文化景觀遺產數字化記錄及保護創新

郭曉彤

楊 晨*

韓 鋒

近年來，數字化技術在文化遺產研究和實踐中扮演著越來越重要的角色。數字化技術能改善記錄、存儲和傳播文化遺產信息的方式，使其更加完善、易用，同時也不斷激發遺產保護的新視角。第19屆國際古跡遺址理事會(ICOMOS)全體會議將“數字賦權時代的文化遺產保護和闡釋”(protecting and interpreting cultural heritage in the age of digital empowerment)作為會議四大核心議題之一，數字化保護已經成為當代文化遺產研究和實踐的重要趨勢和新興領域。作為基礎，建立文化遺產的數字化記錄是該領域的重要研究方向。記錄(recording)是保存文化遺產信息的核心載體，當遺產本體遭到破壞，記錄就成為獲取遺產信息的唯一來源。同時，記錄也是保護遺產真實性、完整性的主要依據和提升遺產價值認知的重要手段[1]。遺產記錄工作長期受到國際遺產保護領域的重視。早在1968年，ICOMOS就成立了國際文化遺產檔案科學委員會(CIPA Heritage Documentation)，其核心任務是“利用測量、可視化，以及各類計算機技術輔助文化遺產的記錄、保護和存檔工作，緊跟技術前沿，保證對遺產保護、教育和傳播的有效性”①。CIPA全球雙年會已連續4屆以數字化遺產記錄為主題，并將其定位為未來發展的關鍵領域。

針對特定遺產類型開展數字化記錄研究是目前該領域的重點內容。《倫敦憲章》制定了文化遺產數字化表現的原則，并鼓勵各國在此基礎上細化各個遺產方向的具體表現方法[2]。但是，該領域的研究和實踐較多圍繞相對“傳統”的遺產類型，例如建筑遺產記錄及三維可視化[3]、虛擬現實考古[4]、非物質文化遺產記錄和再現[5]，以及可移動文物虛擬保存和修復[6]等，對于文化景觀這一相對“年輕”的遺產類型來說，其數字化保護理論和實踐尚未得到充分開展。文化景觀遺產在空間特征、要素構成、價值內涵和管理需求等方面具有獨特性，盲目借用方法和技術可能造成保護重點的偏離，一味追求新技術和高精度數據可能降低信息的可用性并導致資源浪費。因此，開展文化景觀遺產數字化記錄專項研究，理清思路和重點，對保護工作的科學化和現代化發展具有重要意義。

1 文化景觀遺產記錄的需求和重點

遺產記錄的核心目標是科學有效地捕捉、表現和傳遞文化遺產的特征和價值。因此，識別文化景觀遺產的特征是討論記錄工作的基礎。世界遺產委員會將文化景觀遺產界定為“自然與人類的共同作品”，“反映了因物質條件的限制和/或自然環境帶來的機遇，在一系列社會、經濟和文化因素的內外作用下，人類社會和定居地的歷史沿革”[7]。《世界遺產公約》將文化景觀遺產分為3個子類，即有意設計的景觀、有機進化的景觀和關聯性文化景觀，并揭示了文化景觀遺產三方面的重要屬性。1)創造性：文化景觀是“特定文化族群在自然環境中創建的樣式”[8]，物質空間特征是反映文化景觀中人與自然互動的核心載體，最具代表性的是園林和公園景觀；2)演進性：文化景觀是活態生命體，必須以全面、動態的視角解釋景觀的形式和含義[9]，最能展示這一屬性的是鄉村景觀；3)文化關聯性：除了物質環境，文化景觀還具有豐富的文化、藝術、宗教等無形價值，研究和保護其非物質維度是文化景觀實踐的重點[10]，中國風景名勝區是關聯性文化景觀的杰出代表。基于對文化景觀遺產特征的理解，可以進一步討論記錄的需求和重點。

