現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)在土遺址保護(hù)中的應(yīng)用——以嘉峪關(guān)長(zhǎng)城為例

陳穎，張曉東，柳君君，徐曉君，張翔，許德臣

（1.嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.嘉峪關(guān)長(zhǎng)城博物館，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)在土遺址保護(hù)中的應(yīng)用——以嘉峪關(guān)長(zhǎng)城為例

陳穎1，張曉東2，柳君君1，徐曉君1，張翔1，許德臣1

（1.嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.嘉峪關(guān)長(zhǎng)城博物館，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著文物保護(hù)工作的迅速發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)大規(guī)模的用于文化遺產(chǎn)保護(hù)，逐步實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)手段從人工觀察、直覺判斷同科學(xué)儀器和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)測(cè)的結(jié)合。嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心聯(lián)合江蘇瀚遠(yuǎn)科技股份有限公司對(duì)遺址區(qū)域狀況進(jìn)行了調(diào)研監(jiān)測(cè)，搭建了基于現(xiàn)代信息技術(shù)的文物監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)，對(duì)各類監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和共享，并把批量數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的處理軟件以圖、表和文字的形式直觀顯示出來，根據(jù)這些圖表數(shù)據(jù)，使世界文化遺產(chǎn)---萬里長(zhǎng)城的監(jiān)測(cè)工作更加科學(xué)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和信息化，使得我們能夠及時(shí)了解文物保存狀態(tài)，進(jìn)而制定出更為合理的調(diào)控措施。

現(xiàn)代監(jiān)測(cè)技術(shù)；文物監(jiān)測(cè)；土遺址

0 引言

嘉峪關(guān)長(zhǎng)城是中國(guó)西部文化遺產(chǎn)中典型的土遺址類型，因年久失修、日照風(fēng)雨侵蝕等因素影響，夯土墻體出現(xiàn)了墻體表面風(fēng)化、酥堿脫落、坍塌裂縫傾斜等現(xiàn)象，嚴(yán)重制約著文化遺產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。為此，嘉峪關(guān)市世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)中心在國(guó)家文物局的大力支持下，聯(lián)合江蘇瀚遠(yuǎn)科技股份有限公司共同啟動(dòng)了“嘉峪關(guān)文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警工程”。

目前已完成了一期的建設(shè)內(nèi)容[1]，最終將實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立預(yù)警指標(biāo)體系,制定預(yù)警閾值，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性保護(hù)，以此旨在減緩或降低各類風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)土遺址帶來的危害，使嘉峪關(guān)關(guān)城得到更科學(xué)有效地保護(hù)。

嘉峪關(guān)長(zhǎng)城出現(xiàn)有墻體傾斜開裂，夯土剝落，墻體底部返潮泛堿、磚體碎裂脫落，掏蝕現(xiàn)象等[2]現(xiàn)象。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法比較落后，多是目測(cè)、敲擊、人工測(cè)量、拍照等簡(jiǎn)單的手段，沒有形成完整的監(jiān)測(cè)體系，缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性，這些技術(shù)手段很大程度上影響了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備性、連續(xù)性、全面性和可用性。此次嘉峪關(guān)文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警工程借鑒漢長(zhǎng)安城遺址、絲綢之路陜西段葉點(diǎn)、南京明城墻等項(xiàng)目，結(jié)合西北地區(qū)特殊地理環(huán)境及遺址類型制定了監(jiān)測(cè)工作設(shè)計(jì)方案，即通過各類微型傳感器協(xié)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，再通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，最后通過通信網(wǎng)絡(luò)，以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端[1]。

1　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理軟件平臺(tái)

