應(yīng)用于嘉峪關(guān)文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境風(fēng)貌監(jiān)測(cè)的幾種方法對(duì)比

高商　張翔　王生科

摘 要：為系統(tǒng)性對(duì)世界文化遺產(chǎn)“長(zhǎng)城-嘉峪關(guān)”的典型區(qū)、段進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，針對(duì)其賦存環(huán)境內(nèi)不同時(shí)期的環(huán)境風(fēng)貌變化及變化要素對(duì)文物本體的影響，通過(guò)比對(duì)衛(wèi)星圖片、無(wú)人機(jī)攝影和人工巡查三種監(jiān)測(cè)方式，著重關(guān)注和分析不同方式的應(yīng)用效果，由此探索建立一種復(fù)合的、可靠的環(huán)境風(fēng)貌監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)體系，為大體量歷史遺跡賦存環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作提供一些思路。

關(guān)鍵詞：賦存環(huán)境風(fēng)貌；衛(wèi)星圖片；無(wú)人機(jī)攝影；人工巡查

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.06.007

0 引言

特定文化遺產(chǎn)或歷史遺跡的賦存環(huán)境包括遺存存在所依托的自然與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及人文環(huán)境，是其本體建造、應(yīng)用及保存至今的長(zhǎng)期過(guò)程中自然與人文相互作用的結(jié)果。1964年發(fā)布的《威尼斯憲章》闡述了歷史古跡保護(hù)與環(huán)境的關(guān)系，作為《威尼斯憲章》的補(bǔ)充，1987通過(guò)的《華盛頓憲章》進(jìn)一步擴(kuò)大了歷史古跡保護(hù)的概念和內(nèi)容，認(rèn)為環(huán)境是體現(xiàn)真實(shí)性的一部分，外部環(huán)境的保護(hù)對(duì)于歷史遺跡的保護(hù)尢為重要。穩(wěn)定、適宜的環(huán)境是歷史遺跡能夠長(zhǎng)期、良好保存的重要條件；相反的，賦存環(huán)境發(fā)生明顯的、不可逆轉(zhuǎn)的變化或破壞，也是對(duì)歷史遺跡保存狀況不可忽視的預(yù)警。汪怡珂等①根據(jù)文物的賦存環(huán)境是完全自然環(huán)境（自然大氣、土壤或水環(huán)境）、人工營(yíng)造環(huán)境以及人工營(yíng)造與自然環(huán)境共存的環(huán)境，將文物的賦存環(huán)境分為全暴露自然環(huán)境、半暴露自然環(huán)境和人工營(yíng)造環(huán)境。嘉峪關(guān)作為長(zhǎng)城遺產(chǎn)的重要節(jié)點(diǎn)，其賦存環(huán)境屬于接近城市的全暴露自然大氣環(huán)境，對(duì)于此種類型的遺產(chǎn)賦存環(huán)境監(jiān)測(cè)往往偏重于氣象要素、大氣質(zhì)量以及地震和振動(dòng)效應(yīng)的監(jiān)測(cè)，而環(huán)境風(fēng)貌作為珍貴文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境的直觀展現(xiàn)應(yīng)該受到持續(xù)的關(guān)注、監(jiān)測(cè)和管控，尤其是在極容易受到旅游開(kāi)發(fā)和建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)的情況下。

“遺產(chǎn)真實(shí)性”是列選世界文化遺產(chǎn)的原則性評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)之一，是理解遺產(chǎn)價(jià)值的基礎(chǔ)，也是對(duì)遺產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)研究、保護(hù)、規(guī)劃及利用的基礎(chǔ)，其主要內(nèi)容就包含了“位置及環(huán)境原真性”“精神與感受原真性”以及“其他內(nèi)部及外部因素的原真性”。賦存環(huán)境的完整性是變更演化過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定的景觀環(huán)境、人為建構(gòu)筑物等地物空間邏輯關(guān)系的完整性。對(duì)這種空間格局相互關(guān)系的維系，更能體現(xiàn)遺址內(nèi)涵的復(fù)雜性與對(duì)其空間邏輯可認(rèn)知性的要求，也更與遺產(chǎn)整體性保護(hù)的需求相吻合。嘉峪關(guān)遺產(chǎn)地從2014年開(kāi)始持續(xù)關(guān)注遺產(chǎn)本體對(duì)于氣象環(huán)境變化和局部微環(huán)境波動(dòng)的響應(yīng)，對(duì)木建筑關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、空間的局部風(fēng)速與溫濕度實(shí)施長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，同時(shí)也監(jiān)測(cè)了多處大環(huán)境的氣象情況，將遺產(chǎn)本體病害與載體要素更科學(xué)地開(kāi)展關(guān)聯(lián)性分析，為保護(hù)管理提供了系統(tǒng)、可靠的信息支撐。對(duì)于環(huán)境風(fēng)貌的監(jiān)測(cè)也從簡(jiǎn)單的攝影資料比對(duì)、衛(wèi)星圖片比對(duì)逐漸發(fā)展完善成為“大面積的衛(wèi)星圖片對(duì)比+小區(qū)域的無(wú)人機(jī)攝影資料比較+細(xì)部人工巡查”的監(jiān)測(cè)方式，通過(guò)對(duì)要素變化從宏觀到細(xì)節(jié)的關(guān)注和分析，全面、準(zhǔn)確地掌握遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)環(huán)境風(fēng)貌遷變的情況，及時(shí)評(píng)估賦存環(huán)境因素對(duì)遺產(chǎn)真實(shí)性、完整性的影響，聚焦關(guān)鍵要素進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)做出預(yù)警和反饋。

