地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)在遺產(chǎn)監(jiān)測中的應(yīng)用
——以世界文化遺產(chǎn)大運(yùn)河（浙江段）為例

孔中華（浙江省文物考古研究所 浙江省世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心 浙江杭州 310014）

何 巍（浙江省地理信息中心 浙江杭州 310012）

傅崢嶸①（浙江省文物考古研究所 浙江省世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心 浙江杭州 310014）

引言

根據(jù)《保護(hù)世界文化和自然遺產(chǎn)公約》及《實(shí)施〈世界遺產(chǎn)公約〉的操作指南》，監(jiān)測是世界遺產(chǎn)申報(bào)和保護(hù)管理機(jī)制的核心內(nèi)容之一。在被列入《世界遺產(chǎn)名錄》后，遺產(chǎn)地及其相關(guān)的管理機(jī)構(gòu)就基于《世界遺產(chǎn)公約》被納入國際監(jiān)測機(jī)制之中，締約國必須建立監(jiān)測體系并進(jìn)行定期報(bào)告，在必要時(shí)接受反應(yīng)性監(jiān)測[1]。對于大運(yùn)河這樣的線性遺產(chǎn)而言，定期監(jiān)測的內(nèi)容除了文物本體安全監(jiān)測和保存環(huán)境監(jiān)測，更多的是對保護(hù)區(qū)劃內(nèi)建設(shè)活動(dòng)的監(jiān)測。目前針對文物保護(hù)區(qū)劃內(nèi)建設(shè)活動(dòng)的監(jiān)測主要采取人工巡查的方式，所需人力資源多，巡查效率不高，且無法做到全面覆蓋。為解決這一普遍性問題，浙江省世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心嘗試?yán)玫乩韲楸O(jiān)測成果——地表覆蓋數(shù)據(jù)開展遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃內(nèi)土地建設(shè)活動(dòng)專項(xiàng)監(jiān)測實(shí)踐。

地理國情監(jiān)測（National Geographic Conditions Monitoring）是指綜合利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)（GNSS）、航空航天遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）等現(xiàn)代測繪技術(shù)，綜合各時(shí)期已有測繪成果檔案，對地形、水系、交通、地表覆蓋等要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)和定量化、空間化的監(jiān)測，并統(tǒng)計(jì)分析其變化量、變化頻率、分布特征、地域差異、變化趨勢等，形成反映各類資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)要素的空間分布及其發(fā)展變化規(guī)律的監(jiān)測數(shù)據(jù)、地圖圖形和研究報(bào)告，從地理空間的角度展示國情國力。地表覆蓋（land cover）是地球表面各種物質(zhì)類型及其自然屬性與特征的綜合體，地表覆蓋數(shù)據(jù)是指基于遙感影像，采用全數(shù)字化人機(jī)交互遙感快速提取方法，同時(shí)參照國內(nèi)外現(xiàn)有的土地覆蓋分類體系，以及遙感信息源和地表覆蓋的實(shí)際情況，將土地劃分為若干分類的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，是地理國情監(jiān)測的土地資源類系列數(shù)據(jù)成果之一。

地理國情監(jiān)測可以提供大范圍、高精度、不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地表覆蓋變化數(shù)據(jù)，在國土資源管理、環(huán)境監(jiān)測等方面有廣泛的應(yīng)用，但在遺產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段。2010年江慧探討了基于“3S”技術(shù)的歷史文化遺產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測方法[2]，并以大運(yùn)河為例，嘗試構(gòu)建遺產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對示范區(qū)的重點(diǎn)區(qū)塊和目標(biāo)采用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)對比和現(xiàn)場調(diào)查等手段，發(fā)現(xiàn)變化圖斑并進(jìn)行確認(rèn)，實(shí)現(xiàn)文化遺產(chǎn)保護(hù)現(xiàn)狀的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，具有很強(qiáng)的可操作性，但至今未得到普遍推廣和應(yīng)用實(shí)踐。2014年李海泉等探討了歷史影像正射糾正、歷史地表覆蓋數(shù)據(jù)采集等技術(shù)難點(diǎn)及解決方案，探討了地理國情監(jiān)測在大遺址保護(hù)中的幾種應(yīng)用場景，通過地表覆蓋數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)和空間運(yùn)算得出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)文物的分布特征和影響文物保護(hù)因素的變化趨勢[3]，為大遺址的預(yù)防性監(jiān)測作了宏觀層面的技術(shù)探索。地理國情監(jiān)測技術(shù)可以為大面積遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃內(nèi)的建設(shè)活動(dòng)監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其在遺產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域的適用性毋庸置疑，但針對各類遺產(chǎn)的監(jiān)測尚有很多細(xì)節(jié)問題值得討論。

