大數據背景下科學保護文化遺產的探索

【摘 要】未來將是大數據引領科技發展的時代，“大數據”與“互聯網+”環境下數字信息的獲取、數據庫建設、云計算、人工智能技術的應用等高科技手段，為科學保護文化遺產提供了新的技術支撐。本文以南京城墻為例，圍繞南京城墻遺產保護管理的現狀，分析南京城墻面臨的破壞性影響因素，重點闡述運用大數據、物聯網等先進技術，構建監測預警平臺的必要性與可行性，論述南京城墻遺產監測平臺在技術與機制方面的創新之處。

【關鍵詞】破壞影響因素 大數據 物聯網 遺產監測體系

南京明城墻始建于元至正廿六年（1366），全部完工于明洪武廿六年（1393），動用全國1部、3衛、5省、28府，152州縣共28萬民工，約3.5億塊城磚，歷時達27年，終完成京師應天府四重城垣的格局。作為文化遺產，南京城墻具有突出的普遍價值：

①南京城墻具有突出的歷史價值，通過對南京城墻的研究，我們可以了解當時的政權更替、城市交通發展、科技發展水平，地域文化差異等。

②南京城墻具有突出的科學價值。南京城墻是冷兵器時代中國古代筑城技術集大成之作，在城墻的整體規劃、合理地利用地形地貌、建筑材料的研發、粘合技術的更新、建造技術的進步等方面都具有很高的科學價值。

③南京城墻具有突出的思想價值。南京城墻四重城垣的規劃設計，不規則的形制，體現了道家“因地制宜、天人合一”的規劃思想和朱元璋“君權神授”的思想。

④南京城墻具有突出的文化價值。南京城墻數億塊城磚磚文是中國現存的一組規模最大、歷史文化信息極高的漢字書法磚文群。磚文中蘊含著明代為確保城磚燒造質量而施行的責任制、明初農村基層組織的變化過程、中國漢字在明初的簡化字與異體字、中國民間的書法藝術與篆刻藝術、中國姓氏文化在明初的演變等多元文化信息。

因為南京城墻所具有的突出普遍遺產價值，在2012年，南京城墻作為“中國明清城墻”項目的牽頭單位被列入中國世界文化遺產預備名單。然而，650年的歲月滄桑，南京城墻的四重城垣，目前皇城與宮城現存僅有午門、西安門、西華門、東華門、內外五龍橋等少數的幾處遺跡，外郭早已湮沒無存，僅余城門的地名流傳至今。京城城墻總體格局保存較好，仍保存了25.091千米，但城墻本體存在滲水、風化、鼓脹、縱向裂縫等危險。同時，周邊用地、地面交通、周邊建筑及山體結構等都對城墻的保護環境存在不利影響。加強對南京城墻本體科學保護已迫在眉睫。

隨著現代科學技術的發展，“大數據”的應用為文化遺產從單一的搶救性保護轉變為兼顧搶救性與預防性保護提供了強有力的技術支撐。在維基百科中，“大數據”的定義是指無法在一定時間內用常規軟件工具進行抓取、管理和處理的數據集合。依托“大數據”，結合現代軟件工程技術與物聯網技術，國內遺址類博物館紛紛開展了預警平臺建設，如北京故宮的“平安故宮”項目、敦煌莫高窟的“莫高窟”監測體系。隨著“中國明清城墻申遺”序時的不斷深入，南京城墻也在不斷加大監測預警平臺建設力度，在南京城墻遺產監測管理工作的實際操作方面做了諸多探索。

