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3 现代科技手段的应用 3.1 DEM与良渚古城外围结构的探索 在良渚古城发现后，研究其空间框架结构成为我们首要的目标。首要任务是要明确古城是否存在外郭城。在良渚古城发现之前，整个良渚遗址群内有根据现代地貌边界标定的135个独立遗址点。古城墙发现后，我们发现许多遗址点实际上是同一遗迹（如城墙）的不同位置，或者是城的不同功能区，只是因为后期的破坏导致彼此分离。因此以往基于遗址点的观察角度，显然已经无法适应对古城的整体研究需求。有了城墙这一明确的线索，考古工作的目标思路就豁然开朗，观察的焦点就集中到了城墙外围的这个区域。以城墙的基本形态作为参考，特别注意寻找那些同属于良渚时期，外形呈长条垄状的遗址点，以及能构成框型结构的那些遗址点的位置关系。但是这些遗迹因受到晚期的破坏，可能已经变得断断续续，所以需要在一个平面图上去复原这些地点的原有关系。 这期间我们对古城东部区域进行了大规模的基础钻探。钻探获得了这个区域内古水系和文化堆积的翔实材料。但是我们发现这种基于传统考古手段形成的平面图，对于研究古城的外围结构所能提供的直观信息并不多。在这样的情形下，迫切需要找到另外的手段来进一步分析遗址。作为一种尝试，利用良渚古城区域1：500比例的线划图在GIS软件中制作了数字高程模型（DEM），结果有惊人的发现。在该数字高程模型（DEM）的截图（图8）中，莫角山标准的长方形轮廓，以及其上的大小莫角山和乌龟山这3个高台显示得非常规清晰，更为重要的是，在这张图里，我们可以明确地发现：良渚古城东南部外侧，存在着一个长方形的结构体，它由美人地、里山—郑村、卞家山分布构成北、东、南三面墙体，并和良渚古城的东墙和南墙相接续。结合之前勘探的结论，认为这一周框状的结构应和良渚古城密切相关，它可能是古城不同阶段的另一墙圈，也可能是与古城同期的外部附属结构。基于这样的认识，迅速开展了这周墙体上的美人地、里山2个地点的发掘，证实这些条垄状遗迹是由良渚晚期若干次的居址逐步加高形成现状的，作为良渚古城的附属平民住居的可能性很大。这种长条形框状聚落，与普通良渚基层聚落的形态完全不同。良渚的基层聚落都呈散点状分布的小聚落，每个间距500～1 000 m，聚落面积一般几千到一二万平方米，每个聚落都以自身土台为中心，周围围绕着该聚落的水域和稻田。这是水网平原地区和调和人类居住和稻作农业生产矛盾而形成的最优布局。而古城周边的这一框状长条聚落，面积相当于几十个散点式基层聚落的总和，其上居住的人口甚多，如果从事稻作生产，则围绕着它的稻田面积应该非常巨大，从居住地到稻田的距离会非常远。而该区域稻作专项研究调查显示，它周边的并没有良渚稻田分布，而是一般的沼泽，所以这一圈的居民应该不是从事稻作生产的农民，而应该是最早的城市居民。因此，我们认为这一圈居住地，当是古城的外郭城。 图8 良渚古城核心区DEM显示的外郭 所谓“数字高程模型”，通俗地说，就是把地图上不同高程的范围，依照某种色系的变化，涂上不同的颜色。这样，即使一道城墙被破坏后呈若干分散的小段，其基本高程一致的话，在DEM平面图上就显示为相同的颜色，这样就很容易顺着某种几何位置关系把它们联系起来。而前述那张包涵有勘探形成的水系和文化堆积分布的线划图（图9（a）），它反映的文化堆积范围，既包括了地面上的人工堆筑高地，还有外围河道等低地区域的废弃堆积，所以，该图标示的遗存范围全面，但没有突出反映最重要的高程信息，对于寻找墙状的结构很不直观。另外，良渚遗址群还有分辨精度高达8cm的数字正射影像，谷歌地球（google earth）也提供了本区分辨率达60cm的高清影像（图9（b））。但是因为大量现代建筑和植被的干扰，这些影像对地面高程的变化反应也不敏感，从而使遗迹不能清晰显现。而相反地，DEM反映的是单纯的地表高程变化，所以能从复杂的地表植被和建筑的视觉干扰中，将遗存信息直观反映出来（图9（c））。因此我们发现，在本地区寻找城墙结构，DEM是最有效的方法，优于线划图和高清卫片。另外，经过配准处理的早期corona卫片（图9（d）），因为带有阴影，所以也能较好地表现古城地貌形态，同时早期地貌被现代建设的破坏也较少，其效果远远超过谷歌地球的现代正射影像。 