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计算机技术在考古发掘资料管理中的作用

孟中元

考古发掘工作是有着考古发掘任务的博物馆的一项最基础的工作,考古发掘是与博物馆的文物遗址的科学保护与管理、对外展示、科学研究以及对外宣传教育等项工作密切相关,考古发掘工作持续时间长、任务重,随着考古发掘工作的进行,需要记录和处理大量的考古发掘资料信息,考古发掘离不开对考古发掘资料信息的科学管理,而规范的、科学的资料信息管理模式就是将计算机技术应用于考古发掘资料管理中,使得应用现代化的计算机技术手段在考古工作中发挥出重要作用。

本文从以下几个方面来阐述计算机技术在考古发掘资料管理中的作用。

一、考古发掘资料所涉及的内容

考古发掘资料是考古工作真实的记录,一般包括发掘日记和发掘记录两个部分。

发掘日记是参加发掘工作每天的资料记录,包括日期、参加发掘人员、当天工作计划、发掘过程中发现的任何现象、对发掘遗迹遗物的判断以及发掘结果等。

发掘日记是参加发掘工作的真实的、最原始的记录,也是积累发掘经验的日常工作记录。

对发现的重要地层关系、遗迹和遗物时,除了文字记录外,还要照相、绘图,有必要还得请摄像人员摄录重要遗迹遗物的发掘过程,作为考古发掘动态影像资料的记录,另一方面还能够作为制作专题录像资料的重要素材。

将文字、绘图、照相等各种手段结合起来,来充分真实的反映发掘的对象。

发掘记录是在发掘日记的基础上总结归纳出来的,它应当全面、准确的反映文化堆积的实际情况,对出土的遗迹、遗物等都要有详尽的记录,也包括准确判断地层和各种遗迹的性质,要求能经过整个遗址的发掘记录,使之能够复原恢复发掘前的遗迹的原来面目。

照相记录时,应挑选出能反映遗址与文物现状且清晰的照片,考古绘图应该在坐标纸上绘出遗迹、遗物及遗址地层关系的正式图,为了便于出版需要将坐标纸上的绘图转化到硫酸纸上。

发掘记录应按一定的格式书写,以便于今后对资料的归档和科学管理。

一般如探方或探沟的发掘记录应包括:

（1）探方和探沟编号、位置、方向和大小。

（2）绘图号、照相号、记录者及记录日期。

（3）发掘经过,包括重要发现、判断及发掘结果。

（4）地层关系、出土的遗物、遗迹记录。

如遇到有遗迹打破关系,对灰坑的记录也作为一个独立单元,如记录探访一样作详细的记录。

（5）对出土物时代和用途的推测。

考古绘图是考古发掘资料的重要内容,起码应包括几种实测图,如遗址地形图、发掘坑位图、探方平面剖面图、遗迹平面或剖面图等。

能够经过遗址的绘图记录,使之能够对遗址的真实大小、形状、结构及内涵等有清晰的了解。

在绘图记录时,也必须标明绘图号、比例、绘图者、日期,对绘图中的编号不明白的地方还要有文字说明。

照相记录应包括遗址发掘前、发掘中及发掘完工后的工地全景和特写、发掘工作照、各种遗迹、遗物等的情况。

在记录时,还应记录照相技术参数,如胶卷编号、拍摄方位、拍摄内容拍摄时间光圈、速度等。

大面积的遗址还须有全景照,重要考古发现和考古遗迹还应录像记录。

在记录发掘资料时,对重要地层的遗迹标本的提取也是一项重要的内容,对于随着发掘的进行将要被破坏的重要遗迹,如有很重要的陈列价值,则还应进行比例模型制作。

如秦俑二号坑的发掘,为了陈列需要,可真实反映原地表及地层情况的土隔墙,对棚木遗迹进行比例模型制作,并提取棚木标本作为陈列品。

二、对考古资料的科学管理

对考古资料的科学管理是考古工作和科学研究中的一项重要环节,这对于提高工作效率,加强考古资料应用的科学性和考古资料的现代化管理,对提高考古资料的利用率,充分挖掘所包含的考古对象的内涵都有着重要的作用。

