頤和園世界文化遺產監測預警系統的設計與實現

趙霞，叢一蓬，秦雷，閆曉雨，常少輝，孫偉

（頤和園管理處，北京 100091）

?

頤和園世界文化遺產監測預警系統的設計與實現

趙霞，叢一蓬，秦雷，閆曉雨，常少輝，孫偉

（頤和園管理處，北京 100091）

摘 要：從研究背景、設計與實現、重點監測數據采集與分析等方面介紹了世界文化遺產地北京的皇家園林——頤和園在建設世界遺產監測預警系統時進行的探索。對頤和園世界文化遺產監測工作系統組成、監測工作內容以及系統設計與實現中發現的問題進行了分析。

關鍵詞：世界文化遺產；監測預警系統；設計

1　研究背景

頤和園是清代皇家園林“三山五園”之一，作為中國現存最完好、規模最宏大的古代園林和世界級的文化瑰寶，是北京古都風貌的重要組成部分和標志性人文景觀之一，年接待中外游客上千萬人次。 1998年以“世界幾大文明之一的有力象征”之崇高評價被列入《世界遺產名錄》。2012年4月12日頤和園世界文化遺產監測中心正式掛牌成立，同時成立頤和園遺產監測領導小組，監測中心設立專職負責人，組成多專業知識背景的人員團隊。在全園實行二級監測執行模式。致力于建立具有頤和園特色的遺產監測管理體系，全面推動頤和園保護管理工作向科學化、標準化、制度化方向發展。

為規范遺產監測工作，使頤和園遺產監測工作與中國文化遺產監測工作保持方向一致，并使頤和園遺產監測保護人員更加明確遺產監測保護的內容和方法，頤和園與中國文化遺產研究院合作，重點開展了制定頤和園遺產監測規劃、建立頤和園世界遺產監測指標體系和編制監測預警系統方案的工作，并同時開展了古建、山體、古樹、彩畫、古墓葬等遺產要素的監測工作。在采集這些遺產要素的基本信息和監測數據后，我們發現遺產保護部門與監測部門的人員在監測對象與內容等認識方面有著一定的差異，而將這些遺產保護部門采集來的監測數據與既定的監測指標之間保持對應關系是使監測工作有序規范進行的必要條件。因此在2014年，通過梳理遺產要素分類、采集遺產要素的基本信息、病害信息、維護信息，采集遺產地基礎信息，建立監測指標模塊、預警模塊、監測法規依據等，開發建立了頤和園遺產監測預警系統平臺。

2　系統設計與實現

頤和園遺產監測預警系統由遺產地基礎信息管理、監測法規依據、遺產要素信息管理、監測指標管理、預警信息管理、地理信息系統、監測報告、系統管理等模塊組成。包含大戲樓變形監測、大戲樓震動監測、全園微環境監測、客流量監測、萬壽山水土流失監測、彩畫監測、古樹名木監測、災害與軟環境監測、培訓監測、保護與展示工程監測、新建項目監測等監測子系統。

頤和園的古建筑、古樹名木、可移動文物等遺產本體眾多，在以前信息化建設項目的基礎上，頤和園遺產監測預警系統目前完成了5大類35子類遺產要素圖層的建立，包括山體、水體、古遺址、古建筑、古樹、雕塑、碑刻等專題圖層，已收集全園17座山體、16處水體、711座古建筑、58處假山疊石、1 601棵古樹、426個露天陳設文物等共10 000多個遺產要素單體的基本信息，每個單體均包括資源分布空間數據、屬性數據、照片及文字介紹等不同形式的數據，拍攝、掃描、收集遺產要素單體或局部的測繪圖以及單體或局部影像等資料50 GB數據進入數據庫。

2.1遺產地基礎信息管理模塊

由遺產基礎信息、保護管理與文獻3部分組成。包含了頤和園申遺文本、突出普遍價值、定期報告、遺產總圖、遺產要素清單與分布圖、衛星影像與航拍、保護管理規劃編制記錄、保護區劃圖、專項保護管理規章制度、志書史書與專著等國家文物局要求監測的33項內容。可按照中國文化遺產研究院的要求，將采集的數據錄入系統并顯示。