图9 不同图形形式对古城结构的表现 因为DEM在遗迹寻找上具有重要的指示作用，因此我们迅速扩大了古城周边1:500地图的测绘范围，并根据新的地图，制作了新的DEM。结果发现在古城的北边，还有2条长条形的结构，与美人地-里山-卞家山共同构成外郭结构。同时，我们发现良渚古城中心的宫殿区、城墙和外郭依次降低，构成了三重同心结构，是中国历史时期都城的宫城、王城、外郭三重结构的滥觞。取得了极为重要的认识，是中国古代城市研究的重大突破。 良渚古城区域数字线划图分别有1:10000、1:2000、1:500三种比例。其中以1:500的图制作数字高程模型效果最好。这是与良渚遗址的堆积性状、保存状况密切相关的。比例不同的图，其等高线密度不同：1:10000的图，等高线间距为5m；1:2000的图，等高线间距为2m，1:500的图，等高线间距为0.5m。良渚地区的人工堆积，包括城墙遗迹，目前和周边平原农地的相对高程，大体都在3～4m，另外还有些相对高程只有1～2m。这样，如果使用1：10 000的地图，则除了莫角山这种相对高程为8～9m的巨型遗迹外，其他地点因为相对高程过小，几乎无法从农田中辨识出来。所以，1:10000比例的地图用于寻找城墙构造显然是不合适的。同理，因为存在着不少相对高度在2m以下的遗址，所以1：2000的图制作DEM，也会有大量的信息漏失。而1：500的图具有的0.5m的等高线密度，是制作DEM理想的素材。实际上在应用于结构寻找的DEM制作中，最重要的因素在于地图的高程分辨率，而非平面精度。地图的比例即使是1:10000，只要其等高线能够加密，达到0.5～1m的密度，也应该可以满足需要。 DEM能在本地区的考古工作中发挥较大作用，应该和良渚以及整个太湖地区聚落分布形态密切相关。水乡平原地带植物繁茂，人口密集，因此从遗址现场和卫片等角度观察，干扰因素很多。但是太湖平原地区史前遗址多为人工堆筑的高墩，墩外多为水域和稻田，这种模式从良渚时期开始形成，一直延续到今天都没有发生大的变化。所以，早期的人工高墩往往会被晚期继续加高沿用，而不会推倒重起炉灶，从而使早期的遗址格局得以保留。因此通过DEM剔除了建筑和植被的干扰之后，遗址的原有格局就能比较好地得到反映。 3.2遥感（RS）与GIS手段在水利系统探索中的应用 随着近年的良渚古城考古工作的推进，我们又确认良渚古城外围存在一个庞大的水利系统。在寻找这个系统的整体结构的过程中，遥感手段提供了关键的线索。而在分析这个系统的作用中，GIS发挥了重大作用。同时在制作大区域的DEM时，针对一般的制作方法的缺陷，进行了探讨和改良，取得了满意的效果。 2009年夏，良渚古城西北部约8km的彭公岗公岭，因为偶然的施工发现了大型人工堆筑遗迹。通过调查，发现此处遗迹系在两山之间的沟谷位置由人工堆筑大型坝体。坝体规模极为宏大，复原其堆筑高度可能近20m，宽度上百米。其内部中心由草裹淤泥的小土包垒砌，外围覆以纯净黄土。这种堆筑方法与反山等良渚时期很多台墩遗迹相同。在遗址现场发现有零星的良渚文化陶片，台墩上部则有汉墓叠压，因此推测这处遗迹可能属于良渚时期。顺此线索，在周边山谷内又发现了秋坞、老虎岭等几处类似的坝体。据观察，还是从基于单体水利设施的角度对这些坝体进行解读，推测可能是用于阻拦山谷的来水，使其改变流向，汇入山系北侧的德清下渚湖，避免洪水冲击遗址群。2010年夏，岗公岭的3个草叶样本经北京大学考古年代学实验室C14测定，其树轮校正年代距今约4800～5000年，证实了前期对这处遗迹的年代判断。因此其重要性进一步引起我们的重视，继续在周边进行调查。 使用谷歌地球的高分辨率卫片对这一区域进行观察，2011年年初，意外地发现：在岗公岭这组坝体的南面的鲤鱼山也存在着一个明显具有人工痕迹的大型坝体。故在4月对这处地点进行现场钻探调查，钻探的第一天就证实这个300m长的坝体是人工堆筑的。同时发现在鲤鱼山的东侧狮子山也是一段已经被道路截断的坝体。这次的调查的意义并非仅仅增加了坝体的数量，关键在于鲤鱼山和狮子山通过其东面的小山体，连接到了良渚遗址群西侧规模巨大的水利工程——塘山。 