首先，捕捉景觀中人工與自然要素的組合模式是文化景觀遺產記錄工作的核心。文化景觀遺產的價值載體并不直接指向獨立的景觀要素，而是關注“各種要素之間獨特的、可以識別的模式(pattern)”[11]。“模式”不但反映著景觀中土地利用的有效方式、自然資源的可持續管理手段和人居環境的理想格局，更表達著不同文化群體獨特的自然觀念和對人地關系的理解。因此，對景觀模式的科學記錄是探討文化景觀遺產地方性和歷史性的重要基礎。但文化景觀遺產規模跨度大，從幾千平方米的花園到幾百平方千米的風景區域都是其關注范圍。因此，記錄所有對景觀模式有所貢獻的人工和自然要素需要多尺度、高靈活性的手段和工具，從而保證記錄的完整性。同時，文化景觀遺產包含大量自然要素和環境，這些不規則空間是傳統遺產記錄工作中的難點，也是監測和保護文化景觀遺產真實性的技術瓶頸。以上海豫園為例，作為典型的“人文化的自然”，豫園的古典造園藝術展示了我國傳統文化中“天人合一”的自然觀。但受限于傳統測繪手段，不同時期園林圖紙所表達的假山和水系形態及其空間模式差異明顯(圖1)，難以精確地反映其造園技藝。因此，除完整性和靈活性之外，文化景觀遺產記錄的精度需要大幅提升。

圖1 豫園不同時期平面示意圖(局部)(1-《江南園林志》中的豫園平面示意圖[12]；2-《豫園圖錄參考資料》中的豫園平面示意圖[13]；3-《江南私家園林》中的豫園平面示意圖[14]；4-豫園數字化測繪平面示意圖，作者繪)

其次，反映景觀的動態演進是文化景觀遺產記錄的重要特點。文化景觀是人對自然界長期適應和改造的結果，自然資源的利用技巧和智慧蘊含于文化景觀的動態變化之中。因此，文化景觀遺產記錄需要有效地識別和反映景觀變化，并科學評價特定景觀中人地關系的連續性，為遺產價值的保護提供支持。但記錄人工和自然要素的變化恰恰是工作中的難點，傳統測繪手段耗時費力，數據采集和處理周期長，很難實現定期的數據更新。我國大量鄉村文化景觀就面臨著基礎數據不完整、信息更新不及時等問題，難以實現對土地利用和自然生態管理過程的有效監測。圖2展示了照片和線劃圖2種具有代表性的靜態記錄方式，它們在過去的文化遺產研究和保護中起到了重要作用，但無法充分表達文化景觀遺產的動態演進特征，信息采集效率和表現形式都有較大提升空間。

此外，信息整合是文化景觀遺產記錄的難點。文化景觀遺產記錄需要包含景觀的歷史與現狀、自然與人文、物質與非物質等多方面數據，但僅僅收集數據無法滿足價值研究和管理決策的需求。需要通過信息整合將片段化的遺產數據轉化為支持遺產決策的知識，從而提升文化景觀信息利用的效率，更加深刻地反映遺產價值。目前，數據分散、格式多樣、權屬復雜等問題都是文化景觀遺產信息管理中的難點[15]，缺少集成性的信息管理平臺是許多文化景觀遺產地面臨的現實問題。我國風景名勝區大多是典型的文化景觀遺產，其基礎信息管理需求具有代表性。2004年，住房和城鄉建設部設立了“數字化風景名勝區建設”項目，選取了24處國家級風景區作為試點建立數字化信息管理系統，其目標就是解決遺產數據整合的難題。

盡管文化景觀作為一個遺產類型和保護方法論已經被學界廣泛接受，但基礎信息的缺失仍舊是文化景觀遺產保護落地的障礙，記錄和表現手段的不足依然是影響文化景觀價值識別和傳播的技術瓶頸。下文基于研究團隊近5年來的研究成果，識別并解讀文化景觀遺產數字化記錄的基本特征，提出核心技術框架，以推動相關探索。