1 大范圍衛(wèi)星圖片比對(duì)

通過(guò)衛(wèi)星遙感等技術(shù)可以將一個(gè)區(qū)域內(nèi)的景觀風(fēng)貌和土地利用情況形成衛(wèi)星圖片，將同一地域前后兩個(gè)不同時(shí)期的衛(wèi)星圖片進(jìn)行疊加對(duì)比后，能夠掌握該區(qū)域地理要素、土地利用變化情況，對(duì)發(fā)生變化的地塊逐一進(jìn)行核查，評(píng)估區(qū)域內(nèi)自然資源管理秩序。衛(wèi)星圖片是文化遺產(chǎn)、歷史遺跡賦存環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要工具之一。通過(guò)分析衛(wèi)星圖片，可以識(shí)別地表的不同特征，如地塊、構(gòu)筑物、地形變化等，這些特征可能指示著引起環(huán)境風(fēng)貌重大改變的風(fēng)險(xiǎn)。比如：水土流失、坍塌、建筑活動(dòng)等，尤其是分布在偏遠(yuǎn)位置的遺址遺跡，缺乏對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)，極容易導(dǎo)致此類變化引起的本體嚴(yán)重性傷害。所以，定期進(jìn)行文化遺產(chǎn)周邊環(huán)境大范圍的衛(wèi)星圖片比對(duì)，可以引導(dǎo)監(jiān)測(cè)、巡查人員及時(shí)跟進(jìn)關(guān)注遺址、遺跡賦存環(huán)境的情況，有效阻止由環(huán)境要素變化導(dǎo)致文化遺產(chǎn)破壞的可能危害。

目前，能夠獲取到的衛(wèi)星圖片精度多在1～2.5m級(jí)，有的甚至能夠達(dá)到0.6m的精度，資料信息一般每年都會(huì)更新，一部分衛(wèi)星圖片刷新周期更短，有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性。衛(wèi)星圖片比對(duì)的突出優(yōu)勢(shì)是覆蓋面積大、宏觀性強(qiáng)，而且由于觀測(cè)平臺(tái)高的緣故，圖片的幾何畸變也小，用于大面積地塊的調(diào)查可有效提升效率。當(dāng)然，衛(wèi)星圖片調(diào)查比對(duì)也有其局限性，主要是地面分辨率低，成圖比例尺偏小，小尺度的變化不容易識(shí)別，而且衛(wèi)星圖片一般不具備立體觀測(cè)特性，不便于立體觀察。近年來(lái)，為優(yōu)化城市發(fā)展規(guī)劃布局，完善區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，先后有幾條公路鋪筑或穿行長(zhǎng)城，或與墻體相隔并行（圖1），雖然這類工程建設(shè)嚴(yán)格遵守文物保護(hù)的法律法規(guī)，沒(méi)有對(duì)長(zhǎng)城本體及建控區(qū)域造成重要影響，但是由此帶來(lái)的長(zhǎng)城遺產(chǎn)周邊環(huán)境風(fēng)貌的變化也能從衛(wèi)星圖片中有所窺見(jiàn)。此外，一些管線敷設(shè)和小體量建設(shè)活動(dòng)引起的地貌遷變也可以在衛(wèi)星圖片比對(duì)中被發(fā)現(xiàn)。

2 小區(qū)域無(wú)人機(jī)攝影監(jiān)測(cè)

