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摘要 g i s 支持下的考古探测综合解释系统 作者简介：李海蓉，女，1 9 8 2 年8 月出生，2 0 0 4 年9 月师从于成都理工大学王 绪拳教授，于2 0 0 7 年6 月获硕士学位 摘要 随着科技考古的不断发展，无损探测考古已成为考古研究的一种先进方法和 手段，它可以在不开挖的前提下了解地下文物的埋藏情况，对文物的发掘和保护 具有重大的意义由于无损探测技术的多样性，无损探测数据具有多源、多维、 多尺度的特点，因此，如何对无损探测数据实施有效的管理和分析是推动考古发 展的基础问题。地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 因其具有强大的数 据处理功能和空间分析功能，为无损探测考古研究提供了新的方法。 本文是在国家十五科技攻关项目“文物保护关键技术研究”课题“高新技 术在古文化遗存无损探测与成像中的应用研究”资助下完成的，主要目的在于利 用g i s 技术和数据库管理技术，以考古探测数据为基础建立的一套针对探测考古 的数据存储、管理、分析以及多种方法综合解释的多功能地理信息系统。 论文针对传统考古信息系统存在的不足分析了系统需求，阐明了基于g i s 技 术的考古探测综合解释系统的设计与实现。通过对常用数据库、软件平台及开发 语言的分析和比较，系统选用o r a c l e x e 作为属性数据库，并在v i s u a l s t u d i o n e t 环境下采用i n t e r g r a p h 公司的g e o m e d i a 控件实现了系统的组件式开发。实例分 析部分结合金沙遗址考古探测实例，建立了金沙遗址考古探测数据库，实现了对 多种探测方法的综合管理和分析，完成了系统的功能测试。结果表明，该系统可 行，功能设计合理，具有较强的实用性。 本文综合运用g i s 技术、组件式开发技术和数据库管理技术，同时结合探测 考古自身的特点，通过计算机予与实现，拓展了现有技术的应用领域，该系统的 实现对科技考古、文物保护以及地理信息系统的应用都具有深远的意义。 关键字：考古；g i s ；g e o m e d i a ；无损探测；组件；二次开发 成都理工大学硕士学位论文 t h es y n t h e t i c a li n t e r p r e t a t i o ns y s t e mf o ra r c h a e o l o g y e x p l o r a t i o nb a s e d o ng i s a b s t r a c t a st h ed e v e l o p i n go ft h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya r c h a e o l o g y , t h en o n - d a m a g e e x p l o r a t i o nt e c h n o l o g yb e i n gu s e d i na r c h a e o l o g y 船a l la d v a n c e dm e a n t h e n o n - d a m a g ee x p l o r a t i o ni sat e c h n o l o g yw h i c h c a l lb eu s e dt od e t e c tt h eu n d e r g r o u n d c u l t u r a lr e l i cw i t h o u te x c a v a t i o n i ti si m p o r t a n tf o rt h ee x c a v a t i o na n dp r o t e c t i o no f t h ec u l t u r a lr e l i c b e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i co ft h en o n - d a m a g ee x p l o r a t i o n t e c h n o l o g y , t h ed e t e c t e d - d a t ai sm u l t i - s o u r c e , m u l t i - d i m e n s i o n a la n dm u l t i - s c a l e s o ， h o wt om a n a g ea n da n a l y z et h ed a t ai st h eb a s i cp r o b l e m g i sw h i c hi st h es h o r t e n e d f o r i l lg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mh a st h ep o w e r f u la b i l i t yo f a n a l y z ec a nb eu s e d i na r c h a e o l o g y t h et h e s i si sb a s e do nt h en a t i o n a ll o t