2 數字化文化景觀遺產記錄的特征和技術框架

數字化技術的快速發展推動了獲取、處理、存儲和表現景觀環境信息手段的重大進步。以低空無人機、激光雷達和數字化近景攝影測量為代表的新型測繪技術改變了景觀空間信息采集的方式，使我們能夠以前所未有的頻率、視角和精度觀測文化景觀，為空間數據的完整度、精確性和采集效率方面帶來了革命性進步[16]。三維地理信息系統、地信智能化處理、機器學習等技術逐漸成熟，使景觀特征和要素識別的效率和準確性大大提升，為文化景觀遺產信息管理提供了不可替代的數據平臺。近年來三維可視化、虛擬現實、增強現實等技術的普及，以及地圖立體化再現等技術的出現，為文化景觀遺產的表現和闡釋帶來了新的可能。在當代技術環境下，數字化文化景觀遺產記錄是以捕捉和反映遺產的特征和價值為目標，運用數字化手段采集文化景觀的各類信息并進行統一存儲、分析和可視化，從而建立科學的遺產檔案，并為保護和管理提供充分而及時的信息支持。

圖2 鮑家屯歷史文化名村文化遺產數據(引自貴州省安順市西秀區大西橋鎮人民政府資料)

2.1 數字化文化景觀遺產記錄的特征

數字化文化景觀遺產記錄具有全面、精準、動態、集成和開放五大特征。首先，數字化測繪手段拓展了文化景觀遺產記錄的廣度和深度，增強了全面觀察人工與自然景觀要素狀態并把握其相互作用的能力。新的數字化手段可以更好地記錄許多難以測量的文化景觀要素，從而提供更加完整的遺產基礎信息。其次，數字化記錄將更加精準地捕捉和表現文化景觀遺產的模式，日益便捷的三維空間數據獲取手段將使遺產記錄逐漸從二維圖紙轉向三維模型，這將大幅度優化基礎數據的精度并提升景觀模式識別的準度。第三，借助數字化技術，文化景觀遺產記錄將成為一個持續的過程，記錄成果也將從靜態圖檔轉變為動態電子數據集，從而為文化景觀遺產價值的動態監測和管理提供支持。第四，記錄的集成性意味著所有的文化景觀遺產數據都應當以數據庫的形式進行組織、存儲和管理，數據結構的統一、數據格式的標準化、數據使用的規范化將極大提升遺產信息利用的效率。最后，開放性是文化景觀遺產數字化記錄的重要特征，利用數字化技術可以提升文化景觀遺產記錄在數據資源、管理權限、數據共享等方面的開放性，促進遺產多元價值的認知、保護和傳播。

2.2 數字化文化景觀遺產記錄的技術框架

基于以上討論，本文提出數字化文化景觀遺產記錄技術框架(圖3)，包含多維空間數據采集與處理、動態景觀信息存儲與分析，以及多元遺產知識表現與傳播3個技術模塊，并利用相關案例進行說明。

2.2.1 多維空間數據采集與處理模塊

利用多源傳感器設備采集和處理不同尺度的文化景觀空間數據：利用衛星遙感獲取宏觀尺度景觀空間數據(100～1 000km)；利用機載攝影測量和激光雷達獲取中觀尺度景觀空間數據(100m～100km)；利用地面攝影測量和激光雷達獲取微觀尺度景觀空間數據(1～100m)。計算機三維模擬技術能夠整合以上數據并直觀地模擬文化景觀的格局、形態和紋理等特征。射線照片技術能夠探測被遮擋的景觀要素或要素結構，紅外和多光譜影像技術能夠實現景觀要素的自動分類，提升數據采集和處理的效率。該技術模塊的全面性、靈活性和精確性可以彌補傳統遺產記錄手段的缺陷，更好地應對文化景觀遺產的多尺度特征，更加有效地捕捉和反映人工和自然要素的特點和組合模式。同時，該模塊在測量不規則景觀環境方面優勢明顯，通過多時段采集可以實現文化景觀遺產數據由三維至四維的提升。技術的進步為鑒別文化景觀遺產的空間模式、識別人與自然相互依存的關系提供了更加科學的數據基礎。

圖4是研究團隊2018—2019年測繪完成的揚州何園三維點云模型。何園是揚州晚清私家園林的杰出代表，是典型的“有意設計的景觀”。全園面積約11 500m2，包含建筑、假山、水池和花木等形態復雜的園林要素。研究團隊根據遺產特征，采用地面激光雷達掃描和數字化近景攝影測量技術從不同角度采集空間信息，并對點云數據進行配準、融合、分層等處理，構建了毫米精度的空間模型。與傳統的手工測繪和二維線劃圖相比，該成果在采集效率、數據質量和信息豐富度方面有巨大提升(圖4)，有助于更加精準地識別園林中各類景觀要素的特點和組合模式，更加科學地解析傳統造園藝術。