無(wú)人機(jī)航空影像是低空航空攝影，目前已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于長(zhǎng)城的測(cè)繪、巡護(hù)工作，是重要的數(shù)字化信息采集手段。相較于衛(wèi)星圖片，無(wú)人機(jī)航空影像每幅圖片范圍較小，但分辨率較高，影像清晰而且細(xì)致，反映的地物也較豐富，比較容易判讀。在測(cè)繪應(yīng)用方面與傳統(tǒng)的地面測(cè)繪技術(shù)相比，無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、外業(yè)作業(yè)效率高、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理快、模型效果更真實(shí)等優(yōu)勢(shì)，還能觀測(cè)到一些因地形原因而無(wú)法觀測(cè)的盲區(qū)。無(wú)人機(jī)傳回的影像畫(huà)面、位置等信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，同一位置的多張照片進(jìn)行疊加、對(duì)比后，可清晰地看到長(zhǎng)城周圍地貌環(huán)境的變化。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)推動(dòng)了文化遺產(chǎn)領(lǐng)域測(cè)繪、監(jiān)測(cè)、巡查方式精細(xì)化、簡(jiǎn)易化的突破，也使得文化遺產(chǎn)數(shù)字化的工作有了更便捷實(shí)現(xiàn)的可能性。

但是從獲取成片的角度比較，無(wú)人機(jī)航空影像需要的工作周期較長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)難度也較大，而且圖片屬于中心投影，如果疊加飛機(jī)飛行姿態(tài)不平穩(wěn)造成的較大畸變，校正處理也比較復(fù)雜。針對(duì)無(wú)人機(jī)原始遙感影像畸變和失真情況，必須對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何處理，提取空間信息后按正確的幾何關(guān)系對(duì)影像灰度進(jìn)行重新采樣，形成新的正射影像，就能夠通過(guò)真實(shí)的影像、豐富的色彩客觀反映地表現(xiàn)狀，具有地面信息豐富、地物直觀等特點(diǎn)，并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的判讀與量測(cè)性能。作為“長(zhǎng)城-嘉峪關(guān)”遺產(chǎn)地實(shí)施賦存環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)措施，無(wú)人機(jī)攝影監(jiān)測(cè)的應(yīng)用取得了明顯的效果，不僅可以根據(jù)監(jiān)測(cè)的需要靈活規(guī)劃監(jiān)測(cè)的區(qū)段，而且能夠通過(guò)控制航飛高度獲得理想精度的影像資料，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)段長(zhǎng)城遺跡兩側(cè)水道變化、地貌變更、植被生長(zhǎng)情況的監(jiān)測(cè)（圖2），極大地豐富了文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的內(nèi)容，提升了相關(guān)工作的科學(xué)性、系統(tǒng)性，大量精細(xì)、直觀的影像資料也為保護(hù)管理、價(jià)值研究工作打下了扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 人工巡查

現(xiàn)場(chǎng)記錄是文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)工作中最真實(shí)記錄本體病害、賦存環(huán)境狀況的第一手資料，是不斷完善監(jiān)測(cè)資料的最主要途徑，現(xiàn)場(chǎng)記錄的內(nèi)容翔實(shí)，格式多樣，可通過(guò)文字描述、圖紙標(biāo)示、圖片影像以及可量化的現(xiàn)場(chǎng)記錄表對(duì)監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行不斷完善和規(guī)范②。其中，圖像記錄借助攝影技術(shù)能夠準(zhǔn)確記錄病害和環(huán)境的細(xì)節(jié)，為遺產(chǎn)保護(hù)提供直接的參考依據(jù)，作為直接記錄現(xiàn)場(chǎng)狀況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，攝影資料對(duì)于操作實(shí)施的要求也較為嚴(yán)格，不僅要克服地形地貌的限制，還要排除地域條件的干擾，由于可視角度范圍偏小，角度定位也會(huì)受到影響。所以圖片記錄人員需要具備一定的技術(shù)素養(yǎng)，通過(guò)利用、調(diào)節(jié)光影條件，加強(qiáng)畫(huà)面的空間感和立體感，創(chuàng)造氛圍，突出主題，使巡查照片能夠直觀、準(zhǔn)確地反應(yīng)本體病害和賦存環(huán)境狀況的特征，為后續(xù)的資料復(fù)核、影響評(píng)估等工作提供規(guī)范的參考依據(jù)。