塘山遗址长6.5km，20世纪90年代发现后曾进行多次发掘，一般认为是良渚遗址群外围的挡水坝。但是当时是以单体遗迹的角度对其进行研究的，对塘山西侧向南拐弯后的去向，曾在毛元岭一带多次找寻，但是一直不得要领。而鲤鱼山和狮子山坝体的发现，证实塘山在向南拐之后，连接自然山体，复又向西南侧延伸发展。因此，包括塘山在内的这些大小坝体，并非单体起作用，而是构成了一个极其庞大的复杂的防洪水利系统，塘山只是这个系统内最长的单体。 良渚水利系统的功用如何？我们和社科院考古研究所科技考古中心合作，通过GIS手段对这一系列遗迹进一步分析研究。首先发现原来认为岗公岭等高坝系统是将洪水导引到北侧德清的认识是错误的。因为这些山谷上部的分水岭远远高于坝体的高度，甚至高于坝体两侧的山体。所以，高坝系统实际上是能潴留洪水，形成2个山塘水库。社科院考古所刘建国等通过GIS分析，计算了水坝的集水面积和库容。 最近通过GIS分析，推测该系统在运输上也应具有重要作用。天目山系可以为遗址群提供丰富的石料、木材及其他动植物资源。天目山古称“浮玉之山”，地质学家认为其具备玉器的成矿条件。塘山和德清杨墩等地点发现与制玉相关的遗存，百亩山则发现有石器的半成品，显示良渚时期的玉、石料可能是就地取材于天目山系内。遗址群内如美人地、卞家山、莫角山、马金口等各地点都发现大量的木材。因此如何运输是良渚人必须解决的问题。在轮式交通及配套的道路系统形成之前，水运是一种最经济便捷的运输方式。美人地木桩板上多次发现的有牛鼻穿，这是木材放排水运时用来穿绳，方便拖动的装置，表明是用放排的方式运来。卞家山和莫角山的码头设施、出土的木浆等说明水运在当时的重要地位。与平原区发达的水网不同，本地区的山谷陡峻，降水季节性明显，水量变化大，夏季山洪暴发，冬季则可能断流，大多时候不具备行船的可能，通过筑坝蓄水形成的库容，则可形成连接各个山谷的水上交通运输脉络。如高坝系统的岗公岭、老虎岭和周家畈3坝，以坝顶高程最低的海拔25m计，根据谷底高程推算，满水水面可沿山谷上溯1500m左右。低坝系统鲤鱼山坝群海拔约9m，依据GIS的分析，蓄满水时水面可北溯3700m左右，直抵岗公岭坝下方；东北面可以与塘山渠道贯通（见图7）。 在制作图6这张DEM时，我们对常规的制作方法进行了一些改进。与古城局部的DEM不同，该图包涵整个良渚古城和外围区域，面积达百余平方公里，地形有山地丘陵和平原，海拔高度0～500m。这个区域内有1：2000的数字线划图，其等高线密度为2m，理论上足够满足在整体表现古城和水利系统的显示要求。但是我们发现，按照一般的方法制作DEM时，因为软件默认的颜色差值，都是等距的。比如本区高程范围为0～500 m，分成50个颜色等级，它就自动以每10m为一种颜色。而实际上我们所有人工遗迹的高程都集中在2～35m的范围内，其中很多遗迹相对高度只有2～5m，如果以10m间距区分颜色，绝大部分遗迹都淹没在相同色块中，无法辨识。如果以2m的精度区分颜色，则需要手动设置250个色级，而这么多色级的颜色区别肉眼几乎是不可辨别的。因此，考虑采取不等距的色级设置，即在有遗迹的高程范围内加密设置，在没有遗迹的高程范围内消减色级。将遗迹集中的0～40m范围内以1m为一个色级，40m高程之上，逐步将高程范围加大，最后设置约60个色级。以这种色级进行制作的DEM效果，比较符合需求。据观察，目前大部分的考古项目在委托测绘单位进行DEM制作时，都是按照软件默认的平均高程值进行制作的。在高程悬殊的区域，这种DEM就很可能达不到需要的效果。因此我们认为这是遗址GIS处理中需要关注的一个重要方面。 GIS和RS技术在良渚古城考古中的巨大作用，使之具有了与考古学传统手段并重的地位。在寻找大的空间结构中，往往能提供最新的线索，在此基础上再使用考古手段进行验证，其范围和效率远远超过单一的地面调查和钻探，值得推广。 4 结束语 良渚遗址的考古迄今已经经历80年，我们对它的认识，仍然是粗线条的。可以预期在未来几十甚至上百年内，仍将会对其进行持续不断的发掘和研究，随着考古学学科的发展，新的理论、方法与手段会不断地应用到研究工作中，使我们的认识不断接近历史的证实。 （本文原载于《遗产与保护研究》2016年第5期） (责任编辑：admin) |