hf i v e y e a rk e yt e c h n o l o g i e sr & d p r o g r a m ： c u l t u r a lr e l i cp r o t e c t i n gk e yt e c h n o l o g yr e s e a r c h - - - - h i g ha n dn e wt e c h n o l o g yu s e di n t h er e s e a r c ho fn o n - d a m a g ee x p l o r a t i o na n dt o m o g r a p h ya p p l i e di na n c i e n tc u l t u r e l e g a c y i t sp u r p o s ei st ob u i l ta ni n t e g r a t e ds y s t e mw h i c ha i m sa tt h es t o r a g e ，t h e m a n a g e m e n ta n dt h ei n t e g r a t i o na n a l y z ef o rd e t e c t e d - d a t at 1 1 砒坶u s i n gt h eg i s t e c h n o l o g ya n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h et h e s i sa i m sa tt h ec o n c r e t er e q u e s ta n dt a r g e tw i t hr e g i o n a lg e o l o g i c a l h a z a r d si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，a n a l y z i n gt h e s y s t e mn 也e l a b o r a t i n g t h e e s t a b l i s h m e mm e t h o do ft h ea r c h a e o l o g yp l u m bi n t e g r a t i o ni n t e r p r e t a t i o ns y s t e m b a s e do i lt h eg i st e c h n i q u e c o m p a r e ds e v e r a lc o m m o nd a t a b a s ea n dd e v e l o p f o r e l a n da n dd e v e l o pl a n g u a g e ，w eh a db u i l tu pt h ee x t e r i o ra t t r i b u t ed a t a b a s ew i t h t h eo r a c l ex ea n dd e v e l o p e dt h es y s t e mc u s t o m e ri n t e r f a c eu n d e rt h ee n v i r o n m e n to f v i s u a ls t u d i o n e ta d o p t e dg e o m e d i ac o n t r o lw h i c hi st h ef o r e l a n di ng i sf i e l d p e r t a i nt oi n t e r g r a p h , a c t u a l i z e x t h ec o mt e c h n i q u ed e v e l o p m e n t i nt h ep a r to ft h e i n s t a n c e ，w et a k et h ej i n s h as i t ef o re x a m p l eb u i rt h ej i n s h as i t ed a t a b a s ea n dt e s tt h e f u n c t i o no f s y s t e m o nt h eb a s i so f a r c h a e o l o g yp l u m b sp e c u l i a r i t ya n dc o m b i n e dt h eg i st e c h n i q u e , t h ec o m t e c h n i q u ea n dt h ed a t a b a s em a n a g e m e n tt e c h n i q u e ，t h es y s t e ma c t u a l i z e db y c o m p u t e ru l t i m a t e l y t h es y s t e m sr e a l i z a t i o nn o to n l ye x p a n d e dt h ea p p l i c a t i o nf i e l d o ft h et e c h n i q u ew h i c hh a du s e db u ta l s oh a df a r - r e a c h