直面遺產(chǎn)的人工巡查應(yīng)結(jié)合遺址本體特點(diǎn)，多樣式記錄，發(fā)揮每一種記錄方式的作用和優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)記錄需要從多方面、多角度、多層次出發(fā)，采用多種方式記錄遺址本體病害和賦存環(huán)境的相關(guān)狀況，完整的現(xiàn)場(chǎng)巡查記錄包括文本表格、照片影像等綜合記錄方式。巡查工作必須在長(zhǎng)期的實(shí)踐鍛煉、磨合中才能形成適應(yīng)遺產(chǎn)地監(jiān)測(cè)工作需要的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和方法，所有工作的程序和流程以及資料制作管理也需要在經(jīng)驗(yàn)成型后形成制度，才能確保巡查工作的連貫性和完整性。嘉峪關(guān)遺產(chǎn)地關(guān)于本體病害及賦存環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐，在充分利用各類儀器設(shè)備量化監(jiān)測(cè)之外，巡查與記錄工作也積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)（圖3），形成了系統(tǒng)的工作制度。每年度定期巡查記錄市轄區(qū)境內(nèi)烽火臺(tái)、營(yíng)堡遺址的病害和環(huán)境狀況，并形成監(jiān)測(cè)報(bào)告對(duì)保存狀況進(jìn)行評(píng)估。不定期的巡查監(jiān)測(cè)主要是圍繞破壞和威脅因素展開(kāi)，如車輛闖入、垃圾傾倒、旅游不文明現(xiàn)象以及強(qiáng)降水與強(qiáng)對(duì)流天氣后的反應(yīng)性巡查。此類病害、現(xiàn)象量化評(píng)估較難，只能以真實(shí)、細(xì)致的照片資料和現(xiàn)場(chǎng)記錄作為最主要的監(jiān)測(cè)記錄和檔案管理手段。

4 結(jié)論

珍貴歷史遺跡、文化遺產(chǎn)的賦存環(huán)境真實(shí)地記錄著全部過(guò)去氣候變化和地質(zhì)變遷的特性，是遺址、遺跡環(huán)境變化的“記錄本”。雖然氣候環(huán)境、地質(zhì)條件是不斷變化的，但為了保持文化遺產(chǎn)的原真性與完整性，可以應(yīng)用多種平臺(tái)的遙感、監(jiān)測(cè)技術(shù)建立一個(gè)系統(tǒng)性的賦存環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)制。

①嘉峪關(guān)遺產(chǎn)地監(jiān)測(cè)工作的一些應(yīng)用效果表明，衛(wèi)星圖片的比對(duì)在大范圍的環(huán)境變化感知方面具有優(yōu)勢(shì)，可以反映出大尺度地貌環(huán)境變化的信息；無(wú)人機(jī)攝影監(jiān)測(cè)有應(yīng)用靈活、畫(huà)面相對(duì)精細(xì)的特點(diǎn)，在小區(qū)域的巡查中可以發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星圖片中無(wú)法體現(xiàn)的環(huán)境要素變化；人工巡查是最容易實(shí)現(xiàn)，也是最直接面對(duì)文化遺產(chǎn)的監(jiān)測(cè)方式，可以獲得以上兩種方式無(wú)法達(dá)到的立體化觀感，巡查資料能夠真實(shí)記錄、反映環(huán)境風(fēng)貌變化的具體細(xì)節(jié)。

②單一方法應(yīng)用的效果是局限的、片面的，所以有必要從監(jiān)測(cè)工作的實(shí)際需求出發(fā)，充分利用衛(wèi)星圖片對(duì)比、無(wú)人機(jī)攝影、人工巡查的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，建立一種“大面積的衛(wèi)星圖片對(duì)比+小區(qū)域的無(wú)人機(jī)攝影資料比較+細(xì)部人工巡查”的監(jiān)測(cè)方式，靈活調(diào)整各種方式的應(yīng)用深度，在最小成本的條件下，充分利用空間信息技術(shù)的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)分析能力，強(qiáng)化多技術(shù)應(yīng)用的融合互補(bǔ)，達(dá)到最適用監(jiān)測(cè)效果。

文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)、保護(hù)工作不能弱化周邊載體環(huán)境的管控，通過(guò)系統(tǒng)、科學(xué)地對(duì)地貌環(huán)境開(kāi)展監(jiān)測(cè)，結(jié)合氣象、水文環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不斷完善文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境和保護(hù)工作的數(shù)據(jù)信息體系，可以更加真實(shí)、直觀地表達(dá)歷史遺址、遺跡的賦存環(huán)境情況，由此加強(qiáng)文化遺產(chǎn)本體與賦存環(huán)境的研究，主動(dòng)有效應(yīng)對(duì)包括氣候變化、人類活動(dòng)在內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素產(chǎn)生的影響，增強(qiáng)文化遺產(chǎn)賦存環(huán)境的韌性，高效地提升遺址文物預(yù)防性保護(hù)技術(shù)水平。

注釋

①汪怡珂，羅昔聯(lián)，陳思宇，等.文物的賦存環(huán)境及其預(yù)防性保護(hù)問(wèn)題[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2020，32（2）：95-102.

②裴強(qiáng)強(qiáng)，郭青林，楊善龍，等.巖土類遺址保護(hù)工程檔案編寫(xiě)初探[M].北京：科學(xué)出版社，2016.