浙江省世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心以大運(yùn)河的遺產(chǎn)監(jiān)測為契機(jī)，與浙江省地理信息中心合作，實(shí)現(xiàn)了地表覆蓋數(shù)據(jù)的共享及其在大運(yùn)河浙江段保護(hù)區(qū)劃內(nèi)建設(shè)活動(dòng)監(jiān)測中的應(yīng)用，分析了地表覆蓋數(shù)據(jù)用于遺產(chǎn)監(jiān)測工作的優(yōu)勢和不足。浙江省地理信息中心依托自主研發(fā)的大規(guī)模地理國情數(shù)據(jù)云服務(wù)、地理國情信息提取關(guān)鍵技術(shù)，獲取的地表覆蓋數(shù)據(jù)精度達(dá)2米，最小圖斑面積一般為400米，城市地區(qū)精細(xì)到100米，其分類體系全面，包含10個(gè)一級類、50多個(gè)二級類以及70多個(gè)三級類，數(shù)據(jù)更新周期快，浙江省每年6月和12月兩個(gè)時(shí)點(diǎn)各進(jìn)行一次監(jiān)測，可以滿足遺產(chǎn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)要求。本文對這次監(jiān)測實(shí)踐進(jìn)行梳理總結(jié)。

一、地表覆蓋數(shù)據(jù)在遺產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐

（一）技術(shù)路線

基于地表覆蓋圖斑比對的遺產(chǎn)監(jiān)測可以分為五個(gè)步驟（圖1）：

1.解譯遙感影像，獲取地表覆蓋數(shù)據(jù)；

2.比對不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)的地表覆蓋數(shù)據(jù)，獲取用地類型發(fā)生變化的圖斑；

3.根據(jù)保護(hù)區(qū)劃進(jìn)行裁剪，獲取保護(hù)區(qū)劃內(nèi)的地表覆蓋變化斑塊；

4.對變化斑塊進(jìn)行屬性分析，獲取新增建設(shè)斑塊、水域變化斑塊；

5.結(jié)合遺產(chǎn)地巡查，對有可能違規(guī)的斑塊進(jìn)行核實(shí)。

其中，第1、2步是地理國情監(jiān)測的影像解譯和數(shù)據(jù)獲取過程，第4步是遺產(chǎn)監(jiān)測的關(guān)鍵，需要結(jié)合遺產(chǎn)保護(hù)的要求分析判定，由于遙感影像解譯難免存在誤差，而且建設(shè)項(xiàng)目的內(nèi)容和數(shù)量難以從地表覆蓋數(shù)據(jù)中獲取準(zhǔn)確信息，數(shù)據(jù)比對結(jié)果必須配合第5步，結(jié)合人工巡查加以確認(rèn)。

（二）大運(yùn)河（浙江段）的建設(shè)情況監(jiān)測

此次遺產(chǎn)監(jiān)測工作的空間范圍包括大運(yùn)河浙江段的遺產(chǎn)區(qū)和緩沖區(qū)、保護(hù)范圍和建設(shè)控制地帶，目的是掌握保護(hù)區(qū)劃內(nèi)2016-2017年間新增建設(shè)活動(dòng)的分布和用地情況。采用的數(shù)據(jù)包括：1.浙江省大運(yùn)河沿線2015年12月和2017年12月兩個(gè)時(shí)點(diǎn)的地表覆蓋數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度2米；2.大運(yùn)河遺產(chǎn)區(qū)、緩沖區(qū)的圖形文件；3.《大運(yùn)河（浙江段）遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃（2010-2030年）》的運(yùn)河保護(hù)范圍和建設(shè)控制地帶圖形文件。具體過程如下：