i n gm e a n i n gf o ra r c h a e 0 1 0 9 y , 南rr e l i cp r o t e c ta n df o rt h ea p p l i c a t i o no f g i s k 呵w o r d s ：a r c h a e o l o g y ；g i s ：g e o m e d i an o n - d a m a g ee x p l o r a t i o n ； c o m p o n e n t ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都堡工太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 “习年 加e l | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛壑堡王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑堡工太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名夕各 y 矿 月ye l 第1 章引言 第1 章引言 1 1 选题背景 古代文化遗存是人类社会历史发展进程中遗留下来的，由人类创造或者与 人类活动有关的一切有价值的物质遗存，是最直观的人类历史中华民族悠久 的文明历史积淀了丰富而珍贵的历史文化遗存，产生了许多著名的文化遗址和 文物瑰宝，如敦煌莫高窟、河姆渡文化、良褚文化、三星堆一金沙遗址、兵马俑 等。这些珍贵文化遗产对传承中华文化、建设社会主义精神文明和物质文明、 实现中华民族伟大复兴具有不可替代的作用。遗址、文物不仅代表着祖先曾经 所创造的灿烂文化，反映着各个历史时期人类的生产、生活和环境状况，具有 历史、艺术和科学等多重价值；它又是民族文化的象征，使一个国家及其人民 产生强大的凝聚力。保护文物，不仅是维护前代物质历史文化遗存，保持民族 文化特性，而且也是新时代先进文化建设的重要内容，意义重大而深远。丰富 众多的文化遗产蕴含着重大的教育与开发利用价值，如何更好地发掘、保护、 研究文物资源并进行合理的利用与开发，如何对这些文化遗产进行有效探测与 全面了解，进而指导文物的有效保护，如何更好的宣传与发扬中国悠久的历史 文化，是我们面临的重大科学技术问题之一，对我国文物研究者以及科技工作 者来说都是一项艰巨的任务。在新的历史条件下，考古工作、文物的保护研究 与开发利用又面临了各种新的压力和矛盾，如城乡经济建设规划开发与文物及 其遗址保护之间矛盾突出、传统的展出方式不能满足人们对了解研究鉴赏传统 文化的需求之间的矛盾以及有限的资金投入不能解决大规模的文化遗址抢救与 保护研究等。因此，在信息技术和现代科技高速发展的2 l 世纪，充分利用高新 技术的理论和方法，开展我国若干重要文化遗产多学科多层面的综合研究，建 立一种现代意义上的文物保护，不仅能为这些文化遗产进行更有效地保护深入 研究提供科学技术依据，而且对同类文化遗产保护研究具有借鉴和示范作用， 是一个紧迫而有挑战性的问题。 充分应用最新的科学技术和现代信息技术，文物资源必将更进一步的发挥 其社会效益、经济效益和文化效益。近年来，国家科技部和国家文物局联合实 施的多项科技攻关计划项目，如“夏商周断代工程”和“文物保护技术与中华 文明探源工程预研究”等，使我国的文物保护工作取得了重要成果和进展，引 起国内外社会各界的广泛关注，也使我国在该领域的工作上了一个新台阶。然 而由于我国城市化建设的飞速发展，文物或古文化遗址正以惊人的速度遭受破 坏，文物的发掘与保护往往是城市化建设带来的副产品，带有很大的随意性和 成都理t 大学硕士学位论文 被动性。同时，许多出土的文物也得不到有效的保护和研究，造成了惨重的损 失文物不能得到很好的保护，固然有投入文物保护资金数额的增长赶不上破 坏的速度的原因，更重要的是保护方法是否有效和保护措施是否得力等方面的 原因。要改变目前文物保护的被动性和随意性的局面，就必须引入新的思路、 新的方法、新的技术于考古学领域，其中，主动探测、发现和探明城市开发区 和发展地带地下埋藏的历史文化遗产应当成为对中国文化遗产保护的基础工作 而倍受重视。 1 2 国内外探测考古的研究现状 无损探测是考古研究的一种先进方法和手段，它是一种通过地球物理方法 不用挖掘而直接探测地下遗迹、遗物的考古技术。它不仅可以提高挖掘现场位 置、规模的勘测精度，而且在探测未发掘遗迹方面也能发挥重要作用，因此， 无损探测对文物的保护具有重大的意义。伴随着g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ) 技术的深入发展，考古无损探测中的g i s 技术应用引起了考古学家的 足够重视，并且取得了丰硕的成果，为现代考古研究提供了一整套全新的方法 和手段。 现阶段国内外的考古勘察技术主要向两个方面发展，一方面是向技术的综合 应用方向发展，比如近年来，奥地利科学与交通部为了发展一套标准方法来使考 古地球物理朝着精细考古解释模型发展，特别资助的一个用航空照片、地磁、电 阻率和g p r 结合起来的研究项目，选中了维也纳东部的罗马时期c a r n u n t u m 古城 的古城建筑群为研究实例。