無人機遙感技術與GIS系統在不可移動文物保護中的運用

摘 要：近年來，無人機遙感技術日趨成熟并迅速普及，成為各地文物主管部門爭相運用的新型文物保護方法。借助該技術，文物工作人員得以全面巡查鄉村邊遠地區的不可移動文物及其周邊環境，留存大量航攝影像資料。同樣，GIS系統也因其系統存儲影像數據資料和統一編輯空間地理信息的能力，成為另一種受到各地文物主管部門青睞的新型文物保護工具。而上海市金山區的文物主管部門正在利用無人機遙感技術與GIS系統守護著轄區內182處不可移動文物保護單位。

關鍵詞：無人機遙感技術;GIS系統;不可移動文物;金山

1 引言

文物承載燦爛文明，傳承歷史文化，維系民族精神，是祖先留給我們的寶貴遺產。黨的十九大指出，要加強文物保護利用和文化遺產保護傳承。近年來，習近平總書記多次就文物保護做出重要指示批示，強調保護文物功在當代、利在千秋，要合理利用好文物資源，讓中國文物“活”起來。

上海市金山區擁有六千年的人類定居史和近三百年的建縣史，擁有一大批具有不可再生性和不可移動性特征的歷史文化遺存。多年來，區文物主管部門在遵循國家“保護為主、搶救第一、合理利用、加強管理”文物工作方針的前提下，積極開展文物保護工作，但在遠離城鎮的鄉村地區，少數不可移動文物因其體量巨大、點位分散、位置偏遠等原因，難以獲得全面的影像與數據資料，仍是金山區文物保護工作的薄弱環節。有鑒于此，在社會經濟快速發展的今天，金山區文物主管部門依托數字博物館信息化管理平臺，對全區182處不可移動文物保護單位實施全覆蓋監控的同時，及時引入無人機遙感技術，留存大量鄉村邊遠地區不可移動文物及其周邊地區的航攝影像資料，并運用GIS系統存儲影像數據資料，編輯空間地理信息，為加強不可移動文物原址保護、促進不可移動文物數字化研究及提升區域文化軟實力提供了有效的借鑒。

2 無人機遙感技術及其運用

無人機遙感具有結構簡單、機動靈活與實時性強等獨特優點，正逐步成為衛星遙感、有人機遙感和地面遙感的有效補充手段①。借助該項技術，金山區文物主管部門得以全面巡查鄉村邊遠地區的不可移動文物及其周邊環境，留存大量航攝影像資料，為切實加強不可移動文物原址保護增添了新方法、開辟了新道路。

2.1 無人機遙感技術實際運用

以張堰鎮舊港村的區級不可移動文物保護單位張單氏節孝坊為例，它體量巨大、位置偏遠（衛新河與舊港河的交匯處），北側有占地約8畝（約5300平方米）的水果園，南側近張堰秦望白玉蘭生態園，西側為農田②。周邊在未進行村容村貌環境整治前，雜草叢生，僅通泥路，交通極為不便（圖1），給包括文物影像數據采集在內的保護工作帶來了巨大的困難。而且，節孝坊長期暴露在野外環境下，不斷遭受酸雨、風化等自然因素侵害，表面文字已經部分剝落、石質結構也遭到輕微腐蝕。若我們選擇傳統的數碼相機采集影像數據，則既不能輕易獲知建筑頂部的詳細情況，也無法直觀判斷周圍環境整治是否給節孝坊原址保護造成了影響（圖2）。

所幸，無人機遙感技術為我們解決了上述難題。首先，無人機不受地理條件制約，能夠自由出入人跡罕至、交通不便的邊遠地區，技術人員只需站在舊港河對岸的開闊地帶即可操控微型無人機;其次，無人機能夠即時變換鏡頭，采用俯拍視角獲取文物周邊環境的航攝影像資料，方便查看文物保護單位建設控制地帶內有無異常情況（圖3）;再次，無人機能夠通過四位懸停、鏡頭調向，全方位與多角度采集大型文物的影像數據（圖4所示）;最后，無人機具有慣性導航功能，所成影像自動帶有精確的位置信息與外方位元素①，可與尚未在基層普及的三維模型重建技術接軌。

2.2 無人機遙感技術不足之處

當然，無人機遙感技術目前也存在若干不足之處。首先，無人機對工作環境的要求較為嚴苛，雨雪大風天氣即無法實施外業操作;其次，微型無人機限高，無法全景式俯拍大型遺址類文物保護單位;再次，微型無人機限飛，囿于500米的飛行半徑范圍內，且特定區域內（如軍管的查山古文化遺址）默認禁止飛行;最后，無人機電池的續航能力有待加強。