1.將2015年、2017年的地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，提取發(fā)生變化的地表斑塊；

2.將2017年12月相比2015年12月發(fā)生變化的地表覆蓋數(shù)據(jù)層和運(yùn)河保護(hù)區(qū)劃圖層導(dǎo)入Arc GIS，根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)提取運(yùn)河保護(hù)區(qū)劃內(nèi)的地表覆蓋數(shù)據(jù)②理論上，根據(jù)大運(yùn)河申遺文本5.b-7-1項(xiàng)的描述，“申報(bào)的遺產(chǎn)區(qū)和緩沖區(qū)大多與文物保護(hù)單位的保護(hù)界線一致，或遺產(chǎn)區(qū)全部位于保護(hù)范圍內(nèi)，緩沖區(qū)一部分位于保護(hù)范圍內(nèi)，另一部分與建設(shè)控制地帶重合”；實(shí)際上操作中偶有遺產(chǎn)區(qū)超出保護(hù)范圍、緩沖區(qū)超出建設(shè)控制地帶的現(xiàn)象。。

3.根據(jù)監(jiān)測需要結(jié)合地表覆蓋分類進(jìn)行屬性分析。

按照《大運(yùn)河遺產(chǎn)保護(hù)與管理總體規(guī)劃》③《大運(yùn)河遺產(chǎn)保護(hù)與管理總體規(guī)劃》第36條關(guān)于保護(hù)范圍統(tǒng)一管理的規(guī)定：“在中國大運(yùn)河遺產(chǎn)的保護(hù)范圍內(nèi)，除防洪除澇、船閘及航道建設(shè)與維護(hù)、水工設(shè)施保護(hù)和維護(hù)、輸水河道工程、港口整治與建設(shè)、跨河橋梁工程等工程外，不得進(jìn)行其他建設(shè)工程或者爆破、鉆探、挖掘等作業(yè)”。《中國大運(yùn)河遺產(chǎn)管理規(guī)劃》④《中國大運(yùn)河遺產(chǎn)管理規(guī)劃》第31條“遺產(chǎn)區(qū)管理”規(guī)定，“在大運(yùn)河的遺產(chǎn)區(qū)內(nèi)，除文物保護(hù)、防洪除澇、船閘及航道建設(shè)與維護(hù)、水工設(shè)施保護(hù)和維護(hù)、輸水河道工程、港口整治與建設(shè)、跨河橋梁工程等工程外，不得進(jìn)行其他建設(shè)工程或者爆破、鉆探、挖掘等作業(yè)”。《大運(yùn)河（浙江段）遺產(chǎn)保護(hù)規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)定，遺產(chǎn)區(qū)和保護(hù)范圍內(nèi)除特定類型的工程外不得開展建設(shè)活動(dòng)，緩沖區(qū)和建設(shè)控制地帶內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目需履行規(guī)定的報(bào)批程序，因此大運(yùn)河遺產(chǎn)監(jiān)測的重點(diǎn)關(guān)注對象是對保護(hù)區(qū)劃內(nèi)的建設(shè)活動(dòng)——在此案例中，對應(yīng)2017年相比2015年新增的建設(shè)斑塊。在Arc GIS中打開地表覆蓋數(shù)據(jù)層的屬性表，通過“按屬性選擇”，篩選出2015年地表覆蓋為非建設(shè)類且2017年地表覆蓋為建設(shè)類的用地斑塊。查看《GDPJ 01-2013地理國情普查內(nèi)容與指標(biāo)》可知，土地被劃分為十個(gè)一級地類大類，建設(shè)類的用地包括05〈房屋建筑（區(qū)）〉、06（道路）、07（構(gòu)筑物）、08（人工堆掘地）四個(gè)類別，也是遺產(chǎn)監(jiān)測關(guān)注的類別，其他均為非建設(shè)類用地（見表1），由于監(jiān)測對象的特殊性，水域也是此次監(jiān)測的關(guān)注類別。