它将g p r 数据和地磁、电阻率数据相结合，在同一个 数字影像上构成一个尽可能详细的三维考古图像，成像结果证实了各勘探方法相 结合的巨大潜力；另一方面，各种技术也在向更高精度、更高分辨率以及更加轻 便化方向发展。 我国的探测考古在世界上处于比较领先的位置，近年来取得了很大的进步。 上世纪8 0 年代中后期，中科院遥感所与地方文物部门合作对北京地区古长城、 安徽寿县古城、镇江地区台形遗址等进行了遥感调查。9 0 年代初，对长江下游 地区、环太湖、河南安阳地区殷墟、汉长安城、洛阳地区、赤峰地区的古城址、 古墓葬群等地区进行了遥感航空拍摄考古。2 0 0 2 年1 2 月采用地球物理综合探 测技术对秦始皇陵进行了考古勘查，主要运用了地面弹性波法、磁法、地质雷 达法、高密度电法、重力法和测汞法等。专家们利用国际领先的三维探测技术 判定秦始皇陵地宫的存在，确定地宫的边界、形状、结构、埋藏深度、是否坍 塌等信息，对传说中的“穿三泉”、“以水银为百川江河大海”等记载进行探测 证实。在实施抢救发掘三峡文物工程过程中，也较好地运用了遥感技术、地理 第1 章引言 信息系统、探地雷达等手段，开展了古遗址调查和勘探。近5 年来，随着红外 和远红外探测器、微波测地雷达，特别是声雷达和断层扫描( c t ) 等技术的发展 和应用，大大推进了地下无损探测技术的发展，为遥感探测地面或地表下的人 类活动遗迹提供了技术支持丝绸之路、万里长城、紫禁城等也逐渐纳入了探 测考古的对象。 g i s 技术应用于考古领域以来，出现了不少考古信息系统，但大多都是以 资料存储为主，极少涉及到多种资料的相互印证与综合解释，特别是针对方法 多样的探测考古，相关的系统还不够成熟和完善。 1 3g i s 在考古中的应用 将g i s 应用于考古学研究开始于8 0 年代初，主要集中于欧洲和北美，但相 关的技术可以追溯到7 0 年代后期。进入9 0 年代以来，国外的许多大学及考古研 究机构积极开展考古计算技术的研究，其中g i s 作为考古学的时空性问题的解决 手段而倍受青睐。纵观欧美g i s 考古学研究的发展，可大致分为三个历史阶段： 7 0 年代末，计算机图形学、数据库和统计分析等技术开始应用于考古研究：8 0 年代，g i s 在北美兴起，遗址预测成为考古g i s 的主要研究方向；9 0 年代初，g i s 开始被欧洲考古界所认识并接受，景观考古g i s 逐渐盛行。我国g i s 的发展虽然 较晚，但其重要性引起了相关部门的高度重视，已在许多部门和领域得到应用。 8 0 年代初开始，我国地理信息系统在理论探索、硬件配置、软件研制、规范制定、 区域试验研究、局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进 步，积累了经验，为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。 f 1 9 0 年代起，地理信息系统步入快速发展阶段。我国开始实施地理信息系统、遥 感、遥测联合科技攻关计划，强调地理信息系统的实用化、集成化和工程化，努 力实现基础数据库的建设，推进国产软件系统的使用化以及遥感、遥测和地理信 息系统技术一体化。 g i s 在考古中的应用是多方面的，可以归纳为以下几个方砸： 1 3 1 计算机制图 空间性是考古研究的关键特性。它涉及到考古研究在理论、方法以及实践中 的各个层次。考古数据的时空特征是g i s 应用的基础。g i s 的空间数据管理和 空问数据分析功能为解决考古学空间性和多变量问题提供了一种有效的方法手 段。g i s 在考古研究中的最直接的应用就是利用考古数据制图。这方面的应用 包括区域内遗址分布图、古水系分布图、古植被分布图、古地貌分布图、二维 成都理工大学硕士学位论文 地形图等。利用g i s 处理地图的优势在于它可以将考古资料分成不同的图层， 如遗址、遗物、水系、地貌图等。然后根据不同的研究需要可进行图层叠加， 制成各种专题地图和综合地图。 1 3 2 考古探测数据库建设 g i s 是一种地理空间数据的数字处理技术，利用g i s 不仅能够表达对地物 的描述性的属性信息，还能表达地物诸如位置、空问形态等空间信息，用地理 特征唯一i d 码的机制，将空间信息与属性信息结合起来，使人们不仅知道存在 什么样的信息，而且知道其发生在什么地方，及其在空间与时间上的变化。当 今流行的商业g i s 软件中，多数软件将实体的空间数据和属性数据是分开存储 的，目前正在发展一种面向对象的数据库( o b j e c to r i e n t e dd a t a b a s e ) ，根据地理 景观的结构特点，设计空间数据结构，实现属性和图形在数据结构上的统一。 对于考古遗址的描述，考古学家不仅关注其诸如文化层时代、文化层埋深、文 化层内容以及面积等属性信息，而且还关注其诸如空间位置、遗址间分布关系 等空间信息以及这些内容随时问的变化规律等。本文采用目前流行的g i s 软件， 将属性数据和空间数据统一存储，方便数据的管理和分析。另外，在g i s 中， 客观世界各种地理现象或空间实体被抽象成点、线、面三种基本的地理特征类 型，从而实现在统一的地理空间中，去认识、理解和分析各种复杂空间现象和 过程。g i s 的这种数据组织方式，实现了考古遗址与其周边环境的无缝集成， 对于考古研究提供了极为有利的条件。 1 3 3 考古信息系统研究与建立 考古数据库和考古信息管理系统的建立是开展各种考古分析的基础。