遙感技術在歷史文化名城保護與監測中的運用*
——以大同為例

傅舒蘭 游奕輝 龐佳燕

由于近年來穩定經濟增長帶動的旅游需求（國家旅游局2016）、國家產業結構調整的宏觀需求（國家發改委2005），以及文化強國戰略對城市歷史文化遺產保護重要性的進一步強調（習近平2013），越來越多城市管理者認識到歷史城區的價值，試圖通過規劃建設、帶動以旅游業為主的關聯第三產業，實現城市轉型。隨著規劃建設工作的開展，矛盾與問題也日益突出，其中主要是保護與發展的矛盾。這對矛盾從1980年代初全國展開舊城改造就一直存在（侯仁之1980，范耀邦1981），最早提出的保護歷史城區及“歷史文化名城”概念，就是針對舊城改造導致大量歷史城區消失的問題。但是，由于舊城改造通過拆遷重建帶動土地流轉達到增值（武廷海等2012），在拉動城市經濟快速發展方面有顯著優勢，因此現實許多歷史城區保護規劃建設工作的展開，多少植入了舊城改造的邏輯。歷史城區保護過程中的拆遷重建，不僅引發了建設導致的空間要素改變是否違反保護準則、是否影響或損害了歷史價值的爭議，同時也出現了受人口、地權、資金流轉等要素改變影響產生的社會問題。

針對前一種建設導致空間要素改變的問題，住建部從2010年開始推進保護狀況評估檢查、建立規劃動態監測系統、推進督察員制度建設等（孫安軍 2010），并于2017年與文物局共同發布了建規[2017]221號文件，展開全國性的名城保護交叉互評與國家部局抽查工作。從文件提出的8項具體評估內容來看，保護的范圍、數量、建筑性質、基礎設施、居住人口的變化程度，是衡量歷史城區是否瀕危的要點。但從評估工作的開展來看，要點數據并不足以涵蓋城區整體空間變化特征，同時評估依靠主觀打分、缺乏具體標準和客觀工具等問題仍然存在。同時，國際文化遺產保護領域，也針對歷史城市保護面臨的開發困境提出了歷史性城市景觀（HUL）的概念，試圖為歷史城市保護提供依據（聯合國教科文組織2011），但因其缺乏明確的操作系統，較難直接運用于實際的保護工作。所以總體來看，國內外對于歷史城市保護的討論，都集中到“過程”與“變化”這兩個要點上，需要針對矛盾集中、問題頻發的實施過程，進行深入解析和研究，設計出能較為客觀和系統評估的方法。

本文主要從已廣泛應用于國土資源監測領域的遙感影像實時監測土地利用的方法獲得啟發。相對于獲得困難、更新周期較長的城市地圖，遙感影像具備更新周期短、獲取方法多樣、空間信息充分等特征，具備實時監測的廣闊應用前景（李世順 1988）。隨著技術不斷成熟，2000年以后將遙感影像應用于城市土地利用或環境變化監測分析的應用型研究，呈現井噴式發展。其中圍繞城市土地利用，從早期主要關注城市與自然環境關系、將土地劃分為城鄉建設用地、耕地、草地、林地、水域用地和未利用用地等的宏觀分類方法，到圍繞新需求而進一步發展出了可面向對分類、有效識別建筑物（丁輝2018，劉文濤2018）等更為復雜要素的信息提取方法。正是在這種技術發展的前提下，本文擬提出的方法才具備了推廣應用的可能性。

1 案例選擇

因城市發展戰略轉型的需求（曹昌智 2008），山西大同從2008年開始了圍繞“名城古都保護復興”（耿彥波 2010）為主題的一系列城市建設。建設實踐因其規模龐大、推進快速、問題頻發，引起了學界與國內外媒體的廣泛關注。爭議較大聚焦在歷史城區保護的領域，國內有質疑建設是否符合遺產保護準則（阮儀三 2013，張松 2013）、關注建設引發的文物周邊歷史環境改變和空間邏輯消亡等問題（李晶晶2013，付清遠2012，汪芳等2017）的文章；國際上也有基于歷史城市形態演變質疑真實性（Fu & Hillier 2018）、專門討論主導者耿彥波（Cui 2018）的研究。同時項目推進的過程中，也出現了政府赤字資金短缺、工程停工、拖欠工人工資，投資商撤資造成的新建設施空置、滋生犯罪，拆遷安置補償不利引發的居民投訴等社會問題（王力凝2013，張海林2012）。這些問題或多或少在其他城市的歷史城區保護和建設過程中出現，因此選擇大同作為案例進行研究，不僅具備典型性、針對性，也有普遍意義。

對于此起彼伏的問題和爭議，目前雖然不乏從經濟發展和民生改善的角度予以回應的報道（楊彥2012，張吉福2016），由參與建設規劃工作主體進行的再評估與調整性設想的提出（王軍 2016），但總體上仍缺乏非利益相關主體、通過客觀綜合測評給出的正面回應。其中，尤其缺乏對建設實踐過程進行深入且全面解析的研究。不同階段的空間實踐導致了歷史城區內哪些主要要素的變化？這些變化是否與預期相符、是否與問題的產生直接相關？如何圍繞歷史城區保護的目標，選定要素進行有效測量？測量結果旨在綜合反饋歷史城區空間變化特征，并進一步對解決梳理出的問題、建立調控手段等提供扎實基礎。