1.1科學(xué)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

針對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)病害嚴(yán)重的區(qū)域，科學(xué)確定實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位：（1）墻體裂縫：針對(duì)裂縫明顯的內(nèi)城墻體內(nèi)部、羅城城墻夯土斷面處、南北甬道外墻等處，獲取裂縫值。（2）氣象：結(jié)合區(qū)域微環(huán)境的地理?xiàng)l件，合理安裝全自動(dòng)氣象站和積沙儀，獲取風(fēng)速、溫度、降雨量和積沙量等。（3）壓力：安裝在內(nèi)城南北兩段城墻夯土層內(nèi)，獲取壓力位移值。（4）傾斜：水平測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)四個(gè)角樓和東閘門墩頂端；懸掛測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)風(fēng)力、地質(zhì)等作用下柔遠(yuǎn)樓、光化樓、嘉峪關(guān)樓的四個(gè)角柱及東閘門；固定測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)北箭樓南段夯土層內(nèi)，分別獲取傾斜位移及角度。（5）沉降位移：安裝在地基沉降的北箭樓南段夯土層內(nèi)，獲取該段的沉降位移值。

1.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、處理和應(yīng)用

該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為傳感器原始數(shù)據(jù)的傳輸手段，通過中間件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，將處理結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫中。終端運(yùn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件，通過訪問數(shù)據(jù)庫獲取傳感器探測(cè)到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)多種圖表輸出、超限值報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)及時(shí)了解監(jiān)測(cè)信息，對(duì)可能發(fā)生的險(xiǎn)情提前預(yù)警，形成應(yīng)急方案，實(shí)時(shí)處理和管理[3]。（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看及生成圖形。軟件可以查詢單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，或者根據(jù)需求同時(shí)查詢多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)查詢的數(shù)據(jù)可以同步生成圖形，顯示相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)、監(jiān)測(cè)量類型、指定時(shí)間段等（圖1）。（2）數(shù)據(jù)分析計(jì)算。軟件通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析、整理，計(jì)算得出專業(yè)數(shù)據(jù)，如各項(xiàng)數(shù)據(jù)平均值等。（3）指標(biāo)間橫縱向?qū)Ρ确治觥Ｈ缭谕粫r(shí)間段或同一監(jiān)測(cè)位置的溫度、濕度、裂縫、沉降等監(jiān)測(cè)量之間的變化關(guān)系（圖2）。（4）監(jiān)測(cè)預(yù)警。分析歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置監(jiān)測(cè)參數(shù)許可范圍，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息超出該范圍后，預(yù)警信息箱將會(huì)顯示紅色信息，同時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)部署圖上相應(yīng)標(biāo)識(shí)也會(huì)顯示紅色[3]（圖3）。

圖1　烽火臺(tái)墻體裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

圖2　光化樓一、二、三樓西南角風(fēng)速風(fēng)向關(guān)聯(lián)對(duì)比

2　結(jié)語

即將建設(shè)完成的嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警信息管理平臺(tái)，其智能化、網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)理念不僅實(shí)現(xiàn)了文物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化管理分析，而且也減輕了文物保護(hù)工作者的工作量。

同時(shí)，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)文物現(xiàn)存狀態(tài)的變化起到及時(shí)預(yù)警的作用。雖然該平臺(tái)初步實(shí)現(xiàn)了這一功能，但是更加深入的數(shù)據(jù)分析、科學(xué)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)和精準(zhǔn)的預(yù)警閾值還是今后監(jiān)測(cè)工作的重要任務(wù)，旨在最終形成一個(gè)先進(jìn)、實(shí)用和高效的面向文物保護(hù)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。

圖3　Gis圖像上顯示預(yù)警的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

[1] 嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系總體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案.

[2] 張曉東，張斌.嘉峪關(guān)關(guān)城現(xiàn)狀調(diào)查及病害初步分析研究[J].敦煌研究，2009,6(118):87～92.

[3] 李庫，程蓓等.現(xiàn)代信息技術(shù)在文物遺址環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].文博，2013,5.

TP3 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A

1671-0711（2016）09（下）-0159-02

2014年度甘肅省級(jí)文物保護(hù)科學(xué)和技術(shù)研究立項(xiàng)課題《嘉峪關(guān)世界文化遺產(chǎn)監(jiān)測(cè)需求研究》（GWJ2014021）。