目前， 考古研究和文物管理单位面对纷繁复杂并迅速积累的考古文博资料，主要采用 档案的人工管理方法，这种方法不仅费时费力，效率低，而且信息安全和共享 程度不足，查询和表达手段更是不能满足信息时代的要求。只有将g i s 和m i s 技术结合起来应用到考古信息管理中，才能实现对考古信息进行高效的科学管 理，使考古资料的效益得到充分有效的发挥【6 2 】。欧美考古界在这一研究领域内 已取得了很大的进展，国内现在也已经有人对这个问题进行了初步的尝试。如 长江三角洲地区考古信息管理系统、山东沐河上游史前文化考古信息系统等。 山东沐河上游考古信息管理系统的设计和制作是以g i s 技术为支撑，初步建立 了该区古文化遗址数据库，对该库目前所含1 1 2 处史前遗址的空自j 分布、文化 分期、保存程度等基本资料以及有关的文本和图形、图像、现场录像等信息进 行科学的管理和分析，为今后的考古研究及g i s 在考古中的应用分析提供了基 4 第1 章引言 础和保障。 1 3 4 考古遗址预测模型的建立 考古遗址预测模型的研究是迄今g i s 在考古应用中开展得最为广泛和最为 主要的研究。其基本的方法就是对研究区域建立一个数学模型，该模型能够根 据研究区域任何给定位置的一些环境变量对该位置存在考古遗址的概率进行预 测。考古学和地理学是姊妹学科，他们所关心的对象都是人类活动在空间和时 间上的模式。这充分说明了将g i s 应用于考古研究的直观性和必然性。 从本质上讲，g i s 与考古遗址预测模型的结合是一个g i s 与应用模型集成 的问题。g i s 是建立考古遗址预测模型的理想工具首先，g i s 使得大范围高 精度的海量考古信息和环境信息的集成成为可能；其次，g i s 技术提供了预测 文化资源分布的复杂模型的实现方法和能力；最后，g i s 提供了对预测结果进 行显示和检测的方法和能力。 近年来，国内考古也越来越重视运用g i s 技术。如1 9 9 8 年河南省在颖河上 游的考古调查中利用g p s 与g i s 获得初步成功 4 7 1 。2 0 0 1 年河南省地理研究所， 与开封市文物工作队利用遥感技术对开封市的地下埋藏文物进行了考古调查应 用试验f 4 8 】。2 0 0 2 年华东师范大学城市与环境遥感考古开放研究实验室完成上海 地区遥感考古调查，发现有古遗址特征的地点2 0 0 余处【4 9 】近年，我国还利用 遥感技术进行了秦始皇陵、长城、内蒙古东部地区大型遗址等多处考古调查。 1 4 研究目的及意义 考古调查和探测中获得的资料都具有空间属性考古遗址的位置和范围可 以通过空间数据来表示，考古遗址内的遗迹、现象乃至每一件器物或陶片，都 是在特定探方中的特定位置上，可以用准确的数据来表示各自的空间位置。【3 】 所以，根据遗址中各种遗迹和器物的空间分布状况，可以模拟和重建当时的历 史及其演变过程。传统的考古学研究一般是通过人脑的思考，然后使用文字描 述或图表对研究结果进行归纳和总结。这种研究方法非常简便，但是往往无法 同时运用全部的考古信息进行综合研究，而且不便于进行空间的分析和模拟， 深入浅出地对考古学问题进行阐述和研究。考古地理信息系统技术正是从考古 遗迹或现象的空间位置出发，建立多种空间信息与属性信息并存的数据库和图 形图像库，从而能够方便地进行多重空间分析和模拟，有助于推断当时的社会 生产、生活状况。 最近二十几年来，地球探测领域出现了大量的新技术和新方法，如“探地雷 成都理工大学硕士学位论文 达法”、“高密度电法”、“高精度磁测法”、“超声波法”、“浅层地震法”、“陆地 声纳法”、“大地音频法”等已经在地球探测领域中显示了其巨大作用。地球探 测应用的范围非常广泛，方法多种多样，施工技术灵活，这使得地球探测数据采 集的记录文件格式是多种多样的，处理方法、图形显示也是多种多样的从而很难 实现多尺度、多方法探测的综合解释，同时，各种探测数据及处理结果容易形 成信息孤岛，不能较好地用多种方法进行印证或补充，从而导致数据管理和处 理的众多弊端。针对上述问题，本文提出将g i s 技术与无损探测考古技术相结 合，建立基于g i s 平台的考古探测综合解释系统。 考古探测g i s 解释系统的建立，不仅能实现对无损探测数据的存储和管理， 同时也能通过对探测资料的综合解释分析实现文物异常的圈定和勾画，无需进 行遗址发掘，即可再现地下文物埋藏情况，为遗址的复原和文物的保护奠定基 础。在科学技术突飞猛进的今天，仅仅沿用传统方法与手段难以对遗址和文物 实施有效的考古，充分利用高新技术的理论和方法，采用各种地球物理和地球 化学探测手段，引进和开发考古探测g i s 技术与相关科学成果，对我国重要古 文化遗存进行有效探测、保护和信息提取，进一步提高文物保护研究深度和广 度，实现文物的科学保护和合理开发，促进历史文化产业全面发展都具有十分 重大的意义。 1 5 研究内容 本论文以国家十五科技攻关项目“文物保护关键技术研究”予课题高新 技术在古文化遗存无损探测与成像中的应用研究为支撑。通过将g i s 技术与 探测考古相结合，建立一套基于g i s 平台的考古探测综合解释系统，旨在实现 多源、多维、多尺度探测数据的存诸，管理，展示，数据分析以及相关资料的 综合解释等功能。