一、南京城墻目前面臨的破壞性因素

2016年，南京城墻博物館為加大南京城墻遺址保護力度，委托專業機構對南京城墻現狀進行了現場勘查，得出以下評估結果：

（一）南京城墻面臨的主要風險問題

①城墻本體主要存在鼓脹、風化、脫落、滲水、泛堿、裂縫、沉降、變形、位移、垮塌等病害，這些是影響遺產安全保存的主要風險；

②過境交通對本體的振動影響，容易導致城墻沉降、裂縫和坍塌；

③城墻兩側用地容易導致安全隱患；

④外郭保護狀態存在風險，基本上很難尋找遺址、遺跡；

⑤城墻周邊部分地段護城河水體狀況較差、水體環境復雜；

⑥城墻本體及周邊植被較為豐富，根系深入城墻。

（二）南京城墻的主要城門主要面臨的風險問題

城墻本體受自然老化、植物生長、外力原因造成的風化、脫落、裂縫、沉降、變形、位移、垮塌等病害，是影響南京城墻遺產安全的主要風險。過境交通對本體的振動影響，容易導致城門沉降、裂縫和坍塌事件。城門兩側用地容易導致安全隱患。

綜上所述，對照《南京城墻保護管理條例》，在南京城墻一般地段和特殊地段范圍內，城墻本體及城門建筑均不同程度受到多種破壞因素的影響。影響因素包括：首先是社會因素，主要包括過境交通、房屋建設、人防工程與旅游壓力；其次是植物生長因素，主要包括地面喬木、草本植物、青苔和霉菌；最后是自然環境因素，主要包括凍融、降雨、山體滑移、巖體風化、風蝕、泛堿、鐘乳石等。

二、南京城墻遺產監測管理工作的探索

（一）南京城墻預警監測平臺建設的進展情況

在南京城墻一般地段和特殊地段范圍內，城墻本體及城門建筑面對著多種破壞因素，2010年南京城墻博物館對南京城墻部分點曾布設過振弦式測縫儀、電子全站儀等儀器，通過定期收集數據來評估城墻本體的健康情況。但這套監測系統不能無線傳遞數據，因此無法對監測數據實行評估。為此，南京市委、市政府投入3000萬元建設城墻監測預警平臺，進一步加強了南京城墻遺產監測管理工作。在2016年11月，《南京城墻監測預警平臺可行性研究報告》獲市發改委批復，“建立南京城墻遺產監測預警平臺體系”也被正式寫入前不久出臺的《南京城墻保護和利用兩年行動計劃（2017-2018年）中》。

（二）南京城墻預警監測平臺需要實現的目標

此次“南京城墻預警監測平臺”項目，平臺的設計需要實現三個方面的目標：

1.建設監測指標體系

根據磚石結構的本質情況，參照《中國世界文化遺產監測預警指標體系》的要求，設立符合南京城墻的監測范圍、內容和指標體系。

2.建設基礎設施與運行環境

為滿足平臺的運行和使用要求，設計平臺運行所需的數據中心。例如機房建設、監測展示環境、服務器系統、存儲系統和安全系統。

3.建設集遺產監測、保護于一體的管理平臺

該平臺包括有應用支撐：設計平臺管理系統運行所需要的應用環境，例如消息中心、數據庫設計、數據應用集成等；遺產監測：實現對遺產的數字化管理，包含南京城墻的基礎資料管理、遺產監測、自動預警到決策分析、實現流程化、可視化的管理城墻遺產；遺產保護：實現對南京城墻的館藏文物征集、管理、修繕、修復的制度化和規范化管理，實現對文物的征集、出庫、入庫、管理和統計等需求；數據集成：與外單位的實時監測系統數據集成。

（三）南京城墻預警監測平臺技術手段的創新

平臺總體架構設計囊括了從遺產監測、保護到監測數據集成三個方面，采用了前沿的監測管理技術手段。

1.空間信息技術

空間信息技術也稱“3S”技術，即由地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感測繪技術（RS）三大技術構成。地理信息系統技術等檢測方式可以實現將各個異常點發生的微小變化及時掌握，有效提高了指標的精確度。通過空間信息技術，可以實現對城墻中總體格局變化的監測，主要包括一般地段與特殊地段的外邊界變化、遺產要素遷移、城墻城門格局的變化、山形規模形態變化、水系規模形態變化等。

