基于航测数据的环境考古数据库与三维可视化方法

摘要

环境考古作为一门新兴的学科，在研究方法上引入新的手段和方式。无人机航测作为一种基础地理信息采集方式，成为环境考古研究中新的获取数据的方法，并且在环境考古领域具有巨大的应用潜力。而多年环境考古研究的数据和成果也需要一套高效的管理方法，环境考古数据库的构建为其数据和成果的管理提供一套方法满足不同时空尺度的环境考古研究的需求。
　　本文以多年环境考古研究数据为数据库构建的数据来源，基于Geodatabase数据结构构建环境考古数据库，满足各遗址的信息在时空关系上具有统一的描述，使得研究者能够在统一的系统下对比分析不同时空节点上遗址的相关环境考古信息，探寻数据自身内在联系。根据环境考古的具体需求，本数据库搭建基础数据、专题数据和关系数据等数据集，基础数据集由矢量数据和栅格数据构成，矢量数据为研究区域的行政区界、居民点、道路交通和点云数据等基本地理信息;栅格数据包括高分影像、快鸟影像和无人机航测正射影像，该类数据以栅格数据集的形式存储于数据库内部。专题数据集是环境考古各研究领域数据的集合，包括遗址表、孢粉表、石制品表、剖面表、化石表、地磁表和文献表等属性表数据;关系数据集中构建各属性表之间的关联关系，以遗址表为主表、遗址编号为主键，建立遗址表和其他属性表之间的关联关系，剖面表和孢粉表之间利用剖面编号进行关联，保证数据库内部各数据之间形成一个有机的关联整体。
　　本文还从古地形地貌和古景观两个角度着手提出实现古环境重建三维可视化方法，古地形地貌作为古景观恢复的基础，基于大尺度、中尺度、小尺度等不同的研究尺度上从内力作用和外力作用两个方面进行某一时间节点上古地形的恢复，并且以环境考古数据库为基础数据支撑，重建古环境中古植被、古动物和古水系等自然因子完成古环境的重建。本文又以泥河湾盆地二道梁遗址为研究区进行测试，验证古环境重建三维可视化方法的可行性。
　　在构建环境考古数据库之前，给出了无人机航测数据在环境考古研究各个阶段的价值分析。通过分析无人机航测数据特点基础上，明确了其适宜支撑中小尺度环境考古研究工作对基础地理信息的需求，并能与高精度三维场景扫描仪和其它航空航天遥感所获取的遥感地理信息数据能形成有效互补。提出了以无人机航测数据为主体和核心节点，结合衍生数据和其它多源数据的环境考古应用价值体系。系统总结和提炼了无人机航测数据在环境考古各阶段的重要作用:考察前的设计、规划，与相关数据的空间集成，考察中的智能化量测和信息管理，室内分析时的观测点分布与空间关系、遗址域、遗址视域计算分析等。无人机航测数据在环境考古研究中的价值分析体系，对于在时空视角上开展环境考古提供了理论和思维体系。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究进展

1．3 研究内容和目的

1．4 技术路线

2 航测数据在环境考古中的应用

2．1 适宜的研究尺度

2．2 应用价值分析

2．2．1 野外考察前的规划价值点

2．2．2 野外考察与发掘的价值点

2．2．3 室内分析价值点

2．2．4 多学科综合分析价值点

2．2．5 古环境重建与模拟价值点

3 环境考古专题数据库设计

3．1 环境考古数据库总体结构设计

3．2 基础地理信息数据组织设计

3．3 环境考古专题信息组织设计

3．4 基于环境考古需求的要素关系设计

4 基于环境考古数据库的三维古环境重建方法

4．1 古环境三维重建的基本思路与流程

4．2 古地形地貌三维建模

4．2．1 基本单元划分方法

4．2．2 现代地形地貌建模

4．2．3 古地形地貌的回溯

4．3 古景观动植物模型建模

4．3．1 模型语义信息提取

4．3．2 模型的软件实现

5 泥河湾二道梁遗址案例分析

5．1 研究区概况

5．2 数据来源

5．3 无人机数据获取

5．3．1 采集过程

5．3．2 数据成果与处理

5．4 泥河湾环境考古数据库构建

5．5 古环境重建实现过程

5．5．1 古地形地貌实现

5．5．2 古景观实现

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 创新点

6．3 问题与讨论

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果清单