GIS在文化遺產保護領域的應用綜述

朱睿　郭小東　王志濤

摘要：基于GIS的相關技術是文化遺產領域進一步發展的重要工具，不僅可以構建信息集合的管理平臺，而且可以成為信息二次處理和加工的研究性平臺。1980年代GIS開始應用于考古研究領域，1992年國際文物保護專家首次將GIS技術用于柬埔寨吳哥窟遺址的分區及環境保護規劃編制，開啟了該技術在不可移動文物保護領域的應用。GIS在我國文化遺產領域的應用主要在三個方向：文物信息管理保護平臺、文物考古信息可視化展示研究、文化遺產災害風險評估。GIS在文化遺產風險評估中主要發揮其矢量運算及可視化的功能，用來進行區域性計算及評估結果展示，使風險結果更直觀。我國關于災害的風險評估較多，但關于文化遺產在災害下的風險評估的相關研究較為缺乏。由于信息技術的復雜性以及文化遺產種類的豐富性，目前尚未形成相對統一的研究理論、評估方法和相關系統構建步驟。建議從空間技術的融合、信息系統的整合、充實系統的應用、從重大自然災害風險源角度下對文化遺產進行災害風險分析和評估等方面進一步開展研究。

關鍵詞：GIS;文化遺產;管理保護;風險評估

引言

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是具有綜合性的信息化技術，它包含了地理學、測繪學以及計算機科學在內的一系列不同領域的學科。GIS具有對數據進行收集、管理、分析、處理和輸出等基本功能。傳統的信息系統僅能存儲和檢索大量的文檔。而研究人員需要確定調查數據之間的相關關系，文化遺產信息中最重要的關系是空間關系，所以基于GIS的空間分析能力，結合網絡傳輸技術和數據庫集成技術等，可將文化遺產空間信息與所在地高程地勢圖、衛星或近地遙感影像、相關信息專題圖等多種空間信息在統一的平臺上進行整合和研究計算。利用GIS平臺可以將相關的專題圖層進行疊加分析，對文化遺產附近的污染源、危險源和災害進行空間或平面分析，得到文化遺產之間或者災害、污染物等對文化遺產的影響程度，從而為文化遺產的管理保護分析提供更加翔實直觀的依據。基于GIS的相關技術是文化遺產領域進一步發展的重要工具，不僅可以構建信息集合的管理平臺，而且可以成為信息二次處理和加工的研究性平臺。

GIS應用于文化遺產領域始于1980年代。目前國內外學者和機構已經開展過許多相關的實踐和研究，并取得了一些成果。但伴隨著現代科學技術的不斷發展，新型信息化手段不斷出現，與GIS技術相結合產生出更多的新手段和概念，使其在文化遺產領域的應用更加廣泛。本文分析了GIS在文化遺產領域的研究現狀，指出目前應用中存在的問題，并對其應用趨勢進行展望。

一、GIS在文化遺產保護領域中的研究與應用

1980年代，GIS開始應用于考古研究領域。1992年，國際文物保護專家首次將GIS技術用于柬埔寨吳哥窟遺址的分區及環境保護規劃編制，開啟了該技術在不可移動文物保護領域的應用。此后，聯合國教科文組織（UNESCO）、國際古跡遺址理事會（ICOMOS）和世界古跡基金會（WMF）等國際組織均致力于將GIS引入文化遺產的保護管理和空間分析。UNESCO開展了一系列的相關實踐工作，如：越南順化古城遺產管理保護系統構建，柬埔寨吳哥古跡的保護，以及泰國歷史名城泰可素的文化遺產資源的風險性評估工作等，并于1999年編制了GIS應用于CRM文化遺產管理的相關指南。蓋蒂保護研究所與世界古跡基金會合作開發了一個開源的、基于網絡的地理信息系統“Arches”，可用于清點和管理不可移動文化遺產。

我國GIS發展相對較晚，但應用于文化遺產領域的時間并不短。1998年，聯合國教科文組織文化資源管理教席在東南大學設立;2000年，東南大學-聯合國教科文組織GIS中心在東南大學成立;2011年，國際自然與文化遺產空間技術中心（HIST）在中科院遙感所成立，這些都促進了GIS在我國文化遺產保護規劃和研究領域的應用。GIS在我國文化遺產領域的應用主要有三個方向：文物信息管理保護平臺、文物考古信息可視化展示研究、文化遺產災害風險評估（圖1）。

（一）面域信息管理平臺

借助GIS和網絡傳輸技術，可以實現區域內文化遺產的實時監控和預警報告等工作，目前全國性的遺產監測平臺主要有中國世界文化遺產監測預警總平臺。部分學者對面域保護管理平臺構建方法和流程提出了相應的見解，相關的省市也分別構建了本區域的文化遺產信息管理平臺。

地理信息系統能否滿足區域內文保單位的保護管理系統構建的需求，如何實現相關功能等問題是構建基于GIS文化遺產保護管理系統的關鍵。周婭等分析了文物保護管理系統的功能需求，系統體系結構的構建，以及數據庫模塊的基本結構，并確定了相關的開發方法和平臺，論證了文物保護管理系統在GIS系統上構建的可行性。董仲奎通過研究GIS技術應用在文物及歷史文化遺產保護管理上的理論和方法，使用國產地理信息系統平臺SuperMap，結合數據庫技術，提出文物管理系統的構建模式。