要对考古资料进行科学化、现代化管理,离不开计算机及相关技术的应用,当然,也是缺少不少相关的硬件设备和在此基础上所进行的考古资料计算机系统的应用软件开发。

以下首先先谈一下对考古发掘资料管理所经历的历程,以及实际工作中开发秦兵马俑发掘处理系统的过程,从这些方面来了解计算机处理考古发掘资料信息是如何不断发展成熟的。

1.对考古发掘资料管理所经历的历程

所经历的历程计算机的发展大致经历了三个阶段,

（1）操作系统下支持中文输入法,如最初的CCDOS的出现,使得计算机能录入汉字。

字处理软件的出现,使得能够将中文文字资料输入计算机存储到文件中。

这时已具备了计算机管理资料的初始阶段。

但由于还未采取数据库管理技术,因此不具备检索功能,只是资料的存储。

在此基础上数据库管理软件的出现,如最初的DBASE软件,使得能够建立数据库,输入信息,经过编程对数据库资料进行管理。

经过建立数据库这一数据存储结构,是以字段形式构建数据结构的,将资料归类、整理,按字段分类存入到相应字段中。

但刚开始形成的数据库软件在功能上环不完善,它只限于对文字资料的管理。

（2）中文Windows图形操作系统的出现,使得计算机有了处理多媒体信息的能力。

此时如多媒体信息采集设备也相继出现,主要由彩色扫描仪、用于进行声音资料采集和播放的声卡、用于进行摄像资料采集的动态图像采集卡及这些相关技术的成熟。

这时数据库应用软件也出现了几种,如最初出现的DBASE软件已经经历到FOXBASE及FOXPRO软件的升级过程,使得计算机有了处理动态图像、静态图像、声音资料的能力。

但这时各方面的技术配套还不太完善,如计算机硬盘容量较小,难以应付存储大容量的动态图像、静态图像、声音多媒体信息。

另外动态图像采集卡刚出现不久,价格较贵,但功能不太完善,图像失真较大。

（3）计算机硬件及软件技术的不断发展,出现了中文Windows95及以后的版本,用于数据库开发的软件的发展也在不断成熟,且种类在增加,从编程方法上是用面向对象的、可视化编程,使软件的开发变得直观、简单,也使得软件开发周期缩短。

到现在为止多种成熟的数据库开发应用软件已非常成熟,且种类较多,如VisualFoxpro、VisualBasic、PowerBuilder、Delphi等多种软件,数据库系统也有几种如,Access、Oracle等。

由于原来的计算机硬盘较小,为了存储多媒体信息,就依靠于光盘存储技术,如可擦写光盘机,每张光盘能够存储2.6GB的数据,且能够更换光盘。

这使得计算机外存储器的容量从理论上扩展到了无穷大。

计算机动态图像采集卡的档次也在提高,功能加强,出现了用于动态图像编辑的非线性编辑系统。

直到现在计算机的硬盘已经能够达到几十个GB,而且价格更加便宜,必前几年的光盘存储设备价格下降了几倍,从现在计算机的发展程度来讲,对于进行考古资料的管理已用不到光盘存储,只是为了节约硬盘使用,而将需要改动的数据,如照片、动态图像资料经过光盘刻录技术刻录到CD－R盘片或更大容量的DVD-R盘片上,已备资料备份及检索应用。

另外,Internet网络技术的迅速发展,利用数据库与网络应用的相关程序经过资料检索可将数据库中的资料转化成Word文档或Web文本,经过网络传送信息。

经过局域网和Internet全球互联网,能够使资料的检索在小范围和大范围都能进行。

从中国博物馆资料管理情况来看,由于博物馆一般藏品管理具有普遍性,考古资料的计算机开发应用晚于藏品资料管理的应用。

一般博物馆都有文物收藏保管工作,而考古发掘工作是一部分博物馆才有的,因而应用计算机技术首先是从最一般的问题着手,开发文物藏品资料管理系统。

由于藏品管理资料具有国家文物局制定的藏品档案管理规范,使用数据库进行计算机的管理开发在建立数据库的基础工作中较容易。

从技术的角度来讲,考古资料系统管理对象为考古发掘工作中的所有考古资料,而藏品资料系统管理的对象为博物馆中的藏品资料,可是考古资料系统与藏品资料系统从管理资料的范围和资料设计的媒体来说是一样的,都涉及到文字、图形、图像等多媒体信息,可是管理的对象不一样,因此在技术上来说是成熟的,关键在于考古资料的规范化工作。