參考不同歷史時期建設形成的大同主城區范圍（大同市地方志編撰委員會2000）與2008年“名城古都保護復興”建設實踐的主體范圍（大同市2013），選取了以平城街（北）、北都街（南）、魏都大道（西）、御河西路（東）為界限的區域（圖1），作為研究的空間范圍。時間上，則以大規模建設啟動的2008年作為起點，考察2008年到2017年的10年建設期。

2 方法設定

考慮分析材料所需的精度與獲取便利性，研究主要使用了Google Earth Pro軟件獲取遙感影像。平衡作業量與變化反饋的有效性，考慮將2008年到2017年的10年建設期以2年為間隔均分5段，前后共選取6個時間節點進行遙感影像的截取。瀏覽Google Earth Pro所載2005年4月以來數月更新一次的所有影像后，將6個時間節點進行圖像截取的空間分辨率設為4m。最后比較各時間節點前后圖像，排除云霧遮擋、選取所載有效信息最為充分的時間截面獲取遙感圖像，并對其進行統一坐標校正，以便進行不同時間節點的分析比較。選取結果如下（表1）所示：

分析方法主要采用現有成熟的城市形態學研究城市形成演變的方法（田銀生2010），從空間形態與空間使用性質兩個主要方面來觀察和分析歷史城區空間變化特征。同時，采用建筑類型學的原理，將第一方面的空間形態，拆解為實體建筑與外部空間進行分類。實體建筑與外部空間，均可根據其尺度、形態特征分為不同類型。不同類型的實體建筑與外部空間，通常對應不同的使用功能。而使用功能則直接與第二方面的空間使用性質相關聯。因此，在對遙感圖像進行界面識別、區分實體建筑與外部空間后，基于類型學原理根據空間特征與使用性質，將實體建筑與外部空間進一步細分，可更好提供各時間節點的空間特征。

表1 研究時間節點及相應的遙感圖像選取匯總表

從遙感圖像包涵信息來看，可用于區分和判斷分類的主要圖像要素，主要有以下幾種：建筑屋面的大小、形狀、排列組合，建筑投影的相對大小（對應層高），場地的大小、形狀、硬化率、植被覆蓋率等。使用以上要素進行組合，首先對2008年6月節點（建設前）的圖像進行試判別，可識別類型主要為：主要道路（定寬以上、線性、連續貫通）、廣場公園（大面積場地、大比例硬化或植被、小比例建筑）、傳統四合院（小進深、坡屋面、有機圍合、一層）、平房（小進深、平屋面、條狀、低層）、大院（中進深、規整圍合、多層）、多層住宅 （中進深、行列、多層）、學校（中進深、多層、與場地組合）、工廠（大進深、低層、與場地組合）、公共建筑（大進深、多層高層）；再對2017年6月節點（建設后）的圖像進行試判別，可識別的類型除以上幾種外，增加的主要類型包括：拆除待建場地（硬化與植被覆蓋率低）、在建場地（硬化與植被覆蓋率低、中等比例建筑）、仿古建筑（中大進深、坡屋面、規整圍合、多層）。

通過試行分析，以上分類可基本覆蓋研究對象。但是，分析結果對于研究重點關注的建設過程變化與歷史環境變化，體現不夠顯著。因此考慮增加以下兩個環節：一是增加前后時間節點對比，以區分新舊關系；二是對于僅靠遙感圖像難以判定的重要歷史建筑（文物保護單位）及其周邊附屬環境，予以事先圈定。綜合以上考慮，設定基本識別類型及具體識別標準，如圖2所示：

3 運用分析

運用以上方法分析目標遙感圖像，并結合一次場地調研、核實修正分析邊界后，輸出成果如（圖3）所示。對比2008年與2017年兩個時間節點的圖面色塊，可以非常清晰地看出城市道路網格、街區尺度、重要歷史建筑的周邊環境顯著變化，各類住宅銳減、公園綠地激增。但具體變化過程、變化程度以及特征，需進一步抽出數據、歸類分析。

從題設總體目標——歷史城區空間變化特征的測評來看，重點分析考察的內容有兩點：第一點是，歷史空間要素的變化，這一點主要考察歷史相關空間的整修、新建，反映歷史城區的真實性變化程度；第二點是，城區空間用途的變化，這一點主要考察歷史城區的空間使用功能的配比、歷史城區是否總體具備正常的城市功能？

