

2.7.1 国外遥感考古及其发展现状 81

2.7.2 我国遥感考古及其发展现状 85

第3章 地理信息系统与虚拟现实技术 87

3.1 地理信息系统的特点、作用与构成 89

3.1.1 地理信息系统的特点 89

3.1.2 地理信息系统的作用 90

3.1.3 地理信息系统的组成 91

3.2 地理信息系统的基本功能 93

3.2.1 数据输入功能 93

3.2.2 空间查询功能 94

3.2.3 空间分析功能 95

3.2.4 地图编辑与制图功能 96

3.2.5 用户化系统开发功能 97

3.2.6 系统维护功能 97

3.3 地理信息系统的地学基础 98

3.3.1 坐标系统 98

3.3.2 地图投影 100

3.3.3 地图图式图例 103

3.3.4 地理特征分类编码 103

3.3.5 地理特征属性结构 103

3.4 地理信息系统的实施步骤 104

3.4.1 地理信息系统的需求分析 104

3.4.2 地理信息系统基础软件及数据库选择 104

3.4.3 计算机网络与硬件设备 104

3.4.4 地理信息系统实施方案设计 105

3.4.5 地理信息系统的建立 105

3.4.6 地理信息系统管理与维护 106

3.5 虚拟现实技术 106

3.5.1 我国VR技术的发展 106

3.5.2 VR技术在考古中的应用 108

3.6 三维激光扫描技术 110

3.6.1 机载激光扫描系统 110

3.6.2 地面激光扫描系统 111

3.6.3 三维激光扫描技术在考古学中的应用 113

3.7 地理信息系统与虚拟现实技术在考古中的应用进展 114

3.7.1 GIS与VR技术在田野考古中的应用与进展 114

3.7.2 GIS与VR技术在室内数据整理与管理中的应用与进展 115

第4章 全球卫星导航系统应用技术 117

4.1 美国GPS卫星系统的发展与应用 119

4.1.1 美国GPS的发展及其系统构成 119

4.1.2 GPS的导航定位原理 121

4.1.3 GPS导航定位模式 122

4.1.4 GPS的特点与应用 123

4.2 俄罗斯GLONASS卫星导航系统的进展与应用 125

4.2.1 前苏联时期的GLONASS系统 125

4.2.2 俄罗斯对GLONASS系统的改造 126

4.2.3 俄罗斯GLONASS系统的特点 127

4.3 欧洲航天局CALILEO卫星导航系统进展与应用 128

4.3.1 CALILEO卫星导航系统计划 128

4.3.2 CALILEO系统的发展 128

4.3.3 CALILEO系统的构成与特点 130

4.4 中国北斗卫星导航系统的进展与应用 131

4.4.1 北斗卫星导航系统（BDS）的发展历程 131

4.4.2 北斗卫星导航系统（BDS）的构成与特点 133

4.4.3 北斗卫星导航系统（BDS）的定位原理 133

4.4.4 北斗卫星导航系统（BDS）的导航原理 134

4.5 全球卫星导航系统的定位测量原理与方法 135

4.5.1 全球卫星导航系统的坐标系统 135

4.5.2 GNSS的时间系统 136

4.5.3 GNSS系统的定位测量原理与方法 137

4.5.4 GNSS定位测量的实施 139

4.5.5 GNSS的高程测量方法 144

4.5.6 GNSS地形图测绘方法 145

4.6 全球卫星导航系统的导航原理与方法 147

4.6.1 GNSS卫星导航原理 147

4.6.2 GNSS测速、测时 148

4.6.3 GNSS卫星导航方法 148

4.7 GNSS的应用 149

4.7.1 GNSS在大地控制测量中的应用 149

4.7.2 GNSS在精密工程测量中的应用 149

4.7.3 GNSS在航空遥感中的应用 150

4.7.4 GNSS在地形图测绘中的应用 150

4.7.5 GNSS在海洋测绘中的应用 151