藏品资料因为涉及到整个考古发掘工作的记录,因此在资料的结构、内容上来说远比藏品资料复杂得多。

尽管在工作中的藏品档案资料整理归档中还有不少工作要做,可是在这一方面不少博物馆做出了努力,成功开发出计算机藏品资料管理系统,因而最初开发应用的文物藏品资料管理系统的成功经验为进一步开发考古资料信息系统提供了借鉴。

从最初的文物藏品资料应用现状来看,计算机处理文字信息技术比较成熟,而在当时的技术条件下处理图像资料来说还是个难点。

由于当时在80年代还没有出现扫描仪这一硬件设备,为了解决图像管理,据上海博物馆的计算机专业人员撰文介绍,使用摄像机将文物的图像录制在录像带中,经过计算机与一块可用于编程控制录像机的Z80单板机与计算机相应接口相连进行控制。

利用录像带上的空闲音频通道进行编码控制,而视频通道用来连续存储文物的图像资料。

经过数据库再进行存储文物档案的文字资料,而在数据库相应设一字段,有存储该件文物对应的视频编码信息,当经过数据库检索到每件文物时,再显示该件文物资料的同时,检索到数据库中存储的图像编码信息经过单板机接口连接的录像机,经过对单板机的控制,使录像机进行进、倒带动作,当检索到与该件文物一致的图像信息时,启动录像放像功能,经过与录像机连接的电视机显示摄录的该件文物的图像信息。

这一研究解决了80年代没有彩色扫描仪用来扫描文物藏品的照片的矛盾,当时出现的数据库开发软件也只支持文字功能而不支持图形显示功能,因而这是在当时的那个技术条件下所采取的措施。

当然从现在的技术发展来看,计算机处理多媒体信息变得比当时远远简单和容易多了。

2．开发考古资料信息系统的过程

计算机硬件与软件技术的发展经历了不断完善、日益成熟的过程,考古资料信息系统的开发应用也从技术上比较困难,应用不太完善发展到编程工具的多样化,技术及设备的应用使建立起一个考古资料信息系统变得相对容易了。

计算机在博物馆中的应用首先是办公自动化,也就是应用较多的处理文字等功能,首先这使博物馆人员认识和意识有了改变,认为计算机的功能不但在于科学计算,在博物馆中更重要的还在于对资料信息的处理,从而使工作人员有了初步认识。

加上有些博物馆应用计算机管理文物藏品档案的成功经验,使得业务人员亲身体验到用计算机进行资料管理具有比人工管理模式不可比拟的优越性。

这使管理工作更加科学化,而且节省人力,避免了无意义的重复劳动,使业务人员全身心的投入到研究工作中去,使资料的检索变得方便、快捷、准确,大大的提高了信息资源的利用率。

这就加强了业务人员利用计算机管理考古资料信息的意识,而且使得博物馆的领导层也认识到,只有采用计算机技术管理资料信息,才能使博物馆的管理水平提高,也才能做到资料信息的科学化、现代化管理,这就促进了博物馆从资金上满足开发计算机管理系统的积极性。

最初前十年的计算机开发应用对博物馆来说,当时的计算机设备价格还较昂贵,建立一套计算机系统,其硬件开支往往达十几万元之多。

因此造成计算机应用于博物馆的管理工作还不是普遍的事。

在现代的技术条件下,开发一套博物馆计算机应用系统比原来的资金缩小了几倍。

一般的博物馆基本上都有能力做到。

但使用计算机管理资料信息还必须在资料的标准化、规范化上下一番功夫。

因为计算机是以数据库的格式存储各种资料的,数据库存储有其本身的特点和规律。

计算机管理其实是人工资料管理模式在技术上的延伸,首先人工管理资料上首先应做到科学化、规范化。

对考古资料,应严格按照国家文物局指定的遗址发掘资料记录的模式进行,要做到文字、照片、图片等按发掘单位,如探方进行分类归档,按照计算机数据库的结构模式对需要输入计算机的考古资料进行重新组合,改变那种大段文字时的考古报告格式的记录方式,而按照如同表格格式将资料归入到建立的数据库的字段中,如总登记号、探方号发掘人员、发掘时间、时代、发掘代号、地层关系、出土遗迹遗物、对遗址的判断认识、记录者、记录时间等这些字段,对于遗址内出土的重要遗迹、灰坑,如有必要,按考古资料记录规程,重新建立记录该探方下出土重要遗迹的数据库、出土遗物的数据库等。