本系统将采用文字、图表、地图等多种直观的形式，为专业 人员提供一个基于g i s 的数据发布与分析平台；并结合物探人员与考古专家的 需求，为考古专家和物探人员提供一个相互交流平台；同时提供形式多样，内 容丰富的查询服务，为公众提供一个了解考古遗址遗迹考古进展的平台。论文 涉及的研究内容主要包括以下部分： ( 1 ) 遗址空间信息数据库的建立 收集物探工作、考古遗址的相关信息，结合g i s 技术和数据库管理技术， 为考古遗址建立遗址信息数据库，用于存储和管理海量的遗址探测信息，从而 实现对探测信息的查询与展示。 ( 2 ) g i s 开发平台及开发语言的比较和选择 针对本系统的特点及需求，通过对目前流行的g i s 开发平台及开发语言功 6 第1 章引言 能及特点的分析和比较，选择适当的g i s 开发平台和开发语言，完成系统开发 的环境配置。 ( 3 ) 考古探测综合解释系统的设计与开发 根据系统需求分析和总体目标，对系统进行总体结构和功能设计，采用g i s 技术、组件式开发技术和数据库管理技术相结合的技术构架，结合m i c r o s o r n e t 开发语言，实现系统基本功能的开发。 ( 4 ) 对建好的系统做实例测试 本文结合对金沙遗址的实例探测，运用探测的具体信息对系统做实例测试 分析。 7 成都理工大学硕士学位论文 第2 章系统分析与开发环境配置 2 1 系统需求分析 2 1 1 系统开发背景 目前，考古研究和文物管理单位面对纷繁复杂并迅速积累的考古文博资料， 主要采用档案的人工管理方法，这种方法不仅费时费力，效率很低，而且信息 安全和信息共享的程度不足，查询和表达手段更不能满足信息时代的要求。只 有将g i s 技术和m i s ( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 技术结合起来应用到考 古信息管理中，才能实现对考古信息实行高效的科学管理，使考古资料的效益 得到有效的发挥。同时，无损探测考古具有方法多样的特性，决定了探测数据 是多源、多维、多尺度的，因此各种探测数据及处理结果容易形成信息孤岛， 不能较好地用多种方法进行印证或补充，从而导致数据管理和处理的众多弊端， 很难实现综合解释与分析。此外，传统的考古信息系统普遍是以资料存储为主， 极少涉及到多种资料的相互印证与综合解释，特别是针对方法多样的探测考古， 相关的系统还不够成熟和完善。在以往的考古探测研究中，物探人员与考古学 家对探测异常的理解不能得到有效的沟通，使得文物的发掘具有一定的局限性。 因此，基于上述的认识和需求，本论文结合g i s 技术和数据库管理技术， 设计研发一套基于g i s 的考古探测综合解释系统就显得十分必要和迫切。 2 1 2 系统开发目标 系统开发目标就是利用g i s 技术和m i s 技术相结合的技术构架实现g i s 支 持下的考古探测综合解释系统的设计与开发，使各种与探测遗址相关的信息不 仅能得到有效的管理和展示，同时也能为遗址的下一步发掘和文物的复原提供 可靠的依据。根据系统建设目标和系统需求分析，归纳和分析后，该系统应达 到如下目标： ( 1 ) 可视化的数据管理，使用方便，易掌握。高效率地实现对数据的录入浏览、 检索查询、编辑更新、综合分析、备份恢复等功能，确保数据的共享性和独立 性。 ( 2 ) 实现空间图形数据与相关属性数据匹配链接的管理，同时支持多图层的叠 加综合分析管理。 ( 3 ) 有效集成考古探测中以多种数据方式存储的基础资料、专题解译资料、辅 第2 章系统分析与开发环境配置 助分析资料以及综合调查资料，并实现在此基础上的统计、查询、综合分析等 功能，更好的服务于最终用户 “) 实现多种探测资料的叠加管理和分析，使用户能够根据需要建立相应的 解释，以实现多种数据的有机整合。 ( 5 ) 提供完备的输出功能，满足用户需要的各种图形图像以及数据输出。 2 1 3 系统结构模式 系统基于先进性，实用性，高性价比，可靠性，可扩展性以及安全性的设 计原则，采用c s ( c l i e n t s e r v e r ) 的系统结构模式该模式通过将任务合理分 配到c h e m 端和s e r v e r 端，降低了系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环 境的优势。这种结构分为两层，如图2 1 所示，第一层是在客户机系统上结合 了用户界面和业务逻辑；第二层是通过网络结合了数据库服务器。两层结构应 用软件的开发工作主要集中在客户端，客户端软件不但要完成用户交互和数据 显示的工作，而且还要完成对应用逻辑的处理工作，即用户界面与应用逻辑位 于统一平台上。目前大多数应用软件系统都是c l i e n t s e r v e r 形式的两层结构， 由于现在的软件应用系统正在向分布式的w e b 应用发展，w e b 和c l i e n t s e r v e r 应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部 的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻 辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。 2 1 4 系统数据流程 图2 - 10 s 模式体系结构 f i g 2 一i t h es y s t e ms 咖t l f eo f c sm o d e l 本系统主要是实现探测信息的存储、管理以及数据的综合解释分析，因此， 物探数据是本系统的基础。