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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