这样数据结构就是一个以发掘单位探方为主线的包括出土遗迹和遗物的分别描述的一对多的数据库结构,在这个数据库结构中,设有存储考古发掘单元的图像、摄像、语音信息的字段,在这一字段中存储多媒体文件所在目录及文件名,使之与具体对应的图像、摄像、语音资料相联系。

进而在信息检索时,在显示文字记录的同时,还能够检索到其图像、摄像、语音资料。

数据结构能够是多层的,如在探方下的遗址、遗物数据库中又有描述遗迹、遗物的文字记录、照片、摄像记录,而且根据发掘的遗迹和遗物具体对应多个遗迹、遗物记录,针对某一遗迹、遗物分别描述。

在考古发掘资料系统的设计中,首先应在各种资料整理、规范化后对数据库的规划包括数据库间关系、经过哪些字段联系应该有清晰的认识,一般的考古发掘资料的发掘记录是管理的重点,发掘工作一般都是以探方为单元进行的,因此就应该有探方记录的数据库,探方下还设试掘方记录、重要出土遗迹、遗物等数据库,它们之间经过探方号构成连接关系。

在设计对考古资料各种数据库检索时,要根据考古工作的实际,符合一般的对考古资料检索的常规来设计。

如针对某个探方、发掘时间在某个时间段的资料,这是一般的正向检索。

另外,要根据重要遗迹、重要出土物来检索到具体属于那个探方,并输出该探方的记录,包括文字、照片、绘图及摄像记录,这是逆向检索。

另外,还可根据出土物特征进行检索,这要求在发掘文字描述上要使用经过归纳的规范语句。

比如二号坑出土的陶俑的特征,根据其类别归纳,如”着战袍”、”有彩绘”、”作持弓状”等一些陶俑的特征。

检索时输入这样的特征字,就可检索出整个二号坑中那些探方中有如此特征的陶俑。

当然这些工作是为了研究时查阅资料方便而设的,在归纳特征字时要符合考古工作的实际,使之真正起到方便资料检索的作用,否则在程序设计时这样做了,而在文字记录时却没有遵循这一制定的规程,也只能是形同虚设,起不到任何作用。

另外,还能够根据出土物类别设计检索途径。

如将秦俑坑出土文物归类,将陶俑根据姿态分为”跪射俑”、”立射俑”,根据种类分为”铠甲武士俑”、”战袍武士俑”、”御手俑”、”车士”,根据其级别分为”高级军吏俑”、”中级军吏俑”、”下级军吏俑”,在对出土陶俑的检索时就可根据这几种分类分别进行相应的检索,缩小检索范围以便查找到所需要的信息。

同样可将出土兵器分为几种类型,如”长兵器”、”短兵器”、”远射兵器”,还可根据是否有铭文进行分类,还能够按照兵器名称分类,如”剑”、”戈”、”戟”、”弩”、”铍”、”矛”等,在进行兵器资料检索时可根据所需的分类进行,以便准确查找到相关兵器的信息。

在具体进行上述这些数据规划设计,以便确定检索途径的过程中,计算机专业人员与考古人员应密切配合协作,进行研究讨论。

在既符合对考古资料检索的规程又方便对资料的多途径检索的前提下进行这一工作,才能达到预期目的。

考古资料既包含文字,又涉及照片、绘图、摄像等。

这些资料必须有序的组织起来,才能形成考古信息。

用计算机进行考古资料管理,首先应将这些资料输入计算机按照数据库的格式存储起来,以便资料的存储与检索调用。

文字资料的输入对于博物馆中的大多数人来说应是很熟悉的,选择一种好的汉字输入法,如智能ABC、五笔字型、智能狂拼,利用记拼音或字根经过一段训练即可掌握。

对于照片、绘图资料来说,要进入计算机并存储在计算机中可供检索调用必须用彩色扫描仪进行这些资料的数字化录入,照片、绘图经过扫描仪应用软件可将其转化为数字化图像文件存储在计算机中。