2.物聯網技術

物聯網（ITO）通過射頻識別、紅外線感應器、全球定位系統、激光掃描儀等信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。一方面利用傳感器設備，自動獲取監測數據，主要是針對城墻本體和周邊的水體，以可量化的方式（如裂縫、位移、傾角、沉降、水質、水位、流速）采集各種對象的實時數據，利用視頻攝像頭可對游客量、游客行為進行監控；另一方面，根據對城墻管理的風險等級，設立四級預警機制，進而設計相應的等級閾值，當該閾值的條件滿足時自動促發預警事件，從而實現監測管理工作的智能化。

3.大數據應用

預警檢測平臺設計的應用支撐分為大數據中心、消息中心和平臺管理三個部分。大數據中心將本體基礎數據、監測數據、巡查數據等進行統一的數據采集、整理、入庫，實現對數據和文件的集中管理。在此基礎上建立專業分析模型，最終形成城墻文物管理監測預警大數據系統，通過分析結果為城墻本體保護提供切實有效的技術支撐措施。

（四）南京城墻預警監測平臺工作機制的創新

南京城墻保護管理影響因素的復雜性給遺產監測預警工作帶來了前所未有的挑戰，為確保遺產監測管理工作實現協調、高效地運行，還需加緊推進遺產監測管理機制建設。

1.建立常態監測機制

根據南京城墻遺產地的特征，對范圍內的文化遺產按照不同屬性、類別、重要程度等進行界定，參照《世界文化遺產監測數據總表、元數據表、監測指標》《中國世界文化遺產地基礎數據采集規則》，對其監測指標、影響因素、監測數據等工作實行常態化監測。

2.建立應急監測機制

為加強遺產保護，制定《南京城墻文化遺產應急監測預案》重點針對一般地段和特殊地段內的山洪、地質以及人為因素產生的突發性事件，對受影響的遺產本體及周邊環境實施應急監測機制，確保及時掌握相關動態信息，采取相應的保護措施。

3.建立專家評估機制

成立南京城墻文化遺產專家咨詢委員會，定期召開專家委員會議。

4.建立聯合監測機制

對涉及需要協調多單位聯合進行監測或一些重大事件引發多層面影響的，各職責部門要在管理中心的統領下，進行統一規劃、分級負責，對有關遺產本體及周邊環境進行聯合監測，并聯合確定遺產的有關狀況，督促指導各管理責任單位開展監測預警工作。

5.監測信息共享機制

三級平臺（國家、省和遺產地）的機制完善后，以定期或不定期的方式形成固定的共享機制，實現數據和監管信息的共享。

隨著文物保護工作的迅速發展，現代科學技術大規模的用于遺址保護，尤其是在當下，隨著大數據地位的日益凸顯，大數據已經深入社會各個領域，并對文化遺產的保護領域形成強烈地沖擊。運用物聯網、大數據、云計算等先進技術，構建遺產監測管理體系，實現高效、科學、智能地文化遺產管理，是加強文化遺產科學保護的必然要求，也是提升文化遺產管理水平的重要途徑。

參考文獻：

[1]桑振群，張小波，呂俊佳.大數據時代背景下的文化遺產保護[J].重慶新政（公共論壇），2015（05）.

[2]張益.大運河（揚州段）遺產監測管理探索[J].中國文化遺產，2014（06）.

[3]百度百科.南京明城墻[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E5%8D%97%E4%BA%AC%E6%98%8E%E5%9F%8E%E5%A2%99/3265272？fr=aladdin&fromid=1577661&fromtitle=%E5%8D%97%E4%BA%AC%E5%9F%8E%E5%A2%99.

[4]百度百科.大數據[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E6%95%B0%E6%8D%AE/1356941.

[5]百度百科.空間信息技術[DB/OL].https：//baike.so.com/doc/3804658-3995824.html.

[6]百度百科.物聯網[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/7306589？fr=aladdin.

胡靜 南京城墻保護管理中心