江漢平原及其周邊地區史前聚落調查_風聞

隨着田野考古工作的穩步推進，長江中游的江漢平原及其周邊地帶陸續發現了近20座史前古城遺址和大量的環壕聚落遺址，一些聚落遺址保存狀況良好，地表仍殘存有較為完整的城垣、環壕等重要遺蹟，引起眾多學者的濃厚興趣。

為了對長江中游史前聚落進行深入研究，全面獲取重要聚落遺址的空間信息，中國社會科學院考古研究所與湖北省文物考古研究所合作，於2018年年初對30個史前聚落遺址進行無人機拍攝和三維重建，生成每個遺址的正射影像圖、數字表面模型等成果。2019年年初又對城河等少數遺址擴大範圍進行拍攝，據此分析各遺址的整體結構及其與周邊自然環境之間的人地關係特徵。

一、無人機拍攝

江漢平原及其周邊地區史前城址與環壕聚落的面積差異很大，小型遺址的拍攝範圍不小於1平方公里，大型遺址的拍攝範圍均超出城垣、環壕的範圍。使用大疆精靈4系列的增強型（Advance）和專業型（Professional）等無人機進行拍攝，攜帶的照相機均為2000萬像素，設置白平衡為5600K，光圈優先模式，光圈值為8，曝光補償為-0.3。遺址的高低起伏都不大，第1次拍攝的飛行高度均為180米左右，獲取的影像分辨率優於5cm，確保能夠生成5cm的正射影像圖。手動控制無人機按照大疆無人機app的地圖顯示界面中的格網線（沒有下載拍攝區域的地圖）飛行，飛行過程中同時拍攝數字影像，同一航線方向的相鄰影像重疊75%左右，相鄰航線的影像重疊25%左右。小型遺址一般飛行6條航線，拍攝影像220幅左右，覆蓋地面範圍大於1平方公里，石家河、城河、陶家湖等大型遺址則拍攝的範圍更大（圖1）。所拍攝30處史前遺址的大致情況如表1，遺址的分佈如圖2所示。

二、影像數據處理

由於拍攝時選擇的天氣狀況良好，無人機拍攝的各遺址影像基本上都不用進行預處理即可運用Agisoft

Photoscan軟件進行三維重建。大疆精靈4系列無人機拍攝每一幅影像時都會記錄其瞬間位置的經度、緯度和高程信息，而且這些信息能夠被Agisoft

Photoscan等軟件讀取，設置成1954年北京座標系之後，能夠從三維模型中導出投影座標系的數字正射影像圖、數字表面模型（圖3），進而能夠生成等高線圖等數據，便於後續的距離量算、面積統計和空間模擬、分析等等。

經過一系列的精度檢查後發現，這種方法生成正射影像等數據的平面精度在1米以內，整體高程的絕對精度一般差距較大，需要其他高程數據進行校正，但是單次拍攝處理一個遺址內的不同地點相對高程精度很高。本次調查主要是依據遺址內部及其周邊的相對高程起伏情況進行分析，所以對於無人機影像生成的數字表面模型的高程數據不作調整。

通過對各遺址的正射影像圖、數字表面模型、等高線圖等數據的比較分析，不難發現很多遺址的數字表面模型能夠很好地反映遺址內部及其周邊區域的高低起伏特徵，清晰顯示出殘存的城牆、壕溝等遺蹟，以及自然河道與溝谷等地貌特徵。所以本文將各遺址數字表面模型的影像進行裁切後排版如圖4、圖5、圖6，除城河與陶家湖遺址的影像範圍為1.51公里×1.6公里外，其他遺址的影像均為1公里×1公里的範圍。

 

三、初步分析

江漢平原及其周邊地域地處亞熱帶季風氣候區，降水量豐富，基本上能夠滿足人們日常用水的需求，但夏季經常會出現局部的特大暴雨，對人類生存造成很大的威脅。為此，史前人類在選擇居住址的時候就必須作出相應的選擇。各遺址的數字表面模型能夠很好地反映遺址及其周邊環境的高低起伏情況，可以用於觀察和分析一些遺址的佈局特徵等問題。

此次拍攝的全部聚落中除石家河、陶家湖和城河之外，其他聚落的面積都比較小，多個聚落的面積甚至不足10萬平方米。全部聚落大致可以分為有城垣聚落和環壕聚落，城頭山、雞叫城、青河城、雞鳴城等有城垣聚落基本上都位於平坦地帶，聚落內部與外部的高差不大，城垣外有環壕。屈家嶺、荊家城、金雞嶺等聚落位於較高的台地上，外圍只有環壕。各聚落的環壕一般是人工挖掘而成，或者充分利用原有自然河道、溝渠進行改造而成，環壕應該是這些聚落不可或缺的基本設施。

為了修建合適的環壕，石家河、城河、龍嘴、門板灣、王古溜、笑城等聚落，選擇了地勢較高或稍高的土崗，而聚落卻往往位於土崗最下端，並開挖壕溝將土崗上端與聚落完全分隔開來，再對土崗周圍的自然溝渠進行改造，使聚落周圍的溝渠相互連通，構成完整而封閉的環壕。