基于GIS構建的省市一級的面域管理系統，可以對區域內文化遺產進行管理和分析，有利于管理者對文物信息進行整合和資料調取。北京西城規劃管理信息中心通過分析本區的文物管理需求，以GIS軟件為基礎，開發了地圖管理信息系統和地名多媒體系統，通過兩個系統的相互結合構建了本區文物資源綜合分析系統。浙江省、山東省和上海市等基于GIS技術，結合數據庫技術，對空間地理信息資源和文物空間信息資源進行整合，將文物電子信息檔案、文物遺存數據和相關的三維掃描測繪圖像添加到系統中，實現了文物信息快速查詢和保護管理規劃的需求。

基于本地數據儲存管理的系統無法進行實時管理和應用的不足，部分學者結合網絡技術，使用WebGIS來構建信息管理系統，使得相關數據可以通過web互聯網進行發布和應用，不再局限于本地數據管理。目前已應用于滁州市不可移動文物管理信息系統。

國內已建立的面域信息管理平臺還有江蘇省不可移動文物管理系統、貴州省文物空間數據庫、開封市文物考古系統、寶雞市文物保護管理單位系統、景德鎮文化遺產保護數據庫等。

（二）點域信息管理平臺

相關系統的建立能夠有效地提升文保單位管理保護能力。從紙質版的保護資料發展為以GIS為基礎的管理平臺，可實現文物信息化、數字化、可視化。

從基礎應用的方面，基礎性的管理平臺主要為對相關資料的收集與整理，提供空間規劃信息的處理分析。基于GIS技術構建的鎮江西津渡歷史街區保護管理系統，結合保護規劃的相關資料和基礎空間計算能力，實現了調查資料和規劃信息的錄入、存儲和綜合分析。LiDAR、VR、AR等數字化技術廣泛應用于古建筑保護的數據采集、系統構建和應用等方面，相關數字化手段與GIS相結合有助于古建筑管理系統的發展完善。

從信息采集的方面，隨著遙感、航測及數字化掃描等技術不斷融入文化遺產保護領域。集合RS、GPS、GIS的3S技術及其集成應用能夠大幅度提升文物信息采集工作的工作效率，減少災后調查及修復工作的工作困難，在信息管理、災后保護等方面發揮極大作用。三峽庫區文物保護信息系統以GIS作為基礎，結合RS遙感圖像信息和相關的數據信息，實現了對文物的地理信息、影像信息等的儲存和管理。梁爽分析了航空攝影、三維激光掃描和近景攝影等測繪技術應用于石窟管理信息系統的前景，提出了相應的石窟信息系統構建技術和系統構架;楊剛亮分析了基于GIS技術構建龍門石窟保護管理信息系統的可行性，并對CMIS建立的關鍵步驟和流程進行了分析，夏慧瓊等利用CAD、GIS和三維激光掃描等技術對古建筑群的地形和景觀模型進行三維建模，并利用GIS軟件的數據庫存儲和管理功能、可視化功能和人機交互功能對文化遺產進行管理和保護。

從監測保護的方面，將文保單位的監測系統接入到GIS平臺，可以實現對文物周邊環境、文物保存現狀情況的實時傳輸分析，為文物預防性保護及加固維護提供數據支撐。金連玉介紹了南京城區將利用GIS技術構建三維可視化管理平臺和監測系統，利用GIS結合物聯網和其他信息技術，整合數字資源，構建統一的南京城墻管理保護系統。Yang等基于GIS技術，集合了點云和逆向工程構建的三維模型、GPS監測系統等，建立了臺灣迪化街數據管理平臺的安全監控系統。

此外，還有“智慧頤和園”，北京舊城文物保護空間數據庫等一系列管理系統。

（三）線域信息管理平臺

線域的文化遺產，主要有管理范圍長，保護難度大以及遺產種類多等特點。例如，長城呈線性的分布在我國的15個省區市;京杭大運河途徑四省兩市，貫通黃淮海、長江及錢塘江五大水系，周邊遺存有古建筑、古遺址等一系列不可移動文物以及歷史文化名村鎮。還有絲綢之路、茶馬古道等文化線路，均具有線路長，研究管理難度大等問題。為了解決線域文化遺產的保護難題，我國一些科研院所和專家學者基于GIS平臺探討建立線域的信息管理平臺。

國家地理信息中心利用3DGIS技術，結合長城的相關的基礎地理信息、遙感信息以及對應的專題信息，構建了長城信息管理系統，解決了數據大、種類多等保護管理問題。清華大學、中國文化遺產研究院等依托國家重點研發計劃“空間信息技術在大遺址保護中的應用研究（以京杭大運河為例）”，以GIS系統為基礎，將基礎地理數據、RS遙感監測數據以及相關的專題數據集合，并添加了數據處理、查詢、分析等功能，構建了京杭大運河保護信息系統。馮子木通過分析川藏“茶馬古道”文化線路，并基于GIS技術設計了包含文化遺產的調查、保護規劃、管理、考古發掘、監測以及展示等功能的文化線路保護系統。