2.2遺產要素信息管理模塊

以頤和園文物保護規劃、總體規劃、文化遺產監測規劃為依據，將頤和園五5類遺產要素（山、水、建構筑物、植物、陳設）的基本信息、圖片信息、圖紙信息、監測數據、預警數據、病害信息、維護記錄、專題評估集中進行管理，可實現信息的查詢、定位等功能。

2.3監測指標管理模塊

以國家級監測預警指標為參照，可將頤和園監測指標分為遺產本體、保護管理、自然與社會環境3大類。遺產本體分為水，山，建、構筑物，植被和陳設5大類，共計116項指標；保護管理監測分為國際承諾、機構與能力建設、建設控制、保護展示工程等12大類，共計指標43項；自然與社會環境分為自然環境、社會環境、人文環境和軟環境4類，51項指標。總計210項指標。構建了頤和園整體的監測預警指標體系，對監測類別、監測對象、監測點、監測部位、監測要素、監測設備等進行查詢、新增和修改等功能設置。可通過該模塊可完成監測指標的版本控制與配置，監測指標監測數據的動態維護。

2.4預警信息管理模塊

由預警指標管理、預警等級設定、預警統計、預警查看、預警狀態、處理評估、待復查、復查結果評估、誤報警、預警結束10部分組成預警流程信息管理子系統。目前，根據已有的監測數據，可實現大戲樓變形、萬壽山水土流失等預警。但由于預警值目前沒有行業標準，處于摸索階段，尚由經驗測試值代替，預警功能還有待完善。

2.5地理信息系統模塊

以頤和園測繪圖為地圖，可顯示各遺產要素下子目錄的遺產本體分布圖，實現各遺產本體的定位查詢，支持對相似遺產本體名稱的模糊查詢。包括山體、水體、駁岸、古建筑、古遺址、古墓葬、彩畫、橋梁、復建建筑、墻、假山疊石、鋪裝與路面、花臺、古井、古樹、露天陳設、室內陳設等專題圖層。

2.6監測報告模塊

為減小數據引用誤差對編制年度監測報告的影響時數據引用的誤差，研發的監測報告模塊以中國文化遺產研究院制定的年度監測報告模板為綱，可將頤和園遺產監測預警系統中有關的監測數據及其與上一年度監測數據的差異按照年份進行提取，并顯示在相應的段落內，生成年度監測報告初稿。編寫者可在初稿基礎上進行做進一步地分析與評估，也可根據年份對年度監測報告進行查詢。針對某個監測指標或遺產要素的監測數據分析結果，形成的專家意見和專題報告也在此模塊中收錄。

2.7系統管理模塊

可實現對系統的管理，包括遺產要素類別管理以及系統日志的綜合管理。

3　重點監測數據采集分析

根據前期監測課題成果，基于已有的監測數據，還建設了大戲樓變形、震動監測預警綜合模塊、全園微氣候監測模塊、全園水土流失監測模塊、鳥類監測模塊、客流量監測模塊。為使監測工作保持連續性，每個監測項目的文字、圖紙、照片等監測數據都收納于其中。

3.1在山體監測方面

萬壽山水土流失一直是我們關注的山體病害問題，2013—2014年頤和園開展了萬壽山水土流失監測。將萬壽山劃分為萬壽山西側、東側陽面坡和東側陰面坡3大塊區域。每個區域內設5～7塊監測場地，每塊場地根據地形構造設置2～9根測釬，采取定期監測、系統分析的方法積累與匯總數據。期待經過數年的數據積累，可以摸索到水土流失的預警值，以預判在降雨后或一定時間段某一坡面的水土流失情況，提前進行有針對性的防護與治理。

3.2在古建筑監測方面

以德和園大戲樓為試點，打造多因素綜合監測示范點。開展了涉及多個古建病害指標的變形自動監測（圖1）、變形人工定期監測，以及引起古建本體變化的自然和社會環境因素監測，如震動和微環境對大戲樓的影響監測等項目。目前可以在監測預警信息平臺實時獲取大戲樓地基基礎沉降、柱的彎曲、柱腳下沉、柱頭水平移位、柱身傾斜、梁枋撓度等病害發展信息，以及振動加速度、風環境、溫度、濕度、光照、輻射度、噪聲頻率、噪聲聲壓級等環境因素變化信息，做好了單點多因素綜合監測、協同評估病害預警值及其主要影響因素的數據準備工作。