正射影像圖和數字表面模型顯示出很多遺址佈局方面的特徵。位於平坦地域中的城頭山、雞叫城、青河城、雞鳴城、土城、張西灣、走馬嶺等擁有完整的城垣與環壕，聚落內部與外部的最大高差一般只有2米左右。石家河、城河、王古溜等聚落應該是隻殘留部分城垣的聚落，其中石家河遺址西部、南部等較高地帶的城垣保存完好，王古溜遺址也是北部較高地帶的城垣保存完好，而城河遺址卻是西部、南部較低地帶的城垣保存完好。三個遺址中地表城垣的未閉合部分，也許可以解釋為後期遭受自然或人為因素遭到毀壞，但也不能排除當時的城垣就是沒有封閉之可能。

如果一些遺址的城垣沒有封閉，那麼需要重新考慮其功能。以城河遺址的數字表面模型為例，遺址西部至南部的低窪地帶有半圓形城垣結構，但東部至北部的較高地帶卻沒有任何城垣跡象，而且地面實地調查中也沒有發現任何城垣遺存。這一情況不應該理解為東部至北部的城垣在後期全部遭到破壞，應該是當時就沒有修築城垣。

假設從城河遺址南部低窪地帶開始（圖7），模擬水位逐漸增加後的淹沒模型，就會發現水位增加4米後，遺址的大部分區域都被淹沒，但城垣殘存的最高部分尚未被淹沒（圖8）。可以設想如果城垣保存完整，外部水位上漲後，西部至南部的城垣能夠充分發揮圍堰的功能，很好地阻止水流進入遺址內部，保護聚落內部居民的生命和財產安全。

江漢平原地勢平坦，雨季中洪峯通過時長江干流或漢江等主要支流的水位很高，導致小型河道中水流倒灌，使一些比較高的地域也有可能被淹沒，而且這種淹沒與當地直接降水產生內澇的情況不同。2016年夏季由於水流倒灌，城河遺址中被淹沒的水位略高於圖8中的模擬水位，應該可以作為古人修築城河圍堰重要性的佐證。

根據分析可以推測，屈家嶺、荊家城、金雞嶺等地勢相對較高的遺址，其外圍河道內水位上漲基本上不會淹沒遺址的居住區，所以就沒有必要修築類似城垣的圍堰。城頭山、青河城、馬家垸、雞鳴城等位於地勢平坦地帶的遺址，其內部與外部高差不大，外圍河道內水位上漲很容易淹沒遺址的居住區，所以必須修建完整的類似城垣的圍堰，才能保證遺址內居民的生活不會受到外圍水位上漲的影響（圖9、圖10）。

各遺址所處的自然環境差異很大，對周邊地勢與水資源的利用與治理模式也是見仁見智，不盡相同，體現了古人的智慧、理念與強大的創造力。總的説來，江漢平原及其周邊的史前居民能夠充分利用現有資源，並且靈活地加以改造，使其發揮最佳功能。

通過對各聚落數字表面模型的初步分析，有可能揭示一些聚落的形制、佈局等特徵。走馬嶺、馬家垸、雞叫城、雞鳴城、城河、陶家湖等聚落似乎具有雙重城垣或環壕結構。邊畈遺址的東、西兩側及南側局部似乎存在連續性溝狀特徵，結合以前考古發掘揭示的該遺址的面積和規模，推測該遺址存在環壕設施的可能性。

四、結語

運用無人機拍攝考古遺址的高重疊度數字影像，可以建立整個遺址的數字三維模型，導出高分辨率的正射影像圖、數字表面模型等成果，以便在計算機中對整個遺址進行觀察、分析和模擬，為遺址的結構、佈局等研究提供精確的數據模型資料。

大、中型考古遺址的無人機拍攝方面，飛行高度180米左右，同一航線相鄰影像重疊75%左右，相鄰航線影像重疊25%左右情況下拍攝的影像，生成三維模型後導出正射影像圖時發現一些建築物頂部有明顯變形。2019年年初使用大疆御2專業版無人機補拍遺址時，飛行高度410米左右，同一航線相鄰影像重疊75%左右，相鄰航線影像重疊50%左右時拍攝的影像，可以生成10cm的正射影像圖，並且能夠很好地解決建築物頂部變形問題。

三維空間數據獲取與資料分析方面，快速、全面地獲取考古遺址的空間信息，為遺址的地形測繪、空間分析、數據存檔等提供高精度的數據支持，使提取與分析遺址的微地貌特徵成為可能，為區域聚落考古調查、分析和古代人地關係研究探索出新的途徑。

江漢平原及其周邊30個遺址的無人機拍攝與三維重建，獲取了遺址比較全面的空間信息，記錄下目前各遺址的保存狀況，並由此進行初步分析、模擬，探索江漢平原史前人地關係模式。此次採集的遺址數據量很大，很多問題還需要進一步結合田野考古工作進行探索和研究。

致謝：感謝湖北省文物考古研究所、荊門市博物館眾多同仁的大力支持！感謝湖南省文物考古研究所郭偉民先生和荊州博物館的賈漢清先生的全力支持！