二、GIS在文化遺產災害風險評估中的應用

GIS在文化遺產風險評估中主要發揮其矢量運算及可視化的功能，用來進行區域性計算及評估結果展示，使風險結果更直觀。

國際文化遺產風險防范活動開始于1990年代。 1992年，ICOMOS發起 “藍盾計劃”（Blue Shield）;1998年，ICCROM制定《風險防范：世界文化遺產管理手冊》;2007年，第31屆世界委員會會議通過“世界遺產風險防范戰略”等。此外，還有挪威國家文物古跡和遺址管理的數據庫系統“Askeladden”。G. Accardo分析了意大利國家遺產風險圖（RM）系統的構建方法和意義。Ionut Cristi基于AHP和GIS對羅馬尼亞瓦萊奧伊流域的文化遺產進行了風險和脆弱性評估。?lvarez[47]提出了一種對喀斯特洞穴巖畫地質風險評估的方法，并對西班牙的一處文化遺產洞穴進行了地質風險評估計算分析。

我國關于災害的風險評估較多，但有關文化遺產在災害下的風險評估相關研究較為缺乏，前期主要是對國外研究的總結，近些年隨著文化遺產預防性保護概念的提出，從災后救災轉向災前防災，逐漸開展災害風險評估的研究。詹長法對意大利以GIS技術為核心建立的文化遺產風險評估系統進行了研究分析。唐曉嵐等在分析了意大利RM遺產風險地圖管理的工作和內容的基礎上，提出了我國長三角地區文化遺產風險地圖評估系統建立的必要步驟。

國內基于GIS的文化遺產災害風險評估主要針對火災、洪澇等呈現空間差異性的災害。基于自然災害風險理論，借助GIS的空間分析和數據處理能力，將致災因子危險性、孕災環境敏感性、文化遺產脆弱性等圖層相耦合運算，從而得到文化遺產區域的災害風險。代維佳基于GIS對龍灣遺址（遺址東區）進行了暴雨洪澇災害風險評估。喬文慧等基于GIS構建了廣州市城市文化遺產洪澇災害風險評估模型，對廣州市各個市區的洪澇危險性、文化遺產周邊環境敏感性、文化遺產自身脆弱性以及城市的防災減災能力進行了分析研究。梁龍等基于致災因子、孕災環境及不可移動文物本體三要素構建了古遺址暴雨洪澇災害風險評估模型，借助GIS對福建省國保古遺址進行了風險分析。劉潔通過將遙感技術與GIS結合，分析了洪澇災害、城市擴張及生態環境變化等對吳哥文化遺產地影響程度。吳在棟等通過遙感及實地調研數據，構建火災風險評估模型，基于GIS分析了三坊七巷的火災危險性和文化遺產易損性，耦合疊加分析得到三坊七巷的火災風險。

隨著文物保護開始向搶救性與預防性保護并重轉變，向文物本體與周邊環境、文化生態的整體保護轉變，風險評估作為預防性保護的重要單元，結合GIS的空間處理能力將進一步發揮其在展示和計算上的優勢。

三、總結與展望

GIS技術作為目前比較成熟的空間信息技術，是文化遺產領域進行空間分析和數據處理的重要手段。本文綜述了國內外專家對GIS在文化遺產保護領域進行的研究和取得的成果，但由于信息技術的復雜性以及文化遺產種類的豐富性，目前尚未形成相對統一的研究理論、評估方法和相關系統構建步驟，有許多研究方向在國內尚未展開，存在許多待進一步深入開展的重要工作。

1.空間技術的融合。隨著信息科技技術和新型可視化手段的不斷發展和進步，CIM、LOT、AR等新技術新概念在近幾年開始不斷發展，GIS與這些技術如何相互融合，采取什么樣的結合方式最大限度地體現各種方法的優點，如何使GIS在文化遺產領域的應用獲得最好的效果，這將是研究者必須考慮的關鍵問題。

2.信息系統的整合。我國近些年來建立了一系列基于GIS技術的管理和保護平臺，但是這些系統相互獨立，構建方法和技術存在差異性，所以應研究分析各系統的優缺點，建立分析管理系統平臺模型標準，完善系統的構建方法。

3.充實系統的應用。應提高文化遺產的公眾參與程度，將文物展示和保護系統充實web端和手機端，使得信息系統可以及時得到更新和公眾反饋。同時將GIS作為文化遺產在遭受災害后的修復和轉移的參考依據，充分發揮信息系統的地理空間作用。

4.目前對文化遺產的預防性保護，僅僅局限于消防、環境污染和人為破壞等人為災害，缺乏對重大自然災害發生前的預防性保護和風險評估的綜合研究，從重大自然災害風險源角度下對文化遺產進行災害風險分析和評估具有十分重要的意義，國外相關文物保護組織和院校已經開展了一系列關于洪澇、地震、大風對文化遺產危害的研究，但國內對此的相關研究較為匱乏，這將是文化遺產保護領域未來的發展趨勢。