表1 地表覆蓋分類代碼

通過上述操作，可以獲取運(yùn)河保護(hù)區(qū)劃內(nèi)2015-2017年間新增的建設(shè)活動(dòng)斑塊（圖2）。從圖二示例中可以看到，2016年至2017年，杭州塘段新增一條跨河道路和若干沿岸建筑，地表覆蓋類型由耕地（0100）和園地（0200）變?yōu)榱朔课萁ㄖ?500）、人工堆掘地（0800）和構(gòu)筑物（0700）。

鑒于運(yùn)河為水體，需要密切關(guān)注水域面積和岸線的變化，在屬性表中選取2015年地表覆蓋不為水域（代碼1000）且2017年地表覆蓋為水域（代碼1000）的用地斑塊，可以獲知新增加的水域面積和分布情況，也就是運(yùn)河沿岸開挖、岸線擴(kuò)寬的情況；反之，選取2015年地表覆蓋為水域且2017年地表覆蓋不為水域的用地斑塊，可以獲知減少的水域面積，也就是建設(shè)活動(dòng)侵占水域、運(yùn)河岸線收縮的情況。圖3可以看出杭州三堡船閘改造工程對運(yùn)河保護(hù)范圍內(nèi)地表覆蓋情況的影響——局部水面（1001）變?yōu)榱说虊危?721）和無軌道路路面（0601）。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2015至2017年，大運(yùn)河浙江段遺產(chǎn)區(qū)和保護(hù)范圍內(nèi)新增建設(shè)活動(dòng)斑塊280處，緩沖區(qū)和建設(shè)控制地帶內(nèi)的建設(shè)活動(dòng)斑塊3300多處，總面積達(dá)665萬平方米。這些大小不等的斑塊面積在0到幾萬平方米之間，其中一部分斑塊是由于地表覆蓋性質(zhì)不同而被分割開或者建筑斑塊局部切入遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃形成的。因此，基于地表覆蓋數(shù)據(jù)的圖斑比對分析雖然滿足了遺產(chǎn)監(jiān)測的準(zhǔn)確度要求，卻無法實(shí)現(xiàn)對相鄰地塊內(nèi)同一建設(shè)項(xiàng)目的合并統(tǒng)計(jì)，除非斑塊屬性中包含了建設(shè)工程項(xiàng)目信息，而這是地表覆蓋數(shù)據(jù)難以包含的屬性信息。

鑒于此，浙江省世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測中心將地表覆蓋數(shù)據(jù)對比結(jié)果分發(fā)至省內(nèi)各運(yùn)河遺產(chǎn)地，由相應(yīng)的保護(hù)管理機(jī)構(gòu)結(jié)合巡查工作逐一進(jìn)行核實(shí)，有的放矢，全面排查了過去兩年未經(jīng)報(bào)批的建設(shè)項(xiàng)目，提高了遺產(chǎn)地人工巡查的工作效率，同時(shí)對違規(guī)建設(shè)行為起到了警示作用。

實(shí)踐表明，“各地以遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)的變化圖斑為引導(dǎo)，將大范圍土地變更調(diào)查轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)明確的點(diǎn)線調(diào)查，提高了準(zhǔn)確性，通過應(yīng)用監(jiān)測結(jié)果復(fù)核土地變更調(diào)查”，“充分運(yùn)用GIS、RS、數(shù)據(jù)庫技術(shù)作為調(diào)查和數(shù)據(jù)控制的基礎(chǔ)，以GPS技術(shù)作為外業(yè)調(diào)查的手段，起點(diǎn)高、精度高、效率高”[4]，是地理國情監(jiān)測領(lǐng)域成熟的技術(shù)模式，也是值得大范圍遺產(chǎn)監(jiān)測借鑒的工作方法。