对采集的物探数据，建立专门的物探数据库存储， 通过数据管理模块实现对多种数据的有机管理，然后通过系统的数据分析显示 模块和查询分析模块实现数据的分析解释，最终得到的成果资料存储于数据库 9 成都理工大学硕士学位论文 中。 系统的建立是为用户服务的，因此系统最终目标是用户。用户通过人机交 互界面访问系统，实现对数据的查询，分析、解释等，并将最终的解释分析成 果存储于成果数据库中。整个过程的数据流程如图2 2 所示： 图2 - 2 数据流程图 f i g 2 2f l o w c h a r t o f t h ed a t a 2 2 g i s 二次开发方式的选择 2 2 1 g i s 的二次开发概述 g i s 应用的不断深入，导致g i s 应用技术的不断发展，从目前的g i s 应用 系统的开发过程来看，主要存在下面三种g i s 应用系统开发技术： ( 1 ) 用专用编程工具对g i s 功能平台软件进行二次开发，定制满足用户要求 的应用系统。一般为了操作的方便和功能的全面，采用集成化地图技术 ( i n t e g r a t e dm a p p i n g ) 在一些编程软件( 如n e t ) 的应用程序窗口中通过o l e l o 第2 章系统分析与开发环境配置 技术集成一个g i s 地图窗口，完成应用系统要求的地理空间数据的操作功能。 这种技术已趋于成熟，但其主要缺点是不能脱离g i s 平台软件的支持，难以满 足计算机系统网络化发展的要求。 ( 2 ) i n t e m e t 技术应用于g i s 开发的w e b g i s 技术g i s 通过w w w 功能得 以扩展，真正成为一种大众使用的工具。从w w w 的任意一个节点，i n t e r n e t 用户可以浏览w e b g i s 站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空问检 索和空间分析，提高了g i s 的产业化和大众化，其主要特点是信息共享和跨平 台的特性，但因其遭遇网络应用瓶颈，理论和技术有待进一步完善。 ( 3 ) 利用组件技术来开发g i s 应用系统。组件具有面向对象、语言无关等 特性，把g i s 的各大功能模块划分成几个组件，每个组件完成不同的功能，用 户可根据实际需要选择购买和安装所需的g i s 组件。各个g i s 组件之问，以及 g i s 组件和其它非g i s 组件之间，可以方便地通过可视化开发工具集成起来， 形成兼有属性数据处理和空问数据处理的应用系统。g i s 组件产品可以像搭积 木一样，方便地嵌入到通用的开发环境中实现g i s 功能，具有适应性强，功能 强大，开发简捷，使用灵活等特点，被广泛应用于g i s 应用系统开发中。 结合本系统的特点，本文选择组件式g i s 开发方式。 2 2 2 组件式g i s 的基本概念 组件技术是新一代g s 的重要基础，组件式g s ( c o m p o n e n t sg i s ，简称 c o m g i s ) 是指基于组件对象平台，具有标准的接口，允许跨语言应用，因而使 g i s 软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便。 其基本思想是把g i s 的各主要功能模块划分为不同类型的控件，每个控件完成 各自相应的功能；各个g i s 组件之间，以及g i s 组件与其它非g i s 组件之间， 可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，以形成最终的g i s 应用。认 识c o m g i s ，首先需要了解其所依赖的技术基础组件对象模型 c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 、对象链接和嵌入o l e ( o b j e c tl i n k i n ga n d e m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 技术。 c o m 定义并且实现了允许软件组件( 包括对象、应用程序和服务) 之间实 现交互的机制，描述了接口管理、状态报告、以及使用系统注册表解决的全球 性的唯一识别码，与此同时，c o m 还定义了应用程序内部的对象之间，以及不 同应用程序的对象之间的交互。 o l e 指对象链接与嵌入，具有相当复杂的技术内容，其中自动化技术概念 与用户密切相关。o l e 自动化是w i n d o w s 应用程序操纵另一个程序的一种机制。 o l e2 0 提供了一种方法来集成应用程序，这就是应用程序之间的命令操作。 成都理工大学硕士学位论文 利用o l e2 0 ，程序员可以定义一组命令，使它们进入到其它程序中。这些命 令可带参数，可以在人不参与的情况下，就能使得两个应用程序的相互作用。 被自动化的程序称作自动化对象或自动化服务器，操作或自动化其他程序的应 用程序称为自动化控制器或自动化客户器。自动化控制器一般都提供一个称为 o l e 容器的控制，具体处理服务器和控制器的。 