4.7.6 GNSS在交通领域的应用 151

4.7.7 北斗导航系统（BDS）的应用前景 152

第5章 勘探地球物理技术 153

5.1 物质的磁性及磁法勘探 154

5.1.1 物质与遗存的磁性 154

5.1.2 磁场与物质的磁化 154

5.1.3 地球磁场 155

5.1.4 物质的磁性的分类 155

5.1.5 磁法野外观测 157

5.1.6 磁法勘探数据处理 160

5.1.7 磁法勘探的资料解释 160

5.1.8 地磁考古测年方法 161

5.2 物质的电性及电法勘探 162

5.2.1 物质与遗存的电性 162

5.2.2 电阻率法勘探 163

5.2.3 激发极化法 167

5.2.4 自然电场法的基本原理及做法 169

5.3 探地雷达勘探方法 169

5.3.1 探地雷达的勘探原理 169

5.3.2 岩石和古遗存的磁导率及介电常数 170

5.3.3 探地雷达的野外观测与数据处理 171

5.4 地震勘探方法 172

5.4.1 地震勘探方法的理论基础 172

5.4.2 地震勘探方法的种类与野外观测 173

5.4.3 古遗存和岩石的弹性波传播速度 173

5.4.4 地震勘探的分辨能力 174

5.4.5 三维地震勘探方法 175

5.4.6 全息地震勘探方法 175

5.5 重力勘探法 176

5.5.1 重力异常与物质密度 176

5.5.2 重力勘探方法 177

5.6 考古地球物理学的发展与应用 177

5.6.1 考古地球物理学的发展 177

5.6.2 我国的考古地球物理勘查发展与应用 178

下篇 考古学应用方法 179

第6章 空间信息技术在考古调查与勘探中的应用方法 181

6.1 空间信息技术在田野考古调查中的应用方法 184

6.1.1 我国的考古调查工作 184

6.1.2 空间信息技术在区域考古调查中的应用方法 195

6.1.3 空间信息技术在遗址预测中的应用 198

6.1.4 遗址测绘 202

6.1.5 考古调查数据采集自动化与数字化 203

6.1.6 考古调查报告与记录档案 205

6.2 遥感考古勘察方法 206

6.2.1 遥感考古勘察的优势 206

6.2.2 航空与航天遥感考古勘察方法 207

6.3 综合地球物理勘探考古方法 210

6.3.1 考古综合地球物理勘探方法的种类 211

6.3.2 考古综合地球物理勘探的原则 211

6.3.3 考古综合地球物理勘探方法的选择 212

6.3.4 考古综合地球物理勘探方法的实施 213

6.4 区域考古调查案例：京杭大运河的调查 214

6.4.1 京杭大运河背景调查 214

6.4.2 隋唐宋南北大运河和元明清京杭大运河的环境调查 214

6.4.3 京杭大运河遗产调查内容与方法 217

6.4.4 京杭大运河运河本体遗产调查内容 219

6.4.5 京杭大运河沿线遗产调查分析 224

6.4.6 京杭大运河北五湖水柜遥感考古 233

6.5 遗址考古地球物理勘探案例：故陵楚墓 235

6.5.1 故陵的地理历史背景 235

6.5.2 故陵楚墓的考古综合地球物理勘探 237

6.5.3 帽盒岭考古勘探结果的发掘验证 238

第7章 空间信息技术在田野考古发掘中的应用方法 239

7.1 遗址考古发掘空间基准的建立 241

7.1.1 三维空间基准与坐标系统 241

7.1.2 遗址考古发掘控制测量方法 241

7.1.3 遗址考古发掘GNSS控制测量技术设计 243

7.1.4 遗址考古发掘GNSS控制网的布网原则 244

7.1.5 遗址考古发掘GNSS控制测量野外观测 244

7.1.6 遗址考古发掘GNSS控制测量数据处理 244

7.1.7 遗址考古发掘GNSS控制网平差 244

7.2 遗址发掘大比例尺地图测绘方法 245

7.2.1 遗址田野考古发掘数字测图 245

7.2.2 遗址图高程测绘 246

