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GIS(地理信息系统)在石窟寺考古研究中的应用
作者:管理员    发?#21152;冢?012-10-26 10:32:28    文字:【】【】【
GIS(Geographic Information System,即地理信息系统)是在计算机支持下,对地理空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟、显示的技术系统,考古遗存的空间属性为GIS在考古学?#31995;?#24212;用提供了条件。目前,GIS已应用于遗址调查与测绘、环境考古、聚落考古、文物保护管理等与考古相关的领域。本文根据?#25910;?#23545;山西省中小型石窟及摩崖造像所做的GIS数据库分析,对GIS在石窟寺考古研究中的应用略作探讨。

  本文所依据的图片资料包括《中国文物地?#25216;?#23665;西分册》中的《山西省石窟寺及摩崖造像图》、山西省地图、山西省DEM(Digital Elevation Model,即数字高程模型)图(来自http://datamirror.csdb.cn,中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站)、《全国1:400万政区图》(来自http://nfgis.nsdi.gov.cn,国家基础地理信息系统)、《全国1:250万地质图》(来自http://www.resdata.cn,国土资源科学数据共享)。通过GIS软件从《全国1:400万政区图》中将代表山西省界的多边形提取出来,用这个多边形对《全国1:250万地质图?#26041;?#34892;?#20204;校?#21363;得到山西省的地质图。文字资?#26174;?#21253;括石窟调查报告与简报、地方志、史书、相关专著和论文集等。

   将文字资料提供的信息以中文或数字代号的形式分项录入Excel表格,在ArcCatalog中建立数据库,导入编辑好的Excel表格,创建要素集、新建要素类,主要包括古?#39304;?#21476;城市点和石窟点,添加相应的关系类。纸质扫描图均要进?#20449;?#20934;。由于提取的山西省界多边形和?#20204;?#30340;山西省地质图均采用1954?#26412;?#22352;标系,DEM采用UTM/WGS84坐标系,因此需要在ArcMap中根据七参数定义大地坐标系之间的转化,将省界多边形和地质图转到WGS-84坐标系,再投影到UTM坐标系。

  在ArcMap中导入要素类进行编辑:古城市点、古道根据地方志的记载以及配准后的山西省地图绘制;石窟点(包括石窟和摩崖造像)由于大多数缺乏经纬度信息,暂根据文字资料以及《山西省石窟寺及摩崖造像图》来确定位置。建成的数据库可查询每个石窟点的名称、时代、位置、窟龛数目、造像数目等内容,还可以通过一对多关系查询一个石窟点每个编号石窟的时代、保存状况、类型、朝向、窟室形制、三维数据、外立面形制、窟门形制、龛形、造像题材、单铺组合、装饰纹样、造像技法等信息。

通过数据库的建立,我们分析了以下几个方面的问题。

一、石窟及摩崖造像与周围环境的关系

  1.坡度分析
  坡度分析是针对石窟周围一定面积的环境进行的考察。取150米为半径的圆作为石窟寺的开发域,将GIS软件统计运算的结果进行卡方检验,可知石窟点的分?#21152;?#21608;围环境的坡度相关。

  2.坡向分析
  在ArcMap中生成DEM图的坡向图,并将坡向信息赋给石窟点,用不同颜色分类显示,可知位于南坡的石窟占绝大多数,在西、东坡的次之,位于北坡的极少。

  3.高通滤波分析
  高通滤波(High-pass Filter)可以凸?#21592;?#21270;强烈的地方,对DEM图进行高通滤波分析,可看出石窟点分布在有一定地形变化的地方,这应该跟前寺后窟、前平后陡的山地寺院有关

  4.石窟点与古?#39304;?#27827;流的关系
  根据人通常行走的速度计算,古道的一级缓冲区暂设为0-10公里,二级缓冲区暂设为10-20公里。河流采用GIS软件运算汇流积累量提取河网生成,北魏时期水量要比现在充沛,所以提取的河网应比现代地图中所标略丰富,能覆盖考古调查中发现的古河道,结果显示大多数石窟点都分布在古道或河流的一级缓冲区里,其他石窟点也多位于古道或河流的二级缓冲区中。

  5.可视域分析
  石窟一般较大,位于山体上,?#23665;?#20284;认为在石窟点视场内的点上也可以看见石窟。石窟点可视域分析的结果显示,石窟多建在沿?#26377;?#36827;或沿古道行进时可以看见的地方。