2.2.2 動態景觀信息存儲與分析模塊

以地理信息系統(GIS)技術為核心，輔以文字和多媒體數據庫，可以構建文化景觀遺產動態信息平臺(圖3)。該模塊需要首先探索景觀信息模型構建，突出信息集成和動態更新功能，并逐步實現從二維地圖數據庫向三維空間數據庫的升級。在此基礎上，依托機器學習、計算機圖形、電腦動畫和非真實感繪制等技術，識別和表達文化景觀遺產的關鍵要素、模式和特征。一方面能夠滿足文化景觀遺產信息集成和存儲的需求，另一方面能夠基于信息的整合精準地分析和提煉文化景觀遺產的動態特征，真正將空間數據轉化為可以用于保護和管理決策的景觀信息。

圖3 數字化文化景觀遺產記錄技術框架(作者繪)

圖4 揚州何園西花園三維點云模型(楊晨、Leigh Shutter測繪)

研究團隊于2018年開展了鄉村文化景觀數字化記錄實驗項目，研究案例貴州安順鮑家屯古村落面積約3.8km2，包含喀斯特地貌環境、明代古水利工程、山林農田和屯堡建筑等多尺度景觀要素，是典型的“有機進化的景觀”。團隊利用無人機多光譜影像技術采集景觀圖像信息，構建鄉村文化景觀圖像數據庫，并運用數字化攝影測量建模、面向對象的圖像分析和機器學習分類器等前沿技術自動識別景觀要素和模式，解析傳統農業景觀的土地利用智慧與自然環境管理技能。該項目的文化景觀要素自動化識別的準確率達到了79%～90%[17]，并定量分析了傳統村落與水源、地形、植被等自然要素之間的空間關系，提升了遺產調查和分析的效率，顯示了人工智能技術在文化景觀遺產記錄工作中的巨大潛力(圖5)。

2.2.3 多元遺產知識表現與傳播模塊

該模塊面向文化景觀遺產記錄的開放性特征，分為遺產知識表現和遺產知識傳播2組關鍵技術(圖3)。借助虛擬現實、增強現實、全息投影和可穿戴設備等技術開展景觀信息的可視化和創意性表達，增強景觀信息的可感性、交互性和吸引力，實現由景觀信息向遺產知識的轉化。借助數字化媒介實現遺產知識的“雙向傳播”，包括基于公眾參與的地理信息系統、網絡交互的遺產知識采集開放化，以及基于物聯網和公眾媒體等技術的遺產記錄公開化。真正面向用戶設計有效的傳播途徑，使數字化技術成為遺產知識和遺產群體之間的橋梁，促進解決環境公平、文化平等、社區協同管理等文化景觀遺產熱點問題。

澳大利亞巴拉瑞特市的“巴拉瑞特可視化”(Visualising Ballarat)項目是該方向的成功案例[18]。該項目構建了以城市歷史景觀為主題的地理信息平臺，該平臺以網絡地理信息系統為核心技術，整合了多媒體數據庫、網絡交互地圖和大眾社交軟件等多種數字媒介，構建了集市民參與、規劃決策支撐、遺產保護金融和專項保護規劃等功能于一體的遺產知識平臺。該平臺包含自1790年以來超過10 000條的遺產研究記錄，整合了10類共75個專題圖層，不僅包含城市歷史景觀信息，也包含與其相關的基礎設施、城市規劃和地質景觀等信息(圖6)，目前已經成為推動城市歷史景觀價值認知和傳播的重要工具[18]。

3 結語：走向文化景觀遺產保護的新視野

數字化文化遺產保護是當代遺產研究和實踐的重要趨勢和現實需求。數字化技術可以更加有效地識別、記錄和傳遞文化景觀遺產的價值，降低遺產信息喪失的風險，并促進遺產檔案(documentation)的體系化建設。同時，數字化記錄也將推動文化景觀遺產保護和管理方法的升級，并帶來保護視角的創新，這主要體現在以下3個層面。