由于識別類型中，先期考慮了重要歷史建筑及其周邊附屬環境的選取，同時通過對建設前后階段以及新建建筑類型的區分，可以直接選取相關識別類型的數據，考察第一關注點的歷史空間要素的變化，分析結果如（圖4）。可以看出傳統四合院、文保周邊場地、大院等均有不同程度的減少，其中尤為顯著的是不在國家文物保護范疇內、但因總量較大對歷史城區面貌起支配性影響的傳統四合院的減少。同時對應減少、顯著增加的是修建的歷史景點與新建仿古建筑。從建設增加速度來看，前期與傳統四合院的減少基本保持同速；2012年后則明顯放緩、增加不多，但四合院仍大量減少。從以上分析可見，雖然歷史城區內掛牌保護的建筑及其附屬的周邊場地變化程度不大，但是由于在可傳遞歷史信息的要素中占最大比例的傳統四合院急劇減少，消失約四分之三，城區內歷史風貌幾乎整體發生變化。原有場地大部分由新修建歷史景點與新建仿古建筑替代。同時，后期建設資金不足而出現的空地，也加劇了歷史風貌發生了劇烈變化。若將歷史城區作為一個整體來看，這些要素變化所帶來的對于歷史城區真實性的質疑是不可否認的。而傳統上僅關注已登錄保護點的存改與否，忽視其他占極大比例、同時帶有歷史信息類型的評估方法，運用在建筑類型多樣的歷史城區中，顯然是有缺陷的。

歷史城區的空間功能配比，需要對可識別類型進行符合城市空間使用功能基本分類的歸總。在城市規劃領域，與空間使用功能最為接近的是規劃用地性質的概念，但基于建筑類型所做的識別分類，無法達到國標規定用地分類的細致度。因此在歸總中，采用了參考現行規劃用地分類標準、但堅持了參考有規劃用地分類，但以建筑或場地的使用功能為主進行分類的原則，將測評范圍內的城市空間使用功能，歸總為居住、教育、服務、開放綠地、景點公園、工業、道路交通、待定、空置等9類（圖5）。基于以上城市空間使用功能的分類，考察第二關注點的空間使用功能的變化，可得數據分析結果如圖6。可以看出，呈顯著減少的有居住與服務兩類，其中變化尤其劇烈的，是居住功能占比由60%減少到15%以下，大大低于規范建議的最小值25%；相對呈顯著增加的是景點公園、開放綠地、與待定三類，景點公園增至10%、開放綠地增至20%以上，大大超出標準建議城市公園綠地占總用地面積的10%－15%。可以得出評估結論，歷史城區的空間功能配比發生了劇烈變化，滿足城市最基本功能——居住的喪失，是直接導致建設后歷史城區缺乏人氣的根本原因。因此，可以對在建、未建而功能待定的約17%用地，提出增補歷史城區居住功能配比的建議。

4 總結

本文基于大同歷史文化名城核心區的案例，通過分期考察遙感圖像，結合形態學和類型學原理，捕捉建筑空間類型，量化分析建設前后變化程度，進而通過與空間使用建立對應聯系，量化分析變化總體特征，從而得出基本滿足歷史城區空間變化特征——包括歷史空間要素變化、城市空間使用功能變化的測評方法。如果將其投入實際運用，不僅可以在建設早期發現劇增、劇減以及比例大幅度失衡等問題，及時調整和改良規劃建設方案，同時作為一種時效性強、開放性大的手段，還可以通過增加時間截面、調整分類、增加過程數據對比、與其他數據聯系對比（比如人口數據）等等，有助于進一步對相關建設與保護性問題的探討與解決。

當然，我們也在調研和方法論證的過程中，注意到歷史文化名城保護工作的復雜性。除了重要性較為顯著、業已指定為文保單位和歷史建筑的部分外，其他歷史時期形成的空間要素是否也應作為影響名城環境變化的要素予以重視？除了本文重點研究和探討的建設過程中物質空間變化——這類較易通過遙感捕捉和量化評價的內容之外，是否還有更為根本的、可見或不可見的決定性影響因素？比如城市建設的資金滾動方式、建設主導者的思想軌跡變化等等，都是值得進一步拓展和研究的對象。

注釋：

①根據《地圖管理條例》，普通研究者很難獲得標有地形、建筑信息的詳細城市地圖。且這些地圖更新周期相對較長，通常在大規模城市建設結束后，才進行更新。

②根據筆者于2018年12月7日檢索《中國知網》的不完全統計，2002年到目前為止應用類的碩士論文164篇、博士論文49篇、期刊論文40篇。

③多為1950年代后居民占地自建的簡易住房。

④1950年代后期受蘇聯影響建設的圍合式單位住宅，通常3－5層。

⑤1980年代開始建設的居民住宅小區，通常5－7層，行列式排布。

⑥需要說明的是，由于論文重點在于分析建設中的空間要素變化和變化捕捉分析中的遙感技術運用，因此不對“何為歷史空間環境”的問題展開討論。研究中涉及歷史環境空間要素的評價，主要考慮通過各級評定、重要性較為顯著的文保單位和歷史建筑及其周邊環境。

⑦對于周邊附屬環境，并非保護廣義的setting概念，而是指與文保建筑屬于同一管理范疇的場地和附屬構筑物，一般按照文保單位的保護范圍選取邊界。