永順土司城遺址衛星遙感監測預警方式研究

田建林，楊海榮

(吉首大學 土木工程與建筑學院，湖南 張家界 427000)

0 引言

當前，世界自然遺產地監測的方法主要有獲取衛星遙感數據實施監測、獲取研究區域斷面數據實施監測以及在研究區域進行布設監測點以獲取布點數據來實施監測等幾類[1]。衛星遙感監測具有整體宏觀、覆蓋面廣、時效性強等特點。因此，利用衛星遙感影像來獲取監測數據，具有節省人力物力、信息處理客觀、動態可比性強等優點[2]，但同時也存在監測類別不全、部分信息精度不高的缺陷。因而，世界自然遺產的監測所采用的方法不一而足，需針對監測的內容靈活采用不同的方法，具體的監測方案往往是多種方法的組合。此外，不同的世界自然遺產所處地理環境大不相同，監測內容和需求也存在一定的差異，因此其監測方法也應因地制宜地進行選擇。文章從永順土司城監測預警的實際需求出發，參照同類遺址監測的指標體系，探討了利用遙感技術對其進行監測預警的思路與方法。

1 研究區概況

永順土司城遺址是我國歷史最悠久、規模最大、保存較完整的古代城鎮遺址。遺址位于湖南省永順縣城區東偏北方向18 km，背靠太平山，前有靈溪河蜿蜒流過，地理坐標為N28°59′55″，E109°58′10″。

遺址所在地永順縣地處武陵山脈中段，位于云貴高原東緣的揚子準地臺八面山褶皺帶，是武陵褶皺束與江南地軸的結合部位[3]。遺址及其周邊的表層土壤主要由第四系地表土壤層、素填土層、殘坡積成因的黏性土層(當地又叫巖砂土)和沖洪積砂卵石組成，下層基巖主要由寒武系中上統白云巖、白云質灰巖，夾薄層鈣質頁巖等組成，與下伏奧陶系統地層整合接觸[4]。遺址所在地屬亞熱帶季風溫暖濕潤氣候區，周邊主要河(溪)流有靈溪河、雅松溪和羅子灣溪等[5]。

遺址保護區總面積25 km2，土司城城區(核心區域)面積25萬m2。土司城城區保留了體積龐大的城墻和建筑，城址包括宮殿區、衙署區、街巷區、墓葬區、宗教區、苑墅區等幾個區域，主要遺址文物有祖師殿、彭氏宗祠、土司德政碑、翼南牌坊、土司地宮、土司古墓群等。

2 遺址監測內容與需求分析

永順土司城遺址監測內容主要包括遺址與文物本體監測、遺址周邊自然環境監測以及遺址周邊人文社會環境監測3個方面，具體監測需求分析如下。

2.1 遺址與文物本體監測

遺址與文物本體監測主要包括遺址的總體格局變化、遺址內部構建筑物變形、文物實體保護微環境等。

2.1.1 遺址總體格局變化監測

遺址總體格局變化監測需求主要是及時發現遺址邊界及內部格局變化，包括遺址外界變遷、遺產監測要素遷移、內部主要道路、廣場格局變化、地形地貌形態改變等。

2.1.2 建筑物變形監測

建筑物變形監測需求主要是及時發現遺址內部建構筑物的結構與構造變形。土司城內部的主要建構筑物有：祖師殿、彭氏宗祠、土司德政碑、翼南牌坊、土司地宮、土司古墓群等，要針對其不同材質、不同結構與構造功能開展各類變形監測。

2.1.3 文物保護微環境監測

土司城遺址現存有大量的文物實體，主要包括各類壁畫、繪畫、陶器、瓷器、玉器、金銀飾物等。不同材質文物實體的長期保存對局部微環境的要求極其嚴苛，因此需要長期持續監測其局部微環境的變化，如局部氣溫、濕度、氣流、有毒有害氣體、病蟲害等。

2.2 周邊自然環境監測

外部大環境是內部小環境的基礎本底，因此，除內部、局部環境監測外，對一定范圍內的周邊自然環境監測也同樣重要。遺址周邊自然環境的監測主要是及時發現因周邊自然環境的變化而帶來的遺址內部環境變化。其監測的項目除了遺址內部微環境監測的項目外，還包括更大范圍的土壤、地質、土地利用與覆被(Land-Use and Land-Cover Change，LUCC)、氣象、大氣、微生物與病蟲害等。

2.3 周邊人文社會環境監測

環境是人與自然的耦合系統，人口變化、土地利用方式、經濟發展方式(模式)、文化價值觀念等時刻映射著人與自然這一系統地相互作用。對遺址周邊人文社會環境的監測需求主要是及時掌握遺址內外部人口數量與密度、土地性質、土地利用類型、生產經營方式、輿情與價值觀等方面的變化。

3 衛星遙感監測方式及方法分析

3.1 監測手段及適應性分析

依據永順土司城遺址的監測預警內容和需求確定永順土司城遺址監測指標18個，各監測指標包括檢測具體內容2～5項不等，如表1所示。現有的監測手段各有所長，因此需針對不同的監測需求尋求合適的監測手段。總體來說，宏觀、整體性格局、大環境宜采用衛星遙感監測；局部細微變化監測需借助精密儀器實時監測；一般項目的監測可采用傳統人工現場監測。針對不同監測對象(內容)而采用的監測手段及適應性分析如表1所示。

表1 監測內容與監測手段適應性分析

3.2永順土司城衛星遙感監測預警方式的探討

通過分析可知：在上述永順土司城監測預警指標體系中，依據現有的衛星遙感監測技術條件，有多個監測指標、多項監測內容均可直接或間接應用衛星遙感技術，就其遙感衛星監測思路與方法探討如下。

3.2.1 直接判譯

利用衛星遙感技術可直接開展監測的項目有土地利用覆被變化、建筑(水體)面積變化、交通網絡變化、景觀格局變化等。這些項目的監測可依據監測需求，選用合適分辨率的衛星影像，經專業圖像處理后實施影像解譯，結合“3S”技術，可直接進行判譯并實現動態監測。

3.2.2 數據挖掘與信息轉換

在永順土司城監測預警指標體系中，有一些指標中的部分監測信息雖然無法通過衛星影像直接判譯，但可以通過獲取衛星遙感影像相關信息后，進行數據(信息)轉換后獲得。這一類監測內容包括高程變化、地貌變化、森林覆蓋度、極端天氣等。另外，由于監測原理、方式、方法等的不同，衛星遙感監測和人工監測的結果相比較往往存在較大的偏差，衛星遙感技術在這些方面的應用依賴于建立二者之間精準的轉換(或關聯)模型。當然，為提高相關模型的精度，大量的數據挖掘、分析和驗證工作亟待開展。通過數據挖掘與信息轉換，能夠開展衛星遙感監測的項目有水質、土壤濕度、地表溫度等。

3.2.3 輔助驗證

此外還有一部分監測指標(內容)，目前利用衛星遙感技術尚無法達到目標精度，但能宏觀反映變化趨勢，實施這些項目的衛星遙感監測可以作為人工監測結果的輔助驗證。這一類監測指標包括地表溫度、病蟲害分布、GDP、生產經營方式等。

4 結語

基于世界自然遺產監測預警的內在要求和永順土司城遺址的實際情況，采用多種途徑、多種手段實施全方位立體監測是遺址監測預警的實際需要。永順土司城遺址監測可采用衛星遙感監測、激光掃面監測、傳統人工監測等多種手段，優勢互補、互相驗證，實施全方位立體監測。隨著衛星遙感技術的進一步發展，它在古遺址監測方面的應用將日益廣泛和深入。