二、不同时代石窟及摩崖造像的特点

  1.不同时代石窟的位置与开凿
   在GIS软件中将不同时代的石窟点用不同颜色分类显示,可直观地看到,山西境内北魏早期的石窟点位于晋?#20445;?#21040;孝文帝迁洛前则分布在晋北、晋中,迁洛后主要分?#21152;?#26187;中、晋南,有南移趋势。东魏、北齐石窟点多位于山西东南部,与都城邺城的地理位置接近。隋、唐石窟点主要位于山西中、南部,应该与东都洛阳的影响有关。唐末五代之后,山西是南北政权对峙地区,辽、北宋、金石窟的分?#21152;?#25919;权的划分相对应。元、明、清山西全部属于统一政权统治范围,石窟点在全省境内广泛分布开?#30784;?#21487;以看出,石窟点的分布受到了政治中心转移、大型石窟开凿和政权版图等因素的影响。

  用饼图显示每个石窟点中各时期石窟所占比例的情况,结果表明这些石窟中有新选地点进行开凿者,也有不少是在前代的石窟点继续开凿。

  2.不同时代石窟形制和造像题材的特点
  对不同时代石窟的类型、平面形?#30784;?#31391;顶形?#30784;?#21069;?#21462;?#40859;形、造像题材、单铺组?#31995;?#39033;目分别进行统计并用直方图显示,可清晰地看出不同时代石窟形制和造像题材的特点。

三、石窟及摩崖造像的石质选择

  在GIS中通过对地质图层查询,可知山西省保存状况极差、风化?#29616;?#30340;石窟点均开凿在砂岩或石?#24050;?#19978;,有的岩石还有夹层,其他石窟点也多开凿在砂岩上。选择这类岩石进行雕刻,易于雕刻,但也加大了现在文物保护的工作量。

  通过对GIS在山西省中小型石窟及摩崖造像研究中的应用,?#25910;?#26377;以下几点思考:

  1.建立完善的石窟寺GIS数据库是其他研究工作的基础,应该从实地调查阶?#32441;?#23601;按照数据库的要求进行数据采集。尽管近年部分调查报告记录了石窟点的经纬度,但现有调查报告?#22270;?#25253;对于石窟点位置的描述还显模糊,这使石窟点位置数据的误差变大。部分调查报告?#22270;?#25253;?#31508;?#30707;窟朝向、平面形?#30784;?#31391;顶形?#30784;?#31391;龛类型、造像和壁画题材等信息,直接影响了数据库的完整性。目前,GPS为石窟点提供了很好的定位方式,它精度高,并且使用WGS-84坐标系,可直接在ArcMap中投影到DEM图所使用的UTM坐标系,大幅度减小测量方式和坐标系统转换产生的误差。因此,在今后的石窟调查工作中应采用GPS记录石窟点的经纬度信息,并尽可能全面地记录石窟点每一个窟龛的详细情况。

  2.在调查石窟点的同时还要关注石窟周围的环境因素,加强对古河?#39304;?#21476;道路的重视,根据?#23548;?#35843;查的结果在ArcMap中绘制古道路并校正提取的河网,以增强研究结果的可靠性。

    3.下载的DEM图(分辨率为30米或90米)精度不足以进行深入研究,尤其是在坡度分析和高通滤波分析方面,需购买分辨率更高的DEM图。

  4.可以通过坡?#21462;?#22369;向、高通滤波、河流缓冲区、道路缓冲区和可视域分析来探讨石窟及摩崖造像分布的规律,研究影响石窟选址的因素和石窟周围环境景观的特征;可以用分类显示的方法直观地全览石窟点分布随时空的变化,为探讨这些变化背后的机制提供证据支持;可以在GIS中进行数据统计,并用直方图等方式将结果可视化,来研究不同时空条件下石窟形制、造像题材组?#31995;?#29305;点,直观地展示石窟发展的脉络;可以查询石窟的石质,为研究古代工匠对于石质的认知、一些与增加支撑力相关的石窟结构的产生以及石窟保护提供资料。GIS在石窟寺考古研究中的应用前景是广阔的,GIS工具的引入将会促进石窟寺考古的发展。因此,我们有必要加强在石窟寺考古领域对GIS的运用。

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