二、討論

當(dāng)前我國世界文化遺產(chǎn)的監(jiān)測工作受各遺產(chǎn)地的客觀條件限制很大，難以全面實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作的常態(tài)化和高效化。以“3S”技術(shù)為代表空間信息技術(shù)以其全覆蓋、綜合性、高精度等特點(diǎn)，為提升大遺址、線性遺產(chǎn)等大規(guī)模遺產(chǎn)的建設(shè)活動(dòng)監(jiān)測效率帶來新的契機(jī)。大運(yùn)河浙江段的實(shí)踐表明，地表覆蓋數(shù)據(jù)在遺產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域可以得到有效利用，具有成本低、效率高、準(zhǔn)確性好、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性。

地 表覆蓋數(shù)據(jù)適用于大跨度、大面積的遺產(chǎn)地監(jiān)測。相比人工巡查，利用衛(wèi)星遙感影像比對不同時(shí)相的地表覆蓋情況，可以快速獲知大面積的運(yùn)河保護(hù)區(qū)劃內(nèi)該時(shí)間段內(nèi)的建設(shè)情況和地表覆蓋變化情況，極大地減輕了人工巡查的工作量，提高了遺產(chǎn)監(jiān)測的效率。

地表覆蓋的精確分類為用地變化情況的精準(zhǔn)掌握創(chuàng)造了條件，同時(shí)，地表覆蓋數(shù)據(jù)的精度可達(dá)0.5～2米，直接保證了遺產(chǎn)監(jiān)測的精度。未來，隨著地理國情監(jiān)測技術(shù)在遺產(chǎn)監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用的普及和深入，還可以根據(jù)不同類型遺產(chǎn)的保護(hù)需求對遙感影像設(shè)計(jì)更有針對性的地表覆蓋分類體系。

遙感影像的獲取具有周期性，影像解譯和地表覆蓋數(shù)據(jù)的產(chǎn)生具有滯后性。用地斑塊的建設(shè)情況可以分為初始狀態(tài)、建設(shè)狀態(tài)和建成狀態(tài)三個(gè)時(shí)期，則遙感影像周期必須包括其中兩個(gè)時(shí)期才能比對出該時(shí)間段內(nèi)該斑塊的變化情況，并且，如果遙感影像周期未包含初始狀態(tài)，則無法在違法建設(shè)活動(dòng)初期采取干預(yù)措施，獲知的用地變化情況已成既成事實(shí)，處理難度加大。

地表覆蓋數(shù)據(jù)通常不包括建設(shè)項(xiàng)目屬性信息，無法統(tǒng)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目及其所包含的地塊的數(shù)量。因?yàn)榈乇砀采w數(shù)據(jù)是基于遙感影像將土地劃分為若干斑塊，同一建設(shè)項(xiàng)目的用地可能被劃分為不同的斑塊，相鄰的斑塊也可能分屬不同的建設(shè)項(xiàng)目。因此，地表覆蓋數(shù)據(jù)比對的結(jié)果還需要逐一核實(shí)具體情況，包括同一建設(shè)項(xiàng)目涉及的斑塊、建設(shè)活動(dòng)的主體、有無報(bào)批等。

監(jiān)測結(jié)果基于地表覆蓋變化的客觀事實(shí)，難以預(yù)知建設(shè)活動(dòng)的發(fā)生，但可作為違規(guī)建設(shè)活動(dòng)追責(zé)的線索和依據(jù)，對此類行為起到警示作用，同時(shí)改進(jìn)遺產(chǎn)管理方式，提高文物保護(hù)工作效率，一定程度上可以預(yù)防未批先建現(xiàn)象發(fā)生。

綜上所述，地表覆蓋數(shù)據(jù)在遺產(chǎn)監(jiān)測中的應(yīng)用擴(kuò)展了地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為準(zhǔn)確監(jiān)測大面積遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)劃內(nèi)的建設(shè)活動(dòng)提供了便利，但也存在一定的滯后性等問題，還需要和人工巡查相結(jié)合，共同構(gòu)成完善的遺產(chǎn)監(jiān)測工作體系。未來可以在現(xiàn)有工作基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果納入移動(dòng)巡查APP，方便現(xiàn)場填報(bào)核查結(jié)果，進(jìn)一步提高人工巡查的效率。