圖1　大戲樓變形自動監測報告

3.3古建筑彩畫監測方面

開展了古建筑彩畫信息及微環境監測方法研究。選取典型室外區域長廊，周期性地對其中16幅彩畫本體的色度、明度、彩度等量化指標進行了3次為期2年的人工監測（圖2），同時對彩畫周邊的微環境進行了實時監測。

圖2　彩畫指標監測數據

3.4古樹監測方面

頤和園古樹名木資源豐富，為了進一步保護這批活文物，頤和園與相關機構合作，以油松為主要監測對象，針對300株重點養護管理古樹，安裝了古樹電子標簽。電子標簽與古樹監測模塊通過電子手柄終端進行連接，每一個電子標簽內包含該株古樹的基本信息和養護病歷檔案，實現對所標示古樹的一站式管理。

圖3　清可軒留云閣遺址監測報告

同時，頤和園還開展了清可軒（圖3）及留云閣遺址監測（圖4）、耶律鑄夫婦合葬墓監測（圖5、圖6）、花承閣多寶塔三維激光掃描（圖7、圖8）、全園微環境監測等項目。這些早于監測預警系統平臺的監測數據，可通過專題評估報告上傳或物聯網技術，集中顯示在平臺系統相應的遺產本體信息管理頁和相關模塊中。

圖4　遺址監測現場照片

圖5　耶律鑄夫婦合葬墓三維掃描現場

圖6　耶律鑄北立面三維掃描模型

圖7　多寶塔彩色模型多角度整體展示

圖8　多寶塔整體底座精細掃描點云

4　結束語

上述這些子系統構成了較為齊全的頤和園世界文化遺產監測預警系統平臺總體功能框架，實現了實時監測數據、儀器監測數據和人工監測數據的采集、傳輸、展現和分析統計。由于時間倉促，對世界遺產監測工作和頤和園歷史的認識也有限，在遺產本體的識別與確認、遺產監測數據、預警數據的采集和使用方面理解還不深，還有許多監測數據沒有在本期項目建設中采集到，頤和園遺產監測預警系統還有待于在使用中完善和維護。

但遺產監測預警系統的建立，明確了保護遺產本體及其形成的格局景觀就是保護頤和園世界遺產突出普遍價值的保護管理理念，也明確了以此為核心的遺產監測工作的具體內容與方法，即監測對象不僅是遺產本體及其格局景觀的變化，也有影響遺產本體的因素；有自然和社會因素，還有保護管理制度和行為。集中海量的遺產信息和遺產保護信息，有助于監測數據的積累、查詢與分析使用，有助于制定制訂更為及時有效的遺產保護計劃，這些都在客觀上起到了對頤和園遺產監測工作規范化的作用。通過預警值的設置與調整，為及時發現問題，查找導致問題出現的原因，研究切實可行的解決對策，提供了依據。同時，系統通過訪問權限的分配，可根據需求有選擇地面向遺產管理機構內各保護管理部門開放，為將監測工作融入到日常保護管理工作中，使監測數據服務于解決實際問題，避免只監測、不應用的情況，提供了信息化的條件。為將來使頤和園遺產監測工作與遺產保護管理工作更好的銜接，形成更順暢的遺產監測保護工作流程提供了方法和便利工具。

（致謝：天津大學張龍、劉剛、巴振寧、楊建民、白成軍等老師在采集數據工作中的幫助。）

動態信息

The Design and Implementation of the Early Warning System of the World Cultural Heritagemonitoring of the Summer Palace

ZHAO Xia，CONG Yipeng，QIN Lei，YAN Xiaoyu，CHANG Shaohui，SUN Wei
（The Summer Palacemanagement Office，Beijing 100091，China）

Abstract:From the research background，design and implementation，keymonitoring data acquisition and analysis is introduced in aspects of the world cultural heritage sites in Beijing imperial garden，the Summer Palace in the building of the world heritagemonitoring and early warning system to explore.To the Summer Palace world cultural heritagemonitoring system，monitoring work content and the system design and implementation of the found problems are analyzed.

Key words:world cultural heritage；monitoring and early warning system；design

中圖分類號：G122

文獻標志碼：A

作者簡介：趙霞（1970-），女，園林高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為植物病理學、文化遺產學。E-mail：zx3499@sina.com.