7.3 遗址发掘遥感测图方法 247

7.3.1 遗址大比例尺地形图航空摄影测量方法 247

7.3.2 遗址无人机测图 249

7.3.3 遗址正射影像图的遥感制图方法 250

7.4 层序地层学与文化层考古发掘 254

7.4.1 地质学中的层序地层学 255

7.4.2 文化层层序 256

7.4.3 文化层考古发掘 257

7.4.4 地层学在考古发掘中的作用 259

7.5 类型学与考古遗存分类 259

7.5.1 考古类型学的发展 260

7.5.2 考古遗存分类 260

7.5.3 基于GIS的考古遗存分类编码方法 262

7.5.4 地理特征对象模型与属性数据结构表设计 265

7.6 遥感技术在考古发掘中的应用方法 269

7.6.1 热红外遥感技术在考古发掘前期的应用方法 269

7.6.2 高光谱遥感在考古发掘前期的应用方法 270

7.6.3 微波遥感在考古发掘前期的应用方法 271

7.7 考古发掘GNSS定位测量方法 273

7.7.1 考古发掘GNSS测量RTK快速定位方法 273

7.7.2 GNSS测量RTK考古发掘探方定位方法 274

7.7.3 GNSS测量RTK考古遗迹遗物定位方法 274

7.7.4 GNSS与GIS技术在考古发掘测图中的应用方法 275

7.8 考古发掘资料数字化采集 278

7.8.1 基于GIS的考古发掘数字化采集方法 278

7.8.2 三维激光扫描全息测量 279

7.8.3 考古发掘三维激光扫描数据处理方法 281

7.8.4 考古发掘遗存的三维动态建模方法 281

第8章 空间信息技术在水下考古中的应用方法 283

8.1 江、河、湖、泊和海洋水下考古的意义 283

8.1.1 我国江、河、湖、泊水下考古的意义 283

8.1.2 我国的海洋水下考古的意义 286

8.1.3 我国水下文化遗产考古与水下文化遗产保护 292

8.2 水下文化遗产保护国际公约 293

8.2.1 水下文化遗产保护公约 293

8.2.2 公约对水下文化遗产考古的规定 293

8.2.3 我国水下考古及对国际公约的响应和取得的成就 295

8.2.4 水下文化遗产考古的空间信息技术需求 301

8.3 我国的水下文化遗产考古与保护技术体系 302

8.3.1 我国的水下文化遗产考古与保护技术体系 302

8.3.2 水下文化遗产调查、考古发掘与监测总体框架 303

8.4 水底地形图测绘方法 304

8.4.1 海底定位测量方法 305

8.4.2 海底控制测量方法 306

8.4.3 海底地形测绘的测深技术 307

8.4.4 我国的海洋测深技术发展 310

8.4.5 海底地形图测绘方法 310

8.4.6 水底地形测绘实施 311

8.5 水下考古调查探测方法 312

8.5.1 机载或星载激光水下探测方法 312

8.5.2 合成孔径雷达水下探测方法 313

8.5.3 旁视声纳扫测水下探测方法 313

8.5.4 数字侧扫声纳成像和3D声纳技术方法 314

8.5.5 浅地层剖面探测方法 314

8.5.6 多波束探测方法 314

8.5.7 磁力探测方法 315

8.5.8 地震探测方法 316

8.6 水下文化遗产考古发掘方法 317

8.6.1 水下文化遗产区地形地貌与地质情况分析 317

8.6.2 水下文化遗产的定位测量 318

8.6.3 水下文化遗产的考古发掘 320

8.7 陆地水下考古调查探测案例：鄱阳湖老爷庙水域考古调查勘探 323

8.7.1 鄱阳湖老爷庙水域地理背景 323

8.7.2 近70年间老爷庙水域的100多次沉船现象与传说 324

8.7.3 老爷庙水域的磁力水下探测 324

8.7.4 测深及旁侧声纳扫描探测 325

8.7.5 浅地层剖面探测 325

8.7.6 老爷庙水域潜水考古探查 325

8.8 海洋水下考古调查、勘探与发掘案例：绥中三道岗元代沉船 326