在资料调用时,经过将相应图像文件与考古资料的文字内容建立对应关系,即可在调用文字资料时查找并显示出相应照片、绘图的图像。

随着影像技术的发展,摄像资料成为考古资料的一种重要类型,它直观生动、真实再现了考古的过程,是考古工作的一种真实的记录,对于摄像资料的采集和归档也成为记录考古资料的重要内容。

摄像资料是经过摄像机进行考古现场采集得到的,记录可分为传统的录像带记录和现代化的数字化摄像资料记录两种,经过一些技术手段如摄像编辑机、非线性编辑系统将摄像资料进行剪辑、配音制作,对于摄像资料的计算机采集是经过计算机主板插槽上增加动态图像采集卡,采集卡的视频、音频输入端再接录像机的视频、音频输出端,用录像机实时放像,经过动态图像采集卡配的相应软件采集,将采集到的动态图像文件归档存储在计算机的外存储器,如光盘、硬盘中,归档的过程就是与考古资料文字内容建立联系的过程,在检索到相应文字资料的同时,也就能够浏览到与之相关的摄像资料记录。

由于彩色扫描仪与动态图像采集卡涉及到一些技术方面的问题,为了便于进一步了解,以下简单谈彩色扫描仪和动态图像采集卡的基本原理和使用技巧。

彩色扫描仪是一种光学与电子设备,是静态图像资料输入的重要设备,随着计算机技术的发展,特别是对于资料管理来说,彩色扫描仪已经成为计算机不可缺少的外部设备。

根据扫描仪的价格、用途、扫描介质的不同,扫描仪分为几类。

可是扫描仪的原理是一样的,不论是哪类扫描仪,其内部都有CCD成像设备,技术参数有光学分辨率、数字分辨率、扫描幅面,扫描仪的光学分辨率越高,其技术性能越好,成像越清晰逼真。

扫描的图像类型可分为几类,一类是24位真彩色图像,一类是256色彩色图像,一类是黑白的有灰度的图像,有几种类型的扫描仪,如滚筒式扫描仪、一般的台式扫描仪、专业的胶片扫描仪等。

扫描仪可扫描的图像幅度与扫描仪的光学分辨率的不同,价格也各不相同。

一般来说,滚筒式扫描仪可用于扫描长度较大的幅面,长度超过A4纸,用滚筒式扫描仪扫描图像是将稿件放入输稿器中,扫描过程中稿件作均匀运动,整幅图像被扫描一遍。

例如用于扫描书画作品;一般台式扫描仪扫描幅面为A4幅,宽幅的台式扫描仪扫描幅面可达到A3幅面,台式扫描仪是将稿件放在扫描平台的玻璃板上,扫描过程中稿件静止不动,整幅图形被扫描一遍;胶片扫描仪可用于扫描照相底片、反转片、负片等介质,由于不经过相片冲洗,从而可避免由于冲洗相技术掌握不当而造成偏色的情况,这样扫描的图像质量高。

在进行图像的扫描过程中,经过扫描仪配置的应用软件,先对整幅图像预扫,显示出整幅图像,再用鼠标选中扫描范围,设定扫描分辨率,经过正式扫描,扫描的图像可经过图像处理软件处理后存入计算机硬盘中。

扫描分辨率的设定可根据考古资料的实际分两种,选一般分辨率,一种是扫描的图像能满足考古资料照片的要求,目的在于便于计算机数据库快速检索,图像显示速度较快,在图像的扫描时分辨率选适中;另一种是扫描的图像文件可用于出版图册等需要,图像质量要相对好一些,采用存储时应尽量减少压缩比率,当前价格低、超大容量硬盘可满足大量存储高质量照片的需要。

常见的可用于考古资料的照片、图片输入的扫描仪可选中高档次的台式扫描仪,对于幅面较大的照片或线图可根据情况采用多次扫描后用图像处理软件如Photoshop进行拼接,也能够采用数码相机采集到数字图像及翻拍照片后扫描的方法。

采用滚筒扫描仪可扫描幅度较长的图像,以适应不同的情况。

扫描仪内部有CCD摄像设备,扫描仪的技术参数有光学分辨率和数字分辨率,光学分辨率是扫描仪实际具有的分辨率,数字分辨率是经过使用软件可调节扫描的分辨率,扫描仪的光学分辨率越高,其技术性能越好,一般其数字分辨率可达到2400DPI,扫描范围为A4幅面,有的扫描范围宽度为A4幅面的宽度,而可扫描长度适当加大。