但是瑕不掩瑜，在基層不可移動文物的保護工作中引入無人機遙感技術，仍不失為一次有益的探索與嘗試。金山區文物主管部門正是得益于此類便攜靈活、操作簡單的無人機，才得以獲取并留存大量不可移動文物的航攝影像資料，直觀判斷文物建設控制地帶內是否存在影響文物原址保護的違規操作的。

3 GIS系統及其運用

GIS系統是地理信息系統（Geographic Information System）的英文縮寫，是描述不可移動文物空間屬性的地理參照數據。借助GIS系統，文物工作者能夠系統存儲無人機遙感技術留存的影像數據，統一編輯文物的空間數據與地理信息，既方便后期文物的數字化點位查詢，也為及時發現與解決相關問題提供了有益的參考。

3.1 GIS系統實際運用

目前，GIS系統在金山區不可移動文物的保護工作中主要有兩大運用：

其一，借助GIS系統，金山區文物主管部門系統導入包括第三次全國文物普查成果在內的相關地理信息，明確了全區182處文物保護單位的空間分布格局，并建立起《金山區不可移動文物分布數字地圖》系統（圖5），完善《金山區文物普查檔案》（圖6）的同時，也為未來科學制定當地的文物保護政策、充分挖掘區域的文化歷史背景提供了翔實的實證資料參考。此外，GIS系統還能夠幫助金山區文物主管部門減少不必要的外業工作，在一定程度上緩解本區文物工作人員數量不足、巡查資金短缺的矛盾。

其二，借助GIS系統，金山區文物主管部門能夠明確轄區內古文化遺址的建設控制地帶范圍，積極配合上級主管部門按照法定程序，有序推進遺址范圍內的市政工程項目。以金山衛鎮市級不可移動文物保護單位查山古文化遺址為例，2018年，當地政府計劃在遺址內L地塊推進動遷安置房項目（圖7）。然根據《中華人民共和國文物保護法》第三章第二十九條規定，“進行大型基本建設工程，建設單位應當事先報請省、自治區、直轄市人民政府文物行政部門組織從事考古發掘的單位在工程范圍內有可能埋藏文物的地方進行考古調查、勘探”，故為了保護可能存在的地下文物埋藏，上海市文物局委托當時上海唯一具備考古發掘資質的上海博物館，聯合金山區文物保護部門共同開展了該地塊的考古工作。考古團隊正是通過后臺地理信息系統，迅速明確L地塊的四至范圍，布置出18條試掘探溝的點位任務的（圖8）。

3.2 GIS系統不足之處

同樣，GIS系統在金山區文物保護工作中的運用也受到如下諸多限制。首先，常見民用GIS系統資料不全面、不系統，2002年以前的在鄉不可移動文物，多半無法追述本體及其周邊環境的歷史變遷過程，需額外參考土壤普查資料與全區地籍資料;其次，判讀GIS系統內業工作的正確與否，尚需輔以現場的外業工作，尤其是在人煙稀少、植被茂盛的鄉村邊遠地區，以及大拆大建、地貌改變的城鎮更新過程當中，前者易為植被所覆蓋，后者則為建筑所遮擋，需文物保護工作人員現場進行巡查與核實。

4 結語

切實加強文物保護是文物工作永恒的主題，為貫徹落實新時代文物保護工作的改革要求，金山區文物主管部門及時引入無人機遙感技術，為全區182處不可移動文物保護單位及其周邊環境留存了大量的航攝影像資料。與此同時，主管部門也充分利用GIS系統存儲文物影像數據資料，編輯文物空間地理信息，編繪全區不可移動文物的數字分布地圖，既實現了相關資料的無紙化與數字化保存，也為包括考古發掘在內的古文化遺址保護工作提供了有效的借鑒與參考。

參考文獻

[1]上海市金山區第三次全國文物普查辦公室.上海市金山區第三次全國文物普查集[Z].2010-01.

[2]上海市金山區第三次全國文物普查辦公室.第三次全國文物普查不可移動文物登記表[Z].上海市文物局.2010-06.

[3]李德仁，李明.無人機遙感系統的研究進展與應用前景[J].武漢大學學報（信息科學版），2014（5）.

[4]于丙辰，程剛、段淼然，等.無人機遙感在大型不可移動文物三維重建中的應用[J].測繪通報，2017（5）.

【作者簡介】陳吉（1989—），男，上海松江人，碩士，上海市金山區博物館助理館員，主要研究方向：文物保護、館藏碑刻與金山歷史地理。

①李德仁、李明：《無人機遙感系統的研究進展與應用前景》，《武漢大學學報（信息科學版）》，2014年5月。

②上海市金山區第三次全國文物普查辦公室：《上海市金山區第三次全國文物普查集》，內部刊物，2010年1月，91-92頁。