8.8.1 绥中三道岗元代沉船考古的缘起 326

8.8.2 三道岗元代沉船海域的地理背景 328

8.8.3 三道岗海域第一次海底调查、勘探与发掘 328

8.8.4 三道岗海域第二次海底调查、勘探与发掘 329

8.8.5 三道岗海域后续考古发掘 330

第9章 地理信息系统在考古资料分类与整理中的应用方法 331

9.1 遗址档案的建立要求与内容 332

9.1.1 遗址或文物保护单位记录档案建立需求 332

9.1.2 遗址或文物保护单位记录档案主卷内容 332

9.2 考古发掘资料与成果的建档方法 334

9.2.1 遗址考古发掘资料与成果的建档要求 334

9.2.2 考古调查、勘探、发掘资料与成果的建档原则 335

9.2.3 考古调查、勘探、发掘资料与成果的建档方法 335

9.3 基于GIS的考古发掘资料的整理与分类方法 336

9.3.1 基于考古学文化分类和整理考古发掘资料的意义 336

9.3.2 基于考古学文化分类和整理考古发掘资料的可能性 336

9.3.3 基于GIS的考古发掘资料分类整理方法 338

9.4 考古学发掘资料的整理与数字化建库 340

9.4.1 遗址空间数据与考古数据获取 340

9.4.2 考古遗存时空数据库建设 343

9.4.3 遗存时空数据库和GIS在考古资料解释中的作用 346

第10章 空间信息技术在遗址保护规划中的应用方法 347

10.1 我国的古迹遗址保护规划 350

10.1.1 我国古迹遗址保护的意义 350

10.1.2 我国的古迹遗址保护规划 353

10.2 遗址保护规划的技术要求 355

10.2.1 历史遗产区域整体保护的要求 355

10.2.2 古迹遗址保护规划的编制和审批的要求 356

10.2.3 遗址周边环境保护的要求 357

10.2.4 遗址的分级与遗址周边环境的划界原则 357

10.3 基于空间信息技术的遗址保护规划编制方法 358

10.3.1 基于空间信息技术的遗址保护规划编制技术流程 359

10.3.2 古迹遗址调查与保护范围确定方法 359

10.3.3 基于GIS的遗址保护规划方法 361

10.4 大遗址保护规划案例：京杭大运河保护规划 366

10.4.1 京杭大运河与中国大运河 366

10.4.2 京杭大运河的保护规划 366

10.4.3 申遗片区和遗址点的遴选 367

10.4.4 申报遗产空间范围与保护规划空间范围 370

10.4.5 基于空间信息技术的遗址保护规划支持系统 375

第11章 考古地理信息系统研发与应用 377

11.1 考古地理信息系统需求分析 378

11.1.1 考古调查与勘探的GIS需求分析 378

11.1.2 考古发掘的GIS需求分析 382

11.1.3 考古成果共享的GIS需求 383

11.1.4 考古研究的GIS空间分析需求 385

11.1.5 考古资料解释的GIS需求 386

11.2 考古地理信息系统设计 387

11.2.1 考古地理信息系统设计原则 387

11.2.2 考古地理信息系统时空框架设计 388

11.2.3 考古地理信息特征分类及编码 389

11.2.4 考古地理信息系统结构设计 390

11.2.5 考古地理信息系统功能设计 391

11.3 考古地理信息系统研发 394

11.3.1 空间分析工具研发 394

11.3.2 空间数据引擎技术研发 396

11.3.3 C／S系统开发 396

11.3.4 B／S系统开发 398

11.4 考古地理信息系统应用实践 399

11.4.1 图形展示功能 399

11.4.2 空间展示功能 400

11.4.3 时空分析功能 403

11.4.4 遗址形成过程研究功能 405

11.4.5 查询统计功能 406

11.4.6 成果管理与宣传功能 406

11.4.7 系统管理功能 407

编后记 409

参考文献 411

词汇索引表 415