一些功能齐全的扫描仪还可给扫描仪加上适配器,除了可扫描一般纸质照片外,还可扫描照相底片、反转片、负片,经过图像处理软件如PhotoShop,将其转化为一般图像。

扫描仪是经过SCSI卡接入计算机的主板插槽中,或者新型扫描仪与计算机是经过USB端口进行计算机与扫描仪的连接。

接入在扫描图像时,先对图像进行预扫,选择扫描范围及设置扫描分辨率,进行实际扫描将扫描的图像转到图像处理软件界面调节色阶、亮度、对比度、饱和度,根据不同的用途对图像进行处理,调节图像的实际宽度与高度,存入到相应的图像文件中。

扫描的图像类型可分为彩色图像、灰度图、黑白图形、线图等,扫描的介质可分为纸介质、照相底片、反转片、负片,扫描分辨率可根据考古资料的实际分两种,一种是可用于计算机数据库快速检索的,图像的幅面不要过大,否则检索会造成速度减慢;一种是可用于资料的出版,图像可尽可能精度、幅度较大,便于出版引出高质量的图片。

由于选择分辨率的不同,会使扫描的图像占用硬盘空间大小不同,一般为了快速检索图像,分辨率应选适中,不宜过大,否则一张图像占几兆或几十硬盘空间,既浪费硬盘空间又影响检索速度。

对于用于出版的图像可适当加大扫描分辨率,使扫描图像能满足出版考古报告、陈列照片等的需要,也能够直接经过扫描照片底片、反转片或负片,避免了因冲洗照片而有可能造成的偏色等情况。

对于有些珍贵的照片资料可建立高质量的照片资料库,为了不至于占用太多的硬盘空间,可经过光盘刻录机将照片资料刻录到CD－R或DVD-R盘片上保存备用。

对考古资料的各种类型的绘图,为了保持清晰扫描时应选择灰度图较好,如选用线图格式容易造成图像的锯齿状失真,灰度图较清晰不宜失真,而线图则会发生失真。

对于幅面较大的绘图可经过复印按比例缩小后再进行绘图的扫描录入,绘图上一般都标有比例尺,这样就可经过扫描图知道图形的真实尺寸。

动态图像采集卡是一种动态图像的采集设备,将它插入计算机的主板上,采集卡上有视频、音频输入口,能够与录像机或摄像机的视、音频输出口连接。

动态图像采集卡采用了动态图像压缩／还原技术,当前有两种压缩规范,MPEG－2是制作VCD的影像格式,MPEG－4是制作DVD的影像格式。

由于动态图像信息量巨大,占用大量硬盘空间,在图像编辑制作时可经过使用非线性编辑系统软件,经过对视频资料加入音频合成制作出专题片,也可将视频资料刻录成光盘保存以备制作资料片使用。

考古摄像资料也应该有两种形式,一种是可用于数据库检索的,因为占硬盘空间较大,在保持信息基本完整能说明问题的前提下,不宜过长,最好是经过编辑制作过的影像片段;另一种是用于作为摄像资料保存,以备以后可用作摄像素材制作录像专题片、影像光碟使用。

为了编辑制作考古摄像资料,也能够购置专业级的非线性摄像资料编辑制作系统。

这是这几年比较流行的技术是一套用于广播级的影像编辑制作系统。

该套设备由几个部分组成,一台装有非线性编辑系统软件的高档次计算机,当然为了进行摄像资料的采集,使之能够经过录像机或摄像机连结的动态图像采集卡,将摄像素材数字化,存入大容量高速的计算机硬盘中作进一步的剪辑。

因此硬件设备必须配备有动态图像采集卡、大容量高速硬盘、录像机、录音机、声卡、光盘刻录机等,另外还需一台摄像编辑机以快速进行摄像资料的切换。

在编辑过程中,该系统设有多种图像特技,类似于电视台节目的特技变换,还能够加字幕,进行音效合成能够在任何部位对摄像素材进行裁剪、移动、复制等操作,以直观的使摄像素材中的视频、音频通道都以可视化的形式显示于屏幕上,以便于操作。

这样大大节省