a c t i v e x 是微软公司的构件技术标准，实际上是对象连接与嵌入( o l e ) 的新 版本，使o l e 接口加强了对数据和特性的管理，效率更高，而且更加便于进行 i n t e m e t 互操作。由于a c t i v e x 既包含服务器端技术，也包含客户端技术。因此， a c t i v e x 被广泛应用于w e b 服务器以及客户端的各个方面；同时，a c t i v e x 技 术也被用于方便地创建普通的桌面应用程序。 2 2 3 组件式g l s 的特点 c o m g i s 以组件式软件技术作为重要基础，是面向对象技术和组件技术在 g i s 软件技术开发中的应用。它能够使g i s 功能嵌入到其他非g i s 软件中，或 者将其他软件功能引进到g i s 软件平台上，从而使g i s 技术与其他软件技术的 集成成为现实。 同传统的g i s 相比较，c o m g i s 的主要特点体现为： ( 1 ) 集成灵活、价格便宜。在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最 紧密相关的系统功能。组件化的g i s 平台集中提供空间数据管理能力，并且能 以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小巧灵活， 而其价格仅是传统g i s 开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用户便能以较 好的性能价格比获得或开发g i s 应用系统。 ( 2 ) 直接嵌入m i s 开发工具。组件的生产建立在严格的标准之上，因此， 凡符合标准的组件都可在目前流行的各种开发工具上使用。这样，v b 、v c 、 d e l p h i ，p o w e r b u i l d e l 、n o t e s 、f o x p r o 、a c c e s s 等都可直接成为g i s 或g m i s 的优秀开发工具，它们各自的优点都能够得到充分发挥。这与传统g i s 专门性 开发环境相比，是一种质的飞跃。 ( 3 ) 强大的g i s 功能。新的g i s 组件都是基于3 2 位系统平台的，采用i n p r o c 直接调用形式，所以无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统 g i s 软件逊色。小小的g i s 组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间 处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 ( 4 ) 开发简捷、使用方便。由于g i s 组件可以直接嵌入m i s 开发工具中， 对于广大开发人员来讲，就可以自由选用他们熟悉的开发工具。而且，g i s 组 件提供的a p i 形式非常接近m i st 具的模式，开发人员可以像管理数据库表一 1 2 第2 章系统分析与开发环境配置 样熟练地管理地图等空间数据，无须对开发人员进行特殊的培训。在g i s 或 g m i s 的开发过程中，开发人员的素质与熟练程度是十分重要的因素。这将使 大量的m i s 开发人员能够较快地过渡到g i s 或g m i s 的开发工作中，从而加速 了g i s 的发展。 2 2 4 组件式g 1 8 的几种主要的g i s 平台 当前，地理信息系统软件商纷纷推出或升级已有的组建式g i s 软件系统， 其中国际上比较有代表性的系统平台有i n t e r g r a p h 公司的g e o m m e d i a ，e s r i 公 司的a r c o b j e c t s ，m a p i n f o 公司的m a p x 等；国产组件式g i s 平台主要有武汉 吉奥信息工程技术有限公司开发的g e o m a p 和北京超图公司的s u p e r m a p 平台。 其中，i n t e r g r a p h 公司的g e o m m e d i a 、e s r i 公司的a r c o b j e c t s 和m a p l n f o 公司 的m a p x 最具代表性。 g c o m e d i a 是i n t e r g r a p h 公司用于空间数据访问、显示、分析与表达的主要 桌面地理空间解决方案。它提供一整套强大的分析工具。包括属性与空间查询、 缓冲区分析、空间迭加以及专题图等。在其数据服务技术的支持下，用户能够 轻松进行基于多数据源的分析。 a r c o b j e c t s 是e s r i 公司a r c g i s 家族中应用程序( a r c m a p 、a r c c a t a l o g 、 a r c s c e n e ) 的开发平台，是基于m i c r o s o f tc o m 技术所构建的一系列c o m 组 件集，主要具有空间数据的显示、查询检索、编辑和分析；创建各种专题图和 统计报表；高级的制图和输出功能以及空间数据管理和维护等功能。 m a p x 是m a p l n f o 公司推出的一款基于a c t i v e x 的控件产品，是主要为地 理信息系统二次开发提供服务的控件，该控件具有强大的地图信息检索和查询 功能，可以将数据以地图的形式直观的显示出来，基于该控件开发出来的地理 信息系统通过显示的地图，