首先，遺產數據獲取能力的提升將推動文化景觀價值的整體性保護。數字化文化遺產記錄手段在數據獲取的廣度和深度上都有革命性提升，隨著科技的發展與成熟，技術門檻和數據采集成本將逐漸降低。這意味著在文化景觀遺產保護和管理工作中，基礎數據覆蓋范圍將會得到極大的拓展，并給予相關研究和實踐更有力的支持。一方面，遺產調查和分析的尺度會更加靈活多樣，能夠更好地覆蓋文化景觀要素并擴展到與景觀價值相關的更大的自然和人文系統；另一方面，遺產數據的類型也將更加豐富，能夠更好地對應多樣化的遺產類別和多維度的遺產屬性，從而反映文化景觀的整體特征。方法和工具的進步有助于將我們的視角從“孤島式”的遺產地保護向整體性文化景觀保護轉變，有助于遺產管理規劃和區域發展目標更好地結合，對推動文化景觀價值的長效保護具有重要意義。

圖5 鮑家屯鄉村文化景觀數字化記錄：基于機器學習的景觀要素自動化識別(曹宇杰、楊晨、周源測繪)

圖6 巴拉瑞特可視化項目數據框架(作者依據巴拉瑞特可視化網站②整理繪制，綠色填充表示地理參考系統中所包含的信息圖層)

其次，動態化和智能化的文化景觀信息管理將促進活態遺產保護理念的落地。在數字化技術的支持下，遺產信息的動態化和智能化管理將是未來文化景觀遺產保護工作的重要方向。遺產檔案將逐漸從過去重視存檔的登記系統轉向更加關注數據變化過程的地理信息平臺。借助對遺產數據的高度集成和智能化分析，將進一步提升文化景觀要素、模式和特征識別的精準性。基于周期性的遺產信息更新，對文化景觀動態演進特性的監測將趨于科學化和定量化，從而更加高效地鑒別景觀中“可以接受的變化”，并推動遺產保護的目標從關注個體景觀要素轉向對人與自然互動關系的動態管理。動態化和智能化的遺產分析將成為評估文化景觀真實性和完整性的重要途徑，信息管理模式的升級將推動遺產保護方法從靜態的“文物”保存向活態的景觀管理轉變。

此外，更加包容和開放的遺產知識傳播平臺將助力文化景觀多元價值的認知和保護。全面運用數字化工具將使遺產知識整理的過程更加開放，運用多樣性的數字化媒介將吸引更廣泛的群體參與到遺產知識的收集和傳播之中。同時，在數字化技術的支持下，公眾能夠更加便捷地獲取高質量的遺產信息，促進遺產記錄的共享和質量提升。更重要的是，遺產知識傳播模式的革新將進一步增強遺產實踐系統的開放度，促進文化景觀遺產研究和保護中的多學科合作，并為管理工作提供更加豐富的公眾參與途徑。更加民主和開放的數字化遺產知識傳播平臺和傳播過程將有助于識別和保護文化景觀遺產的多元價值，促進社會公平與可持續發展。

盡管數字化技術潛力巨大，但技術難以解決一些基本問題，如確定文化景觀遺產的價值、真實性和完整性等，這些問題仍然需要人來解決，技術只能作為我們識別、維護和聯系遺產的工具。如何利用新技術加深對文化景觀遺產的理解，提升遺產管理的效率，并實現遺產信息向后代的傳播，是我們在不斷變化的技術背景下需要共同探索的議題。

注：本文部分內容引自作者2019年11月23日在“數字化文化遺產：未來視界，景觀視角”國際會議(digital cultural heritage: FUTURE VISIONS, a landscape perspective international conference)上的學術報告，題目為“數字化遺產記錄：景觀保護的新視野”，會議地點：上海同濟大學。

注釋：

① 引自CIPA網站：https://www.cipaheritagedocumentation.org/。

② 巴拉瑞特可視化網站：http://www.visualisingballarat.org.au/。